《教学生科学：一场探索之旅（第9版）》（订购）

教育科学出版社

科学究竟是什么？

　　在思考科学教育之前，我们先思考一下科学是什么。基于以往的经历和知识储备，我们可能对科学家从事的工作有些许概念。也许部分读者认识一些科学家，或者自己本身就是科学家。你们可能读过科学家取得科学发现的文章，或者通过媒体报道对科学有一定的认识。那么，假设有位不是科学家的朋友问你：“什么是科学？你教‘科学’的时候，主要教些什么内容？”你打算怎么回答？

　　给科学下一个精确的定义并不容易，即便在科学界也是一样。以下是一些组织和科学家所描述的科学。

　　科学不仅是一种知识体系，更是一种思维方式，一种批判地质疑宇宙，同时又理解人类会犯错的思维方式。

——卡尔·萨根

　　从下面的定义中，我们也可以找出关于科学的一些关键信息。

　　★ 科学是一个过程——一种追求、一种实践活动、一种应用。

　　★ 科学是一种认知方式——理解或解释自然世界。

　　★ 科学是系统性的——在人们寻求解释、了解世界的过程中使用了多种方法和手段。

　　★ 科学是知识——解释世界的原则、规律和理论。

　　请注意，科学是积极的、活跃的，是一种系统化地寻求知识的努力。遗憾的是，人们常常把科学单一地描述成某种结果或者某种知识体系。这就好比看电影时跳过中间的剧情，只看结尾。如果你不知道前面的情节，只看结局也不会明白。当科学仅仅以事实和答案的形式呈现时，它就不再是科学了。只要能上网，任何人都能查到需要的信息，但科学是一个基于证据和逻辑做出解释的过程。科学家很少有现成的答案。否则，他们根本用不着开展科学实践。让·皮亚杰曾经说过：“智慧是当你不知道怎么办时会用到的东西。”类似地，本书认为科学是当你没有答案的时候，让你知道该怎么办的东西。科学是通过各种策略进行的系统研究，从而形成一个动态的科学知识体系。最重要的是永远记住，科学是一种认知方式，人们借助逻辑推理、运用证据，从而更好地理解这个世界。

　　作为科学教师，你所要做的，就是教授与寻求科学解释有关的实践、价值观和态度，以及支持当前对自然现象的科学解释的核心概念和原则（见表1-1）。

什么是科学思维？以大师为例

　　伟大的思想家如爱因斯坦、伽利略、达·芬奇都有创建详尽的心智模型（也称“思维模型”）的能力。某种程度上，我们都会创建心智模型。当我们在脑海中“看见”或者“想象”某个场景时，我们通常能够更好地理解和解释这个场景。当你说出类似于“我明白你的意思”“就像是……”这样的话时，就表明你已经在创建思维模型了。而伟大的思想家拥有超凡的能力，能够在脑海中创建并保持多种复杂的思维模型，并且当模型中的变量以新的方式相互作用时，他们能想象出可能产生的结果。例如，爱因斯坦曾经想象过当人骑在一束光上时会发生什么，达·芬奇曾经想象着实现人类飞行这一奇迹。作为教育工作者，我们应该教会学生必要的认知技能来创建思维模型，同时营造一种思维文化，让这些认知技能成为学生的思维习惯。思维习惯的养成需要数年的时间，不可能通过一两节课完成。良好、科学的思维习惯必须自觉地成为学习文化的一部分。儿童在科学地思考时，要让他们清楚地意识到自己的思维策略。

科学的本质

　　为了理解并教授科学，我们需要仔细思考与科学相关的价值观和信念，这些统称为科学的本质。它基于这样一个概念：科学是人类努力的结果。

　　科学是一个非常社会化的过程。同行之间常常基于证据和理由，对彼此提出的观点进行评议并给出批判性意见，以此推动科学的进步。科学解释往往基于不同程度的确定性进行。在某些领域，比如气候变化或者进化论，证据常常十分有力，确定性也非常高。但如果不理解科学的本质和科学探究，人们有可能被微小的不确定性误导或操纵。

　　在所有的气候专家（专家是指拥有资源、学识和经验的一群人，能做出有依据的分析）中，97%的人达成共识，认为人类对气候变化负有责任。然而，关于人类对气候变化的影响依旧存在很多质疑，尤其是在非科学家的圈子里。随着科学、技术和工程在个人与全球福祉中发挥着越来越大的作用，所有人都必须对科学的本质及其功能有所了解，并展示出科学素养水平的认知。《新一代科学教育标准》提出了所有高中毕业生关于科学本质应该具备的基本理解，这些理解的基础在小学时期就应该打牢。

　　★ 科学调查的方法多种多样；

　　★ 科学知识建立在经验性证据的基础上；

　　★ 科学知识可以根据新的证据作出修订；

　　★ 科学模型、定律、机制和理论用于解释自然现象；

　　★ 科学是一种认知的方式；

　　★ 科学知识假定自然体系中存在某种秩序和一致性；

　　★ 科学是人类努力的结果；

　　★ 科学探讨的是自然和物质世界的问题。

　　科学不是《新一代科学教育标准》里的一个单一的维度。教师通常把对科学本质的理解融入课堂，并做出示范。科学的本质同样反映在有关科学史的课程中。一个著名的例子就是“自然发生论”，即认为生命可以从无生命物质中诞生。人们通过观察发现，腐烂的肉里似乎自然而然地长出了蛆虫，于是对这一理论更加深信不疑。1668年，一位名叫弗朗切斯科·雷迪的意大利科学家提出了异议，他认为蛆虫来自苍蝇在肉里产的卵。为了验证自己的假设，他把肉放在不同的烧瓶里加热，然后封住其中几个瓶口，其余的不封。毫无疑问，只有瓶口未封、暴露在空气中的烧瓶里的肉长出了蛆。然而，大多数人对实验结果并不信服，他们指出实验数据只能证明自然发生需要空气。直到1859年，法国微生物学家路易斯·巴斯德在实验中把肉放在烧瓶里加热，允许空气进入烧瓶，但不让微生物进入，通过这一实验，科学界才接受了对“自然发生论”的驳斥。尽管这个例子离我们可能有些遥远，但现实中关于健康和医学的新证据正不断改变我们的生活方式。每天我们都能听到关于节食、锻炼和药物的消息，声称这些东西能改善我们的生活。儿童应该接种疫苗吗？抹多少防晒霜合适？手机致癌吗？

科学是一套价值观

　　在帮助儿童体验科学实践过程、学习学科核心概念以及跨学科概念时，你会强调很多价值观，不过以下六种价值观尤其有用：

　　★ 真相；
　　★ 自由；
　　★ 怀疑；
　　★ 秩序；
　　★ 原创；
　　★ 交流；

　　真相。由于科学旨在帮助我们理解自然世界，因而它最基本的价值观就是基于证据寻找最真实、最准确的解释。科学家探求的，不是“应该是什么”（what should be），而是“究竟是什么”（what is）。对真相的高度重视不仅适用于发现事实、概念和原则，而且也适用于记录和报告这些信息。

　　自由。对解释的探寻还依赖另一个重要的价值观：自由。只有当科学家身处一个可以自主决定研究方向的环境时，真正的科学才能诞生。幸运的是，自由社会很少限制科学家的工作。可以自主决定研究方向，也就意味着拥有了大胆进行独立思考、创造性思考的自由。作为教育工作者，我们必须为学生提供思考的机会，同时要注意和学生一起思考，而不是为学生思考。我再重复一遍：我们必须和学生一起思考，而不是为学生思考。和学生一起思考，意味着对科学思维进行建模和指导，当我们不知道如何回答学生的某个提问时，可能就是最好的机会。有些时候就是会不可避免地出现这种情况，无论我们准备得多么充分。这时我们可能会惊慌失措，对学生的问题置之不理，以免自己看起来一无所知；或者也可以把它当作一个教与学的好机会，以引导者的身份，建立一个好的思维模型。我们需要促进学生基本思维策略的发展，这样他们就可以利用如今这个开放社会给予他们的自由去思考。一个自由社会是否成功，取决于其公民是否有能力做出有依据的决定。

　　怀疑。怀疑主义——不愿意接受很多事情的表面价值——促使科学家对自然界、社会甚至彼此提出复杂问题。科学家重视怀疑主义，但怀疑主义有时会导致非科学家对科学事业的结果产生质疑。我们应该把学生塑造成明智的，同时对一切持怀疑态度的人，教他们如何科学地辩论，这样他们的怀疑才能促进建设性的讨论，并引导他们获得更深层次的理解。

　　秩序。科学的过程和内容存在一个潜在的秩序。如前文所述，科学是一个系统的过程。研究科学现象有多种方法。海洋生物学家观察海豚的行为，植物学家试验土壤样品对植物生长的影响，分子生物学家寻找能够操控基因的方法，他们都在以不同的方式收集数据。但所有人在收集、整理数据时都有深思熟虑、组织有序的计划。正是这种系统性、秩序化的操作，让科学家们能够发现自然界的种种模式。学生需要发展这种组织信息的能力，这就是为什么我们要帮助他们学习如何组织并记录他们的观察和发现。

　　原创。虽然强调潜在的秩序，科学同样重视原创。有些人可能认为科学是一种线性活动，在这种活动中，人们埋头苦干，不断获得关于某些现象的详细解释，但实际上，推动科学发展的是原创的想法和创造性思维。正是这种思维让人们不断获得科学中的发现。儿童有着丰富的想象力，这对他们学习科学是一大利好。作为教师，我们应该在他们学习科学的同时，培养他们的想象力和创造力。

　　交流。儿童喜欢互相交流，科学家也一样。科学家之间的交流包括报告、文章、演讲、讲座以及闲聊。交流结果与想法的能力对于增长知识至关重要。没有广泛的交流，人们能取得的进步会十分有限。学生要学会科学地辩论，并使用观点、证据和推理来支持自己的论点、反驳他人的论点。

　　作为教师，我们要帮助学生理解，科学不是简单的一系列事实和过程的集合。科学是一种人类活动，它的框架是一整套在日常生活中同样发挥重要作用的价值观。

　　本文选自《教学生科学：一场探索之旅（第9版）》教育科学出版社。

来源：教育科学出版社