浅谈科学素养与科学教育

摘 要：科学素养关乎综合国力，在科学技术日益深刻影响我们生活的今天，一个人的科学素养的高低，不仅影响到一个人的生活质量，同时也在影响和改变国民的价值观和对许多问题的看法。科学教育的宗旨在于提高科学素养、培养科学精神、进而提高全民族的科学水平。而科学教育是培养科学素养的重要基地。本文从科学素养的涵义入手，从科学教育的目标、科学教育应提供什么的科学素养、及提高科学素养的策略等方面来阐述科学素养的培养。

关键词：科学素养；科学教育

1 引言

当今世界各国都十分重视科学教育，以此加强青年一代和国民的科学素质。而国际科学教育界也普遍认为，在基础教育，尤其是义务教育阶段，科学素养教育应是学校教育的首要目标。我们不但在自然科学学科教学中，而且在人文社会科学学科教学中都要重视科学素养的培养，并且使自然科学素养的培育与人文社会科学素养的培育相互渗透和结合。

2 科学素养

2.1科学素养的涵义和内容

所谓“科学素养”，就是借助普通教育的重要组成部分—包括物理学、化学、生物学等在内的理科教学所应当培育的公民素质。 1966 年, 美国一批学者根据1946—1964 年间的文献调查，论述了“科学扫盲” 的内容，揭示了科学素养的六个范畴。 这就是:(1) 概念性知识—构成科学的主要概念、概念体系或观念；(2) 科学的理智—科学研究的方法论；(3) 科学的伦理—科学所具有的价值标准，亦即科学研究中科学家们的行为规范，也称为科学态度或科学精神；(4) 科学与人文—科学与哲学、文学、艺术、宗教等文化要素的关系;(5) 科学与社会—科学与政治、经济、产业等社会诸侧面的关系；(6) 科学与技术—科学与技术之间的关系及差异。^[1]

国际上普遍将科学素养概括为三个维度，即对于科学知识达到基本的了解程度；对科学的研究过程和方法达到基本的了解程度；对于科学技术对社会和个人所产生的影响达到基本的了解程度。

尽管人们对科学素养概念的内涵有不同的理解，而且科学素养的内涵也随着社会的发展而不断变化，但是归纳起来存在着某些核心的共同因素。科学素养应包括科学知识与技能、科学过程与方法、科学情感态度与价值观、科学技术与社会的关系等方面。这些因素相互联系、相互作用，共同构成了科学教育的立体画面。历史和时代的发展使人们逐渐意识到，公民的科学素养是国家兴旺昌盛的根本。 因此，提高公民的科学素养就成了科学的使命，成了世界各国科学教育改革的核心议题。

2.2我国公民科学素养的现状

总体上公民科学素养水平逐渐提高，但与发达国家相比还有较大差距。中国科学技术协会2010年11月25日对外发布第8次中国公民科学素养调查结果称，“十一五”期间中国公民的科学素养水平明显提升，2010年中国大陆(不含港、澳、台地区)具备基本科学素养的公民比例达到3.27%。结果表明，如今中国公民科学素养水平相当于日本、加拿大、欧盟等主要发达国家和地区20世纪80年代末、90年代初的水平。这些情况表明，当今中国公民的科学素养还是比较落后，提高公民的科学素养是非常紧迫的事情。

3 科学教育与科学素养

3.1科学教育的内涵和目标

科学教育的内涵与‌“科学‌”内涵的理解紧密相关，是一种以传授基本科学知识为手段(载体),以素质教育为依托，体验科学思维方法和科学探究方法, 培养科学精神与科学态度,建立完整的科学知识观与价值观,进行科研基础能力训练和科学技术应用的教育。

我国《全日制义务教育科学（7-9年级）课程标准》中给出科学课程的总目标是，使学生保持对自然界的好奇，发展对科学的探索兴趣，在了解和认识自然的过程中有满足感及兴奋感；学习一定的物理基础知识，养成良好的思维习惯，在解决问题或作决定时能尝试运用科学原理和科学研究方法；经历基本的科学探究过程，具有初步的科学探究能力，乐于参与和科学技术有关的社会活动，在实践中有依靠自己的科学素养提高工作效率的意识；具有创新意识，能独立思考，勇于有根据地怀疑，养成尊重事实、大胆想像的科学态度和科学精神；关心科学发展前沿，具有可持续发展的意识，树立正确的科学观，有振兴中华、将科学服务于人类的使命感与责任感。

由此可见，科学教育的目标不在于将每个人都培养成科学家，它的使命在于提高新一代公民的素质，培养科学素养，帮助学生更好地理解和运用科学解决个人和社会问题。

3.2科学教育应提供什么样的科学素养

在上面我们已经给出了中学生科学教育的总目标，而在《科学课程标准》中也进一步明确指出：科学素养是包含4个要素的一种组合结构：科学探究（过程、方法与能力），科学知识与技能，科学态度情感与价值观，科学、技术与社会的关系。

3.2.1在科学探究（过程、方法与能力）方面

科学探究是科学方法的核心 。通过科学教育, 中学生应在小学科学教育的基础上进一步发展科学探究所需要的能力, 增进对科学探究的理解 。科学探索是一个复杂的过程, 中学的科学教育要让学生参与真正的科学探索或者接近真正的科学探索。到中学毕业时学生们应该知道: (1)进行科学探索有许多理由, 包括探索新的现象，检验前期的结果, 试验理论预言的可信度，以及对不同的理论进行比较 等等。 (2) 在科学探索中, 可以广泛地应用假设来确定需要重视的资料和需要寻找的新资料, 并引导学生对新的和已有的数据资料 作出解释 。 (3) 了解科学家们为了获得某些证据对实验条件加以控制 。明白这样做是由于实际上的或伦理上的原因而不可能， 他们就努力去观察尽可能扩大的自然过程的范围, 以便对不同的模式加以甄别 。（4）在科学的各个领域, 对研究哪些内容和怎样研究有不同的传统 。但是对证据 、 逻辑和理论的意义却具有共同的信念。而且，应给予这样的思维：科学所有领域的进步都依赖于慧 、 勤奋的工作 、 想像力 等。(5) 由于在任何一个研究小组里工作的科学家们往往对事物有相似的看法, 所以，即使组成若干个科学研究组, 也不能消除对他们的研究方法和研究结果的客观性的疑虑。出于这方面的考虑, 人们期望科学研究小组在制定调查计划和分析数据时尽量摒弃偏见，互相核对研究结果和对结果的解释能够起些作用，但仍然无法保证根除偏见。(6) 在短期内, 与科学的主流思想不一定吻合的新观念常常会遭到激烈的批评。 在较长的时期内, 判断新的理论是从几个方面进行: 它与其它的理论相适应的情况；它所解释的现象的范围；它对观察结果所作的解释的可信度；以及它预测新发现的有效程度。(7) 在科学领域，新的观念常常受到孕育这些观念的环境的限制，它们常常受到科学上条条框框的排； 新的观念有时是从意想不到的发现中产生的； 新的观念通常是经过许多研究人员做出贡献后慢慢地成熟起来的。^[5]

3.2.2在科学知识与技能方面

中学生应该了解或理解基本科学事实 、概念、原理和规律，学会或掌握相应的基本技能 。能用所学知识解释生活和生产中的有关现象，解决有关问题 。了解科学在现代生活和技术中的应用及其对社会发展的意义 。中学生应该了解生命科学领域 、生物科学领域和地球 、宇宙及空间科学领域的基本科学事实、概念、原理和规律 。如在宇宙科学方面，学生到中学毕业时应该知道：(1)各种星体在体积、温度和年代方面彼此不同，但是，它们是由地球上发现的元素相同的各种元素组成的，并遵守同样的物理法则 。 与太阳不同，大部分恒星所在的系统有两颗或两颗以上的恒星，它们彼此环绕运行 。 (2)依据科学事实来估计， 宇宙的寿命超过100 亿年 。目前的理论是, 宇宙是由一团炽热的 、 密集的 、 混乱的物质经过膨胀和爆炸而形成的 。 由于引力的作用, 在轻元素的分子云中产生出星体，然后， 轻元素开始聚变成较重的元素 。数百万年以来，聚变释放出大量的能量 。 结果，有的星体爆炸了， 产生出重元素的星云， 从中又可能凝聚出别的恒星和行星 。 星体的形成和毁灭的过程延续不断 。 (3)探索宇宙的技术日益复杂 。人们依靠视觉 、 射电天文望远镜和 X 射线天文望远镜, 通过全光谱的电磁波来收集信息；然后， 用计算机来处理大量的数据和进行越来越复杂的计算来破译这些信息 。 空间探测器送回了太阳系边远区域的数据和资料； 粒子加速器为亚原子粒子提供能量，借以模拟恒星中的状态， 以及恒星形成前宇宙初期的状态 。(4)可以用数学模型和计算机模拟来研究和处理各种来源的数据，以便形成对宇宙的科学描述 。每一领域都有其最基本的知识和技能， 作为中学毕业生应该全面理解和掌握。^[5]

3.2.3 在科学态度 、情感与价值观方面

科学态度 、 情感与价值观是科学精神的重要内容 。通过科学教育， 中学生应初步形成科学的世界观。 随着中学生成长和解释复杂问题和抽象现象能力的提高，有助于科学世界观的形成 。所谓科学世界观就是人们对自己所从事的工作，以及如何看待自己的工作都有一些共同的基本信念和态度。包括世界是可被认知的； 科学理念是会变化的；科学知识具有持久性；科学能够为所有问题提供完整答案 。到了中学毕业， 学生们完全应该知道: (1)科学家们假设宇宙是一个巨大的单一体系 。 在这个体系中，基本规律处处适用 。这些规律有的很简单，有的极其复杂，但是，科学家们工作时总是坚持这样的信念：只要认真地 、 系统地研究， 就可以发现这些规律。(2)关于世界运行的科学观念时常发生重大变化 。然而，在大多数情况下，科学知识内容的变化是对先前知识的细微修正 。变化与延续是科学的永恒特性 。(3) 不论一个理论与观察多么吻合，另一个新的理论可能也同样吻合，甚至更加吻合，或者适用范围更加广泛。在科学界，验证理论，修正理论，偶尔还会扬弃理论，新与旧的代谢永无止境 。这种持续不断的进程， 使人们对世界事物运行规律达到日益深入的理解，但是不能达到绝对真理 。这种科学进程的价值在于：它使科学家们提供值得信赖的解释和进行准确预测的能力不断提高了。

3.2.4在科学 、 技术与社会的关系方面

理解科学 、 技术与社会的关系是现代公民科学素养的重要内涵，通过科学教育，中学生应当: (1) 了解科学与技术的区别和联系；(2)初步认识科学推动技术进步 、 技术又促进科学发展的相互关系，初步认识社会需求是科学技术发展的强大动力；(3) 了解科学技术在当代社会经济发展中已成为一种决定性因素，科学技术是第一生产力；(4) 了解科学技术不仅推动物质文明的进步，也促进精神文明的建设与发展，科学技术是一项重要的社会事业，每一个公民都应该关心这项事业；(5) 了解技术也会对自然 、 人类生活和社会产生负面影响，初步懂得实施可持续发展战略的意义；(6) 初步形成关注环境 、 资源等社会重大问题的意识，增强社会责任感，知道应当用科学的原理和方法解释自然现象和解决生活中遇到的实际问题 。

3.3在科学教育中提高科学素养的策略

3.3.1创设情境教学

创设情境教学是指在教学过程中，教师有目的地引入或创设具有一定情 绪色彩 的、以形象为主体的生动具体的场景，以引起学生一定的态度体验，从而帮助学生理解教材，并使学生的心 理机能得到发展的教学方法。情境教学可以在教学过程 中激发学生的学习情绪和学习兴趣 ，引起学生积极的、健康的情感体验，直接提高学生对学习的积极性，使学习活动成为学生主动进行的、快乐的事情。科学教 师要根据科学内容的安排和学生身心发展水平的特点，创设教学情境,，使抽象的科学问题具体化。创设情境教学的基本途径包括：（1）现实生活 实例。科学与生活紧密联系，从实际生活的典型实例入手来创设情境，既可以有效提高学生学习科学的兴趣，又有助于学生利用所学的 科学知识解决实际问题；（2） 图片、录像、模型、计算机多媒体。 在对直观材料的感知中，创设情境，引起注意；（3） 科学实验演示。科学是以实验为基础的学科，利用演示实验来揭示科学现象中的矛盾，使学生在观察演示实验时获得大量的感性信息，促进学生积极思维，接受新 的知识；（4）结合科学史。它既能提供重要 的科学事 实、概念、原 理、方法以及技 术发明的历史背景、现实来源和 应用等的有关史料，还可以培养学生严谨认 真、不畏 艰辛、勇于探索的科学精神。向学生介绍这些新知识 产生的背景，在实际生活、生产中的应用等，以便让学生更好地理解所学的新知识。教师在选择课堂 情境导入方法时要根据教学内容和学生实际，选择合适的导 入方法，导入要有趣 味性和针对性，要符合学生的心理特点，教师要善于营造民主、共进、互动的教学氛围，要善于使用夸奖的言辞、友好的微笑、热情的鼓励来激发学生求知的欲望。^[6]

3.3.2合作学习教学

合作学习教学就是指课堂教学以小组学习为主要组织形式，根据一定的合作性程序和方法促使学生在异质小组中共同学习，从而利用合作性人际交往促成学生认知、情感的教学策略体系。合作学习包括教师与教师、 教师与学生和学生与学生的合作。教师之间在知识结构、智力 水平、思维方式等方面存 在差异，教师与教师之 间通过对所教授内容进行沟通，可以互 相启发、互相补充，实现思维的碰撞，进而使原有的观念更加完善和科学，从而更利于教学目标的完成。合作教学中，教师 与学生的关系是“指导——参与“ 的关系。师生互动学习，即在教师的引导下, 针对课程的特点，教师有意识地把自己当作学生中的一个学习伙伴，参与到学生的学习活动中去，与学生共同完成学习任务。学生之间 的合作通过建立异质学习小组来实现。第一，根据学生的特点以及自愿原则把不同学习程度的学生进行组合搭配。小组内学生在能力、个性等方面具有互补性，便于学生之间互相学习，互相 帮助；第二，必须让学生明确合作学习任务，使学生的合作学习活动具体有方向;第 三，明确 了小组的任务后，根据具体任务进行适当分工 ，让每个小组成员明 确个人任务,他们在合作学习时才会有集体责任感，才会积极互动、互助，这样做给不爱动脑思考或学习有一定困难的学生提供了进步的机会，对提高这部分学生 的学习能力是有帮助的；第四，合作学习的过程中要给予充分的时间和空间，同时适时加以监控和介入，促进组内合作和小组间竞争；第五，合作学习之后，进行鼓励性评价。

3.3.3探究学习教学

探究学习即在教学中创设一种类似于学术 (或科学)研究的情境，通过学生自主、独立地发现问题、实验、操作、调查、信息搜集与处理、表达与交流等探 索活动，获得知识、技能，发展情感与态度,特别是提升探索精神和创新能 力的发 展的学习方式和学习过程。教学过程中，教师根据 教学目标，寻找与教学内容密切相关的、可以激发学 生兴趣的材料，创设出情景,向学生提出将要调查研究的领域。学生则发现并提出问题。教师引导学生集中于一或两个问题进行重点研究。根据已确 认的问题，由学生共 同讨论，如何解决,然后学生开 始进行观察、测量、比较、分类 等活动，收集与问题有关的信息资料。探究过 程中, 教师要给予适当的帮助、引导，从而使探究在经历一 段努力之后有所收获，让学生体验到点滴进步的喜悦。当 然，学生的探究实践难免伴 着犯错。但学生不断“ 犯 错”的过程,其实是不断改正错误、完善方法、发展自己 的过程。如果老师不给予这类机会，轻易地包办代替、粗暴否定,不但剥夺了学生探索的乐趣和尝试失败后的情感体验，更会使 他们变得谨小慎微、懒于动手、疏于尝试。因此，教师应当宽容学生实践探索中的“犯错“，多给学生”犯错 “的机会。

总之，科学教育是培养学生科学素养的重要途径。科学素养的培养是一个长 期的潜移 默化的过程，需要教师在教学实践中精心设计教学策 略，结 合教学内容，运用形式多 样的教学方法，不断提高每个学生的科学素养。

3.4以科学素养为切入点改革科学教育

1985年，美国科学促进会制定的《2061计划——为了全体美国人的科学》为面向21世纪提高全体美国人的科学素养绘制了蓝图。据此，1993年，美国科学促进会发表了《科学素养基准》，提出了从幼儿园到12年级学生在科学、数学和技术方面应达到的科学素养水平。1996年，美国国家科学院的国家研究理事会基于每个学生都应有机会成为有科学素养的人，制定了《国家科学教育标准》，规定美国学校的科学教育应围绕科学素养使学生能够达到四个目标，即: (1) 由于对自然有所了解和认识而产生充实感和兴奋感；(2) 在进行个人决策之时恰当地运用科学的方法和原理；(3) 明智地参与那些就与科学技术有关的各种问题举行的公众对话和辩论；(4) 在自己的本职工作中运用一个具有良好科学素养的人所应有的知识、认识、和各种技能，能提高自己的经济生产效率。美国在科学教育上的这些改革措施都是紧紧围绕着科学素养展开的，它反映了美国科学教育改革的方向。^[3]

在世界科学教育改革浪潮的影响下，为了适应社会和科学技术以及人的发展的要求，我国在2000年开始进行的基础教育新课程改革中，也把培养学生的科学素养作为中小学科学课程改革的方向。如,《我国全日制义务教育科学( 3-6年级) 课程标准》指出: “本次课程改革以培养小学生科学素养为宗旨，积极倡导让学生亲身经历以探究为主的学习活动，培养他们的好奇心和探究欲，发展他们对科学本质的理解，使他们学会探究解决问题的策略，为他们终身的学习和生活打好基础。《全日制义务教育科学( 7-9年级) 课程标准》则提出: “全面提高每一个学生的科学素养是科学课程的核心理念。”其他各分科科学标准，如物理、化学、生物等也都明确提出课程改革要以培养和提高学生的科学素养为主旨。

需要指出的是，培养学生的科学素养不同于英才教育，它是面向所有学生的。这不仅是现代科学发展本身的要求，而且也是科学技术日益发展的现代社会的要求。在现代社会中，作为公民，一个人需要具备基本的科学知识以有效参与各种社会、政治活动，如，对公共政策议题发表看法和作出决策或选择等。为此，在科学素养的研究、讨论和培养中,必须明确“作为职业的科学”和“用科学”之间的区别，因为这涉及科学素养的对象问题。显然，对公众的科学素养而言，涉及的只是“用科学”的问题。

4 总结

《科学》课程的开设是新课程改革的一大亮点。它是整合了物理 、化学、生物以及自然地理的一门新型综合性课程。在国外的许多国家，科学课程已经发展的相对成熟且受重视程度较高。而我国的科学教育开始较晚，在发展过程中，也暴露出许多问题。随着国际科学教育三次改革浪潮的推进，科学素养已是当前科学教育改革中普及科学(Sciencefor All)和提高科学教育质量的基石。而在我国颁布的《科学课程标准》中，也把培养和提高科学素养作为科学教育的主要目标。科学教育是培养科学素养的主要阵地，反过来，良好的科学素养也会促进科学教育的推进。

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