浅谈中学生科学素养的培养

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，科学课程标准中定义的科学教育可提供的科学素养、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；培养；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，在基础教育阶段，尤其是义务教育阶段，科学素养教育应是学校科学教育的首要目标，它指向全体学生，是为培养未来公民适应与科学、技术紧密相关的社会现实做准备的。本文主要以7-9年级的中学生为例，来阐述科学素养的培养。

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。

而我国学者认为，科学素养不仅仅是一个口号，它具有实质性的内容，这种实质性的内容是使科学素养的理念能够贯彻到课程和教学实际中的保障。科学素养涵盖多个学科的内容，它不仅包括自然科学的知识、技能和过程，还涉及相关的数学、技术学和社会、人文科学的知识。

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是有比较大差距。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%。调查结果表明，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。这些数据表明，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 中学生科学素养的培养

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 《科学课程标准》中指出中学生应具有的科学素养

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。下面，本文将从这四个方面分别论述在科学教育的教学中，学生可以获得哪些科学素养。

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在科学教育中培养科学素养的策略

3.3.1探究学习教学

课程标准把“倡导探究性学习”作为课程的基本理念提出，因为它符合科学本质的特点，科学本身就是在人们不断探究的过程中逐步发展起来的。通过探究性学习，学生可以自主达成知识目标，在体验探究的过程中，学习了方法，发展了能力，领悟和养成了正确的情感、态度和价值观。顺利而自然的达成了课程目标的三个维度。所以说，探究性学习是提高学生科学素养，促进学生学习方式改变首选的，也是最有效的教学策略之一。例如，在生物科学课《影响酶活性的条件》一课的学习中，就可以全程采用探究性学习的方式。首先以加酶洗衣粉应用的注意事项入手，让学生通过分析讨论影响酶活性的可能因素，引入探究的课题，将探究与现实问题相结合，在提高学生探究兴趣的同时，也使学生体会到生物与社会的关系，加强了应用意识。然后尽量提供充分的实验材料，由学生自己讨论确定小组的探究课题，由于学生是自己提出问题，自己设计实验方案，每个学生都可以根据自己的情况，进行有个性的探究活动。这样不仅可以使学生的探究能力得以提高，还可使学生自主探寻知识，自主获得知识的能力和意识有所加强。通过交流各自的实验方案，可以充分展示学生的思维过程，而且学生之间还有相互学习、质疑、讨论的机会。对于学生提出的方案，制药理论上是合理的，就允许学生进行尝试，即使是一个失败的方案，也可以使学生在失败中寻找原因，仍是非常重要的收获。事实上科学研究过程中，绝大多数实验都是失败的，正是这些失败成就了成功，败而不馁也正是科学精神的一种。在这样全程式的探究学习过程中，全方位、多层次的培养了学生的生物科学素养。

3.3.2 创设开放性的课堂氛围

著名的心理学家罗杰斯说过：“学生只有在亲密融洽的师生关系中才能充分展示自己的个性，创造性地发挥自己的潜能。”要成为一个具有科学素养的人，学生首先应该是学习的主人，始终处在积极的学习过程中，任何有效的学习都是在学生积极主动的参与下发生的。主动的学习者，才是成功的学习者。科学课中有许多实验，学生可以提出与教材不同而更简化的实验设计方案，我们不要求学生一定遵循课本思路，而是在与学生讨论过理论上的合理性后，充分予以肯定，并允许学生按自己的方案进行实验。

因此，要想提高学生的科学素养，教师首先要精心营造一个学生主动参与的氛围，这不是单节课堂教学的设计，而是要教师在自己的课堂上长期以来用自己对科学的情感、态度与信念潜移默化地影响学生，鼓励学生大胆的提出问题，敢于质疑权威，敢于发表自己独特的见解。给每个学生尽可能多的机会来提出个人的想法、见解、问题，并运用证据和逻辑展开讨论。讨论问题时，教师和所有学生处于平等的地位，建立起来一种民主和谐、宽松宽容、求真求实的开放性的课堂氛围。学生在这样的课程中才能放心大胆、无拘无束地进行思维和行动，并产生出创造的欲望。

3.3.3 合作学习

合作学习是以学习小组为基本单位，小组内的成员分工协作达成共同的学习目标，并以小组为单位进行汇报交流，可以使学生更有效地参与到学习活动中来，提高学习效果。由于在合作学习中共同的完成了复杂的学习任务，因为减轻了学习的难度，而使学生在遇到复杂有难度的学习任务时提高了完成任务的兴趣和信心。并在充分发挥个体的优势的同时，还能学会合作与竞争，有利于培养合作精神和责任感，是培养学生科学素养的重要教学策略之一。

为了避免合作学习流于形式，具体实施过程中需要注意一下几个问题：首先，学习小组组建时，内部成员之间应该在学习能力、知识水平等方面具有一定的层次差异，具有互补性，而各学习小组之间应该基本水平想当，而使各小组之间具有竞争力，以保证评价的公平性。其次，是在内容的选择上，应注意所选的教学内容是否适合合作学习，内容应具有一定难度和复杂程度。第三，对小组合作学习的评价应包括对小组整体的评价和小组成员个人的评价两部分。对小组整体的评价增强了学习小组的凝聚力，培养了学生的合作性竞争意识和团队精神。对小组成员个人的评价主要取决于其在小组活动中的表现，评价指标主要包括沟通协作技能和任务完成情况等。

3.3.4 巧用校本课程

涵盖生物、化学、物理、地理等多学科的科学与学生的生活实际、社会现实关系密切，当今科学又发展迅猛，学生对生物的兴趣和好奇心其实非常强。课本的知识选取系统性很强，基础性强，面向全体学生，再加上课时的限制，教学进度的统一，往往很难满足一些喜好科学、求知欲旺盛的学生的需要。而在新的课程改革中，校本课程的开设就为教师提供了极大的自主权，教师可以充分利用这个平台，突破课本的知识体系，开发具有个人特色、学校特色的校本课程。因为学生人数少，教学内容、时间相对灵活，学生兴趣浓厚，便于师生间、生生间的合作交流，也能使学生真正动手参与，充分思考、讨论、搜集资料甚至获得成果，更利于培养学生的科学素养。

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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