科学教育理论阐释

一、科学教育目标的重点是，通过提高学生的科学素养促进学生的全面发展

科学求“真”，技术求“巧”，所以，对年轻一代进行科学教育的直接目标，简单地说，就是要让学生更聪明、更能干。更聪明，就是要更好地认识和理解周围的世界；更能干，就是要更好地掌握和创造先进的改造世界的方法。但是，这并不是科学教育的最终目的，或者说并不是科学教育的全部目的。

当人类仰望星空时，所生发的不仅仅是一种对宇宙本身的好奇，而且想知道这星空与自己是什么关系，人类在宇宙中处于什么样的位置，那闪烁的星星是否也与人类命运的起伏联系在一起；当人类凝视着万物的运动变化、生生死死时，不仅想知道这些现象到底是怎么回事，而且想知道这一切对人类有什么意义。总之，人类进行科学研究和探索，其最终目的往往并不仅仅是为研究而研究，对人类自身的关怀始终是人们进行科学研究和探索的重要动力。人们想通过科学研究了解世界的本来面目，了解人与自然及社会的关系，想更好地改造世界，更自觉地提升人类生活的质量与境界。这是科学的终极追求。

如此说来，科学教育之所以有必要，不仅是因为它能让人获得科学知识、技能、方法，更是因为科学能促进人本身的进步，提高人类生活的质量与境界。从另一个角度讲，科学教育只是教育的一个方面，科学教育要配合其他方面的教育，为实现教育的全部目标，为促进人的全面发展服务。

所以，如果准确一点讲，科学教育的最终目的就是要提高学生的科学素养，促进学生的全面发展，改善学生的生存能力和生活质量。

所谓科学素养，是指人们身上与科学活动有关的一种综合素养，它包括科学知识与技能、科学方法与能力、科学行为与习惯以及科学态度与精神等。

各种具体的科学知识和科学技能是构成科学素养最基本的成分，是科学素养赖以形成的基础。一个没有基本的科学知识与技能的人，是谈不到科学素养的。科学素养的其他成分——科学方法、科学能力、科学行为习惯、科学态度等，很大程度上是在学习科学知识和科学技能的活动过程中形成的。科学知识与技能涉及数学、自然科学、人体科学、思维科学、社会科学、行为科学等广泛领域。

科学方法与能力是科学素养的核心，它直接决定人们的科学活动能否顺利进行。一个不掌握科学方法、不具备相应科学能力的人，即使具备一定的科学知识和技能，也不可能独立从事科学探究活动。科学方法与能力包括：搜集资料、观察、分析、假说、实验、表达与交流、实际操作与制作等。

科学行为习惯是科学素养的外部行为表现，也是进行科学活动的行为保障。良好的科学行为习惯包括勤动脑勤探究的习惯、良好的学习习惯、科学的生活习惯、与自然环境和谐共处的习惯等。

科学态度与科学精神是科学素养的灵魂，是科学素养在一个人的世界观、人生观、价值观层面的体现。良好的科学态度与科学精神不仅可以使个人的立身处世更加自觉、更加高明，而且对于破除迷信、推动社会风气的进步也具有重要意义。良好的科学态度和科学精神包括崇尚真理、注重效率、严谨认真、客观公正、敢于创新等。

另外，我们这里所谓的科学素养包含着技术素养，比如技术意识、技术应用、制作技术等。

需要强调的是，科学素养是一个整体，对科学素养的成长来说，上述任何方面都不可或缺。

科学素养可以进一步结合学生个人及社会发展的实际需要，分解成一些科学教育的具体目标。联合国教科文组织曾对53个发展中国家的500多名有经验的教育工作者进行调查，请他们提出科学教育应有哪些重要目标。在此基础上，调查者把结果归纳为16个目标，按重要程度排序如下：(1)帮助学生发展智力，使学生能在迅速变化的世界解决生活问题。(2)帮助学生发展逻辑思维能力。(3)把学生培养成能为本国的发展作出贡献的合格公民。(4)培养国家团结精神。(5)帮助学生发挥自己最大的能力。(6)培养学生的公民品德。(7)使学生获得特别适合于他们所在农村社会的要求和能力的教育。(8)培养学生重探讨、重试验的态度。(9)使学生养成热爱社会而非自私自利的思想作风。(10)增进对不同阶层人们文化上的了解。(11)提高社会保健和卫生水平。(12)为社会提供一种能随着新知识、新问题的出现而作出相应改革的教育。(13)帮助不同水平的学生获得解决问题的能力。(14)在求知中学会求知，帮助学生养成一种习惯于探索和运用知识的态度和能力。(15)提高学生的智慧水平，使他们认识到自身潜力。(16)使学生养成有规则的、积极的工作习惯。世界上许多国家都结合本国的情况提出了自己的科学教育目标，而我国中小学科学教育目标主要分解在各门自然科学学科的具体教学目标中，国家统一的科学教育纲要正在制定之中。

二、科学教育的课程应该体现现实性、综合性与时代性

传统的科学教育一般将科学教育内容按学科进行分类，主要按学科知识的逻辑结构对学生进行教学。这种教育模式的优点是，有利于学生掌握比较系统的学科知识，明晰学科知识的逻辑结构，这对于培养专门从事某一领域研究的科研人员是有帮助的；缺点是忽视科学与现实生活的联系，忽视科学知识的综合性和应用价值，不能让学生及早接触现代科学的最新进展，不利于在基础教育中培养公民的科学素养。在传统的科学教育模式下，学生可能会掌握较多的学科知识、技能，但是却可能对活生生的大自然、丰富多彩的社会生活以及人与自然和社会之间的复杂关系知之甚少，对现代科学的发展动态缺乏了解。这样，当他们把目光由书本转向真实的世界时，许多人可能是茫然无知的。

随着当今时代科学技术的整体化、综合化以及向社会生产、生活全面渗透趋势的加强，人们明显地感觉到传统的科学教育的内容编排和教育手段都已不再适应时代的需要了。

（一）科学教育的课程内容应体现现实性

科学从来就不是脱离实际的抽象理论，而是来自于客观世界，并最终服务于人们的现实生活。人们学习科学的目的，也不是为了进行纯粹的思维训练，而是为了更好地理解世界、利用世界和改造世界。但是科学的发展总是需要在一定程度上独立于现实生活，构建各种知识自身的逻辑体系。比如化学知识就有其自身的内在逻辑，只有了解了化学元素的基本知识，才能进一步去理解物质的分子结构，进而去理解化合物及有关的化学现象。如果在编排课程时，完全局限于这些化学知识本身，而不结合生活中的化学现象，那么学生即使对书本上的化学知识掌握得很好，仍然不会对他们的实际生活有直接的帮助。更重要的是，人们在现实生产、生活中遇到的许多问题不仅仅是个科学问题，还涉及到技术问题、社会问题。比如化学污染问题。一个学生具备一定的化学知识，不一定就知道化学污染是怎么回事，知道了化学污染是怎么回事，不一定了解应该如何治理污染，知道有关治理化学污染的技术问题，不一定就会在生活中主动去避免或防治污染。而作为一个现代社会的公民，这种现实问题几乎每天都要碰到，社会需要他们不仅掌握与此有关的知识，而且需要他们了解相关的技术，特别是需要他们对此采取一种正确的态度和行为方式。这就有个如何把科学教育的内容与现实生活结合的问题。

从20世纪二三十年代开始，一些发达国家就提出了STS教育思想，但直到60年代这种思想才引起社会的广泛重视。STS是“科学”、“技术”、“社会”三个英语单词的缩写。STS教育，即“科学一技术一社会”教育。它强调科学教育应该密切联系人类的现实生产和生活，强调应该使学生了解科学技术在生产和生活中的应用，并形成对于科学、技术和社会的正确态度。STS教育重视开设环境、能源、材料、海洋、城市等综合性课程。在STS课程中，以下内容是经常被选用的：人口增长率、世界性的饥饿与食物资源、空气质量与大气、水资源、科技战争与国防、人类健康与疾病、人类基因、能源缺乏、土地使用、有毒物质、核能利用、物种灭亡、矿产资源、太空技术等。

（二）科学教育的课程内容要体现综合性

科学教育课程要体现现实性，必然带来一个相关的要求，这就是科学教育课程还要具有综合性。因为客观世界本身是一个综合性的整体，现实中的种种实际问题所涉及的科学知识往往是多方面的，要解决这些问题，不仅需要学生有多方面的知识储备，更重要的是要具备综合运用多方面科学知识的能力。这就对传统的科学教育的分科教育体系提出了挑战。

另外一个挑战来自科学自身的发展。第二次世界大战以来，由于科学知识的迅猛增加，学科发展的高度分化与高度综合，传统的按学科分类进行科学教育的方式已越来越难以维系。如果继续按照学科知识的逻辑结构来组织编写教材，已经不可能涵盖和容纳那么多的知识内容了。

于是，人们不得不尝试用另外一种思路来组织科学教育的内容。这就是按照一定方式将多门自然科学知识加以综合，构成一种综合理科课程。目前，世界上已有越来越多的国家和地区在实行综合理科课程，我国的上海、浙江、广东等地也开展了这方面的试点工作。综合理科课程的组织方式大致有以下几种：(1)以知识的逻辑结构为主线。其中，或者以某一学科的知识体系为主体，综合其他相关学科的知识编制课程；或者打破单个学科的知识体系，用一种更为综合的知识体系统有关学科知识。(2)以有关主题为主线。主要是围绕一些重大的现实问题——比如环保、资源、健康等——组织相关学科知识。(3)以学生的活动为主线。让学生学会科学方法，了解必要的知识，培养科学能力。

（三）科学教育课程的内容与手段要体现时代性

科学素养是具有时代性的。科学的发展日新月异，无论是构成科学体系的基本的原理，科学研究的主题，还是科学研究的方法、技术等，都是在不断地更新和变化的。现实社会也是在不断变化的，人们生产生活中遇到的实际问题都带有明显的时代性。作为一个科学研究工作者，自然必须了解和跟踪科技发展的前沿问题，即使是作为一个普通的劳动者，也需要掌握所处时代的科技常识，形成符合时代要求的科学技术素养。比如，如果是在20世纪50年代，一个普通劳动者能够掌握物理学中有关传统力学、电磁学、光学等一些基本理论和相关技术就不算落后，基本上能适应生产劳动的需要；而在今天，一个人如果不了解现代信息论、系统论、控制论，不掌握电子信息技术，那就只能供职于一些传统的工作岗位，就不具备从事现代化生产劳动的基本条件。

因此，现代科学教育必须使学生养成符合时代需要的科学素养。当前特别需要强调的科学素养至少有以下几种：获取信息和处理信息的能力，创造精神和创业能力，运用知识解决实际问题的能力，适应未来变化的能力，与人沟通与协作的能力，等等。

要使学生养成符合时代要求的科学素养，科学教育课程的内容和教育手段必须体现时代性。当今时代，世界各国在处理教育与经济及社会发展的关系时，普遍认同教育应该适度超前发展的理念。这种超前并不仅仅是指物质条件的超前(当然物质条件的保障也是必要的前提)，而是指教育目标、内容、观念、手段的超前。因为人才成长的周期比较长，教育效果的体现具有明显的滞后性，要保证教育培养的人才不落后，必须拿明天的人才标准来要求今天的学生，科学教育课程的内容与教育手段必须跟上现代科学技术的发展步伐。

根据专家对科学发展前景的预测，在未来几十年里，生命科学将伴随信息技术的发展而成为自然科学新的带头学科，它将深刻影响医学和工农业生产技术发展的方向。针对社会发展的这种趋势，教育应该怎么办?显然，我们不能因为眼下中国社会的生物技术、生物产业还不发达，就忽视对学生的生命科学教育。科学教育如果一味迁就和适应今天的现实，那它就有可能变成“古董陈列馆”，所培养的学生的科学素养将缺乏时代性和先进性。除了生命科学与信息科学，当前和未来一个时期内将对人类社会产生重大影响的高新科技还有空间科学、海洋开发科学、新材料科学和新能源科学等，科学教育课程应该在适当的年级渗透这些方面的内容。

现代科学素养的成长也离不开教育技术手段的现代化。现在信息技术不仅成为各种科学研究的基本工具，而且也深入到包括教育领域在内的社会生产生活的各个方面。充分利用现代信息技术进行科学教育已是大势所趋。现代教育．技术为教育提供的不仅仅是一种教育手段、教育方法或教育内容，更重要的是，它可以为学生的发展提供一种现代化的“平台”。也就是说，现代教育技术在教育过程中的应用水平，可能会在相当大的程度上决定学生科学素养的发展方向和发展水平。因为，信息技术已经深深地渗透到人类整个知识系统的储存、组织、检索和应用当中了，不掌握信息技术，不习惯于在信息技术条件下进行学习、研究和探索，就好比面对知识的宝库而没有打开宝库的钥匙一样。

可见，现代信息技术已经开始改变人类的学习方式、思维方式和工作方式，只有让学生从小习惯于利用现代信息技术进行学习、探究和创造，才能保证他们所成长起来的科学素养是现代的科学素养。

三、科学教育的过程应该重视科学方法，充满科学精神

与传统的科学教育目标、课程设置、内容编排相对应，传统的科学教育过程在教育方法上，教师注重对知识的讲授和对技能的演示，学生注重对知识和技能的记忆、理解、模仿和练习。尽管传统的科学教育传授的是科学知识与技能，但是教育活动当中很少有师生共同参与的真正的科学活动。而现代科学教育的目标是全面提高学生的科学素养，即不仅要求学生掌握基本的科学知识与技能(“双基”)，而且还要形成科学的方法、能力、习惯、态度、精神，而传统的科学教育过程是很难达到这样的培养目标的。现代的科学教育过程必须遵循科学素养的成长规律。

科学素养主要是在学科学、用科学、探索科学的活动过程中成长起来的。在构成科学素养的各要素中，科学知识和技能是可以“学成”的，而科学方法、能力、习惯、态度、精神等则主要靠“养成”和“练成”。也就是说，科学素养的成长固然需要教师的讲授和演示，需要学生通过对书本知识的学习获得间接的知识经验，同时更需要在教师的指导下，在教学所提供的情景中，通过学生自己的各种活动(比如学习、探究、操作、实验、练习等)去感受、发现和总结一些直接经验，从而自然而然地形成科学的方法、能力、习惯、态度与精神。学科学是需要亲身实践的，不能由别人代劳。

要培养学生的科学方法和科学精神，从教师的角度讲，应该注意以下几点：(1)要重视创设问题情境，包括提供相应材料和条件，问题要适合学生水平并具有一定的挑战性；(2)要引导学生自主探究，教师的指导要到位而不越位；(3)要启发和鼓励学生大胆提出假设，认真验证假设；(4)要鼓励学生相互交流、研讨和协作；(5)教学活动的气氛要宽松、民主，教学过程要始终保证发挥学生的主动性、积极性和创造性。

四、科学教育要与人文教育相结合

现代科学教育思想中一个非常重要的内涵，就是科学教育必须与人文教育相结合。这种结合主要包括以下几个方面的含义：

（一）要使学生学会用正确的态度对待科学活动和科技成果

发展科学之所以有必要，是因为它对人类有利，人们可以利用科学成果、科学过程提高人们的生活质量，增进人类幸福。但实际上科学的发展并不总是能给人类带来有利的结果，由于科学技术被滥用而给人类造成的灾难性影响已经广为人知。要保证科学能够始终造福于人类，促进人类个体生活和社会生活的进步，必须使人们以正确的态度对待科学，正确运用科技知识与科技成果，在科学活动中渗透人文精神。

（二）要使学生学会用科学的态度对待社会和人生的重大问题

爱因斯坦说过：“科学对于人类事务的影响有两种方式。第一种方式是大家都熟悉的——科学直接地并且在更大程度上间接地生产出完全改变了人类生活的工具。第二种方式是教育性质的——它作用于心灵。尽管草率看来，这种方式好像不太明显，但至少同第一种方式一样锐利。”

科学技术崇尚理性，尊重事实，科学精神不仅是科学研究所必需的，而且对于人们的日常生活也非常重要。可以说，科学精神本身就是一种重要的人文精神，因为科学技术可以拓宽人们的视野，开阔人们的胸怀，启迪人们的心智，它能使人类逐渐走出蒙昧，神清气爽。用科学的精神来面对和思考社会生活和个人生活，有利于人们确立正确的世界观、人生观和价值观。

（三）要充分挖掘科学教育内容的人文价值

打开科学史，我们会发现，人类在探索科学的历程中，充满着丰富的人文精神，科学发现和技术发明的过程常常伴随着一些感人至深的故事。哥白尼顶着巨大的宗教压力苦苦探索，严密论证，历时40年，终于推翻地心说，创立日心说；布鲁诺为宣传哥白尼的科学思想而不惜牺牲生命；爱迪生为发明电灯经历了上千次的失败；我国著名科学家李四光、华罗庚、钱学森以及当今仍然活跃在科学教育领域的华人科学家杨振宁等都是科学素养与人文素养兼备的大师，他们留给我们的不仅仅是科学方面的成就，还有其不朽的人格魅力……科学史上像这样的事例可谓数不胜数。可以说，没有人文精神的动力支持，就不会有人类如此辉煌的科技成就。所以，科学教育必须挖掘和渗透这些重要的人文内容。