第36卷第12期
2016年12月 CURRICULUM,TEACHING MATERIALAND METHOD
Vol.36,No.12
December,2016
学科课程与教学
以当代科学实践为情境的科学教学模式初探
万东升1,魏 冰2
(1.江苏第二师范学院 教育科学学院,江苏 南京 210013;2.澳门大学 教育学院,中国 澳门 999078)
摘要:近年来,国际科学教育中的科学观开始从 “探究”向 “实践”转向,科
学教育学界积极探索以当代科学实践为情境的教学模式。此类教学模式主要有两种
教学设计:基于 “社会性科学议题”的论证教学和基于 “社会需求”的科学研究案
例教学。前者充斥着辩论、磋商、证据收集、评价和反思等科学论证活动;而后者
则全方位展示科学家根据社会需求来开展科学研究活动的过程。这两类教学设计都
重视学生对科学实践活动的理解、通过反思来进行明确的科学本质教学以及培养学
生功能性科学素养。我国需要结合本国实情,挖掘和利用学生熟悉的当代科学实践
情境,以发展学生对实践取向的科学本质的理解。
关键词:科学实践;科学本质;教学模式
中图分类号:G633.7 文献标志码:A 文章编号:1000-0186(2016)12-0085-06
基金项目:教育部人文社会科学研究青年基金项目 “学生科学素养的文化影响机制与教育路径研究”(15YJCZH157)
收稿日期:2016-07-03
作者介绍:万东升,1976年生,男,安徽无为人,江苏第二师范学院教育科学学院副教授、教育 学 博 士,新 加 坡 南 洋 理 工 大 学
国立教育学院访问学者,主要从事科学教育研究;魏冰,1966年生,男,安徽固镇人,澳门大学教育 学 院 副 教 授、博 士 生 导 师,主
要从事科学教育研究。
科学教育不仅传播科学知识,更重要的是促
进学生 理 解 科 学 本 质 以 形 成 全 面 的 科 学 观。然
而,近年来研究发现我国科学教学有助于科学知
识的传 授,却 没 有 有 效 地 促 进 学 生 理 解 科 学 本
质。[1]因此,开发有效的科学教学模 式 是 当 务 之
急。我 国 《初 中 科 学 课 程 标 准 (2011 年 版)》
提出将当代科学重大课题作为具体情境或实例渗
透到科学 教 学 中,让 学 生 理 解 科 学、技 术、社
会、政治以及环境的关系,从而全面理解科学的
本质。[2]这些作为具体情境和实例的当代科 学 重
大课 题 涉 及 “社 会 性 科 学 议 题 (socio-scientific
issue)”和 “基 于 社 会 需 求 的 科 学 研 究” 等,
通常被称为当代科学实践。然而,由于我国教师
对以当代科学实践为情境的科学教学兴起的缘由
缺乏了解以及缺乏相应的教学策略,课程标准所
提出的相关教学建议难以落实到具体的科学教学
中。本文对以当代科学实践为情境的科学教学兴
起的缘由进行详细的分析,并系统举例阐释该类
教学模式的教学设计、内涵和特点,以期为我国
科学课程教学策略提供参考。
一、以当代科学实践为情境的科学教学兴起
的缘由
(一)科学教育中科学观的实践转向
在科学教 育 中,经 历 了 从 “将 科 学 作 为 知
识”到 “将科学作为 探 究”,再 到 “将 科 学 作 为
· 58 ·
实践”的转变。[3]科学教育的早期,科学曾作为
知识或结论传授给学生。[4]自20世纪80年代后,
“科学作为探究”被国际科学教育界所认可,并
被发达国家写入其科学课程政策文本中。例如,
1996年美国发布的 《美国 国 家 科 学 教 育 标 准》
在内容标准中明确了 “作 为 探 究 的 科 学”,让学
生理解 “探究”这一科学本质。近年来,科学教
育学界认为,科学教学中教师和学生容易产生对
科学探究机械化和简单化理解,导致他们将科学
探究理解为一种固定化和步骤化的科学方法,无
法理解科学家真实 的 科 学 探 究 所 需 要 的 社 会 协
商、论证、评价、解释并获取最终问题解决方案
的行为。[5]同时,随着人们对科学的进一步认知
以及科学哲学的深入研究,学界对科学的社会性
已经达成共识:科学研究不再被认为是脱离社会
环境的个体行为,而是在特定社会、历史和文化
背景下科学界群体的社会实践活动。这些活动既
包括科学家共同体交流、辩论和反驳以修正原有
的理论以及所需要的合作和竞争,也包括科学与
技术、政治、社会和文化之间的相互影响。
基于上述原因,美国2012年发布的 《K-12
科学教育 框 架》采 用 “作 为 实 践 的 科 学”取 代
“作为探究的科学”的表述,突出强调科学是认
知、社会、行 为 等 多 维 度 的 实 践 活 动。[6]美 国
2013年发布的 《下一代科学教育标准》以及近年
来国际科学教育学界在细化和明确科学观时不仅
包含了科学实践的认知维度内容,例如 “科学知
识以实证为基础”等,同时也包括科学实践的社会
和行为维度内容,例如 “根据新的证据科学知识可
能改变”“科学知识与社会和文化有关”“构建科学
模型、定律、机制和理论解释自然现象”等。[7][8]
因此,“作为实践的科学”促使科学教学要关
注科学实践情境的创设和运用,不仅让学生理解科
学探究的过程,而且要能够通过辩论、批判和分析
来评价这一过程,且通过想象、推理、计算和推
测构建科学解释模型,考虑科学与技术、社会、
政治和文化之间的相互影响,获得现实世界问题
解决的方案,即把科学作为一种实践活动而不是
将科学作为对单一自然世界的探究活动来理解。
(二)基于实践情境的科学教学实验研究新
进展
近年来研 究 者 进 行 了 大 量 的 实 验 研 究 后 发
现,有效的科学课程教学需要提供一定的情境便
于学生反思 与 讨 论。[9]这些情境通常包括 “具体
的科学历史发展情境”“社会性科学议题的论证情
境”和 “基于社会需求的科学研究情境”。[10]第一
个属于科学史情境,后两者属于当代科学实践情
境。例如,贝尔 (Bell)等研究者采用混合的多因
素实验设计来检验不同的教学方法的教 学 效 果,
其研究结果显示,在实践情境中进行科学论证与
讨论式教 学 不 仅 有 助 于 学 生 全 面 理 解 科 学 与 技
术、社会、文化等相互关系,同时学生还能将在
该情境中形成的科学观迁移到其他情境中从而做
出基于情境的科学决策。[10]这些有关实践情境教
学的实验研究结果为开发基于当代科学实践的科学
教学模式提供了研究基础。因此,从已有的研究来
看,科学教学不仅让学生经历科学探究的认知过
程,还需要为学生提供讨论和反思的具体情境。[10]
二、以当代科学实践为情境的科学教学模式
以当代科学实践为情境的科学教学模式主要
有两种不同情境的教学设计,它们是基于 “社会
性科学议题”的论证教学和基于 “社会需求”的
科学研究案例教学。
(一)基于 “社会性科学议题”的论证教学
所谓社会性科学议题,是指由于科学、技术
与社会之间错综复杂关系所引发的一些具有争议
性的科学话题,包括生态环境、资源使用、人类
健康和道德伦理等问题。由于不同的信仰、观念
以及思考问题的角度,人们对这些涉及科学、技
术、政治、道德、经济和社会等问题往往具有不
同的意见,从而引起争议和价值冲突。[11]研究者
们认为学生可以在这种科学探究与人文交杂的实
践情境中通过科学论证或辩论学习科学,提升学
生对科学本质的理解。基于社会性科学议题进行
论证的典型教学设计主要的逻辑过程如图1所示,
其教学过程主要包括提出主张、意识到反向主张
和反驳反向主张以及师生明确讨论科学本质。[12]
1.提出主 张。教 师 提 供 社 会 性 科 学 议 题 情
境以及相关资料,包括议题的社会背景、议题中
涉及的科学概念与相关的科学知识、各派别的立
场与主张,让学生根据该议题的资料提出自己的
观点和主 张 并 提 供 合 理 的 证 据 来 支 撑 自 己 的 主
张,从而让学生理解科学观点需要基于事实和证
· 68 ·
图1 基于社会性科学议题的论证模式
据,以及不同文化和理论背景的科学家对事实的
解读会得出不同的结论。
2.意识到反向主张。针对自己的主张或理
论,能认识到其他人可能的反向主张,即对自己
的主张或理论进行反思,例 如 自 身 主 张 是 否 合
理、证据是否充分、推理是否有效。从而理解科
学是以实证为基础,根据新的证据科学知识可能
会改变。
3.反驳反向主张。针对反向主张,反思和
寻求支持自身主张的证据进行反驳,例如反思原
有的证据是否还能支持自己的观点、反向主张的
证 据 及 其 逻 辑 推 理 是 否 有 效 等。 正 如
《PISA2015年科学评价框架》中 提 出 “学 生 在
根据证据建立自身主张的同时也应该学会发现别
人主张中的缺陷”。[13]
4.明确讨论科学本质。学生通过反思的方
式直接明确讨论该 社 会 性 议 题 中 所 涵 盖 的 科 学
本质。
该教学设计将科学教学融于论证过程,充斥
着辩论、磋商、证据的收集、证据有效性的评价
等科学实践活动,并且以 “反思”为核心,让学
生直接明确讨论和反思科学本质。以 “饮用水的
氟化”教学为例。饮用水的氟化是增加饮用水的
氟浓度达到一个适宜浓度,以 防 止 龋 齿 病 的 发
生,但有人持反对意见,他们认为:人体氟来源
是多样的,氟过量会引起中毒,因此,饮用水的
氟化不仅可能产生氟斑牙,还具有氟中毒的潜在
危险,例如,致 癌 和 致 畸,并 引 用 相 关 资 料 佐
证:机体内氟的积累影响代谢过程以及饮用水氟
化的远期后果尚未充分了解。学生通过这一社会
性科学议题情境的辩论和论证,意识到反向主张
及其证据,反思自己的论证观点以寻求反驳反向
主张 的 证 据,从 而 理 解 “科 学 以 实 证 为 基 础”
“根据新的证据科学知识可能会改变”以及 “科
学家的科学结论可能受其社会文化和理论背景所
影响”等内容。表1是通过 “饮用水的氟化”的
论证情境来进行科学论证教学设计流程。
表1 “饮用水氟化”的科学论证情境的教学流程
问题情境 教学目的
1.假 如 你 是 一 名 科 学 家
A,你同意 对 饮 用 水 里 加
氟化物吗? 理由是什么?
培养学 生 提 出 决 策 和 主 张
的能 力。 (反 思 支 持 自 身
主张的理由)
2.如 果 另 一 位 科 学 家 B
不 同 意 你 的 观 点,他 会
如何辩驳?
培 养 学 生 反 向 主 张 的 能
力。 (反 思 自 身 主 张 或 理
论的缺陷)
3.你如 何 回 应 科 学 家 B,
向其 解 释 你 的 主 张 的 正
确性?
培养反驳反向主张的能力。
(根 据 对 方 的 证 据 和 主 张
进行反思)
4.关 于 水 的 氟 化 效 果,
即使科学家们面对同样的
数据,他们也会有不同的
解释结论,你怎样看待科
学家群体这个现象?
理解科 学 本 质:科 学 家 的
社会文 化 背 景、理 论 和 领
域影响 着 他 们 的 科 学 研 究
结果。
5.你 认 为 关 于 水 的 氟 化
的 知 识 将 来 会 改 变 吗?
为什么?
理解科 学 本 质:根 据 新 的
证据科 学 知 识 有 可 能 会 改
变,科学以实证为基础。
6.作 为 一 个 科 学 家,你
认为 你 的 主 张 和 观 点 将
来会改变吗? 为什么?
理解科 学 本 质:科 学 知 识
的暂时 性 或 根 据 新 的 证 据
科学知识可能会改变。
7.你 认 为 有 哪 些 事 情 会
导致 你 对 这 个 问 题 的 主
张和观点发生改变?
理解科 学 本 质:科 学 以 实
证为基 础,根 据 新 的 证 据
科学知识可能会改变。
注:4—7问题情境是通过明确的反思方式直接明确
地讨论科学本质。
(二)基于 “社会需求”的科学研究案例教学
相比于涉及价值判断的社会性科学议题情境
而言,基于社会需求的科学研究情境具有社会迫
切性、个人相关性和情境熟悉性特点。例如,抗
疟疾、禽流感、埃博拉病毒传播、航天科学技术
事业发展等。近年来,研究者们以基于社会需求
的科学研究为情境,开展 “促进学生理解作为实
践的科学”的案例教学。这类教学主要按照图2
的流程设计教学过程,突出了科学的社会实践本
质特征。[14]其教学设计主要有叁个步骤。
图2 基于社会需要的科学研究实践活动过程
· 78 ·
1.提出基 于 社 会 需 求 的 研 究 问 题。通过纪
录片、新闻报道等多种形式向学生展示某一社会
需求,让学生意识到开展基于这一社会需求的科
学研究的必要性,从而提出研究问题,理解科学
与社会、技术等之间的相互影响。例如,通过视
频纪录片向学生展示近代人类遭受疟疾、天花的
危害,人们生命和健康受到威胁;通过直观的方
式 (阅读当时的报纸、观看对经历过疟疾和天花
的病人或家人的采访视频)展示当时人们对这一
疾病的认识程度和原始治疗方式等 (这些认识和
治疗方式可能带有传统文化观念的印记)。然后,
引导学生提出 “天花病毒的传播机制是什么”以
及 “疟疾是如何产生以及如何传播的”和 “疟原
虫繁殖和寄生方式是什么”等研究问题,让学生
理解社会和文化对科学的影响,等等。
2.科学家的研究过程。基于上述社会需要
的研究问题,教师通过直观、生动有趣的方式展
示科学家研究的过程,可以开展小组讨论、游
戏、角色扮演、反思与辩论等教学方法让学生理
解:“科学知识如何获得以及如何发展的”“科学
家如何合作和竞争”。
3.讨论和反思科学的认知、社会和行为等
多维度的实践本质。在学生充分理解科学家研究
结果的基础上,让学生公开和明确地讨论和反思
研究结果对制订政治和经济决策的价值以及对社
会的影响,理解科学和社会、技术、政治和经济
的相互关系。例如,通过游戏教学方式让学生了
解传染病的非线性 (或几何级数)传播机制,理
解原有的饮食观念、行为方式以及卫生管理需要
改变,从而让学生理解科学对政治决策和社会文
化观念的影响。
香港大学研究者黄小玲 (Wong-Siuling)等
人曾以2003年 “非典” (SARS)事件为情境进
行科学教学。[15]表2以表格直观明了的方式概括
整个教学活动过程,厘清科学教学目标与教学活
动与情境之间的对应关系,充分展示基于社会需
求的科学研究情境的科学教学设计思路。
叁、以当代科学实践为情境的科学本质教学
模式特点
尽管以当代科学实践为情境的科学教学模式
具有两种不同情境的教学设计,但它们具有反映
该类教学模式的共同特点。
表2 以 “非典”(SARS)事件为情境的科学教学设计思路
步骤
教学
片段
具体教学
活动与情境 科学教学目标
(1)整体回 顾
SARS 事
件发生 的
社会现 状
以及科 学
研究的 必
要性。
观 看 介 绍 SARS 事
件 的 纪 录 片、 对 科
学 家 的 采 访、 当 时
新 闻 的 报 道, 概 述
性 展 示 科 学 家 对
SARS 的 病 因 以 及
传 播 机 理 的 研 究 需
要,同 时 也 展 示 当
时西方 与 中 国 香 港、
广 东 和 北 京 等 地 科
学 界 和 公 众 对 该 事
件的反应 (例如,中
国 公 众 购 买 板 蓝 根
和醋来预防SARS)。
理解:科学受社会
文化影响 (中西方
医学观念的差异)、
科学知识基于实证
和逻辑推理 (住院
病人感染医生和护
士,从而寻找传染
的途径和推理可能
的 传 染 方 式)、科
学 影 响 政 治 决 策
(来 自 感 染 区 的 公
民以及感染者被隔
离、乘客需要被执
行体温检查等)。
(2)科学家 对
SARS 病
毒产生 原
因的研 究
过程以 及
对 SARS
冠状病 毒
的基因 测
序过程。
观 看 对 参 与 研 究 的
科 学 家 进 行 的 采 访
视 频 和 当 时 的 新 闻
报道,模 拟 DNA 测
序 动 画 鉴 定 SARS
病 毒, 然 后 通 过 小
组讨 论、角 色 扮 演、
反 思 与 辩 论 教 学 活
动,了 解 科 学 家 起
初 认 为 SARS 是 衣
原 体 感 染 和 最 后 如
何 找 到 新 的 证 据 来
确 认 引 起 SARS 的
病原体 是 冠 状 病 毒,
以 及 理 解 科 学 家 开
展 SARS 病 毒 研 究
和 基 因 测 序 所 包 含
的合作与竞争。
理解:根据新的证
据科学知识有可能
修改,技术进步促
进科学进步,科学
的 合 作 性 和 竞 争
性。
(3)讨论和 反
思 SARS
与 社 会、
政治、文
化的相 互
影响。
学 生 游 戏 模 拟 病 毒
传染的 途 径 和 速 度,
讨 论 SARS 传 染 期
间 人 们 生 活 与 饮 食
习 惯 变 化。 访 谈 视
频 展 示 政 府 采 取 哪
些 措 施 应 对 SARS
病 毒 (包 括 对 科 学
研 究 的 支 持, 简 报
展 示 科 学 发 现 导 致
政 府 对 野 生 动 物 的
管理)。
理 解: 科 学 与 政
治、社会和文化之
间的相互影响 (政
府提供资金支持科
学 家 开 展 科 学 研
究,科学知识改变
饮食习惯,例如分
餐、不 吃 野 生 动
物)。
(一)重视学生对科学实践活动的理解
与传统的基于探究的科学教学方式相比,以
当代科学实践为情境的科学教学模式关注学生理
· 88 ·
解科学的认知、社会和行为等多维度的科学实践
活动本质特征。包括教师在内的学习共同体,犹
如科学家群体一样,需 要通 过 平 等 和 公 开 的 对
话,通过证据来辩护和反思自己的观点,从而选
择修正或放弃自己的观点。这样的学习活动反映
科学家群体行为的社会活动特征,表明科学与社
会、政治、文化以及个体理论的相互影响关系。
只有将学生置于真实的科学实践情境中,他们才
能理解科学实践中所表现出的 “一种观点如何取
代另一种观点” “哪些 证据 支 持 或 反 驳 某 个 观
点”,“科学家群体如何对话、磋商与辩论” “科
学结果如何影响个人、社会和政治的决策”以及
“科学与社会、技术以及政治的关系”。
(二)通过反思进行公开和明确的科学本质
教学
与传统的让学生经历科学探究来体验科学本
质相比,以当代科学实践为情境的科学教学模式
明确地将科学本质目标与具体的教学环节建立起
一一对应的链接。一方面,基于当代科学实践的
科学教学模 式 不 再 通 过 内 隐 的 (implicit)方式
让学生感悟科学本质,而是具有 “可操作化”和
“明示化”特点,把科 学 本质作 为 显 性 的 教 学 目
标呈现在教学过程中;另一方面,以当代科学实
践为情境的科学教学模式让学生讨论和反思教学
过程中呈现出的科学本质内容。这种基于学生讨
论和反思 的教 学效 果 也 被 相 关 研 究 所 证 实,例
如,卡 依 夫 和 莱 德 曼 (Khishfe & Lederman)
研究表明,在基于情境的科学本质教学中提供学
生讨论和明确的反思机会,其教学效果更佳。[16]
(叁)培养学生功能性 (functional)科学素养
面对科学主导的现代社会,公民正确理解
“科学作为一种实践活动”的本质并具有科学实
践能力被学界称为功能性 (functional)科学素
养,它不仅要求公民能理解科学本质,同时还要
求公民能参与相关科学和技术议题的讨论和辩论
并做出科学决策。[14]英国2014年发布的 《国家
科学教育新标准》要求:科学本质、科学过程与
方法不应当被分开教,而应该体 现 “科 学 地 工
作”。[17]因此,基于当代科学实践的科学教学模式
为学生功能性科学素养的提升提供了培养途径。
学生在以当代科学实践为情境的科学教学中,体
验科学论证过程并据此做出个人和社会决策,无
形中让学生参与练习科学主导的民主社会的运作。
四、结语
已有的研究发现中国学生对科学本质的认识
严重不足,科学思想还没有在我国生根,反科学
思潮却时常显现。因此,我国科学教育需要加强
以当代科学实践为情境的科学教学,提升学生参
与科学主导的民主社会建设的能力。我国科学教
师在进行以当代科学实践为情境的科学教学设计
时,需要结合本国实情,挖掘中国学生熟悉的当
代科学实践情境,将其加以利用,以发展学生对
实践取向的科学本质的理解。例如,疫 苗 事 件、
转基因黄金大米事件、中国科学家提取青蒿素抵
抗疟疾过程、中国近年来航天事业的进展、长江
与黄河流域污染问题等。学生在其熟悉的科学实
践情境中讨论和反思科学的本质,可以有效避免
让学生只记住科学知识而没有理解科学作为一种
实践活动的本质。
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(责任编辑:钮 瑛)
APreliminaryStudyontheModeofTeachingScienceinthe
ContextofContemporaryScientificPractice
WanDongsheng1,WeiBing2
(1.SchoolofEducationScience,JiangsuSecondNormalUniversity,NanjingJiagnsu210013,China;
2.FacultyofEducation,TheUniversityof Macau,Macau,999078,China )
Abstract:Inrecentyear,viewsofsciencehastransformedfromthe" inquiry" to " practice" in
internationalscienceeducation.Therefore,scienceeducatorshaveactivelyexploredtheteachingmodels
inthecontextofcontemporaryscientificpractice.Therearetwodesignmodelsforscienceteaching:One
istheargumentteachingbasedonsocio-scientificissues;theotherisscienceresearchcaseteachingbased
onsocialrequirements.Theformerincludessomeactivities,suchas,argument,discussion,collecting
evidence,assessmentandreflectionandsoon;Thelatterexhibitsthewholeprocessofscienceresearch
activitybasedonthesocialrequirements.Thetwodesignmodelshavethreecharacteristicsincommon:
Payingattentiontostudentsunderstandingofscientificpractice,carryingouttheexplicitteachingof
natureofsciencethroughreflectionandcultivatingthestudentsfunctionalscientificliteracy.Weshould
developthecontemporaryscientificpracticesthatarefamiliartoChinesestudentsbasedonourcountrys
contextinordertoletstudentsunderstandthenatureofpractice-orientedsciencebetter.
Keywords:scientificpractice;natureofscience;teachingmode
· 09 ·
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发布时间:2019-10-23
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来源:原创
录入者:皋磊
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