万东升

(江苏第二师范学院 教育科学学院，江苏 南京 210013)



理科大学生科学素养的现状及培养策略：基于实证研究分析*

万东升

(江苏第二师范学院 教育科学学院，江苏 南京 210013)

通过问卷调查445名理科大学生对科学知识与非科学知识的区别、科学证据与经验及权威的区别以及科学与迷信的区别，同时对部分理科大学生进行了追踪访谈，发现理科大学生在理解科学本质时折射出注重和谐、整体和功利结果“天人合一”的思想，且他们对科学认知还处于科学与非科学未分化的阶段。因此，我国高等理科教育在提升大学生科学素养方面的目标应该优先注重大学生理解“客体”和“客观”，将大学生对“主体”和“人心”的关注转移到对“客体”的关注，突破“天人合一”思想。其教育内容应该以经典实证主义科学观为重点，而非后现代主义科学观。

大学生；科学素养；中国文化；教育目标；教育内容

科学是人类文化的重要组成部分，它代表着人类认知能力进入了一个新的巅峰。从经济竞争力和国家需要来看，世界各国越来越依赖于公民的技术和科学能力。世界经济与合作组织(OECD)认为，解决21世纪人类面临的食品、能源、疾病等问题，需要公民具备较高的科学素养，它是未来公民必备的核心素质[1]。近年来，中国政府、科学界和教育界都对提高全民科学素养给予了高度的重视。《全民科学素质行动计划纲要(节选)(2006—2010—2020年)》明确指出“科学素质是公民素质的重要组成部分”，并强调：“提高公民科学素质，对于增强公民获取和运用科技知识的能力、改善生活质量、实现全面发展，对于提高国家自主创新能力、建设创新型国家，实现经济社会全面协调可持续发展、构建社会主义和谐社会，都具有十分重要的意义”。[2]但我国中学以下的学生科学素养与美国只相差1%；中学阶段的学生与美国相差11%；大学生与美国相差36%，还不及美国的一半[3]。由此可以看出，中美两国学生的科学素养差距从中学逐渐开始拉大，到了大学阶段差距更加明显。本研究将调查当前理科大学生的科学素养现状，分析其存在的问题和原因，并探究理科大学生科学素养培养的策略。

一、研究的过程和方法

国际上，科学素养测量方式主要是问卷调查，但近年来，针对非西方国家学生科学素养的问卷调查难以测量学生科学素养形成的原因[4]。因此，观察和访谈等质性研究方法作为问卷后的补充调查也开始受到关注[5]。本研究采用问卷和访谈相互结合的研究方法深入探究理科大学生科学素养现状。

第一，问卷调查和访谈的对象：国内5所省属本科高校的445名理科大学生，随后跟踪访谈30名理科大学生。

第二，问卷和访谈的内容：世界经济与合作组织OECD发布的《PISA 2015科学框架草案》将科学素养定义为[6]：科学素养是指处理与科学相关事物的能力，成为具有科学思想的反思性公民，并愿意对科学和技术做出合理的解释。具备科学素养的个体应该掌握的知识：“科学知识(knowledge of science)”和“关于科学的知识(knowledge about science)”，其中“关于科学的知识”即科学的本质，是科学素养的主要方面。也就是说，公民的科学素养不仅包括掌握科学知识，更重要的是理解科学的本质，具备科学的认知与思维方式，即具备正确的科学本质观。因此本研究围绕科学素养的主要方面——“对科学本质的理解”进行调查。重点调查大学生对“科学知识的客观性”“科学证据”“迷信”等三个方面的认识，即主要围绕科学知识的客观性和主观性的区别、科学和迷信的区别、经验总结和实验证据的区别、权威和证据的区别等进行问卷设计和访谈设计。问卷的题目形式为多项单选题，例如考察权威和证据的区别问题如下：

假如你正在做一项科学研究，为了验证假设，下面这些资料哪一种最有价值()：

(1)著名科学家的研究发现

(2)自己的实验数据

(3)根据众多科学家研究结果获得的推理

(4)权威网站提供的最新数据

(5)不知道

对于问卷调查中被试的回答，围绕科学知识的特点、科学与迷信的区别、科学证据与经验及权威的区别等进行访谈，以获得学生对科学本质错误理解的原因[7]，从而为提升科学素养的高等理科教育提供建议和教学策略。

二、理科大学生科学素养的现状

通过问卷调查和访谈的结果分析，理科大学生对科学本质的理解不容乐观，并且显示出一些特殊性。问卷调查结果采用百分制呈现，访谈结果最终对30个被试呈现出的每个观念类型的出现频次进行识别，将2/3以上的被试持有的观点称为普遍的(General)；将1/3至2/3的被试持有的观念称为部分的(Partial)；将1/3以下的被试持有的观念称为小部分(Minority)，如表1。

表1 访谈中被试表现出的观念类型、代表性及其核心观点举例

注：表中G=General；P=Partial；M=Minority

(一)对“科学知识的客观性”的认识

问卷中36.9%的被试回答正确，其他被试不清楚什么是科学知识，较多的被试把直觉和感觉作为科学知识，例如，43%的被试认为占星术是科学；少量被试认为八卦中有不少前沿性的科学知识。访谈结果发现：13名被试持有从众类观念，他们主要把大多数人认可的东西当成事实或科学知识。有5名被试认为“能够对其解释得通，它就是客观的科学知识”，本研究将其定义为“自圆其说类”观念；14名被试持有直觉类的观念，他们在判断某一些事物是否为科学知识时，将感觉和直觉当成科学知识，即感觉或者直觉上认为是科学知识或不是科学知识；有4位被试存在着唯心类观念，其特点表现为对客观真理信奉“信则灵，不信则不灵”的观念。因此，这些观念都没有认识到存在着不以人的主观意志为转移的客观科学知识。

(二)证据与经验及权威的区别

科学证据主要来源于实验获得的结果，也就是实验证据。问卷调查中发现27.2%的被试根据经验和直觉作为科学判断的依据，例如，从一个孕妇的脚的大小可以预测她生育顺利与否；问卷调查发现有近62%被试认为“著名科学家的研究发现”“权威网站提供的最新数据”“根据众多科学家研究结果获得的推理”作为验证假设的最重要的依据，而不是自己的实验结果。访谈结果发现：13名被试将“证据”理解为“权威”，即将书本知识和权威人士的观点作为证据；26位被试认为有效果、有用的就是科学的，或者简单地将科学等同于技术。6名被试认为算命或古代医术是具有神秘感的事物和新奇理论，所以应该是科学的；12名被试认为古代医术是古人经验的总结、概括和提炼，并把这种经验的总结、概括和提炼作为科学的“证据”；不能认识到实验所提供的证据。15名被试在谈论古代医术和算命是否具有科学性时，语句中突出“‘历史悠久’‘存在’，所以‘肯定’‘相信’有科学性”等语气和含义。

(三)对迷信的认识

问卷调查发现62.2%的被试不能区别科学与迷信，例如，有被试认为“任何运动都是由外力推动的，生命运动也存在一个超自然的推动力”。访谈结果发现：9名被试属于显迷信者，他们观念的主要特点是：相信世界上有鬼神或超自然力量的存在，或者相信命运，不求抗争，相信因果报应等宿命论特点，但又区别于西方社会的宗教信仰，而是根据人生经历来判断出鬼神的存在和命运的安排。所以需要说明的是，这些被试头脑中的“神”有别于西方文化中的人格化的“神”，更多则是“鬼”的层面上的涵义；有21名被试口头上不相信迷信，不承认有鬼神和超自然力量的存在，但在遇到麻烦以及其他方式不能解决的时候，为求心理安慰愿意尝试求神拜佛。因此，尽管这些被试直觉和经验上没有感知鬼神的存在，但是他们内心深处抱着“宁可信其有，不可信其无”的心态。

三、分析和讨论

(一)中国理科大学生对科学认知的思维特点

尽管理科大学生学习了大量的科学知识，但中国社会生活和文化环境对他们长期耳濡目染，使得他们的科学本质观念不同于西方学生。研究结果发现，对科学知识客观性和确定性的认识，多数被试主观和客观不分，以经验和感觉代替客观科学知识。这种“主客不分”的科学知识观与中国文化中“天人合一”的整体思想具有一定的共通性，所以不具备分析思维方式，不能意识到实验的控制变量思想，所有变量和需要分析的变量融为一体，把“经验”当“实验”。而西方人在处理客体时，会从背景中把该客体分离出来，并着重分析客体本身的特性，而不是把分析的重点放在它与周围环境的联系上。一些中外认识论比较研究也证实了这一点[8]。

本研究调查的理科大学生将权威和有用等作为科学证据，这在一定程度上反映了被试的功利主义科学观念。其他的相关研究也发现类似的现象。例如，萨拉(Slay)通过人类学的研究方法，了解到学生对自然(即科学)的认识和看法时，发现中国学生按照课本中或者标准答案来回答，即崇尚权威[9]。邓(Deng)研究发现中国学生采用“实用”来代替“科学证据”[10]。同处东亚儒家文化圈中的韩国和日本等经济发达国家近年来也出现了一些类似的科学本质观念，他们的学生在国际学生学业评价项目中科学知识名列前茅，但是对科学的信念落后于且不同于西方国家。例如，帕克(Park)等人进行了一项加拿大和韩国学生科学本质观的比较研究，发现加拿大学生比较关注科学是如何被发现和发展的，而同处于儒家文化圈中的韩国学生比较关注科学知识或理论如何被其他科学家所承认，研究者们将这一差异归为东亚儒家的集体主义文化，即重视其他人的看法[11]。

综上所述，中国文化“天人合一”思想注重和谐、整体以及功利的结果，不注重分析思维，缺少批判性思维和质疑精神等，影响着中国理科大学生理解“关于科学的知识(即科学的本质)”，因此提升中国学生科学素养需要考虑这些文化的影响，构建有针对性的科学素养教育目标和内容。

(二)中国大学生科学认知所处的阶段

按照西方认识论的发展阶段，我们现在可以将西方科学本质观的发展划分为三个阶段，即：前科学本质观阶段、实证主义科学本质观阶段和后现代科学本质观阶段。三个阶段的特点：(1)前科学本质观阶段。以神话和宗教来阐释自然世界，认为上帝制造了这个有规律的世界，科学和非科学未分化，主观和客观不分。(2)实证主义科学本质观阶段。明确的主客二分，具备实验思想，崇尚形式逻辑思维，理解科学过程和非科学过程的区别，理解实验证据的可靠性。(3)后现代科学本质观阶段。能够在认识观察、实验等基础上，承认科学研究过程中科学家的主观性和创造性，同时也能在此基础上认为科学知识随着新证据的获得而发生修正和改变以及充分理解科学的局限性。尽管本研究调查的中国理科大学生对科学本质认知处于科学和非科学未分化的前科学阶段，但中国大学生的“人和客观知识一体化”和“有我无物”的科学本质观，不同于西方人关注“物”的前科学阶段认知。中国传统文化中所蕴含的“天人合一”等思想与现代科学素养所倡导的探索自然的科学精神和方法有着较大差异，这种差异反映了解决人文和科学两大不同领域问题的不同思想方式，其本身并没有孰优孰劣之分，但科学教育需要正视这一差异才能提出针对中国大学生科学素养培养的策略。

四、大学生科学素养培养策略

鉴于我国理科大学生对科学本质的认知具有特殊性，我们需要重新制订适合我国大学生科学素养教育的目标和内容，而非模仿西方近年来的科学素养教育目标和内容。

(一)重新定位中国大学生科学素养教育目标

中国文化中“天人合一”的思想对于协调现代科技发展和人类社会生活以及生态环境的关系具有积极意义，也是人类处理人文领域问题的重要思想和方法，但中国科学素养教育目标需要从最基本的科学思维方式培养入手，优先注重学生理解“客体”和“客观”，将学生对“主体”和“人心”的关注转移到对“客体”的关注，突破传统思维的“天人合一”思想，才能达到对科学知识客观性、科学证据和科学方法等方面的理解，从而能够让其区别科学与迷信。客观、中立、不带感情色彩地分析事物是科学素养最基本的方面，同时也是客观认识中国传统文化价值最基本的条件。因此，关于中国大学生科学素养的培养，本研究针对理解“关于科学的知识(科学的本质)”进行具体的教育目标本土化和中国化阐释(见表2)。

表2 科学素养本土化目标阐释(针对“科学本质”)

(二)科学素养教育内容：注重经典科学本质和思想

西方发达国家科学素养教育中渗透科学具有暂时性、主观性以及科学受社会文化影响等内容，与发达国家近年来科学给环境、健康和能源等带来的负面效应相关，人们日益意识到需要对科学技术进行反思。一些反思科学的后现代主义科学观从科学和人文的联系以及科学的利与弊来阐释科学知识的相对性等局限性内容。这些新科学素养内容不仅包含经典实证主义科学本质内容，而且更多地关注了科学与社会实践相联系的内容。以美国近年来的科学素养目标为例，他们强调通过社会实践和科学反思解决人类面对的问题。因此，美国科学素养教育已经不是一种脱离于人文关怀的改善物质生活的技能教育，而是站在关注人类社会未来健康发展的新人文主义教育。其教育内容早已突破科学知识的层面到达科学方法的层面，向着价值观和科学伦理等问题对科学进行反思的文化层面发展[12]6-11。然而，根据《PISA 2015科学框架草案》对科学素养的定义可知，只有先具备科学思维，才能对科学进行反思来解决与科学技术相关的社会问题，中国大学生还远没有建立以科学理性思维为基础的防御伪科学和反科学思潮的免疫系统(科学和非科学不分、主客观不分、科学证据意识薄弱、相信迷信等)，盲目地进行后现代主义科学本质观教育，导致大学生将科学知识误认为是个人主观的建构，而非确定的和客观的，很容易将西方后现代主义科学观念误认为是科学精神。这将必然导致社会诚信丧失、学术腐败盛行和伪科学泛滥，甚至导致崇拜社会迷信和追求“天人合一”的“和谐境界”[12]6-11。

根据教育重演论的观点[13]：第一，一个人的教育发展是一个过程。进入高一级的教育阶段一定是以通过了低一级的教育阶段为前提；第二，现代学生的学习过程是对人类文化发展过程的一种认知意义上的重演。尽管我们在处理人文领域问题上已经到达后现代主义阶段，但如果我们承认西方科学文化是从前科学阶段发展到实证主义科学阶段，再发展到后现代或后实证主义科学阶段，那么我们在进行科学教育过程中，就不应该超越经典的实证主义科学观的教育内容，而应该重视在本国社会文化情境中以摆脱迷信和神话为主的实证主义科学本质作为科学素养教育内容。继而可以考虑增设经典科学实验、科学史和科学与宗教等讨论课程，培养学生如何实验、如何获得可靠证据，使得学生有反思和批判的机会。另外，可以开设中西文化差异的讨论课程，让学生有机会反思自己的文化和西方文化的不同，让学生认识到科学与非科学(艺术、宗教和迷信)特征之间的区别。

[1]OECD.PISA 2006 science competencies for tomorrow's world，Volume 1：Analysis[M].Washington：Birooking Institution Press，2007.

[2]中华人民共和国国务院.全民科学素质行动计划纲要(节选)(2006—2010—2020年)[EB/OL].(2006-02-06)[2015-12-20]. http：//www.gov.cn/jrzg/2006-03/20/content_231610. htm.

[3]中国科学技术协会中国公众科学素养调查课题组.2001 年中国公众科学素养调查报告[M].北京：科学普及出版社，2002 ：69.

[4]LIANG L L，CHEN S.Pre-service teachers'views about nature of scientificknowledge development：an international collaborative study[J].International Journal of Science and Mathematics Education， 2009(7)：987-1012.

[5]DENG F，CHEN D T，TSAI C C.Students'views of the nature of science：a critical review of research[J].Science Education，2011， 95(6)：961-999.

[6]CAMBRI UNIVERSITY.Organization for economic cooperation and development.PISA 2015 draft science framework[J]. International Organization，1964,18(1)：207-209.

[7]风笑天.社会学研究方法[M].北京：中国人民大学出版社，2001：305-307.

[8]PENG K，KNOWLES E D.Culture， education， and the attribution of physical causality[J].Personality and Social Psychology Bulletin， 2003，29(10)：1272-1284.

[9]SLAY J.Culture and conceptualizations of nature：an interpretive analysis of Australian and Chinese perspectives[D].Perth：Curtin University of Technology，2000.

[10]DENG F.Facilitating high school students' sophisticated argumentation about nature of science(NOS)[D].Singapore：Nanyang Technological University， 2012.

[11]PARK H，NIELSEN W.Students'conceptions of the nature of science：perspectives from Canadian and Korean middle school students[J].Science & Education ，2014，23(5)：1169-1196.

[12]万东升，张红霞.我国非正式科学教育发展的困境与路径选择：基于美国的经验[J].教育科学，2013(4)：6-11.

[13]张红霞.教育重演论与中国教育改革[J].教育研究，1998(2)：60-63.

(责任编辑 李世萍)

Status and Cultivating Strategies of Scientific Literacy for Science Students Based on the Empirical Research

WANDong-sheng

(School of Education Science，Jiangsu Second Normal University，Nanjing，210013，China)

Throuh doing a survey on distinguishing some concepts among 445 science students，such as "scientific knowledge and non-scientific knowledge"，"scienfic evidence，experience and authority" and "science and superstition"，the result shows that the thought of stressing the harmony and "unity of man and nature" is reflected in their views when they try understanding the essence of science in the tracking survey.Therefore，it can be judeged that these students'recognition on the science is in a scientific and non-scientific undifferentiated stage.Therefore，the teaching objectives of promoting undergraduates scientific literacy should pay more attention to the students' understanding of "objects" and "objectivity" in China.Meanwhile，the students should convert their habitual way from"subjectivity"and "humanity" to "objectivity" and break through the traditional thought of "unity of nature and man".In conclusion，the key point of our teaching contents is just the scientific features of classical positivism not postmodernism.

university students；scientific literacy；Chinese culture；education objectives；education contents

2016-02-28

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”(项目编号：15YJCZH157)；江苏省高校哲学社会科学研究基金项目“中国文化与科学教育的相关性研究”(项目编号：2014SJB260).

万东升(1976-)男，安徽无为县人，副教授，博士，主要从事科学教育与高等教育研究.

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