朱迪·S·莱德曼刘 怡译 莫小丹校

借鉴与交流

非正规教育机构在发展和支持公众理解科学中的重要性①

朱迪·S·莱德曼刘 怡②译 莫小丹③校

实现科学教育改革愿景并提高公民科学素质的唯一方法就是使科学探究和科学本质同面向所有学生的科学机构结合起来。非正规环境中的教育者可通过多种方式影响公众对科学、科学探究和科学知识本质的理解，而这是正规教育难以实现的。因此，非正规教育工作者自己需要理解科学探究和科学本质的内容，并有效利用非正规教育环境向公众传达上述理解。

博物馆；非正规教育；科学本质；科学探究；科学素质

非正规科学教育机构(ISIs，在本文中指科技类博物馆。译者注)采用多种技术，通过展品向前来参观的观众展示科学，这些展品或是交互型，或是动手操作型(不向观众提供反馈)，或者是静态展示型(如自然历史博物馆展示的立体模型)。自1851年的伦敦科学博物馆开始，这些机构向公众展示科学，展出了激发公众好奇心的展品，对提升公众的科学知识和科学素质做出了重要贡献。[1]

尽管如此，我们也清楚地发现，仅有五分之一的美国人能够用一段简短的叙述解释一项科学研究的概念。也不单美国是这样，1988年一项调查显示，仅有34%的英国公众知道地球绕太阳转一周的时间是一年，而对美国公众的调查结果是46%。[2]此外最新的心理学研究发现，人在儿童时期根据直觉以及基于常识或来自“可靠的”“可信的”专家所产生的认知，通常会持续到成年时期。[3]缺乏科学知识和对科学的理解将导致一种“缺失模型”，这样的公众普遍被视作“科学文盲”。[4]

一般来说，科学素质可以被定义为:具备科学素质的人能够意识到科学、数学和技术相互依存，各有所长但又各具局限；理解科学的核心概念和原则；熟悉自然界，并承认其多样性和统一性；为了个人和社会目的，运用科学知识和科学思维方式。[5]更准确地说，一个具备科学素质的人，拥有对个人、社会和全球问题做出反应的知识、态度和能力!拜比认为，无论在什么情况下，非正规科学教育机构都应竭尽所能地培养更有科学素质的公众。[6]然而，在思考非正规科学教育机构应该对提高科学素质做出怎样的贡献时，有必要更具体一些。

非正规科学教育机构致力于向所有不同年龄和能力水平的观众展现科学。正如观众分类多种多样，非正规科学教育机构所要展现的目标也千差万别。一些非正规科学教育机构仅希望公众对科学保持关注和热情就好；而另外一些机构则希望从更深程度上促进公众对科学的理解。[7]这直接影响展览设计的决策，从而将潜在影响观众对科学的态度以及对科学以及作用原理的理解。

正如研究所言，非正规科学教育机构给观众带来用意良好、积极正面的体验，却往往忽视科学过程，只呈现出一系列展品。在展览中展示有关科学的争议时充满挑战；最后展现的科学知识却并不一定正确。[8]也许正是因为这样做难度很大，才使这类展品非常少，或者非正规科学教育机构的展览设计师和教育者自己都没有意识到，帮助公众更真实、更深入地理解科学内涵、科学探究和科学知识本质意义重大，最终将提升科学素质。

一、什么是科学知识的本质?

虽然这个假设尚未经检验，但众所周知，科学素质需要了解科学本质，史称“科学知识的本质”。[9]别人已知道或理解的事情是不用教的。而只有非正规科学教育机构的工作人员同时掌握科学本质的内容和教学知识，才有能力用科学本质增强展品和教育活动的功能，提升观众的科学素质。具体做法包括把科学本质同现有的展品和教育活动连接起来，帮助展览设计师把科学本质适当地整合进新项目之中，设计课件和完善活动方案。那么，非正规科学教育机构的教育者需要了解关于科学本质的哪些内容，以提升自己的科学素质呢?关于科学本质的最佳实践的研究到底是什么?

“科学本质”这个术语通常指科学知识所蕴含的价值观和观念，以及科学知识的发展。当前对科学本质的具体方面尚存在分歧，本文仅探讨被普遍认同的七个方面，这些方面不仅与K－12学生密切相关，让所有公民都了解这些是非常重要的。

首先，人们应该意识到观察和推论之间的关键区别。观察是对自然现象的描述，这些自然现象可以“直接”被感官(或感官的扩展)所认知，一些观察者可以相对容易地达成共识。例如，在地面上释放物体，物体常常会坠落并撞击地面。与此相反，推论是关于那些不能被感官“直接”认知的现象的陈述。例如，因为“重力”，物体常会落在地上。重力的概念是推断出来的，它只能通过其表现或效果得出结论和(或)测量得到。因此，由于重力所引发现象的讨论大部分是推论。

第二，与观察和推论的区别密切相关的是科学定律和理论之间的区别。定律是对可观察现象之间关系的陈述或描述。波义耳定律把气体的压强与体积在恒定的温度下联系起来，这就是一个恰当的例子。与之对应的是，理论是对可观察现象的推断解释。解释波义耳定律的分子运动理论就是一个例子。理论和定律对科学而言都是非常重要的，它们是不同类型的知识。理论尚未发展成定律。

第三，所有科学知识，其中至少有一些推断是基于和(或)源于对自然界的观察。科学家提出的所有理论和定律都必须经受自然界实际发生情况的检验。

第四，虽然科学知识是以经验为基础的，但它也与人类的想象力和创造力有关。科学涉及到对科学现象做出有创意的解释，而这需要科学家有很强的创造力。这体现了科学的推论性质，例如原子、黑洞和物种等科学概念是有功能性意义的理论模型，并不是真实现实的副本。一切“发明”都不尽相同。当科学家通过观测数据进行推理从而创造知识时，他们的推论必须符合自然界以及科学中现有的知识。科学家不能无任何限制地随便推理。

第五，科学知识至少是部分主观的。与科学知识有关的“主观性”指的是在科学界认可的理论的影响以及研究人员的个人背景。关键点是科学家不带先入为主的思维定势和偏见去收集和解释数据。科学家的理论承诺、信念、原有知识、培训、经历和期望值实际上会影响他们的工作。所有这些背景因素形成了一套思维定势，影响科学家研究的问题，以及他们如何进行调查，观察(以及不观察)什么，还有如何解释他们的观察结果。

第六，科学会作用于多种多样的因素以及现实文化环境，并且受其反作用。这些因素包括社会架构、权力结构、政治活动、社会经济因素、哲学、宗教等等。简言之，我们说科学植根于社会和文化。

第七，由前面的论述推出，科学知识是变化的。这些知识包括“事实”、理论和定律，是暂时的，有可能会发生变化。科学将变化视为新发现的证据，其有可能推动理论和技术的进步，对现有理论或定律施加影响，或者在新理论进展的启发之下重新诠释旧证据，或者改变研究方向从而建立新的研究方案。[10]

过去的科学教育改革文件强调学生对科学本质的理解。[5，11]随着《新一代科学教育标准》的出现，很明显关于科学本质的教学和学习仍然是一个重要的科学教育目标。《新一代科学教育标准》强调从科学与工程实践和跨学科概念上理解科学本质:

·科学是一种认知方式；

·科学是人类努力的方向；

·科学强调质疑自然界和物质世界；

·科学通过模型、定律、机制和理论解释自然现象；

·科学知识是建立在各种各样的方法上的；

·科学知识是建立在实验证据上的；

·科学知识是开放的，被新的事实修正；

·科学知识假定自然系统存在秩序性和一致性。

伴随着持续关注理解科学本质从而提升科学素质，非正规科学教育机构应思考如何在这些新标准范围内强调科学本质、设计展品和开展教育活动。

二、对科学本质的教学

对于学校的科学教师而言，人们发现为了有效地进行科学本质和科学探究的教学，需要教师除了具备教学知识之外，还应该具备科学本质和科学探究的知识。[12]本文认为对于非正规科学教育机构的展览设计师，特别是教育人员而言，亦是如此。[13，14]

在K－12教师和非正规科学教育机构教育工作者的专业发展阶段，这种科学本质的显性教学也是非常必要的。这样做有助于使他们在参加班级旅行或参加非正规科学教育机构的教育活动时关注科学本质，而他们在操作已有的展品时，展览设计师在最初设计这些展览和展品时并未有意识地在头脑中结合科学本质或科学探究。以美国伊利诺伊州芝加哥市的菲尔德自然历史博物馆的“进化中的行星”常设展览为例，该展览以演化为主题，通过交互展示、视频节目和博物馆藏品中的化石讲述地球上生命的故事。在展览的一个展厅里，有一些大型壁画描绘了恐龙与它们所处环境的相互作用的情景。这些壁画产生于20世纪中期。然而，它们已经无法反映出当今科学家对于恐龙模样的认知。自从这些壁画出现之后，人们又收集到大量的证据，因此对于这些灭绝的动物及其遗传起源历史的看法已经改变了。

在同一个展厅里放了一些长凳，上面的图画代表了目前对这些动物样貌的推测。一般观众不太可能比较出这些图的不同之处，并通过一系列变化的图像联想到“这是科学知识本质的一个很好的例子!”也就是说，这些隐含的内容彼此之间并不能自发地建立关联而使观众感知到区别。然而，非正规科学教育机构的教育工作者可以利用这些图像，结合现存的恐龙化石进行展示，明确阐释科学本质。这些图像都是基于当时对实证数据的观察而推理出来的。后来科学家因为发现并分析了更多的化石并将其添加到已有的证据中，于是调整了他们之前的观点。结果，科学家们调整了他们对恐龙外表和行为的推断。而且，一些化石碎片也被用来重建整个骨骼模型。

科学家对外型和功能进行观察和推断，创造性地组织和分析实验数据，并综合考虑已知的情况，最终提出了一个看似合理的新模型。当然，如果发现新的证据，或者其他科学家根据其所知的科学信息和数据分析过程对相同的数据做出不同解释，这种模型有可能还会改变。他们的新模型和新推论可能和以前已被接受的模型和推论有很大不同。然而，为了这种新观点被接受从而取代旧模型，他们需要向科学界同行提供强有力的和令人信服的实验证据。

显然，该展览提供了一个对科学本质的一些方面进行教学的机会。然而，非正规科学教育机构的教育工作者自身须充分了解科学本质，从而能够认识到可能需要这样去做，并且有相应的教学知识来进行解释说明。这可表现为面向普通观众提供额外文本材料、面向教师的课程和专业发展培训，以及面向学生或观众开展的教育活动等形式。此外我们注意到，观众常带着自己的知识框架和兴趣来参观展览，[15]他们通常不质疑展览中展示的内容。

经过大约50年针对科学本质的实证研究，归纳出以下内容:

·K－12学生并不具备足够的科学本质概念。

·K－12教师并不具备足够的科学本质概念。

·最好通过显性的、能引发反思的教学来学习科学本质的概念，而不是通过单纯地做科学的经验来隐性地学习。

·教师的科学本质概念并不是自动产生的，有必要转化为课堂实践。

·教师并不把科学本质视作与传统课程居于平等地位的教学成果。[9]

我们基于数据进行合理推断，大多数非正规科学教育机构的教育工作者、展览设计师和观众只有很少或者根本没有科学知识本质的知识。既然非正规科学教育机构被认为是人们补充高中以后的科学知识的最可能的场所，同理它们也有开展科学本质教学的潜质。

三、展览中的科学本质

一般来说，科学中心的展览通常不加批判地以互动和参与的方式呈现科学知识。这种展览似乎重在强调“学习科学”(事实、定律、理论)，很少强调科学过程或科学的社会文化背景。然而，这些展品所呈现出来的东西能增强观众对科学的理解，其中也包括对科学本质的严苛检验。一个对科学本质有着充分理解的非正规科学教育机构的教育者能确定科学本质的相关方面，并创造机会把其融入一件展品。

雷尼和威廉姆斯关注与科学相关的经历是否能够帮助人们对科学产生不同的思维方式，以及员工对科学本质的认知。[16]具体而言，这项研究着眼于科学中心的工作人员和观众的认知和想法。这项研究是在西澳大利亚的一个互动科学中心进行的，选择在该中心进行研究的原因是由于其宗旨是“提高西澳大利亚人对科学和现代技术的兴趣和参与度”。[16]雷尼和威廉姆斯指出，即使那些对科学本质有更明智看法的全职员工也对科学模型、理论、定律和科学确定性存在误解。[13，16]

从观众的角度来说，一种趋势表明人们对科学有更积极的认识，然而这种积极的观点也显示出缺乏科学性的方面。离开科学中心后，观众“更倾向于认为科学家们总是同意彼此的观点，科学解释是明确的，科学对所有问题都有答案”。[16]一名教育工作人员和另一名观众服务人员认为，在科学中心，科学本质应该被强调得更直接一些。然而，这不一定与之前提到的关于科学的正面看法完全符合，因为“真实的”科学本质伴随着科学更具争议的方面以及科学知识的易谬性。科学中心似乎更容易在小范围内展示科学概念，但总体来说，在展品中描绘科学本质是困难的。此外，观众在参观展览时，习惯于看到大自然的奇迹和科技的进步，而科学家和工程师则被描绘成把一切都弄清楚的聪明人。

雷尼和威廉姆斯认为，让博物馆或科学中心展出那些在科学上具有不确定性和争议的展品通常是很困难的，然而这对于提高观众的科学素质却是十分重要的。[17]即便如此，科学中心和博物馆在向公众展示科学本质方面是失败的。也许这是由于机构试图向观众展示科学是令人愉快的但却没有挑战性的经验。有必要以一种明确的态度展示科学本质，从而对观众产生影响。[12]在这项研究中，博物馆和科学中心的工作人员发现，他们本来的目的是以一种公众可理解的方式呈现科学，但这似乎有不利影响。雷尼和威廉姆斯认为，调查的结果也得到了其他研究的支持，观众自己的参观安排常常和非正规科学教学情境中提供的机会相互作用。

虽然许多研究都关注于展览是怎样有助于观众学习的，但却很少关注在科学中心筹划和创造展览时的基本假设。戴维森和雅格布松曾研究科学中心展览设计师的视角如何影响新展览的发展。[18]戴维森和雅格布松在讨论结果时指出，分析表明工作人员认为发生在正规教学情境和非正规教学情境中的学习过程是不同的，动手学习和理论学习有区别，认真学习和不认真学习也有区别。总体来说，参与者认为，当观众与展览互动时，更重要的是对内容产生兴趣，而不是让观众真正理解内容。

简言之，戴维森和雅格布松认为，工作人员通过引用自然科学界专家的知识来获得科学知识，并认为重要的是要让知识与时俱进，但同时却忽略了科学知识产生的过程。当谈到观众是如何从他们的展品中学习时，参与者说，这是他们从自己的亲身经历和专业经验中获知的。

此外一个例子是，参与者说当面临教育学方面的问题时，她可以请教博物馆负责教育工作的同事，但她自己却没有相关的理论知识。非正规科学教育机构的教育工作者的专业经验存在很大不同，[19]当考虑他们的教学专长时，并没有明确这些教育工作者的知识储备情况。作者认为未来的研究将集中于在构思新展览时对员工行为和观众学习假设的分析之上。

在戴维森和雅格布松开展的另一个更大的研究中，研究人员专门分析了非正规科学教育机构的展览如何表现和展示科学。[18]研究指出，工作人员认为如果从社会角度展示科学产品和应用，能更加清晰地展现科学过程。然而，由于不包括科学知识的发展过程，这被认为是不够的。

四、总结

首先，对于非正规科学教育机构及其展品而言，似乎需要更明确的定位:我们希望观众在参观非正规科学教育机构结束之后带着一种更好的理解而离开吗?我们想让他们更懂科学吗?如果是的话，到底怎样才算更了解科学?应该了解到什么程度?我们想让观众仅是欣赏科学还是加深对科学的理解?如果让观众理解科学是我们的目的，那么理解到什么程度算合适呢?

在文献综述中，非正规科学教育机构的展览设计师和工作人员被描述成更关注观众在参观结束时带走对科学的积极体验和态度，而不是关注观众对于科学内容或科学过程的理解。[17，18]

值得关注的是，绝大多数对非正规教育的研究主要集中在普通观众在参观这些场馆时发生的学习。观众也许很喜欢参观非正规科学教育机构，事实证明非正规科学教育机构能够增强他们先前的观念，而不是引入新的知识。[15，20]在这种情况下，试图看到对观众理解科学过程或知识发展产生影响，似乎是不现实的。

如果希望公众理解科学，特别对于非正规科学教育机构而言，需要对非正规科学教育机构及其工作人员有更深入的了解。有必要掌握:观众和展品的关系；学习的本质；非正规科学教育机构；科学探究；观众特征和期望值；一个定义明确的信息。[21]创造和阐释展览需要有深厚的背景并建立个人与社会文化的广泛联系，实体的组成部分将为观众提供一种沉浸式体验，激励观众去学习，正如契克森米哈赖和霍曼逊所描述的那样，创造一种流畅的体验，[22]允许从个人到社会的转变，[23]但也需要设计者在创造展览时更加大胆。[2]但须再次说明，这些暗示性的陈述是不够的。它们是非正规科学教育机构的教育工作者为科学知识的本质注入明确语言、经验和指导的起点。

在非正规科学教育机构里创造更合适的科学表述，首先需要使其教育工作者先发展自身对科学本质的理解；否则的话，似乎不可能进行准确的科学表述。只有当他们拥有关于科学本质和科学素质的知识内容时，他们才能将这些知识应用到教育活动和展品研发之中。对所有观众的科学素质产生影响是一项艰巨的任务，只有当非正规科学教育机构的教育工作者掌握了科学本质知识以及知道如何将其完美融入之时，提升观众科学素质的目标才有可能实现!

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The Role of Informal Education Institutions in Developing and Supporting Public Understanding of Science

Judith S.Lederman
Translated by Liu Yi，Proofread by Mo Xiaodan

The only way to truly achieve the vision of science education reforms and develop scientifically literate citizens is to incorporate SI and NOS into all science instruction for all students. Educators in informal settings have the potential to influence the public understanding of science，scientific inquiry and nature of scientific knowledge in many ways that are not possible in formal education.Consequently，it is imperative for informal educators themselves to possess coherent understandings of nature of scientific knowledge and what it means to be scientifically literate.This paper addresses current research on what informal educators need to know about SI，NOS，and how ISI educators can effectively use informal environments to communicate these understandings to the public.

museum，informal education，nature of science，scientific inquiry，scientific literacy

①本文系美国伊利诺伊州科技研究所朱迪·S·莱德曼(Judith S.Lederman)教授于2017年5月22日在中国科学技术馆举行的科技博物馆理论研讨会第七次会议上所做的主旨报告，本文的翻译和发表获得了作者的授权。 ②刘 怡:中国科学技术馆科研管理部助理研究员；研究方向:科技馆理论与实践；通讯地址:北京市朝阳区北辰东路5号；邮编:100012；Email:liuyi＠cstm.org.cn。 ③莫小丹:中国科学技术馆科研管理部助理研究员；研究方向:科技馆理论与实践；Email:17550604＠qq.com。