周国强，现任加拿大温莎大学教育学院教授、副院长、博士生导师，加拿大阿尔伯塔大学科学教育博士。研究领域涵盖科学教育、教师教育、国际和比较教育。曾担任温莎大学校董会、课程审查委员会、教育技术督导委员会委员，参与制定加拿大安大略省教师教育标准和教师教育项目评估指导文件。

科学是什么？这是任何科学教育工作者首先要回答的问题。因为对科学本质的理解决定了我们如何教科学，教什么，达到什么教学目的。在北美高校从事教师教育近20年，每年我都给师范生上科学教学论。我常常将这门课的教学分为多个课程包。第1个课程包就是“科学的本质和科学课程”，目的是让学生认识什么是科学，理解科学的本质如何指导我们设计科学课程的内容和教学方法。在课堂上，我利用科学史故事引导学生讨论科学的本质，效果很好。

科学的本质

在我们的学校教育和社会宣传中，科学常常被描述为真理，追求科学就是追求真理。大家都知道，现代科学起源于西方，但是西方社会却没有把科学如此神话，他们认为科学不是真理，科学是人类为解释自然而创建的模型。美国科学促进会对科学的本质有详细的论述^[1]。科学认为世界是可以理解的。世界万物的存在和变化是有规律的，这些规律是可以认知的。宇宙的基本规律具有普适性，不受地点、时间和尺寸大小的限制。科学的观点随着时间的推移会发生变化。科学家创建科学理论解释观察结果，有时同样的观察结果可以用不同的理论加以解释，而且新的观察结果会推动改变现有的理论解释。尽管科学拒绝接受绝对真理的概念，但是大部分的科学知识在相当长的时间内是可信的。在科学发展进程中，修正现有的知识是常态，而不是完全抛弃。另外，科学不是万能的，科学无法提供对所有问题的完整答案。比如说信仰、迷信、占卜等，很难用科学证明它们是对还是错。以上这些就是我们常说的科学的世界观。

对于科学的探究过程，美国科学促进会强调科学需要证据，证据来自于自然观察或者实验研究。科学是逻辑推理的产物，但是科学家常常利用想象和猜测提出假设。科学理论应该能够解释现有的观察结果，而且能预言新的现象，具有证伪性。科学家的国籍、性别、文化和政治背景，以及他们的研究方法和研究过程会导致个人偏见的产生，但是作为科学家群体，科学通过已经公认的评判标准和审核程序控制科学中的偏见。同其他行业一样，威望高的科学家会引领科学研究，但是这并不说明威望赋予他们特殊的科学评判的权利。科学作为人类的活动，它受个人、社会和工作环境的影响。科学研究应该遵守科学伦理（道德）规范，比如科学家要保证科研数据真实和公开，以方便其他科学家进行重复和验证。可惜的是，科学家有时会为了追逐名利而在科研数据上造假。科学研究要遵守被研究对象的意愿和权益，并把可能的伤害降到最低。科学家要具有对人类社会的责任意识，他们的研究可能会对人类带来巨大的伤害，比如核弹技术、克隆和生成性人工智能等。科学家是否应该从事这方面的研究和遵循什么样的标准，科学家对此有不同的看法，但是值得社会各界的关注。

美国《新一代科学教育标准》中这样概述“科学的本质”^[2]：

●  科学研究运用许多方法

●  科学知识以实证数据为基础

●  科学知识需要与时俱进

●  科学模型、规律和理论解释各种自然现象

●  科学是一种认知方法

●  科学假定自然体系具有连贯性和有序性

●  科学是人类的探索活动

●  科学回答有关自然和物质世界的问题

科学课程的目的

科学不仅是知识本身，它代表一种世界观和认识论。与人类的其他行为一样，科学具有社会性，受道德规范的约束。为了让学生对科学有一个全面的理解，科学教育不能仅局限于传授知识，应该既教科学，又教有关科学的知识^[3]。在相当长的时间里，我们将基本知识和基本技能定义为中小学科学课程的中心任务，而忽略了有关科学的知识，包括科学认知过程、科学态度、科学伦理、科学社会性等。纵观世界各国的科学教育课程标准，科学课程的设置都反映了科学本质的各个方面。比如说加拿大安大略省的高中科学课程标准^[4]指出，科学课程的基本目标是培养所有高中学生的科学素质，包括科学知识、技能和态度习惯。一个具有科学素质的人应该能够理解有关科学技术的常见媒体报告，批判性地评价媒体信息，有信心参加关于科技问题的讨论和决定。明白科学家作为个人和群体在做什么，科学知识是如何产生和验证的，科学知识的应用有哪些好处、代价和危险，科学如何与技术、社会和环境相互影响。科学素质不仅对将来学习科学技术的学生重要，同样适用学习其他多种学科的学生，比如学习法律、经济、商业等的学生。2022年刚修订的加拿大安大略省中小学科学技术课程标准^[5]规定了科学技术课程的3个主要目的：

●  发展科学技术探究的技能和综合应用

●  将科学技术与不断变化的社会、经济和环境联系起来

●  探索和理解科学技术概念

这3个目的没有1个终止在科学知识上，而是定标在对科学技术探究和应用的概念理解、技能培养，以及与科学实践相关的宏观问题上。更具体讲，中小学科学技术课程应该培养所有学生：

●  应用科学研究和工程设计技能帮助解决学生个人和社区的复杂问题

●  理解STEM学科之间与实际应用中的相关性

●  理解世界的惊奇和复杂性，对科学技术在解决环境和社会问题上的功效和局限保持乐观和切合实际的态度

●  思考科学技术发展的后果（人类想要的和不想要的）

●  发展科学素质和技术技能以便解决科学技术问题和成为具有识辨能力的公民

●  意识到自己将来能对STEM领域作出贡献

●  意识到自己可以有效地学习科学技术，自己的社会和文化背景可以帮助对科学发现和技术革新作出贡献

●  对影响个人和社区的科学技术问题探索有效的、公平的、包容的和可持续的解决方案

●  认识到土著人知识和认知的重要性，理解不同的认知观如何帮助解决STEM领域所面临的问题和挑战

科学课程的教学方法

有效的科学教学方法应该跳出以知识传授为中心的传统，展现给学生科学的真实面貌。换句话说，科学教学应该以科学的本质为指导，以达到现代科学教育的新标准。这里我想重点讨论科学教育方法的2个热门话题：探究式教学和辩论式教学。

探究既是教学方法也是教学目的

探究式教学在国内外已经讨论了很久。探究作为科学本质的核心，不应该仅仅被视为一种教学方法，更是一种教学目的。相对于知识传授式教学，我们常常把探究作为学生学习知识的新途径。这条新途径更具有趣味性和操作性，而且可以增加学生对知识来源的理解，但是仍然将其最终目的定位在学习知识上。我这里要强调的是探究过程本身也是学习内容。通过探究，学生掌握科学研究的技能和方法，理解科学研究的过程和方法，树立科学探究的态度和习惯，建立科学就是探究的观念。对探究式学习的评价不是知识评价，而是过程评价。

以知识掌握为终点的探究教学不是真正的探究教学。在形式上的探究过程中，常常忽略学生的主动参与。学生只是在教师设计好的探究过程中完成任务。几年前，我在中国观摩过一堂物理公开课^[6]，课的内容是安培力。公开课教师先通过一个演示实验引入课题，激发学生的好奇心和求知欲，然后迅速进入了传统的教学过程。教师要求学生2人1组做他课前准备好的实验，通过实验展示改变电流或磁场的方向，安培力的方向会变化。一组学生拆了教师预先接好的线路，“我都事先给你接好了，你拆掉干吗？”老师责问道，并很快又帮助学生把线路恢复原状。又过了一会儿，教师让学生回答实验发现“随着电流或磁场的方向变化，安培力的方向也跟着变化”，接下来教师给出了安培力大小的公式，要求学生练习寻找各种情况下安培力的方向和大小……

加拿大安大略省的中小学科学技术课程标准将科学探究的过程分为6个阶段，依次为确定问题、设计实验、实施实验、记录数据、分析数据和交流结论。通过这些阶段培养学生提出问题和设计研究方案的能力、研究操作和记录数据的能力、分析和解释数据的能力，以及交流研究结论的能力（图1）。

图1　科学探究与技能培养