《现代教师素养导论》4章

第四章教师科学素养 现代社会科学技术正以前所未有的速度引起人类社会生产、生活方式的深刻变革，科学知识、科学方法越来越广泛地影响着人们的生活质量和社会价值观。为了适应科学技术的迅猛发展，20世纪80年代以来，世界各国都把提高公民的科学素养放到国家和社会发展的战略地位。提高公民科学素养，学校教育是基础，教师科学素养是关键，要求教师要关注科学，注重科学素养的提升。第一节教师科学素养概述 科学素养(science IJteracy，简称sL)的研究最早始于美国。美国1957年进行了第一次调查，1972年以后在美国科学基金会的资助下，开始每两年一次的公众科学素养调查和研一、科学概述 (一)科学的概念 科学一词来源于拉丁文“scientia”，意指“知识”、学问”。1893年康有为引进并使用“科学”一词，随后，严复在翻译天演论和原富时，也使用“科学”这个词语。此后，“科学”便在中国广泛运用。前苏联大百科全书中说：“科学是对现实世界规律的不断深入认，识的过程。”中国大百科全书把科学定义为“关于自然、社会和思维的知识体系”。 现代意义上的“科学”，具有多重含义，以下简要概述。 1科学是对客观事实和规律的理性认识 人们认识了自然界或社会某一领域现象的本质和规律，就获得了某一方面的科学知识。达尔文说过：“科学就是整理事实，以便从中得出普遍的规律或结论。”这里所谓的“事实”，可以是自然的事实，也可以是历史事实、社会事实和其他事实。而所谓“规律”则是指事物或现象之间内在的本质的必然联系，在一定条件下是可以反复出现的。所谓理性的认识，首先是指从事物或现象本身去寻求原因，去探索事实和规律。其次，理性认识是指通过实践获得感性认识，然后经过大脑逻辑思维加工，上升到理性层次的认识。科学随着人们认识水平的提高而不断完善和发展。 【资料链接1】 从“燃素说”看“科学的发展” “燃素说”是化学史上解释物体燃烧的一种学说。这种观点认为，燃烧是一种分解过程， 物质燃烧时释放出一种叫做“燃素”的东西。 早期的医疗化学家们设想化学物质含有三大元素：硫为易燃的元素，汞为流动性和挥发性的元素，盐为固定和不活动的元素。1669年美因茨大学医学教授约钦姆贝歇尔修改了医疗化学的学说，主张固体的泥土物质一般含有三种成分：“石土”是存在于一切固体中的种固定的土，相当于早期医疗化学家的盐元素；“油土”是存在于一切可燃物体中的一种油性的土，相当于硫元素；汞土”是一种流动性的土，相当于汞元素。贝歇尔认为一切可以燃烧的物体含有硫质的、油性的“油土”，它在燃烧过程中从它与别的土结合中逃了出来。燃烧是一种分解作用，物质燃烧后，留下的灰烬是成分更简单的物质。 1703年，德国哈雷大学医学与化学教授格奥尔格恩斯特。斯塔尔把贝歇尔的“油土”塔尔出版了“燃素说的代表作化学基础。斯塔尔认为燃素存在于一切可燃物中，在燃烧过程中释放出来，同时发光发热。燃烧是分解过程：可燃物=灰烬+燃素；金属：煅灰+燃素。如果将金属煅灰和木炭混合加热，煅灰就吸收木炭中的燃素，重新变为金属，同时木炭失去燃素变为灰烬。木炭、油脂、蜡都是富含燃素的物质，燃烧起来非常猛烈，而且燃烧后只剩不很少的灰烬；石头、草木灰、黄金不能燃烧，是因为它们不含燃素。酒精是燃素与水的结合物，酒精燃烧时失去燃素，便只剩下了水。空气是带走燃素的必需媒介物。燃素和空气结合，充塞于天地之间。植物从空气中吸收燃素，动物又从植物中获得燃素，所以动植物易燃。 到1740年：燃素理论在法国被普遍接受；十年以后，这种观点成为化学界的公认理论。燃素说尽管错误，但它把大量的化学事实统一在一个概念之下，解释了冶金过程中的化学反应。“燃素说”流行了一百多年。 燃素学说实际上是很不科学的，推翻燃素学说的科学家是拉瓦锡，他的新化学一度命名为“反燃素化学”。1772年，拉瓦锡观测到氧化现象，使他迈出了化学革命的一大步。他燃烧了称过重量的磷和硫，发现所得产物的重量大于单纯的磷和硫。1777年，拉瓦锡在巴黎科学院宣读一篇名为“极纯空气”的论文。1782年，拉瓦锡在巴黎科学院当众做了实验，把氧气和氢气放在一起燃烧时，可以得到很高的温度，可使铂熔化。引起了很多人的注意，认为这是当时能够得到的最高温度。他发表的文章燃烧概论成为反对“燃素说”的一篇最重要的论文。 恩格斯对于拉瓦锡提出的燃烧的氧化学说给予很高的评价，指出由于拉瓦锡的学说，使过去在“燃素说”形式上倒立着的全部化学正立过来了。从此，化学家能够按照物质的本来面目进行科学研究，使化学蓬勃地发展起来。 2科学是知识体系 在古代和近代，除了个别学科的理论，如欧几里德几何学和牛顿力学，可算得上是知识体系之外，人类的科学知识绝大多数都是零散的、缺乏内在逻辑联系的知识单元。20世纪初现代科学诞生后，各门学科日趋成熟，人们把各学科积累的大量知识单元，如原理、公理、定义、定理、定律等，按照内在逻辑关系，加以综合，使之条理化、系统化。这样，各学科都形成了系统的知识，学科又组成学科群，构成了多层次的知识体系。 3科学是一项社会实践活动 随着现代科学的发展，人们的科学概念发生了巨大变化。首先，认识到科学研究是一种动态过程，是探索未知，从事知识生产的人类的活动领域。知识不是科学的全部，只是科学活动的产品，科学知识是不断发展的。其次，人们认识到科学活动的方式是一种国际性的社会事业。科学研究已经从16世纪伽利略时代的个体活动，经过17世纪牛顿时代的松散群众组织“皇家学会”时代，到19世纪爱迪生组织的“实验工厂”的集体研究活动，发展到现代如中国的“两弹一星”和“863计划”，到美国的“曼哈顿计划”、“阿波罗计划”的国家建制研究活动，以至今天如“人类基因组计划”的国际合作的跨国建制研究活动，科学活动成为越来越需要多国协作的国际性社会事业。 总之，科学是一个知识体系，科学是一种社会活动，科学是一项事业和理想追求。科学是人们认识改造客观世界的思想、态度和方法。科学是立世之基，只有懂得科学，掌握科学，尊重客观规律，顺乎客观规律，才能立于世上。科学深深地影响着人的思维，影响着人的灵性，影响着社会的发展。 (二)科学的分类 1科学的传统分类 由于研究的具体对象不同、角度不同、研究方法不同以及认识职能和认识内容不同，科学分为自然科学、社会科学和思维科学三大门类，它们互相联系、互相渗透，共同构建了科学的体系。 自然科学：自然科学从物质运动的角度来研究整个客观世界，研究自然界的物质形态、结构、性质和运动规律的科学，是人类改造自然的实践经验的总结。自然科学的目的在于认识自然规律，认识的任务在于揭示自然界发生的现象以及自然现象发生过程的实质，进而把握这些现象和过程的规律性，并预见新的现象和过程，为在社会实践中合理而有目的地利用自然界的规律开辟各种可能的途径。它的发展取决于生产的发展，并反转来推动生产的发展。尽管人们在利用自然科学成果时要受到阶级利益、民族利益的制约，但自然科学本身没有阶级性和国界性。自然科学包括数学、物理学、化学、天文学、气象学等基础科学和生物学、医学、农业科学、材料科学等实用科学。 社会科学：社会科学是从人类社会发展运动这一角度研究整个客观世界。它的任务是研究并阐述各种社会现象及其发展规律，一般属于上层建筑的意识范畴，是有阶级性的。社会科学是以社会现象为研究对象的科学。社会科学所涵盖的学科有：政治学、经济学、管理学、法学、社会学、心理学、教育学、伦理学、文学、美学、艺术学、逻辑学、语言学、史学、军事学、人类学、考古学、民俗学、新闻学、传播学在内的社会学科。 思维科学：思维科学是研究思维活动规律和形式的科学。辩证唯物主义认为，思维是人脑的机能，是社会人所特有的反映形式，它的产生和发展与社会实践紧密联系。思维在社会实践的基础上，对感性材料进行分析和综合，通过概念、判断、推理的形式，形成合乎逻辑的理论体系，反映客观事物的本质属性和运动规律。思维过程是一个从具体到抽象，再从抽象到具体的过程，其目的是在思维中再现客观事物的本质，达到对客观事物的具体认识。 2现代科学的体系结构 著名科学家钱学森把现代科学的体系分为十大科学部门，即：自然科学、社会科学、数学科学、系统科学、思维科学、人体科学、文艺理论、军事科学、行为科学、地理科学。 而形成比较一致意见的分类是，现代自然科学的三个层次：基础科学、技术科学、应用科学。 基础科学研究自然界物质的结构，各种基本运动形态、运动规律。包括物理、化学、生物、天文、地理、数学等。 技术科学研究生产技术和工艺过程中的共同性规律。包括应用数学、计算机科学、材料科学、能源科学、信息科学、空间科学、应用光学、环境科学等。 应用科学研究把基础科学和技术科学转化为生产技术、工程技术和工艺流程的原则和方法。如作物栽培学、生物技术、咱动化科学、半导体科学、冶金学、工程力学等。 (三)科学研究方法 在现代科学的发展进程中，新科技革命为社会科学的研究提供了新的方法手段，社会科学、自然科学、思维科学相互渗透，相互联系的趋势日益加强。科学研究是一种认识过程，是人们有目的、有计划、有系统地采取科学的方法去认识自然现象和社会现象，探索真理，并能动地改造客观世界的过程。它是探求知识、解决问题的创造性活动。科学研究是一个复杂而艰辛的过程，在这一过程中科学研究的方法是顺利达到研究彼岸的桥梁。 1自然科学研究方法 (1)科学实验法。科学实验、生产实践和社会实践并称为人类的三大实践活动。实践不仅是理论的源泉，而且也是检验理论正确与否的唯一标准，科学实验就是自然科学理论的源泉和检验标准。特别是现代自然科学研究中，任何新的发现、新的发明、新的理论的提出都必须以能够重现的实验结果为依据，否则就不能被他人接受。即便是一个纯粹的理论研究者，他也必须对他所关注的实验结果，甚至实验过程有相当深入的了解才行。因此，可以说，科学实验是自然科学发展中极为重要的活动和研究方法。 (2)数学方法。数学方法有两个不同的概念，在方法论全书中的数学方法指研究和发展数学时的思想方法。而这里所要阐述的数学方法则是在自然科学研究中经常采用的一种思想方法，其内涵是：它是一种科学抽象的思维方法，其根本特点在于撇开研究对象的其他一切特性，只抽取出各种量、量的变化及各量之间的关系，也就是在符合客观的前提下，使科学概念或原理符号化、公式化，利用数学语言(即数学工具)对符号进行逻辑推导、运算、演算和量的分析，以形成对研究对象的数学解释和预测，从而从量的方面揭示研究对象的规律性。 (3)系统科学方法。系统科学是关于系统及其演变规律的科学。尽管这门学科自20世纪上半叶才产生，但由于其具有广泛的应用价值，发展十分迅速，现已成为一个包括众多分支的科学领域。它包括有：一般系统论、控制论、信息论、系统工程、大系统理论、系统动力学、运筹学、博弈论、耗散结构理论、协同学、超循环理论、一般生命系统论、社会系统论、泛系分析、灰色系统理论等分支。自然界本身就是一个无限大、无限复杂的系统，在自然界中包括着许许多多不同的系统，系统是一种普遍存在。一切事物和过程都可以看做组织性程度不同的系统，从而使系统科学的原理具有一般性和较高的普遍性。 利用系统科学的原理，把研究对象从整体、联系、结构的功能上，精确地考察整体与部分之间、部分与部分之间、整体与外部环境之间的关系，从而把握其内部联系与规律，达到有效控制与改造系统的目的，研究各种系统的结构、功能及其进化的规律的科学方法称为系统科学方法。它已得到各研究领域的广泛应用，目前尤其在生物学领域和经济领域中的应用最为引人注目。系统科学研究有两个基本特点：其一是它与工程技术、经济建设、企业管理、环境科学等联系密切，具有很强的应用性；其二是它的理论基础不仅是系统论，而且还依赖于各有关的专门学科，与现代一些数学分支学科有密切关系。正因为如此，人们认为系统科学方法一般指研究系统的数学模型及系统的结构和设计方法。 我国著名教育家叶澜在教育研究方法论初探一书中，对系统科学在教育研究中的方法论价值有深刻的论述。其方法论价值表现在六个方面：提供拓展、重构当代教育研究问题领域与对象观的新视角。提供从整体上研究教育内部结构的新思维原则。提供分析教育与环境关系的“结构功能”新思维模式。提供研究教育系统变革过程的新思维路线。提供多学科综合研究复杂对象方法的范例。提供用系统观点认识教育的一系列新观念。 2社会科学研究方法 自然科学的研究方法是人们完整、客观、准确地把握客观世界本质与规律的最佳方法，社会科学的最终目的就是为了完整、客观、准确地把握人类社会及思维的本质与规律，只有实现了自然科学化的社会科学才是真正成熟的社会科学，把自然科学的研究方法引入社会科学是科学发展的必然要求。由此可见，社会科学的总体趋势是客观化、精确化和系统化，在本质上就是“自然科学化”。 社会生产力对社会科学在精确性、客观性和系统性上的需要程度是制约社会科学发展的决定性因素。随着社会生产力的不断发展，社会事物的复杂化程度进一步提高，人们的主观反映所产生的误差也越来越大，由此所产生的社会危害越来越重，推动社会科学朝着精确性和客观性方向发展的动力越来越大。同时由于社会分工日趋细微，社会结构日趋复杂，社会控制的手段也随之越来越丰富多样、准确及时，各种法律条文日趋具体化、精确化，这就在技术上产生了对社会科学精确性和客观性越来越高的要求。 社会科学实现自然科学化，并不是指社会科学个别或部分地引入自然科学的研究方法，而是指社会科学必须完全以自然科学的基本公理为假设前提，所有推理论证与运算必须严格遵循规定的逻辑程序，所得结论必须经得起严格的实践或实验的检验。要实现社会科学的自然科学化，必须完成两大任务：一是实现价值理论的自然科学化。实现价值理论的自然科学化就是以自然科学的基本公理作为假设前提，把人类社会的价值运动辩证地还原为一般的物理化学运动，并采用自然科学方法对各种价值现象进行客观和精确的分析。二是建立社会科学与价值理论广泛而深入的联系。在价值理论实现了自然科学化以后，就要将价值理论延伸到社会科学各个领域，所有社会现象都可以找到它的价值动因，所有社会规律都可以采用一定的价值变化规律来描述。 3思维科学的研究方法 20世纪50年代以后，脑科学有了新的重大进展，斯佩里等人对左脑和右脑功能的研究，对大脑机能区的定位研究，对神经回路的研究，脑物理和脑化学的研究等，都进一步揭示了思维的物质运动性质；与此同时，皮亚杰等人对儿童思维和成人思维的研究，新近兴起的认知科学对人脑信息加工机理的研究，则又丰富了人脑反映事物本质之机制的知识。这些研究成果为思维科学积累了新的科学资料。当代各学科的多层次和横向渗透发展，尤其是信息论和计算机科学的诞生，为深入地研究人的思维开辟了新的途径。目前思维科学还处于初创阶段，分析的研究远远大于综合的研究，各部门独立的研究甚于跨部门的共同研究，还有待于形成统一的体系。二、科学素养的内涵及构成 (一)科学素养的内涵 从字面分析科学素养是由“科学”和“素养”组成。教育大词典中“科学”是指描述、解释和预言现实世界的过程和现象，揭示客观世界规律的理论表述。辞海中“素养”是指经常修习涵养。这种解释偏重素养的获得过程。英语对“素养”的解释则偏重结果，一是指有学识、有教养，多用于学者；二是指能够阅读、书写，有文化，对象是普通大众。 1国外对科学素养含义的阐述 20世纪初，科学素养的思想开始萌芽，1952年美国著名科学家、教育家柯南特在科学中的普通教育一书中说道：“一个人的科学经验越广泛，他的科学素养越高。”首次使用了“科学素养”这个名词；1958年美国斯坦福大学荣誉教授赫德在一篇名为“科学素养：它对美国学校的意义”的文章中，用“科学素养”一词描绘对科学的理解，把“科学素养”看成对科学的理解及其技术在社会中的应用。 1967年，美国威士康星大学的培勒等人通过研究提出，具有科学素养的人应理解以下内容：科学和社会之问的关系。指导科学家工作的伦理原则。科学的本质。科学与技术的区别。科学的基本概念。科学和人文学科的关系。 1985年，美国科学促进会制订了面向21世纪中小学科学教育改革的“206l计划”，对科学素养进行了新的阐释：熟悉自然界，认识它的多样性和统一性。理解重要的科学概念和原理。通晓科学、数学和技术相互依存的重要方式。知道科学、数学和技术都是人类的事业，知道它们的力量和局限性的含义。有进行科学思维的能力。能应用科学知识和科学思维方法于个人和社会目的。 国际经济合作组织认为：“科学素养是运用科学知识，确定问题和做出具有证据的结论，以便对自然世界和通过人类活动对自然世界的改变进行理解和做出决定的能力。”“科学素养包括运用科学基本观点理解自然世界并能做出相应决定的能力。科学素养还包括能够确认科学问题，使用证据，做出科学结论并就结论与他人进行交流的能力。” 国际公众科学素养促进中心主任，美国芝加哥科学院副院长米勒教授认为：“科学素养能够定义为对于科学技术具有读写的能力。”公众科学素养是由三个相互关联的部分组成：具有足够可以阅读报刊上各种不同科学观点的词汇量和理解科学技术术语的能力；理解科学探究过程的能力；科学技术对人类生活和工作所产生的影响具有基本的理解能力。米勒教授的建议在国际上有着广泛的影响，并被普遍采用为各国测定和比较公众科学素养的基本参照标准。 欧盟国家科学素养调查领导人杜兰特认为科学素养由三部分组成，即理解基本科学观点、理解科学方法、理解科研机构功能。 20世纪90年代加拿大萨斯凯彻温省教育部制定的中小学科学素养标准，被细化成七个可实际操作的方面：科学的本质。核心科学概念。科学过程。科学、技术、社会、环境之间的相互关系。科学和技术技能。科学的内在价值。与科学有关的态度和兴趣。 关于科学素养的内涵研究，目前西方国家正朝着能够在科学教育中可实际操作的方向发展，而且和人类、社会的发展紧密地联系在一起。 2国内对科学素养的研究和表述 中国科普研究所于1992年开始，利用米勒体系对全国的科学素养进行连续的调查。随后平均每两年进行一次，2010年进行的是第八次调查测试。 我国专家对科学素养的内涵也进行过探讨，有专家认为，可把科学素养分成四个方面来阐述：一是科学知识、技能和方法；二是科学能力；三是科学观；四是科学品质。还有专家把科学素养的结构划分为知识结构、智力结构和非智力结构来论述。 科学课程标准(教育部基础教育课程教材发展中心，2001)中，科学教育包括四个方面：科学探究(过程、方法与能力)，科学知识与技能，科学态度、情感与价值观，科学、技术与社会的关系。 2006年国务院全民科学素质行动计划纲要中提出：“公民具备基本科学素质一般指了解必要的科学技术知识，掌握基本的科学方法，树立科学思想，崇尚科学精神，并具有一定的应用它们处理实际问题、参与公共事务的能力。” 可以看出国内专家对于科学素养的认识有一定的共同点，都认为科学素养是通过教育，掌握必要的知识和能力并能解决实际问题的一种内在品质。 科学素养概念的内涵是不断发展变化的，具有动态性、发展性特点。但无论科学素养的概念如何变化，科学素养教育已成为提高国民综合素养不可或缺的重要方面和途径，它不仅关系到个人对科学技术与社会关系的理解，而且关系到科学技术对人类、对地球未来的影响。因此，科学技术的发展不仅要求广大公众的理解，更要求广大公众的参与，包括决定科学技术的发展方向，使它向着有利于人类可持续发展的方向进行研究和发展。 3科学素养的特征 从认知角度看，科学素养包括知识结构、智力因素结构和非智力因素结构三个方面。其中，非智力结构包括志趣结构、道德结构、意志结构和审美结构。知识结构是整个素质结构的基础，智力结构是在知识结构的基础上形成，并反过来促进知识结构的进一步完善；智力结构是科学素养结构的主干；非智力因素结构是在知识结构、智力结构的形成过程中同时形成的。 从内容方面看，如果说知识、能力是科学素养中的基础因素，那么思想、方法、精神和态度则是科学素养的主干，而科学技术与社会则是科学素养在实际运用中的表现。 科学素养有六个显著特征：科学素养虽然是后天培养的，但早期形成的科学素养，是对一个人终身起作用的持久因素。科学素养一经形成，可以不断发展、完善和健全，是一种稳定的因素。科学素养是一个由若干子系统组成的综合性、整体性的复杂系统。科学素养有很强的共性，但体现在每个人身上又有鲜明的个性。科学素养的共性寓于每个人的个性之中。科学素养是在家庭、学校和社会的教育环境中逐步形成的，科学素养的形成是一个潜移默化的无形过程。提高全民科学素养有利于先进文化的发展和全民道德素质的提高。 总之，科学素养是可以通过学习、培训、科普教育等手段来培养、提高并不断发展的。科学素养是最基本又是终身起作用的科学素质和心理品质，是一个人的人生观、价值观和思想品质、道德修养的重要方面。 (二)科学素养的构成要素 目前学术界对科学素养的含义界定不一，学者们站在不同的角度对科学素养的构成要素做出了各自的分类。笔者更认同目前国内很多学者支持的“五要素”观点，即科学素养由科学知识、科学能力、科学方法、科学意识、科学品质构成。这也是教师科学素养的构成要素。其中，科学知识起着基础性作用，是培养和形成其他要素的主体；科学能力是核心，包含各种科学思维能力和科学实践能力等内容；科学方法是科学素养的重要表现形式；科学意识包含科学的世界观及在社会生产生活中理解和应用科学的意识等；科学品质主要是指科学态度及精神对科学的兴趣、情感、动机等内容。 教育科学素养是教师在教育教学活动中表现出来的，对教育教学效果有直接影响的教育科学知识、方法、能力、思想和品质的总和。教育科学素养是现代教师素质的重要组成部分，是构成教师专业属性的核心，是教师专业区别于其他专业的根本特征。 1科学知识 科学知识是培养和形成其他科学要素的载体。在科学技术快速发展的今天，一个国家科技知识的普及程度，从根本上决定着这个国家生产力和文化的发展水平及这个民族的创造能力。 教育科学知识是教师教育科学素养的基础。教师的教学活动并不是固定在本学科知识范围内画地为牢的活动，而是充满创造性、内容丰富的社会实践活动。教师面临的教育问题常常超出了学科知识的范围，如果没有对教育的一般认识，没有对教育与社会发展的关系和相互作用，以及教育内在活动中各种要素关系的认识，就不可能做好教育工作，更谈不上专业发展。 教师所具备的科学知识主要有四类：第一类是教师作为公众人物必须具有的最基本的科学知识。这是教师个人生活、参加社会活动所必需的科学知识。也是教育过程中，师生交流活动所必备的跨学科的知识体系。这个知识体系，从深度和广度上都要高于一般公众。第二类是教师所教学科系统、扎实、广博的学科专业知识，包含学科基础知识，学科历史及发展知识，学科思想方法知识和科学家在研究本学科知识方法过程中凝练的学科精神。第三类知识是运用学科的方法来分析教育活动的知识，包括教育学、心理学、生理学、教育实验学、教育统计学、课程论、教学论、教育信息学、教育技术学、比较教育学等。这类知识主要是帮助教师分析教育现象和教育教学活动，认识并解决教育教学实践中方法和技术上的问题，提高教师的教育、教学和研究能力，是综合运用各门学科，解决教育教学实际问题的知识。第四类知识是教师分析教育根本问题和教育中社会现象的知识。包括哲学、教育哲学、教育史学、教育社会学、教育经济学、教育生态学等。这类知识主要是帮助教师认识教育的本质，以及教育与政治、哲学、社会结构、经济体制、技术水平等所有社会变量的关系，是站在哲学的高度审视教育科学问题所需的知识。 2科学品质 、 科学品质主要指科学态度、科学精神以及对科学的兴趣、情感、动机等。科学态度是通过对科学知识的正确理解和科学发展的整体把握而形成的科学信念和科学习惯。 科学精神是科学品质的核心，是科学态度以及对科学的兴趣、情感、动机的具体体现。科学精神源于近代科学的求知求真精神和理性与实证传统，它随着科学实践的不断发展，内涵不断丰富。科学精神集中体现为追求真理，崇尚创新，尊重实践，弘扬理性的品质。科学精神倡导不懈追求真理的信念和捍卫真理的勇气。坚持在真理面前人人平等，尊重学术自由，用继承与批判的态度不断丰富发展科学知识体系。科学精神鼓励发现和创造新的知识，鼓励知识的创造性应用，尊重已有认识，崇尚理性质疑。不承认有任何亘古不变的教条，科学有永无止境的前沿。强调实践是检验真理的标准，要求对任何人所作的研究、陈述、见解和论断进行实证和逻辑的检验。科学精神强调客观验证和逻辑论证相结合的严谨方法，科学理论必须经受实验、历史和社会实践的检验。 【案例1】 科学精神：爱迪生发明第一盏实用白炽灯 用铂线研制白炽灯，已经相当成功，可是它的价格毕竟太贵了。爱迪生决心制造一种更好的电灯。一天晚上，爱迪生心不在焉地把一块压缩的烟煤在手中搓卷着，不知不觉地把手中的烟煤搓成一根细线。他突然想到，这也许可以制造出比较好的电灯来。他把身边的一卷棉纱截下一小段，放在炉中熏了约1小时，再把它装在玻璃泡里，抽去空气，而后把电流接上。这脆弱的棉线立即发出耀目的亮光来。他又试用木材的细条、稻草、纱纸、线、麻绳、马鬃、钓鱼线、硬橡皮、栓木、藤条，甚至人的胡须、头发等近1600种材料进行了实验。在一次次失败之后，爱迪生又重新使用棉线，他把棉线摆成各种圆弧形，然后放在密闭的金属盒内，进行几个小时的炭化处理，制成为炭丝，把灯泡里的空气抽到只剩下一个大气压的百万分之一，封上灯泡口。爱迪生接通电流，他日夜盼望的情景终于出现在眼前：灯泡发出了金色的亮光!这一天是1879年10月21日，后来就把这一天定为电灯发明日。连续用了45个小时以后，这盏电灯的灯丝才被烧断，这是人类第一盏有广泛实用价值的电灯。经过一年多的改进，他的一只样灯以16支光的亮度燃烧了1589个小时。为了提高灯泡的质量，延长灯泡的寿命，爱迪生想尽一切办法寻找适合制灯丝的材料。到1880年5月初，他试验过的植物纤维材料共约6000种。虽然灯泡试制成功了，但他总觉得灯丝结构还不能令人满意，质地不够匀称，因而发出的亮光也不怎么理想。 一个偶然的机会，爱迪生受蒲葵扇的启发，想到用竹丝炭化后做灯丝。他详细调查有关竹子的资料，目前已经知道的就有1200种，准备全部拿来试验。他从研究人员中，选出20人组成调查队，用了10万元费用前往世界各地，采集到大约6000种竹子，结果以日本的竹子所制炭丝最为优秀，可持续燃烧1000多小时。直至1908年的9年间，日本竹一直是供应炭丝的主要原料。 爱迪生的进取心永无止境，他对于竹子做灯芯，仍不能满意，于是他又发明一种化学纤维代替竹灯丝，把灯泡质量提高了一倍。再往后，试验工作重新转向耐热的金属方面，结果才改用钨做灯丝。从此电气发光的效率，比以前增加3倍，使用范围也空前扩大，逐渐遍及全世界。爱迪生坚持不懈的研究，终于获得成功。爱迪生的白炽电灯光亮充足、柔和、无声、无味、无害于人体健康。 电灯是19世纪末最著名的一项发明，也是爱迪生对人类最辉煌的贡献。人们对爱迪生做出高度的评价：希腊神话中说，普罗米修斯给人类偷来了天火；而爱迪生却把光明带给了人类。 教育科学品质是教师在教育教学行为中表现出的对教育科学的态度、兴趣、情感等心理特质，是教师通过对教育科学知识的正确理解以及对教育科学发展的整体把握而形成的信念和工作习惯。教师的教育科学品质主要表现在：对教育科学知识有浓厚的兴趣，能正确认识教育科学的价值标准，具有支持教育科学新生事物的精神；在教育活动中不断尝试构想更好的教育方法，关心并设法解决教育问题；留意观察教育现象，能安排更多的时问进行教育教学研究，善于反思自己的教育行为；在教育科学研究中具有责任感，实事求是，严谨治学，做到深入钻研，刻苦探索，追求真理。 教师科学品质的提高有利于形成创造性的思维和能力，有助于培养勇于开拓进取的精神，从而保证教学的质量。教师要调整教学方案，培养创新教学观。培养学生的创新精神和创新能力，是新课程的基本目标之一。新课程改革呼唤教师的创新意识和创新能力。新课程要求教师由课程的“忠实执行者”转变为“课程的创生者”，改变传统教学死记硬背、机械训练的“灌输式”、“填鸭式”的教学方法。这就需要教师调整教学方案，创造性地对已有的教材进行加工，使课程成为一种动态的存在。教学的多样性、变动性要求教师是一个决策者，而不再是一个执行者。教师不应过分依赖教学参考资料，应积极探索，大胆创新，创造出特有的班级气氛和学习环境，设计教学活动，不断培养自身的科学精神，从而提高自身的科学素养。 【案例2】 广阔的宇宙空间创造想象 “三尺讲台，不仅属于我们老师，更多的是属于在座的所有学生。今天这节课，请同学们就前段时间在自学运动学过程中自己的疑问、发现、探索、结论畅所欲言。”我的话音刚落，学生谢远扬就要求发言，他发言的题目是“我能实现星际旅行”，题目一下就吸引了所有学生的注意力。他首先用所学过的知识说明现在或将来即使是最快捷的星际交通工具也无法实现星际旅行，那是因为宇宙太大、星际间太遥远的缘故，说完，他拿出一张白纸，在白纸上相距较远处画了两个点，并说：我们可以不可以使这两个点的距离变短呢?他将纸对折，只见两点重合，由此他提出要想实现星际旅行，单纯在提高星际交通工具上做文章是不现实，也是不可能的，我们只有使空间弯曲，使星际两点间的距离变近，那么如何弯曲空间呢?他又提出了人造黑洞，利用黑洞的引力使空间弯曲，接着又阐述了在小行星上使用核爆炸制造人造黑洞的构想大胆的构思，出乎寻常的想象，引起了同学们极大的兴趣，大家围绕这一话题热烈地讨论着、争议着，并纷纷向谢远扬同学质询：“你能说明需要多大的能量就能形成人造黑洞?”“如果人造黑洞制成了，星际交通工具如何穿越黑洞呢?难道星际交通工具不会被黑洞吸引吗?”“你改变了空间，就是改变了宇宙，而万物间都有其自身的规律，难道你不怕大自然对人类的报复吗?”整整一节课，同学们热烈地交谈着，兴奋地议论着，激动地争论着，谢远扬同学也忙着不停地回答着同学们的问题。下课了，同学们依旧三个一群，五个一组地饶有兴趣地发表着自己的观点和看法。 鼓励学生在科学、技术与社会知识的储备下，充分发挥自己的想象力，去研究和探索未知。大胆地想象、创造性地想象是对一个人的科学素养的基本要求。没有想象就没有今天的科学，更谈不上技术与社会的发展，科学、技术与社会就是在完备一个个想象中得以前进。学生总是对未知充满着好奇，对现代科技充满着探究，他们兴趣万千，爱好广泛，他们最具想象力、最有创新精神、最少保守思想。为同学们营造一个敢于大胆想象、能够创造性想象的氛围，激发学生的创造欲和创新精神是教师的责任。 3科学意识 科学意识是指在深刻认识科学的本质、功能、发展规律和机制的基础上形成的一种社会观念，能够促进人们投身科学事业或积极响应科学活动，并对参与科学活动的价值取向提供合理性指导。科学意识就是从科学的角度提出问题、分析问题、理解问题和解决问题的思想观念及其行为。 典型的科学意识有：科学本质是创新的认同、科学技术是第一生产力的认同、科教兴国战略的认同等，也包括崇尚科学的意识、投身科学的意识、危机竞争意识和领先创新意识等。 学科教学中会涉及很多科技知识，教师要勤于收集，善于积累资料，以拓展课本知识，拓宽知识面。应对教学的理论内容本身进行深入的研究，因为只有教师自己真正理解的东西，才能在传授给学生时讲解得透彻清晰，具有理论的说服力；要重视将理论形态的东西内化成受教育者的思想道德素质，避免盲目单调的知识传授或照本宣科。如对赤壁之战里的诸葛亮，一般语文教师在教学时，仅说他非常聪明，赞扬他神机妙算而已。有的教师却能在赞扬后分析他为什么聪明，是因为他上知天文、下知地理，懂得科学知识，并能运用当时的天气、风向等科学知识，来对付“敌人”，是一种“知转为智”。从而引导学生去爱科学、学科学、用科学，知道科学也能使我们变成神机妙算者。又如数学课上的公式推理，是符合科学规律的。教育学生要懂得按规律办事，一旦离开了这些科学规律，结果将是无法正确解题。所以，要培养出勤于探索、善于思考、肯于发明创造的下一代，从而提高全民族的科学文化素质，必须从教师开始树立强烈的学科学、爱科学、用科学的意识，这是新时代教师必备的思想素质。 教育科学意识反映了教师对教育科学的作用和价值的认识与重视程度。在关于教育科学本质的问题上，教师应该认识到教育科学是可知的，教育科学的理念是变化的，教育科学不能为所有的教育问题提供答案；在教育科学研究过程中，教师应该知道教育科学需要证据，教育科学是逻辑和想象的结合，是对教育事实和教育情境的解释和预见；教育科学研究既要避免偏见又要克服轻信，教育科学不仰仗权威；等等。 4科学方法 科学方法是指人们在认识和改造世界中遵循或运用符合科学一般原则的各种途径和手段，包括在理论研究、应用研究、开发推广等科学活动过程中，采用思路、程序、规则、技巧和模式。科学方法就是人类在所有认识和实践活动中所运用的全部正确方法。 科学方法是科学素养的重要组成要素，是人们在认识和改造客观世界的实践活动中总结出来的正确思维和行为方式，是人们认识、利用和保护自然的有效工具。科学方法是解决科学问题的手段。科学方法是人类所有认识方法中比较高级、比较复杂的一种方法。它具有鲜明的主体性、充分的合乎规律性和高度的保真性。 要想真正理解科学，就必须掌握一些主要的科学方法： (1)观察与思维。所谓观察就是通过人的视觉器官对外界事物和现象的仔细探究。观察方法是获取直接经验事实的最基本最常用的方法。自然观察方法操作简单方便，能够描述自然界的一些现象，但不易使观察对象重复出现，有时难以检验观察的正确性。科研工作者越来越多地运用“有控制观察”。它可重复，排除了外界干扰，突出了观察对象的主要特点，有利于观察者抓住反映研究对象的本质现象。最常用的观察方法有直接观察、间接观察、实验观察、系统观察、随机观察等。 (2)逻辑推理和判断。逻辑思维是科学研究和日常生活中判断、处理问题的重要方法。它是指按照逻辑规则、规律，根据事实材料和事物之问的联系，通过分析，形成概念，做出判断，进行推理的方法。逻辑推理的过程包括：对事物进行定义，使概念明确；对概念所组成的命题、命题与命题之问进行推理；对复杂命题进行论证，使论证合理。常用的方法有比较、分析、综合、抽象、概括、定义、演绎和归纳等。 (3)实验的方法。实验的方法是发现和求证事物之间发展规律的可靠方法。这种方法的最大优点是能发现事物之间的相关关系，而且所得出的结论、发现的规律比较可靠，具有可重复性、可检验性，对于所研究的对象具有明确的边界，能够使得事物在相同或相似条件下重复表现。实验法又分为实地实验和实验室实验两种形式。实验室实验也称标准实验，是通过人为控制或改变某些条件，观察某些事物和现象之间的因果关系的方法。实地实验是在接近自然、现实的生活环境条件中，由研究人员有目的地创设或控制一定的条件，以引起某种变化，并观察分析其中的原因、发生变化规律等而展开的研究。 (4)调查研究的方法。用一定的科学方法对研究对象进行实地考察、问卷调查等系统地搜集资料，用科学的观点和方法分析研究资料，运用研究成果解释和说明问题，指导社会实践的过程。调查的方法是一种科学的研究方法和工作方法。主要调查方法有社会调查、文献调查、实地调查、访问调查、集体访谈、问卷调查、实验调查、专题调查、抽样调查、典型调查、重点调查、个别调查等。而数据处理的方法有：相对指标分析、集中与离中趋势分析、因素分析、动态分析、弹性分析、相关和回归分析、抽样推断分析、预测分析、综合评价分析、矛盾分析、质量分析、因果分析、系统分析、结构功能分析等。在调查方法中，运用统计和概率进行分析是基本的分析数据和推断结论的方法。 教育科学方法是教师教育科学素养的构成要素。教师教育科学素养的科学方法，应包括经验性科学方法和理论性科学方法。经验性科学方法是教师在教育研究用于获取经验材料或教育事实的一般方法，包括观察方法、调查方法、实验方法、测量方法等。理论性科学方法包括分析、综合、归纳、演绎等逻辑方法以及系统方法、假设方法等。 5科学能力 科学能力是人们从事科学研究活动所必须具备的、并直接影响科学研究效率的各种生理、心理和行为条件，它是科学意识、科学知识、科学思想和科学方法等多方面素质的有机结合。科学能力是科学素养的综合运用。典型的科学能力有：理解能力、设计能力、操作能力、论证能力、决策能力、组织能力等。 科学能力是科学素养的核心，包括各种科学思维能力和科学实践能力等内容。科学能力的培养需要以具体的知识、技能和方法为载体，经过内化和升华而逐步发展起来，并需要一个长期系统的训练过程。教育科学能力是教师教育科学素养的核心内容。教育科学能力是指教师符合教育活动要求直接影响教育活动效率和教育目标顺利实现的个性心理特征的总和，主要有以下六个方面： (1)使用现代教育手段的能力。现代教育技术是实践素质教育、提升教育质量、推进教育教学改革、实现教育现代化的重要手段。多媒体教学手段的出现，为教师在教学中激发学生兴趣、拓展教学时空、活跃学生思维、帮助学生加快对教材的理解和记忆提供了条件。作为从事现代教育的教师，必须熟练掌握这些手段，充分利用这些手段，在教学过程中做到多种媒体有机结合、灵活运用，实现教学创新。 (2)信息搜集与整理能力。搜集和初步整理信息的能力，是一种基础性的专业能力。教师可通过自己的眼睛等感觉器官搜集信息，也可借助显微镜等延伸器官搜集信息，还可以通过与其他教师交流活动或采用书刊、电视。网络等获取信息。教师应学会对这些信息进行分析和评价，并用口头、文字、图形、表格等形式对信息进行综合整理。 (3)科学教育能力。科学教育能力的基础是具有先进的教育理念和现代教育思想，具有扎实的学科专业知识和相关学科知识，具有丰富的教学经验，有一定的教育科学理论知识，有较强的教育科研能力和科研意识。正如苏霍姆林斯基所说：“如果你想让教师的劳动能够给教师带来乐趣，使天天上课不至于变成一种单调乏味的义务，那就应当引导每一位教师走上从事研究这条幸福的道路上来。”当教师具有一定的教科研水平时，他们的科技教育能力就会增强，他们的科学素养也会得到改善。 (4)教学反思能力。教学反思是教师以自己的教学活动过程为思考对象，来对自己所做出的行为、决策以及由此所产生的结果进行审视和分析的过程，是一种通过提高参与者的自我觉察水平来促进能力发展的途径。教育家波斯纳说：“没有反思的经验是狭隘的经验，至多是肤浅的知识。”进而总结了教师的成长公式为“经验+反思=成长”。如果一个教师心中有规划，按计划坚持下去，天天反思，天天有收获，从经验中不断学习，不断积累，才能不断增长知识，提高自身科学素养。 (5)教育实践能力。教育实践能力包括：教育预见能力。教育预见能力就是教师对各种因素影响教育效率和效果的估计能力。教师只有对教育对象和教育内容在内的教育变量因素有足够的、充分的认识和了解，只有对各种影响因素的产生基础有充分自信的熟悉，才能对教育活动做出准确的分析和判断，达到比较科学的估价。教育设计能力。在设计观念上，运用现代教育科学理念，一切从学生的需求与特点出发，充分发挥学生的主动性和创新精神。在设计策略上，对教育过程进行系统、全面的分析与研究，把握、协调、整合各种教育关系，注重设计的创造性与灵活性。在设计方法上，强调师生关系和角色的科学定位，突出对教学过程的整体化设计，注意把新的信息技术与教学过程有机结合起来，通过合作学习等教学策略培养学生的创新能力。教育实施能力。教育实施能力是指教师实现教育设计方案的能力。教育实施能力强调各个学科的相互整合，从单一的知识传递变为重视问题解决，强调学校教学与社会的连续性，强调对学生进行生存能力和创造性的培养。教育监控能力。教育监控能力是教师为了保证教育教学活动达到预期的目的，不断对教育教学过程进行积极主动的计划、检查、评价、反馈、控制和调节的能力。教育监控能力是教师主导、操纵教育活动的能力，它是教育能力结构的高级形式，是其他教育能力和教育行为的调节中枢。 (6)教育研究能力。教育研究能力是教师教育能力的核心，是教师职业专业化标志。教育研究能力是教师总结、反思教育教学行为，探究教育现象，解决教育教学实际问题的能力。 教师的研究能力首先表现为对自己的教育实践和教育问题的反思能力，善于用研究者的眼光去发现问题，不断地改进自己的工作并形成理性的认识。其次，具有研究能力的教师应善于校正自己头脑中的一些陈旧的、落后的教育观念，善于吸收最新教育科学成果，将其积极地运用到教育、教学、管理等过程中，使自己的教育观念得到部分或全部重建。再次，研究能力还表现在教师对教育研究活动的自觉意识，即把教育教学和研究融为一体，做到教中研、研中教，使教育教学成为研究的重要组成部分，研究成为一种教育方式。 在教育活动中，离开了教师的教育科学能力，教师的理念和实践之间便会产生一道不可逾越的鸿沟，教师也会因此要么成为空头的理论家，要么成为目光短浅、只会依经验办事的教书匠。教育科学能力是教师基本功和教师职业技能的升华，良好的教育科学能力是教师基本功和教师职业技能训练达到的较高境界。 【思考题】 1什么是科学? 2什么是科学素养? 3科学素养的构成要素有哪些?第二节教师科学素养的现状及时代要求 近年来，我国每两年举行一次公众科学素养调查，一些学者也对部分地区的中小学教师科学素养进行了调查。从调查数据来看，公众科学素养和教师科学素养状况虽在逐年提高，但是，我国公众科学素养水平还处在发达国家20年以前的水平。基础教育课程改革和素质教育的全面推进，要求教师具有较高的科学素养。要提升教师的科学素养，首先要弄清楚教师科学素养的现状及时代要求。一、科学素养的现状分析 (一)公众科学素养的现状分析 公众科学素养与教育有着直接的关系，而且教师也是公众的组成部分，所以我们首先来了解我国公众科学素养现状。 1第八次中国公民科学素养调查 1992年以来，中国科协参照国际通用调查题项，结合具体国情，在大陆地区对1869周岁的公众展开科学素养调查。准确解读最新的2010年第八次调查，能更深刻地理解国人的科学素养状况。2010年11月25日发布的调查结果显示： (1)公民科学素养水平稳步提升。2010年我国公民科学素养水平为327，较前几年有较大提高(2001年144，2003年198，2005年160，2007年225)。只相当于日本(1991年3)、加拿大(1989年4)、欧盟(1992年50A，)等主要发达国家和地区在20世纪80年代末的水平。三个测量维度中，“公民了解必要的科学知识”与国外的差距较大。2008年美国的水平为64，2010年中国的水平仅为4l。在“掌握基本的科学方法”上，我国公民的科学素养提升缓慢，2005年为74，2010年仅达到98。 (2)公民提高自身科学素养的机会与途径增多。电视和报纸等传统媒体仍然是我国公民获取科技信息的主要渠道，公民利用互联网等现代媒体获取科技信息的比例明显提高。获取科技信息的渠道依次为：电视(875)、报纸(591)、与人交谈(43O)、互联网(266)、广播(246)、一般杂志(122)、图书(119)和科学期刊(105)。公民利用互联网渠道获取科技信息的比例明显提高，比2005年的64提高了202个百分点。 (3)公民利用科普设施提高自身科学素养的机会增多。2010年公民参观各类科普场馆的比例依次为：动物园、水族馆、植物园(5790A，)，科技馆等科技类场馆(270)，自然博物馆(219)。参观人文艺术类场馆的比例依次为：公共图书馆(503)，美术馆或展览馆(264)。参观身边的科普场所的比例依次为：图书阅览室(545)，科普画廊或宣传栏(487)。参观各种专业科技场所的比例依次为：科技示范点或科普活动站(355)，工农业生产园区(342)，高校和科研院所实验室(112)。与2005年相比，公民去过科普场所的比例明显提高。 (4)公民对科学技术的态度趋于理性。我国公民对科学技术保持积极理性的支持态度，有748的公民赞成“科学技术既给我们带来好处也带来坏处，但是好处多于坏处”的观点。而572的公民认为“技术对环境既有好的影响，也有坏的影响”。在对待自然的态度上，我国有729的公民认为应该“尊重自然规律，开发利用自然”。一 我国公民支持科技事业并对其充满期望，有770的公民赞成“尽管不能马上产生效益，但是基础科学的研究是必要的，政府应该支持”的说法；有845的公民赞成“现代科学技术将给我们的后代提供更多的发展机会”的看法；有776的公民赞成“科学技术的发展会使一些职业消失，但同时也会提供更多的就业机会”的看法；有887的公民赞成“科学技术使我们的生活更健康、更便捷、更舒适”的看法。 (5)对科技信息的兴趣日益提高。公民对科技信息的感兴趣程度显著增长。对与科技有关的新闻话题感兴趣的比例增长较快，科学新发现为716，医学新进展为711，新发明和新技术为682，均比2005年的调查结果提升了近20个百分点。虽然中国公众与美国和欧洲等国公众在科学素养水平方面还存在差距，但是对科学技术感兴趣程度基本相同。在所有与科学相关的信息中，与公民生活息息相关的话题更受关注。2010年中国公众最感兴趣的信息是“医学与健康”，比例为827。这些数据体现了中国人对科学感兴趣，有科普需求。 【资料链接2】 我们需要怎样的科学素养 公众素养是科技发展的土壤。离开了这个群众基础，即使我们能够实现“上天入地”，也很难持续不断地推动创新。第八次中国公民科学素养调查显示，2010年，我国具备基本科学素养的公民比例为327，相当于日本、加拿大和欧盟等主要发达国家在20世纪80年代末的水平。在“建设创新型国家”的语境中，科学素养作为一项基本公民素质的重要性不言而喻。在这个意义上，公民科学素养调查结果应该引发我们足够的深思。 不可否认，随着我国经济的发展和科技的进步，越来越多的中国人对科学技术持积极态度。但是否就必然意味着科学素养的提高?这让人想到过去的一年里，那些备受关注的科学话题：从“吃绿豆能治百病”的张悟本神话、道长李一的“盖世神功”，到媒体炒作“地球遭遇千年极寒”、“世界末日将来临”，再到“引渤入疆”让新疆变江南、禁止添加面粉增白剂等争议面对其中一些明显的科学谬误，很多人不加质疑地相信、追捧、盲从，媒体不加选择地跟进、扩大、炒作。 在专业层面，我国已是科技论文和专利数量的“创造大国”，但以衡量质量的论文引用率和国际专利来看，远谈不上“创新大国”。我国科技进步对经济