科學教育的認識論基礎：從“實證主義”走向“反映主義”

李亦菲

19世紀下半葉，初等義務教育逐漸在美國推行起來，以自然科學知識為主要內容的科學教育在學校課程中也取得了合法地位。美國教育開始擺脫歐洲形式主義教育傳統的影響，進入教育理論和實踐創新的時期。進入20世紀，隨著社會變革的加速和中等教育的普及，科學教育經歷一系列的變化和改革，如進步主義、要素主義、結構主義。這三個階段的科學教育，建立在實證主義認識論的基礎之上。在當前背景下，科學教育的認識論要從“實證主義”（positivism）轉向“反映主義”（reflectivism），探索科學教育新模式。

一、從“進步主義”到“結構主義”

進步主義教育是20世紀上半期盛行于美國的一種教育哲學思潮，源于反對傳統形式主義教育的運動，主要觀點包括以兒童為中心的學生觀、以生活為內容的課程觀、以解決問題為方法的教學觀等。在科學教育領域，進步主義運動的代表人物是克雷格（G.S.Craig）和杜威（J.Dewey）。

作為首位獲得科學教育博士學位的學者，克雷格發展了小學科學教學模式，強調將一般原理和通用法則作為科學教育的知識目標，經驗、活動和科學方法是實現這些目標的手段。克雷格的科學教學模式影響美國科學教育長達30年之久。作為實用主義哲學的代表人物，杜威旗幟鮮明地提出“兒童中心”的思想，強調科學教育必須從學習者已有的經驗開始，達到對科學概念和原理的充分理解。他贊同將科學方法作為科學教育的主要目標，總結出反省思維的“五步法”。進步主義運動是科學教育發展的一個重要時期，此時自然主義傾向逐漸減弱，以科學知識和科學方法為目標的現代科學教育的雛形已經出現。

在20世紀中葉，作為一種傳統主義、保守主義的教育哲學流派，要素主義反對進步主義一味地強調兒童的興趣和需要的做法，強調知識的客觀性、系統性、邏輯性和順序性，關注科學事實、科學概念、科學定律、科學原理的學習。這一觀點試圖將科學教育的重點轉向科學知識本身，為20世紀60年代美國科學課程改革重視學科知識打下輿論基礎。

美國20世紀60年代的科學教育改革是在結構主義理論的指導下開展的。由于對結構理解的不同，出現了兩種觀點相異的課程觀，主要代表人物是布魯納（J.Bruner）和施瓦布（J. Schwab）。布魯納將科學知識看成靜態、分學科的知識體系，重視科學知識與科學方法的內在聯系，認為只有經過親身探索獲得的知識才是最有價值的，倡導通過發現學習來掌握科學知識。施瓦布反對把科學知識當作真理教給學習者，強調把科學視為一個尋求證據、揭示自然規律的漫長過程，主張引導學習者通過一系列的科學探究（scientific inquiry）活動去體驗科學過程，使用科學方法，形成科學觀念。

從實施結果看，布魯納過于強調學科知識結構，忽略兒童的經驗和興趣，致使大部分課程難以被學生接受。施瓦布則將科學探究能力解析為一系列“過程技能”，認為這些技能可以通過練習來獨立發展，無須得到概念的支持，這使科學教育走入另一個誤區[1]。

從認識論角度看，進步主義運動和結構主義課程改革是建立在邏輯實證主義的基礎上的。邏輯實證主義（logical positivism）也稱邏輯經驗主義（logical empiricism），主要觀點是：科學知識是客觀、實證和線性積累的，由有意義的命題組成，而判斷命題是否有意義，在于是否能夠用邏輯分析和經驗實證的方法判斷真偽。在邏輯實證主義的認識論中，如果一個命題能用邏輯分析的方法加以證明，這個命題就具有邏輯意義；如果一個命題能被經驗事實加以證實，這個命題就具有經驗意義；如果一個觀點既不能用邏輯分析證明，也不能用經驗事實證實，這個命題就是無意義的，必須排除在科學知識之外[2]。

根據邏輯實證主義認識論，科學方法就是從經驗出發，通過分析和演繹得出規律性的通則。顯然，這是施瓦布倡導的科學探究的基本過程。在這一過程中，研究者首先根據已有的知識提出一系列假設，然后設計和開展實驗獲得必要的數據，并通過分析數據對各種假設進行檢驗（如被證實，則接受；如被證偽，則拒絕）。與經驗主義認識論只注重對實物和現象的感知不同，邏輯實證主義認識論既重視經驗實證，也重視邏輯分析，集中表現在遵循“假設—檢驗”模式的科學探究過程中。

從進步主義運動和結構主義課程改革的實踐看，以下三個問題值得思考：（1）科學教育是立足于兒童的經驗和需求，還是立足于科學知識本身的邏輯結構？（2）是不是所有的科學知識都可以并且應該采用探究學習的方式來獲得？如果不是，需要補充哪些學習方式？（3）兒童的日常經驗經常和科學概念與原理不一致，甚至存在矛盾和沖突，如何處理兩者間的關系？20世紀70年代以來，正是這三個問題推動著科學教育理論和實踐的發展，在相關理論的背后，蘊含著對“實證主義”認識論的反思和批判，而“反映主義”認識論受到越來越多的關注。

二、有意義學習理論與概念轉變理論

20世紀70年代，奧蘇貝爾（D.P.Ausubel）從有意義學習（meaningful learning）的角度出發，重新解釋了發現學習，將其納入一個更大的學習方法體系。奧蘇貝爾認為，有意義學習的實質，是在新知識與學習者認知結構中已有的適當觀念間建立非人為的和實質性的聯系。這一論斷既給出有意義學習的定義，也明確了機械學習（rote learning）與有意義學習的兩條標準。

奧蘇貝爾從學習內容的角度將學習分為表征學習、概念學習和命題學習三種類型，從學習方式的角度將學習分為接受學習（reception learning）和發現學習（discovery learning）兩種形式。他的發現學習與布魯納的發現學習在含義上是不同的。布魯納的發現學習要求學習者像科學家那樣思考問題，通過參與探究發現基本的原理或規則；奧蘇貝爾所解釋的發現學習，不僅包括科學探究，而且包括運用、問題解決、創造等活動形式。顯然，奧蘇貝爾沒有將科學學習的方法局限于科學探究，不僅提出多種發現學習模式，而且強調有意義接受學習在科學教育中的重要作用。

從學習機制角度看，奧蘇貝爾的有意義學習理論強調“同化”（assimilation）過程，但忽視學習的另一側面——“順應”（accommodation）過程，即當新知識與學習者原有的觀念存在矛盾，學習者不得不通過改變原有觀念來適應新知識的過程。在科學教育中，觀念的轉變往往發生在學習者原有概念（也稱“前科學概念”或“前概念”）存在錯誤的情況下。大量研究發現，科學教學往往只關注科學概念（如物體落地的速度與重量無關）的傳授，但科學概念的傳授不能自動地校正兒童原有的前概念或錯誤觀念（如重的物體會更快落地）。在教學之后，兒童往往仍然頑固地堅持原來的錯誤觀念。也就是說，兒童沒有“順應”正確的科學概念，或者說，沒有將前概念轉變為科學概念。

針對這一現象，研究者從不同的角度探討了影響概念轉變的條件和機制。波斯納（G. J. Posner）等于1982年提出“概念轉變模型”（conceptual change model），解釋了概念轉變的條件及個體的知識背景對概念轉變的影響[3]。波斯納等認為，原有概念（前概念）發生轉變必須滿足以下四個條件：（1）對原有概念的不滿；（2）新概念的可理解性；（3）新概念的合理性；（4）新概念的有效性。此外，概念轉變還受到個體知識背景的影響。波斯納等將個體的知識背景稱為“概念生態”（conceptual ecology），包括反例、類比與比喻、其他領域的知識、一般信念與觀點等方面。

在實證主義認識論的影響下，波斯納等認為，科學概念在可理解性、合理性、有效性等方面優于個體的前概念，并以學習者對前概念和科學概念的認識與評判，來描述概念轉變的過程。然而，大量研究發現，學習者的一些前概念往往根植于一個穩定的概念生態中，難以轉變為科學概念。針對這一現象，心理學家直接考察個體概念生態的結構和特點，并以此為基礎解釋概念轉變的機制。

弗斯萊特（S.Vosniadou）在發展心理學關于兒童樸素理論研究成果的基礎上，從框架理論（framework theory）和具體理論（specific theory）的角度解釋了概念轉變的機制[4]。弗斯萊特認為，兒童的原有概念根植于對它們起約束作用的框架理論和具體理論。其中，框架理論是個體所具有的本體論和認識論的前提，由兒童的樸素理論發展而來；具體理論是對具體事物的信念或心理模型，在特定問題情境中受框架理論的約束而生成。弗斯萊特認為，學習者錯誤的心理模型容易轉變為科學概念，但心理模型背后的框架理論則很難轉變。因此，僅僅促成心理模型的轉變，并沒有實現完滿的概念轉變，需要進一步促進學生對自己的本體論和認識論概念進行反思，才能引發概念的根本性轉變。

齊（M.T.H. Chi）等從“本體論類別”（ontological categories）的角度解釋了概念轉變的機制[5]，將概念分為物質、關系和過程三種最根本的本體論類別，每種類別概念下逐級衍生出更為具體的子類別概念。在這一概念體系中，同一類別下的概念間的轉變稱為“分支轉移”，不同類別下的概念間的轉變稱為“主干轉移”。顯然，分支轉移較易實現，主干轉移較難實現。

弗斯萊特和齊等的理論雖然放棄了科學知識本身的邏輯結構，轉而從兒童心理結構的角度探討概念轉變的層次，但沒有提出促進深層次概念轉變的有效方法。究其原因，是這些理論沒有從根本上突破實證主義認識論的束縛。具體地說，這些理論仍然相信科學知識是客觀、可實證和線性積累的，強調通過一個預設的教學活動，將學習者的前概念轉變為科學概念。在這一背景下，舍恩（D.Schon）提出的“反映性實踐”（reflective practice）理論，受到人們的關注。

三、反映性實踐與反映性教學

舍恩的“反映性實踐”理論，是對實證主義認識論的一種解構性觀點。這種解構主要表現在以下三個方面：（1）被實證主義認識論所約束的實踐者，往往會發現自己處于兩難境地，他們依據理性的科學方法得出嚴謹的專業知識，難以應對各不相同、復雜、不確定的現實問題，而能夠應對這些問題的藝術性方法卻不符合專業知識的嚴謹標準。（2）面對不熟悉的任務，我們有時會在行動前在頭腦中做出計劃，但這些計劃往往會在行動過程中根據形勢的變化不斷調整。（3）面對熟悉的實踐活動，人們往往憑借即時反應和直覺展開行動，而他們所依賴的知識通常是內隱、無法用言語敘述的，也難以進行邏輯分析。

在我國，許多教育學者將“反映性實踐”翻譯成“反思性實踐”，這是一種根本性的誤解。舍恩“反映性實踐”的含義不只是“思考”，而且涵蓋思想、情感和行為表現的多邊對話活動，包括實踐者與對象的對話、實踐者與他人的對話、實踐者與自己的對話。“反映性實踐”的目的，是通過多邊對話活動推進實踐者的探究，這是思想與行動相互纏繞的促使疑惑轉變到釋疑的過程，在這一過程中，實踐者行動的質量和能力也在不斷發生變化[6]。

顯然，“反映性實踐”蘊含一種不同于實證主義的全新的實踐認識論，本文將這種認識論稱為“反映主義”（reflectivism）認識論。根據這一認識論，可從以下三個方面思考科學教育改革的方向：（1）雖然大部分科學概念能夠用語言和符號清晰地陳述出來，但必須認識到，作為認識框架的本體論概念難以用語言陳述出來，它們以一種非常隱蔽的方式影響學習者對科學概念的理解。（2）為了促進學習者本體論概念的轉變，不能一成不變地按照預先制訂的計劃進行教學，而是要引導學習者“在行動中反映”（reflecting-in-action），通過持續性的多邊對話促成轉變的發生。（3）為了提高學習者“在行動中反映”的能力，需要鼓勵學習者開展“對行動的反映”（reflecting-on-action），即以行動為對象的反映，包括行動結果、行動本身、隱含在行動中的直覺認識，以及它們彼此之間的相互關系。如果能夠做到以上三點，我們就能進入一種新的教學模式——反映性教學（reflective teaching）中。

參考文獻：

[1]于海波.西方科學課程的歷史考察[J].當代教育論壇，2005（15）.

[2]郭俊立.關于科學知識理論的歷史演變及發展趨勢[J].齊魯學刊，2005（2）.

[3]Posner G.J.Strike K.A. Hewson P.W. et al. Accommodation of A Scientific Conception： Toward A Theory of Conceptual Change[J].Science Education，1982，66（2）.

[4]Vosniadou S.Capturing and Modeling the Process of Conceptual Change[J]. Learning and Instruction，1994，4（1）.

[5] Chi M.T.H. Slotta J.D. De Leeuw N. From Things to Processes： A Theory of Conceptual Change for Learning Science Concepts[J].Learning and Instruction，1994，4（1）.

[6]唐納德·舍恩著.夏林清譯.反映的實踐者：專業工作者如何在行動中思考[M].北京：教育科學出版社，2007.

責任編輯：孫建輝