大學生科學素養(yǎng)的內涵與結構

杜 紅

(1.重慶師范大學馬克思主義學院公民道德與社會建設研究中心，重慶401331；2.西南大學哲學博士后流動

站，重慶400715)

科學素養(yǎng)是公民素養(yǎng)的重要組成部分，是現代文明社會中公民綜合素質的最具代表性的體現。過去15年以來，在《全民科學素質行動計劃綱要（2006-2010-2020年）》的指導下，我國公民科學素養(yǎng)建設取得了顯著成效，公民科學素質水平得到了大幅度提升，為未來中國的經濟社會文化發(fā)展提供了強有力的支撐。作為現代社會的一個重要群體，大學生是民族復興和國家發(fā)展的重要后備力量，其科學素養(yǎng)的狀況直接關系到我國未來的科技創(chuàng)新與現代化建設。在新一輪《全民科學素質行動計劃綱要（2021-2025-2035年）》緊鑼密鼓的編制之際，對大學生科學素養(yǎng)展開深刻討論顯得尤為重要和緊迫，這也是我國公民科學素養(yǎng)建設中不可忽視的重要環(huán)節(jié)。

一、科學素養(yǎng)的概念演化

從1952年美國著名化學家和教育家科南特（J.B.Conant）先生提出“科學素養(yǎng)”（Scientific Literacy）這一概念以來，人們便開始從不同角度對其進行分析與研究。在中文文獻中，Scientific Literacy通常有“科學素養(yǎng)”和“科學素質”兩種譯法。比如在中文版《普及科學——美國2061計劃》［1］、《面向全體美國人的科學》［2］和《科學素養(yǎng)的基準》［3］中，Scientific Literacy均被譯為“科學素養(yǎng)”，其后在關于科學教育的討論中，國內學者多使用“科學素養(yǎng)”一詞，包括教育部制定的相關課程標準也使用這一表述，如《普通高中化學（生物、物理、地理）課程標準》（2017年版2020年修訂）、《義務教育化學（物理、生物學）課程標準》（2011年）、《義務教育初中科學課程標準》（2011年）、《義務教育小學科學課程標準》（2017年），在2020年新近發(fā)布的課程標準修訂中也是在核心素養(yǎng)的框架下使用“科學素養(yǎng)”這一表述。在政策層面，“科學素質”這一表述則更為廣泛，比如《關于加強科學技術普及工作的若干意見》（1994年）、《中華人民共和國科學技術普及法》（2002年）、《全民科學素質行動計劃綱要（2006-2010-2020年）》（2006年）、《中國公民科學素質基準》（2016年）和《全民科學素質學習大綱》（2017年）等。［4］

程東紅［5］、郭傳杰［6］、何薇［7］等學者從詞源學、心理學上對“科學素養(yǎng)”和“科學素質”進行了區(qū)分，認為“科學素養(yǎng)”強調后天習得培養(yǎng)，是人通過后天學習逐步養(yǎng)成的涵養(yǎng)與特征，“科學素質”包含先天與后天的綜合，更強調人的先天本質相關的特質或特性，但是他們大都支持，如果不考慮心理學上的特指，“科學素養(yǎng)”和“科學素質”可以互譯，都可以與“Scientific Literacy”相對應，也相應包括了“Science Literacy”的內容。本文主要討論大學生的科學素養(yǎng)問題，因此更傾向于從科學教育維度使用“科學素養(yǎng)”這一表述，但在具體問題討論中，和國內大多數學者一樣，對“科學素養(yǎng)”與“科學素質”不作明確區(qū)分。

雖然目前學界還沒有形成關于“科學素養(yǎng)”的統(tǒng)一定義，但是通過幾十年來的努力，科學素養(yǎng)已經從“一元”走向“多元”，從“口號”走向“目標”，從“概念”走向“政策”，并在橫向和縱向等多個維度上得到了充分演化。1952年，科南特提出“科學素養(yǎng)”一詞時并未給出明確的定義，他在談到普通公民應有的科學素養(yǎng)時說到，“他的經驗越廣泛，他的科學素養(yǎng)就越高”。［8］1958年，另一位美國著名科學教育家赫德（Paul Hurd）給出了最早的明確界定，他把人們對科學的理解及其對社會經驗的應用稱之為“科學素養(yǎng)”，并認為，為了全社會的進步和經濟安全，每個人都應該具備“科學素養(yǎng)”。［9］其后，不同背景的學者從不同角度提出了科學素養(yǎng)的諸多不同內涵。1975年，美國天體物理學家申（Benjamin S.P.Shen）提出了科學素養(yǎng)的三種類型：實用科學素養(yǎng)（Practical Scientific Literacy）、公民科學素養(yǎng)（Civic Scientific Literacy）與文化科學素養(yǎng)（Cultural Scientific Literacy），分別表示具備科學素養(yǎng)的人在某一個層面上所達到的水平。［10］美國科學素養(yǎng)國際發(fā)展中心主任米勒（J.D.Miller）在此基礎之上進行了深化拓展。他在《科學素養(yǎng)：概念和經驗綜述》（Scientific Literacy：A Conceptual and Empirical Review）一文中將科學素養(yǎng)界定為三個維度：對重要科學概念和術語的理解、對科學過程和本質的理解、對科學技術對個人與社會的影響的理解。［11］這一界定清晰、準確、精煉，不僅明確了科學素養(yǎng)的內容與結構，還在此基礎上首次提供了科學素養(yǎng)的測量評價模型，得到了國際社會的普遍認可。比如杜蘭特（Durant）就在米勒模型的框架下對英國國內公民的科學素養(yǎng)狀況展開了調查，并在此基礎上于1989年啟動了歐洲15個國家的公民科學素養(yǎng)調查的橫向比較研究，獲得了一系列極有價值的科學素養(yǎng)測量數據。加拿大與新西蘭也分別于1989年和1990年開啟了類似的科學素養(yǎng)測評工作，其后，日本、印度、馬來西亞、泰國、韓國、中國等亞洲國家也相繼啟動了科學素養(yǎng)的測量工作。

結合多年科學素養(yǎng)的測評工作經驗，米勒1997年提出，在進行科學素養(yǎng)的國際比較研究時，應該采納科學素養(yǎng)的二維模型，即科學知識與科學過程維度，因為第三個維度的跨國性差異太大，難以精確測量。［12］之后，2006年，米勒的三維模型又進一步融合為一個維度，即使用“公民科學素養(yǎng)指數”［13］來衡量一個國家中具備科學素養(yǎng)的公民比例。米勒發(fā)現，“理解科學概念的能力”與“理解科學探索本質的能力”這兩個維度的相關系數達到0.9，沒有必要在測量中細分為兩個維度。新米勒量表相比經典米勒量表評測標準有所減弱，是對之前三維指標體系的揚棄，從三維指標調整為二維指標進而合并為一維指標，操作難度系數大為降低，這也反映了當前國際比較視域下針對普通公眾科學素養(yǎng)測量的發(fā)展方向和基本思路。

二、科學素養(yǎng)在中國的發(fā)展

在國內，從二十世紀八九十年代開始，政府和研究者們已經普遍關注到科學素養(yǎng)問題。鐘啟泉教授在研究理科課程時系統(tǒng)介紹了科學素養(yǎng)的概念，認為其包括4個內容：概念性的知識；科學的理智；科學的倫理；科學與人文、社會和技術之間的相互聯系。［14］這是我國學者較早較全面地介紹西方科學素養(yǎng)問題的研究。《科學學與科學技術管理》雜志也早在1989年就組織了專論探討科學素養(yǎng)問題。［15］其后，高凌飚教授和王素教授分別在1994年和1999年對科學素養(yǎng)的內涵做出了界定。高凌飚教授指出，科學素養(yǎng)主要指人們在認識自然和應用科學知識的過程中表現出來的內稟特質，包括人所掌握的科學知識、技能和方法，在此基礎上形成的科學能力、科學觀，以及科學品質等方面。［16］在此基礎上，王素教授提出了科學素養(yǎng)的4個核心要素：對科學技術的理解；對科學、技術、社會三者關系的理解；科學的精神和態(tài)度；運用科學技術解決日常生活及社會問題的能力。［17］這些學者對科學素養(yǎng)的理解與我國在同期推行的素質教育改革密不可分。［18］素質教育的根本目標是提高人的綜合素質，科學素養(yǎng)無疑是其中非常重要的一個方面，這在政府文件和科學教育改革中均有體現。

在政策層面，我國在2000年由中國科學技術部、教育部、中宣部、中國科協和共青團中央5部門聯合推出了《2001-2005年中國青少年科學技術普及活動指導綱要》和《2001-2005中國青少年科學技術普及活動內容與目標》。這兩份文件從中國青少年科普活動的實際狀況出發(fā)，將科學素養(yǎng)界定為4個方面：科學態(tài)度、科學知識與技能、科學方法與能力、科學行為與習慣。在課程改革方面，2001年教育部出臺了《科學（3-6年級）課程標準》［19］，其中科學素養(yǎng)被界定為3個方面：科學探究、情感態(tài)度與價值觀、科學知識。而在《科學（7-9年級）課程標準》中，科學素養(yǎng)擴充為4個方面：科學探究；科學知識和技能；科學態(tài)度、情感和價值觀；科學、技術與社會的關系。科學課程標準中，科學素養(yǎng)實則被理解為對個人決策、參與公共文化事務以及經濟生產所需要的科學概念及其過程的理解和一定運用能力，“學生必須逐步領會科學的本質，崇尚科學，破除迷信；必須初步養(yǎng)成關注科學、技術與社會問題的習慣，形成科學的態(tài)度和價值取向，樹立社會責任感；必須更多地學習終身必備的科學知識，以順應時代的要求，必須體驗科學探究的過程，學會一定的科學思維方法，以解決自身學習、生活、工作和社會決策中遇到的問題，為學生的終身發(fā)展奠定基礎，為社會的可持續(xù)發(fā)展提供支撐。”［20］這一科學素養(yǎng)的觀念幾乎是我國科學教育工作者的集體共識，在后續(xù)的課程改革中得到了積極推進，成為我國基礎教育改革中的一大特色和亮點。

隨著國內研究的深入，2006年我國發(fā)布了《全民科學素質行動計劃綱要（2006-2010-2020）》，著眼于提升包括未成年人、農民、城鎮(zhèn)勞動人口、領導干部和公務員等在內的全體公民的科學素養(yǎng)。綱要將公民的科學素養(yǎng)定義為“了解必要的科學技術知識，掌握基本的科學方法，樹立科學思維，崇尚科學精神，并具有一定的應用它們處理實際問題、參與公共事務的能力。”［21］這一理解通常被簡稱為“四科兩能力”（四科：了解必要的“科學知識”、掌握基本的“科學方法”、樹立“科學思想”、崇尚“科學精神”；兩能力：“處理實際問題”和“參與公共事務”的能力），廣泛應用于我國公民科學素養(yǎng)的實際測評工作中。

無論從國內還是國外來看，由于應用背景的差異，我們無法得出關于“科學素養(yǎng)”的統(tǒng)一定義，但是對科學素養(yǎng)的多維理解已達成共識：科學素養(yǎng)是一個多維的結構，它的具體內容需要根據它所在的背景進行具體剖析，基于對象、功能、目標、水平等多個角度可以得出不同的內容構成。

從對象上來看，我國科學素養(yǎng)研究工作的關注點主要集中于兩類對象：一是青少年（6到18歲），二是普通公民（18到69歲）。青少年科學素養(yǎng)問題的研究者主要集中在基礎教育領域，而普通公民科學素養(yǎng)研究則主要由科學普及和科學傳播工作者們主導。在此種狀況下，大學生的科學素養(yǎng)問題一般被放在了普通公眾的范圍之內，其要素分析和評價工作都與普通公眾保持一致，較少出現針對性研究。雖然近年來大學生科學素養(yǎng)問題已得到越來越多的專家學者和教育管理者的重視，但是關于大學生科學素養(yǎng)的具體內容尚未達成共識，關于大學生科學素養(yǎng)的結構體系尚未明確，因此，如何在多維度的科學素養(yǎng)概念中剖析大學生科學素養(yǎng)的異質性，成為當前大學生科學素養(yǎng)研究的基礎問題之一。

三、大學生科學素養(yǎng)的內容結構

大學生是一個群體，專業(yè)的差異、性別的差異、教育經歷甚至家庭背景的差異都可能造成科學素養(yǎng)狀況的顯著差異。同時，科學素養(yǎng)是一個多維概念，在不同層面包含諸多不同內容。因而，我們在分析大學生科學素養(yǎng)概念的時候應當充分考慮大學生的整體特征以及不同群體之間的差異。目前的研究主要針對理工類專業(yè)大學生和人文社科類專業(yè)大學生來討論其科學素養(yǎng)的差異并分別設計不同的培育途徑。從研究范式來看，可以大致分為兩類：一是強調科學素養(yǎng)缺失所帶來的不良后果，進而從克服這些后果出發(fā)來完善大學生科學素養(yǎng)的教育教學體系。二是從人文社科類專業(yè)和理工類專業(yè)自身特點出發(fā)，強調科學素養(yǎng)與人文素養(yǎng)的互補性，進而在專業(yè)培養(yǎng)方案中實現科學素養(yǎng)的培育。這兩類研究各有優(yōu)勢，也取得了相關實踐成果，在許多高校的人才培養(yǎng)方案和課程設置中均有所體現，特別是以通識課程為載體的多元教育模式，是目前所采取的主要方式。在具體的課程體系設計和培育路徑探析中，大學生科學素養(yǎng)的核心內容和結構是基礎，是研究的出發(fā)點和立足點。

梳理國內外學者與機構提出的各類不同的科學素養(yǎng)的內涵，我們發(fā)現，三維結構是最主要且應用最為廣泛的，特別是在教育領域中，三維結構很好地契合了教育目標，方便測量與評價。下表1列舉了目前為止幾類主要的科學素養(yǎng)的三維結構。在此基礎上，根據大學生的特點，本文提出了大學生科學素養(yǎng)的基本結構，如下圖1所示。

表1科學素養(yǎng)內容結構比較

如圖1所示，大學生科學素養(yǎng)是一個多維結構，兩個虛線圓圈分別代表兩種看待科學素養(yǎng)的視角，向內看的第一視角（Vision I）和向外看的第二視角（Vision II）。向內看的第一視角形成了“核心科學素養(yǎng)”，向外看的第二視角形成了“擴展科學素養(yǎng)”。“核心科學素養(yǎng)”與“擴展科學素養(yǎng)”雖然從結構上都可以分為科學知識、科學探究和科學精神3個層次，但是兩者的具體內容有所差異，這種差異主要是由大學生不同的學科背景造成的，這將在稍后的表2中進行描述。無論是哪種科學素養(yǎng)，它都有一個相對固定的邊界，如最外側實線所示，這一實線表明科學素養(yǎng)可以與大學生綜合素養(yǎng)中的其他方面劃清界線，比如藝術素養(yǎng)、體育素養(yǎng)、文化素養(yǎng)等。科學素養(yǎng)雖然有諸多不同的維度，但它仍然是有邊界的，它不是一個模糊的概念，相反，它相對明確，并且可以在教育目標與教育評價中體現出來。

圖1 大學生科學素養(yǎng)的內容結構

表2大學生科學素養(yǎng)不同視角比較

如上表2所示，核心科學素養(yǎng)與擴展科學素養(yǎng)在科學知識、科學探究和科學精神3個維度上均有所差異。核心科學素養(yǎng)代表向內看的第一視角，一般來說，它就是指科學素養(yǎng)的“硬核部分”，是科學自身情境中的產物，一般情況下不會因為社會環(huán)境和所處背景的差異而發(fā)生變化。硬核部分的變化主要取決于科學自身的發(fā)展與演化。比如在科學發(fā)展進步的過程中，某些科學概念發(fā)生了意義變化甚至消失或被其他相競爭的概念所取代，那么這個硬核部分才會受到動搖，也就是說，核心科學素養(yǎng)內容的變化首先發(fā)生在科學共同體內部。在相對短的時間尺度和常規(guī)科學發(fā)展時期，這個硬核部分是被科學共同體所保護的。與之相對應，向外看的第二視角代表科學素養(yǎng)的“擴展部分”，它帶有一定的社會情境，不同學者、不同機構、不同國家在不同時期對科學素養(yǎng)的不同理解使其“擴展部分”的內容不盡相同。如果用拉卡托斯（Imre Lakatos）的科學哲學觀點來說的話，擴展部分其實就是“保護帶”。“保護帶”可以根據不同的情境進行修正，“保護帶”的可變性并不影響“內核”的實際內容。也就是說，核心科學素養(yǎng)的內容是相對固定的，而擴展科學素養(yǎng)的內容則是變化的，情境性的，這與羅伯茲（Roberts）所講的“伴隨含義”（Companion Meanings）［22］基本一致，即與科學相關的個人、社會及文化意義是伴隨核心科學素養(yǎng)而派生出來的。

從大學生的群體特征來看，核心科學素養(yǎng)是基礎，是硬核，一般情況下只有經過正式的科學學習和熏陶后才能夠進入或觸及，理工農醫(yī)類學生有明顯的專業(yè)背景優(yōu)勢，但是并不意味著其科學素養(yǎng)的水平就一定保持較高水平，有的學生在科學探究和科學精神兩個維度上的表現甚至低于某些人文類背景的學生。相比之下，擴展科學素養(yǎng)是幾乎所有進入高等教育通道的大學生都可以進入或觸及的，當然，對大學生“擴展科學素養(yǎng)”的要求應當高于普通公眾，大學生對公共議題和社會發(fā)展理應保持更大的敏銳度。從測評的角度來說，科學素養(yǎng)3個結構的測量評價工作難度差異較大。如圖2所示，科學知識往往是外顯的，最易測量的，處在最外層，大多數科學素養(yǎng)的測評工具也是基于科學知識的測試而開發(fā)的；其次是科學探究，著眼于科學研究的過程與方法，處在中間；最里面的是科學精神，包括科學情感、態(tài)度和價值觀等內容，最不易測量。3個層次之間會相互滲透，但隨著餅形圖中心的深入，目標越發(fā)內隱，越不易測量。科學知識首先向科學探究滲透，當學生通過反復的科學探究訓練之后就會向內形成科學精神，這其實是順應和內化的過程，這一過程可以構成一個完整的學習路徑。對于不同階段的學生，在這一路徑中，對3個層次的需求是不同的。根據主流的馬斯洛的需要層次理論，人的需求可以分為生理需求、安全需求、社交需求、尊重需求和自我實現5個層次，一般來說，只有當較低層次的需求得到滿足之后才能激發(fā)追求高一層次需求的動力。如果把科學素養(yǎng)的三維結構也看作是一個需求金字塔，那么處在不同階段的學生其需求金子塔是不同的。對于大學生而言，其智力發(fā)育和認知水平都已基本成熟，科學素養(yǎng)的內在需求中最基礎的應當是科學知識，再向上是科學探究，最高層次的是科學精神，如下圖3所示。科學知識是相對容易獲取的，對于正在接受高等教育的大學生而言是基礎性需求，廣泛反映在學業(yè)學習和日常生活中。只有具備了一定的科學知識之后，學生才可能會對科學過程和科學方法等層面的東西感興趣，從而激發(fā)科學探究的需要，進而上升為對科學精神的追求。

圖2 科學素養(yǎng)三維結構測量差異模型

圖3 大學生科學素養(yǎng)三維目標需要層次模型

通過前述對大學生科學素養(yǎng)的內容與結構的剖析，我們發(fā)現，大學生科學素養(yǎng)的內涵雖然是多維的，向內看的第一視角形成的核心科學素養(yǎng)和向外看的第二視角形成的擴展科學素養(yǎng)，但其核心內容是基本確定的，均包括科學知識、科學探究和科學精神3個層面。這個三維結構可以很好地與教育目標相契合，比如，從傳統(tǒng)的三維教育目標來看，科學知識、科學探究和科學精神正好對應知識、能力、情感態(tài)度與價值觀這3個維度。如果從基于核心素養(yǎng)的教育目標來看的話，科學素養(yǎng)對應6大核心素養(yǎng)中的“科學精神”，隸屬“文化基礎”，其核心內容包括理性思維、批判質疑和勇于探究等。在核心素養(yǎng)框架下，科學素養(yǎng)中的“科學探究”和“科學精神”更為突顯，實際上是對科學素養(yǎng)提出了更高的要求。因此，提升大學生的科學素養(yǎng)，應當從日常的學業(yè)學習和通識教育入手，將科學素養(yǎng)深度融入到教育目標中，探究科學素養(yǎng)提升的具體路徑和評價機制。

在準確界定大學生科學素養(yǎng)內涵與結構的基礎之上，下一步工作就是如何測量與評價大學生科學素養(yǎng)的實際狀況，這也是當前中國公民科學素質建設中的重要環(huán)節(jié)。從目前的情況來看，國內外學者通過實證手段對大學生科學素養(yǎng)進行測評的操作方法非常有限，并且大多數機構與學者的測評對象集中在青少年（6到18歲）和普通公民（18到69歲）兩大類。因此，如何納入大學生的群體特征以及如何實現橫向的國際比較，是后續(xù)研究的重點。我們期待大學生科學素養(yǎng)問題引起更多的關注與重視，相關教育課程體系更加完備成熟，為面向2035年的全民科學素質建設作好準備。