第29章 科学本质评估的发展、运用和评估外文翻译资料

 2023-01-07 15:46:16

第29章 科学本质评估的发展、运用和评估

29.1绪论/引言

最后，当考虑到科学课程与教学的各种目标之后，评估变得非常关键。科学知识的本质是如此，通常被认为是科学本质的同义词。因此，重要的是要描绘出教学结构的基本原理及其意义。“科学知识的本质”这一概念一直是并将继续是一个被科学教育倡导的目标，反映在美国众多的改革文件中，例如美国科学发展协会，国家研究委员会，美国科学教师协会，以及一些其他的全球性的改革文件。尽管这些文献中所反映的NOS概念与它们所描述的科学知识一样发生了很大的变化，但总的来说，对NOS的理解被认为是科学素养的一个重要组成部分。尽管有少数研究者（例如Allchin 2011 , 2012 ; Wong and Hodson 2009 , 2010 )）认为这些文件中提出的NOS观点，支撑了当前NOS研究的大部分内容，但并不代表科学家们的实际工作。值得注意的是，以下各节中关于NOS的各个方面的概述都来自于对科学家、科学史学家和科学哲学家的著作的仔细研究。不管怎样，重要的是不要忽视观众对于K-12学生的NOS经常提到的方面，因此，当人们开始考虑在学校课程中应该包括NOS的哪些方面时，发展的适当性和对日常生活的相关性/重要性就必须得到重视。 最重要的是，确实存在一个相对明确的共识，它支持一组在科学上、发展上和教育上都适合（K-12）的NOS的三个方面。但是，在剖析这个结构之前，似乎应该首先说明“科学素养”的含义。

本文所用的科学素养的观点参考了罗伯茨（2007）提出的科学素养的两个方面，这两个方面是科学教育界的典范。第一个“科学素养”与对传统科学内容的理解有关，即对一门学科的特定知识、过程和学科成果的理解，因为它关注的是“正规自然科学原则的内在。” “科学素养”包括运用这些概念知识和对科学过程的理解，帮助个人决策和参与科学技术驱动的文化和经济活动的能力。虽然已经由Showalter（1974）和国家科学教师协会（1982）正式确定，但是关于NOS在科学素养发展中的重要性的各种论点可以通过研究Driver等人得到最好地理解。

具体地说，Driver和他的同事们认为理解NOS是必要的：（1）在帮助个人理解“日常”科学和相关技术以及他们的生活过程（实用的），（2）帮助他们在面对社会科学问题时做出明智的决策（民主的），（3）有助于培养对科学为当代文化增加的价值的欣赏（文化的），（4）有助于培养对科学界的道德承诺及其对整个社会的价值的理解（5） 以及促进科学学科的学习。

不幸的是，尽管科学素养已经成为全球科学教育的主要和首要目标（Roberts 2007），尽管100多年来NOS一直是科学教育的主要目标（1907年中央科学和数学教师协会；; Kimball 1967 –68; Lederman 1992 )）在很大程度上，是直觉支撑了这五个支持发展学习者对NOS的理解的论点。在科学教育文献中几乎找不到实证证据来支持科学教育中发展对NOS的理解的各种理论。这在很大程度上是由于提高个人NOS观念的挑战，因为“这一教育目标的持久性只因学生无法阐明lsquo;科学的本质rsquo;这一短语的含义以及描绘与科学的相关特征”的持久性而被超越，(Lederman and Niess 1997 , p. 1) 困难包括在观看教师对于NOS的已知的看法转化为他们的课堂实践使这一过程进一步复杂化。此外，如果没有足够数量的NOS知情人士，就没有办法知道NOS是否或如何有助于一个人群科学素养的发展。不幸的是，现有的数据关于NOS的理解仍然支持Shamos ( 1984 )的观点。在谈到培养学生对我们现在所说的NOS理解的必要性时，他总结说：“尽管上了科学课，但很少有学生能通过这种经历对科学有一个短暂的了解，也很少有学生能对科学世界留下任何持久的印象。”

29.2什么是科学知识的本质？

幸运的是，尽管缺乏NOS对科学素养发展的关系的专门研究，但已有60多年的NOS研究在一定程度上试图评估教师和学生对NOS的理解，并探讨各种方法对改善这些观念的有效性。(Lederman 2007 ) 但是，尽管这个研究主体的不断增长，尽管在科学教育界和科学界对于NOS持续的支持，尽管在各种改革文件中有对NOS的明确表述，对于NOS的含义仍然存在着少量的分歧。在界定本文所支持的NOS的具体概念之前，必须澄清几个问题。

首先，在参考期刊论文上反映的NOS的无数观点几乎总是与上述改革文件相矛盾，因此，对于NOS的含义，没有像一些人所认为的那样达成共识。(e.g., Alters 1997 ). 在NOS的定义和/或意义上有更多的共识而不是分歧(Smith et al. 1997 ; Smith and Scharmann 1999 ) 而且这些分歧虽然为哲学家、历史学家或科学教育家之间的激烈争论提供了素材，但与K-12课堂实践无关。(Lederman 1998 , 2007 ) 与典型的科学内容一样，在考虑NOS时，需要考虑的是其教育和发展的适当性，以及它与学生生活相关的呈现方式，但在普遍性上处出于可接受的水平，正如上述作者和其他人所反映的那样。(e.g., Elby and Hammer 2001 ; Rudolph 2003 ) 哲学家、历史学家和科学教育家对于符合这些标准的NOS的特征几乎没有分歧。

第二需要强调的是对NOS的定义性描述与我们的批评者的假设相反，不在这里展示。 (Irzik and Nola 2011 ; Matthews 2012 ) 这是公认的，而且应该是显而易见的：其他研究人员可能会包括或删除NOS的各个方面，从而使NOS具有同等有效的表征，这些表征适合于学习者的教育和发展(Osborne et al. 2003;Smith和Scharmann 1999年)。最近花了太多的时间讨论NOS的哪些方面应该和不应该被包括在各种期望的结果和标准的清单中。讨论应该更多地集中在所考虑的知识的价值上，而不是在构建NOS的定义上。这里的重点不是简单地促进由受欢迎的同事和研究人员提供的结构的定义，而是帮助读者从科学过程和由此产生的科学知识中去描述NOS。科学过程（科学探究）与这些过程中固有的科学知识特征（科学知识的本质，NOS）相结合，是NOS研究的一个可以避免的共同特征。

最后，应该重申的是，注重适合学生发展的学习成果对于纳入K-12课程具有经验性支持的优势，如果学生要实现科学素养的目标，关于NOS的讨论应该放在最前面，这一点可以说是必不可少的。此外，在这一适当的普遍性水平上，对NOS的各个方面几乎没有分歧，这可以从NOS与世界各地众多改革文件的一致性中得到证明。当考虑客观现实的存在与纯粹现象的存在的问题时，这场辩论当然可能是在科学哲学课上进行的，但它与K-12科学课程的目标是错位的、不一致的，甚至是相反的。我们要提醒读者，K-12科学教师的目标不是创造科学哲学家，而是培养有见识的公民，以便就以科学为基础的个人和社会问题做出决定。这一目标有时被NOS的争论者所忽视。

29.3科学知识的本质

一般来说，“科学知识的本质”或NOS是指科学知识的特性，这些特性本来就来源于科学知识的产生方式（即科学探究）。撇开这些一般性的描述不谈，哲学家、科学史学家、科学家和科学教育工作者对NOS的具体定义没有，也不应该期望他们有共同的共识。正如前面提到的，这不应该引起警惕，正如上个世纪一样，科学的概念发生了变化，NOS的概念也发生了变化，它所要描述的知识也发生了变化。

最重要的是，在20世纪80年代，“科学知识的本质”一词被简缩为“科学的本质”，这一修改可能带来了一些不必要的混淆。在研究文献中，“科学的本质”更恰当地指“科学知识的本质”，并与本章中使用的定义一致。最后，要重申的是，下文将阐述的科学知识特征的“列表”在教育和发展方面都是合适的，并且有大量证据支持将其纳入K-12科学教学中——它们不应被解释为代表明确的“NOS教义”，因为有些人已经裁定（马修斯2012）。此外，仍然有一些研究人员坚持认为，NOS的这些方面并没有呈现出科学家进行科学实践的“全貌”（例如，Allchin 2011、2012；Wong和Hodson 2009、2010）提醒读者，这些方面来源于科学家的著作和建议，并不是为了帮助创造新的科学家群体，而是为了帮助K-12科学教师和科学教育研究人员培养有科学素养的群体。带着这些注意事项，让我们回到开启NOS的结构分析上。

首先，学习者应该理解观察和推理之间的关键区别。在K-12科学课堂上，观察是关于自然现象的描述性陈述，这些自然现象是感官“直接”可及的，或者是感官的延伸，并且观察者可以相对容易地达成共识（例如，一个物体一旦被释放，就会掉到地板上）。相比之下，推论是感官无法“直接”获得的陈述，只能通过相关的表现或效果（如重力）获得和/或测量。在更高的层次上，科学家们不仅可以做出解释，还可以推断出模型和/或机制，用于解释对复杂现象的观察（例如，天气模拟、进化）。

其次是科学理论与规律的区别，这是一对与观察与推理的区别密切相关的科学知识范畴。这一点至关重要，因为大多数人对理论和规律之间的关系持有一种简单化、等级化的观点，即理论一旦“积累”了足够的支持性证据，就成为规律。由此产生了这样一种误解，即科学规律比科学理论具有更高的地位，而事实上科学理论和规律是不同类型的知识。一个理论的提出并不是希望有一天它会获得“规律”的地位，因为理论不会发展或转化为规律，规律也从来没有降级为“只是一个理论”。科学的规律是对可观察现象之间关系的陈述或描述。波义耳定律就是一个很好的例子，它把气体的压力和它在恒温下的体积联系起来。相比之下，科学理论（与“理论”一词的常用用法相反）是对可观察现象的推断解释。解释波义耳定律的分子动力学理论就是一个例子。此外，理论和规律一样是科学的产物。科学理论本身起着重要的作用，例如它可以指导调查和产生新的研究问题，此外，它还解释了多个调查领域中相对庞大的一组看似无关的观察结果。例如，分子动力学理论用来解释与物质物理状态变化有关的现象，其他与化学反应速率有关的现象，以及其他与热及其传递有关的现象，仅举几例。虽然一些哲学家和科学史学家（例如，Allchin 2012；Wong and Hodson 2009，2010）可能会认为，这些对规律和理论的描述留下了一些有待改进的地方，但这种普遍性水平证明了它对K-12理科学生来说是可以接受的是适合的。事实上，这些把理论和规律的区别包括在NOS的标题下的评论家，他们的立场是基于这样一种观点，即科学家不参与讨论这种知识主张上的差异。尽管如此，这种教育的受众还是不容忽视的。“进化只是一种理论”这一普遍存在的误解就是一个很好的例子。尽管理论和规律之间的区别对科学家来说可能并不重要，但对公众、教师和学生来说，这无疑是重要的。

第三，科学知识的发展涉及人类的想象力和创造力。科学，与一般的信仰相反，并不完全依赖于对自然世界的观察（即，基于经验的），也不是完全没有生命、理性和有序的。除了设计创造性的研究方法和数据简化技术外，科学还涉及到需要科学家巨大的创造力的解释的发明和想法的产生。从原子光谱线到玻尔的原子模型，再到其精密的轨道和能级的“飞跃”就是一个例子。科学的这一方面，加上它的推理的本质，意味着科学概念，如原子、黑洞和物种，是功能理论模型，而不是真实世界的复制品。

第四，科学知识，由于科学家的理论贡献、信念、先前的知识、训练、经验和期望等因素，不可避免地具有主观性。这些背景因素形成了一种思维定势，影响着科学家研究的问题和他们如何进行他们的研究，他们观察到什么（和没有观察到什么），他们认为什么是证据，以及他们如何理解和解释他们的观察。正是这种（有时是共同的）个性或思维定势解释了主观性在科学知识产生中的作用。值得注意的是，与普遍的看法相反，科学很少从中立的观察开始（Chalmers 1982）。观察（和调查）是由问题激发、引导和获得意义的，而这些问题又是从某些理论观点中衍生出来的。通常，假设或模型检验可以作为科学研究的指南。例如，一个在达尔文理论框架下工作的研究人员可能会把精力集中在过渡物种的位置上。相比之下，从断续平衡论的角度来看，过渡物种不会被期望，达尔文主义者认为的过渡物种也不会被期望（见Gould 和 Eldridge 1977）。

第五，作为人类事业的科学是在更大的文化背景下实践的，其实践者（科学家）就是这种文化的产物。科学遵循、影响并受到它所嵌入的文化的各种元素和知识领域的影响。这些要素包括但不限于社会结构、权力结构、政治、社会经济因素、哲学和宗教。讲述人类（智人）在过去七百万年中的进化故事是生物社会科学的核心，它说明了社会和文化因素是如何影响科学知识。科学家们已经对这种进化形成了几个复杂而不同的故事情节。直到最近，最主要的故事还是围绕着“人类猎人”和他在人类进化到我们现在所知的形态中的关键角色展开的（Lovejoy 1981）。这种情况与20世纪60年代和70年代初统治科学界的白人男性文化是一致的。随着女权运动的发展壮大，女性能够在各种科学学科中获得承认，关于原始人类进化的故事开始发生变化。一个更符合女权主义者观点的故事是以“女性采集者”和她在人类进化中的核心角色为中心的（Hrdy 1986）。值得注意的是，这两个故事情节与现有的证据是一致的。

第六，根据前面的讨论，科学知识从来不是绝对的或确定的。这些知识，包括“事实”、理论和规律，虽然经久不衰，但都是假设性的，随时可能改变。随着理论和技术的进步，新的证据成为可能，并对现有的理论或规律产生影响，或者旧的证据根据新的理论进步或既定研究项目方向的转变而重新解释，科学主张发生了变化。应该强调的是，科学的假设性不仅仅源于这样一个事实，即科学知识是推理的、创造性的、社会的和文化的。还有一些令人信服的逻辑论据，使人们相信科学中的暂时性的概念。事实上，与普遍的看法相反，科学的假设、理论和规律永远无法得到绝对的“证明”。无论收集了多少经验证据来支持这些观点中的一个或另一个，这一观点都是成立的。例如，为了“被证明”，某一科学定律应该解释它所声称的在任何时候描述的现象的每一个实例。从逻辑上讲，我们完全不知道这样一个未来的例

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