首页 关于2061计划 研发领域 出版物 会议与研讨
  关于AAAS | 连线2061 | 联系方式
 
 
第一章 科学的性质

  科学的性质涉及构成科学世界观的一些基本价值观和概念、科学家们如何从事自己的工作和科学事业的文化渊源。本章的进展图集中在“科学探索”这一节。《科学素养的基准》第一章“科学的性质”中包含一些其他相关主题,可以加深对本章进展图的理解,也是全面了解科学的性质所不可缺少的。这些主题,将在下一版《科学素养的导航图》中用进展图来表示,包括科学规律、科学价值和科学道德的普遍性,将科学看做一种社会活动,以及科学与数学和技术的相互作用。

  科学探索 第16~23页

 虽然天文学家和分子生物学家从事截然不同的工作,但像所有的科学家一样,他们试图增进我们对物质世界的了解,分享科学探索的共同认识。有关科学探索的一些基准被人为地分别展现在四张进展图上。科学调查不可避免地与搜集证据、进行推理、寻找偏见的来源和作出解释联系在一起。某些基准重复出现在这一节的全部进展图上,至少在其中两张进展图上展现了大约12个左右的基准。

  例如:

  科学调查研究工作通常包括以下内容:搜集相关信息,运用逻辑推理和想象提出假设,对所收集到的事例进行解释和判断。这条中学阶段的基准总结了有关科学探索的许多概念,并且是这一节全部进展图中最为核心的基准。《面向全体美国人的科学》和《科学素养的基准》第十章“历史展望”中的许多历史事件,与这一节的全部进展图有关,它们作为例证说明科学家们获得关于世界知识的过程。

科学探索:

  科学探索中的证据和推理

  科学探索建立在搜集证据和逻辑推理的相互作用上——仔细观察的重要性,观察的作用在于支持推理的线索,推理的价值在于暗示新的观察。作为基本素养,学生们应能够对事物进行准确的观察和描述,并了解为什么这些事物对科学探索十分重要。同时,他们也应该了解怎样才能构成好的推理,以其他人和他们自己的论据来判断推理。

  它可能有助于思考这张进展图的基准与在《科学素养的基准》其他章节中的科学内容之间的联系,特别是当学生的探索涉及观察、搜
集证据和进行判断的时候。《科学素养的基准》中的相关主题将在下一版《科学素养的导航图》中用进展图来表示,并将为这张进展图中的基准提供进一步的上下文关系。它们包括测量、评价和用技术改进观察和测量。

注 释
  许多初级的概念和技能集中在三年级至五年级的基准中,“科学家们只关心基于确凿的证据…… ”,这些基准与以后的一些基准具有广泛的联系。它提供合理的、逐步积累的核心概念,设计适合三年级至五年级年级段使用的语言。
  “推理过程”这条线索说明了在幼儿园至二年级年级段给予和寻找推理的进展过程,在三年级至五年级年级段评价推理的进展过程,在六年级至八年级和九年级至十二年级年级段评价推理的过程(这时学生们应具有一些逻辑和推理的理解力)。这条线索也包括一个关于推理过程可能如何被歪曲的基准,这个基准也可以在“避免科学偏见”一节的进展图中找到。更多的有关推理原理细节的基准可以在《科学素养的基准》第九章“数学世界”中找到,并将出现在下一版《科学素养的导航图》中。
  在“观察与证据”这条线索中,证据和理论之间的关系用四个低年级基准表示,同时,这些基准也出现在“科学理论”这一节的进展图中。另外,在这条线索中的九年级至十二年级的基准中,“有时,科学家们为了获得某些证据可以对实验条件加以控制…… ”,出现在“科学调查”一节的进展图中,并且由该图中的基准给予支持。


与基准相关的研究成果

  初中生通常会借助个人经验作为判断某项假设的依据。他们似乎认为证据来自于已经知道的信息和个人的经验,或者来自其他二手资源,但并不是通过实验形成的信息(Roseberry et al.,1992)。
  大部分六年级学生可以判断证据是否与某项理论相关,但他们却不总是能正确地评价证据(Kuhn etal.,1988)。当要他们用证据判断某个理论时,各年龄段的学生可能只是基于理论,而不是利用所提供的证物来作答。有时这一情况的出现是因为所得到的证据与学生们的固有认识相矛盾而产生的(Kuhnet al.,1988)。
  大部分高中生会接受从不充足的样品数量得出的论据,从相邻的事件推导出因果关系,从统计学上无重要区别的数据中得出结论(Jungwirth &Dreyfus,1990,1992; Jungwirth,1987)。通过提示范例,大部分学生可以识别这种不充分的论据(例如,告诉他们得出结论的数据是无效的,或者让他们陈述得出结论的原因(Jungwirth & Dreyfus,1992;Jungwirth,1987))。
  见“避免科学偏见”的进展图。

点击看大图

科学探索:

  科学调查

  科学调查之间看起来有很大的区别,可适用于不同的目的,但是,它们之中包含的一些内容对科学素养而言是十分重要的。这张进展图是根据不同形式的科学调查的四条基准线索研发绘制的,记录清晰,交流性强,可信度高。《面向全体美国人的科学》和《科学素养的基准》要求学生了解科学家是如何进行科学研究的,但是并没有要求学生们像科学家一样开展科学调查。在这张进展图中还出现了一些技能基准,目的是为了有助于学生了解科学调查,以及科学调查本身对提高科学素养的重要性。

  通过科学调查,学生们能够在理解物理和生命科学的各个方面取得进展。这张进展图可针对某些特定主题一起使用, 它还可以告诉学
生,通过科学调查加深对现象的理解,哪些科学理念和技巧是学生需要掌握的。通过下一版《科学素养的导航图》将要描述的主题,学生们对科学调查的理解可以得到进一步的提高,这些主题包括科学伦理学、科学价值观,以及科学技术在延伸科学家观察和分析能力中的作用等。

注 释
  六年级至八年级关于在实验中控制变量的基准出现在“控制和条件”这条线索中。这条基准的一个重要前提是“公平”比较的概念,三年级至五年级的学生可能能够理解这一概念。作为解释相似的科学调查之间的差异和获得证据的方法,控制变量和将某个单一变量的作用区分开是十分重要的。在这条线索中的九年级至十二年级的基准,也出现在“科学探索中的证据和推理”进展图中。
  “结果的可靠性”线索,把注意力对准在相似的科学调查中获得不同结果的期望和解释。在幼儿园至二年级年龄段,相似的科学调查将给出相似的结果这一概念将会影响学生理解差异的重要性。几乎所有的线索都可看成是“避免科学偏见”进展图的一部分。
  通过科学调查所描述和诠释的科学证据通常需要统计学。有关汇总、解释和比较数据的基准,可以在“统计学”一节中的进展图上找到(在第九章)。


与基准相关的研究成果

  小学高年级和初中学生也许还不理解实验是检验概念的方法,可能会认为实验是制作某些物体或产生期望结果的方法(Carey et al., 1989;Schauble et al., 1991;Solomon, 1992)。通过适当辅导,初中生有可能理解实验是在概念的指导下,针对具体的问题进行的,所以,实验是对概念的检验(Carey et al., 1989; Solomon, 1992)。年龄小一点的学生是否能够理解这一点,还要做进一步的调查。
  当学生们参与实验时,要他们解释哪些是共变证据,哪些是非共变证据有一定的困难(Kuhn,Amsel, & O’Loughlin 1988)。例如,学生们时常想借用同时出现的单一对应的前因与后果就作出因果判断。此外, 让学生们将一个不受影响的变量和一个受正面影响的变量区分开也有一定困难。
  小学高年级学生在实验条件“ 不公平” 和实验结果显然无法控制的情况下,可能会排斥所提议的实验(Shaver & Adey,1981)。在7~8岁阶段,“公平”作为一种本能的意识已经形成,并且为学生们理解实验方案提供了坚实的基础。然而,这种意识并不能自发地形成一种清晰的、通常可被采用的计划实验程序(Wollman, 1977a,1977b; Wollman & Lawson, 1977)。尽管年龄较小的孩子具有要进行公平实验的意识,但是他们往往不能识别所有重要的变量,并且他们很可能掌控那些他们相信能对结果产生影响的变量。因此,学生们是否熟悉设定的实验课题,直接影响到他们对变量的控制(Linn & Swiney, 1981, Linn,et al., 1983)。经过特定设计的教学,八年级学生会关注那些失控的、不恰当的数据( 见案例Rowell & Dawson, 1984; Ross, 1988)。

点击看大图

科学探索:

  科学理论

  物质世界的科学解释是建立在理论基础之上的。要理解科学是如何解释这个世界的,以及科学知识可以随着时间的推移而发生变化,非常重要的一点就是对科学理论本质的认知和理解。正如这张进展图中标注的线索所指出的,对于科学理论所进行的科学观察包括以下内容:科学解释和科学证据之间的关系;同一科学证据可能有不同的科学解释;以及某些科学理论是如何被判断、修正和替换的。

  一般来说,正在被研究的自然科学或社会科学都属于理论范畴,理论具有阐释性和前瞻性。同时,《面向全体美国人的科学》和《科学素养的基准》 第10章 历史展望中的大部分历史事件,举例说明了科学理论是如何被创建、修正或替换的。《科学素养的基准》中的相
关主题将在下一版《科学素养的导航图》中图示出来,其中包括对世界的认知能力、批评-反应能力,以及科学作为一项社会活动。

注 释
  假设、理论、模型和解释之间存在细微的不同。作为一个体系,它们包括了范围广泛的含义,从简单的推测到探究性解释,用多种证据来说明理论的前后一致性——在上述过程中,数学模型和概念模型都起着重要的作用。在低年级阶段,应该了解科学解释的概念,对假设和理论的理解则可能放在高年级。但是,对于基本的科学素养而言,没有必要强调不同术语的严格定义。
  在“对科学证据进行分析”的线索中,预测能力基础上的判断理论将被推迟到高年级阶段,在那时学生们应该具备区分理论和验证该理论的证据之间的不同点的理解能力。对于那些想要更好地理解科学理论和科学证据之间关系的教育工作者来说,将本张进展图与科学探索中的证据和推理进展图结合起来进行研究将会收益匪浅。
  提出假设理论而产生的创新和想象作用包含在若干个基准中,而不是仅仅包含在所给出的线索中。这些概念出现在“对科学证据进行分析”的线索中,六年级至八年级的基准“科学调查研究工作通常包括以下内容……”, 而且也出现在“用不同的方法来解释”的线索中,六年级至八年级的基准“可以利用不同的模型……”。


与基准相关的研究成果

  尽管有一部分学生确实相信科学知识在不断变化,但是,他们通常认为现实中的这些变化主要是由于发明了先进的观察与测量技术而形成的。他们没有认识到有时理论的改变也会引出新的观察或可以对前期观察做出新的解释(Aikenhead,1987;Lederman & O’Malley,1990; Waterman,1983)。
  各种年龄的学生都会发现,很难将一个理论同证明理论的证据区分开或将对理论的描述同对理论的解释区分开(Allen, Statkiewitz, & Donovan,1983; Kuhn 1991, 1992; Roseberry, Waeen, & Conant,1992)。有些研究认为,在初中早期,对学生们进行了充分的辅导以后,他们便可以开始理解理论与证据的区别(Roseberry et al ., 1992)。

点击看大图

科学探索:

  避免科学偏见

  本章介绍了许多关于科学探索的理想主义观点,更多的是关于人类思维的流行观点,以及人类思维不可避免地在科学方面扮演的角色。
  科学探索源于独立推理、小组行为、人类社会以及科学方法的交互作用。这张进展图不仅说明了对于科学可能存在偏见的认识过程(例如,预先期望值对于观察结果的强力影响),也展示了科学家们是如何尽力减少这些偏见的。这个过程包括科学调查结果可靠性基准,避免偏见的措施,还包括在预想、解释和推理过程中偏见发生的原因。在下一版《科学素养的导航图》中将增添若干幅与避免科学偏见有关的进展图,它们包括:人们如何学习、推理原理和小组行为等。

注 释
  “期望和解释”这条进展线索特别宽阔,包括有关期望结果、以前的经验、人类的倾向性概念。关于“偏见”基准的数据和统计部分(尤其在抽样方面)也能在统计推理一节的进展图上找到(见第九章)。
  三年级至五年级基准的“结果的可靠性”线索描述来自几乎前述每一个基准,它把有关避免科学偏见的基准与有关科学工作的基准结合一起,以保证科学调查结果的可靠性。而且,这个基准以及“期望和解释”线索的其他内容也同时出现在“科学调查”一节的进展图上。
  六年级至八年级核心基准关于“安全措施”的线索,第一次提出客观性的概念。客观性对于科学家作为个人或团队都是希望达到的,但是,工作中的某些主观性又几乎是不可避免的。因为科学努力通过整体行为可以更加客观,所以客观性的概念要与开展交流、批评,以及科学工作的可重性联系起来。
  科学偏见和社会偏见之间更加普遍的关系,展现在九年级至十二年级的基准(在进展图的右边)中。这一基准描述了科学家与社会其他成员一样也有个人的利益和偏见。更加完整的有关社会偏见的基准的阐释可在“社会的决策”一节的进展图中找到(见第七章)。


与基准相关的研究成果


  学生们总是谋求寻找或接受那些与他们观念一致的证据,而摒弃或不去寻找那些与他们观念不一致的证据。这些弊端会随着时间的流逝和经验的积累而逐渐减少(Schauble,1990)。
  参见“ 科学探索中的证据和推理”和“科学调查”的进展图。

点击看大图

中国科学技术协会 版权所有 1998-2009 Tel:010-68571875 京ICP备05038051号


中国科学技术协会办公厅 主办 地址:北京市海淀区复兴路3号 邮编:100863


中国科协信息中心 技术支持 地址:北京市海淀区学院南路86号 邮编:100081