科學素養(yǎng)的內涵、測量及提升策略研究

熊可慧（北京工業(yè)大學高等教育研究所，北京100124）

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科學素養(yǎng)的內涵、測量及提升策略研究

熊可慧
（北京工業(yè)大學高等教育研究所，北京100124）

摘要：“科學素養(yǎng)”一詞起源于20世紀50年代末，西方發(fā)達國家先于我國對“科學素養(yǎng)”進行了積極的探索，梳理國際上關于科學素養(yǎng)的研究成果對于促進我國科學素養(yǎng)研究的發(fā)展有著重要意義。文章綜述了國際上關于“科學素養(yǎng)”的定義、結構、測量、影響因素及提升策略等方面的諸多成果，并展望了未來的研究趨勢。

關鍵詞：科學素養(yǎng)；研究綜述；內涵；測量；提升策略

一、關于科學素養(yǎng)內涵及結構的研究

科學素養(yǎng)一詞源于英文“Scientific Literacy”，關于科學素養(yǎng)的定義，由于研究對象、研究目的、研究內容以及研究者所處時代的不同，對這一概念有的見解也存在差異，并未達成統(tǒng)一定論。

最早提出科學素養(yǎng)理論框架的是佩拉（Pella），他認為具有科學素養(yǎng)的人能夠理解科學與社會的關系、控制科學家工作的倫理道德、科學的本質、科學與技術之間的區(qū)別、科學的基本概念以及科學與人類的關系。［1］

在科學素養(yǎng)研究領域，國際公眾科學素養(yǎng)促進中心主任米勒（Jon D. Miller）先生是目前國際上影響力最大的學者之一。他認為，科學素養(yǎng)是社會公眾所具備的對于科學技術最基本的理解能力，一個具備科學素養(yǎng)的人即：基本掌握科學的研究過程和科學方法；基本了解核心的科學術語和科學概念；基本知曉科學技術對個人和社會發(fā)展帶來的影響。［2］

PISA（Program for International Student Assessment）即國際學生能力評估計劃，是由經濟合作與發(fā)展組織（簡稱OECD）所主辦的一項國際性學生評量與比較計劃，其中2006年是以科學素養(yǎng)為主軸進行評估。［3］其對科學素的定義為：1.面臨科學相關議題時，能夠使用科學知識去發(fā)現問題、形成新知識、解釋現象、并得到以證據為本位的結論；2.能夠明了科學是人類經由探究所形成的知識；3.能夠察覺科學和技術深深影響我們周圍物質的、符號的以及文化的環(huán)境；4.愿意以公民的身份參與和科學相關的社會議題或科學想法。

另外還有美國學者克魯佛的“五要素說”、恩哲的“六要素說”、沙瓦爾特的“七要素說”等等，均是從不同的維度來描述科學素養(yǎng)的內涵與外延，主要包括科學概念、原理、定律、方法、科學技能、科學態(tài)度、科學與人類的關系、科學與社會的關系等方面。

二、關于科學素養(yǎng)測量方式的研究

在過去的幾十年里，不斷有學者研究科學素養(yǎng)的測量工具，嘗試對不同群體的科學素養(yǎng)進行量度，以便及時了解該群體科學素養(yǎng)水平的現狀和變化規(guī)律。

（一）量表

Moore&Sutman（1970）［4］開發(fā)了一套四點式的李克特量表來測量學生對科學的態(tài)度，被稱之為“一張科學態(tài)度的清單（A Scientific Attitude Inventory）”，其中包括學生對科學本質所持的觀念和理解，學生如何看待科學等等。Fraser（1978）［5］設計的Test of Science-Related Attitudes量表同樣是對學生的科學態(tài)度進行研究，這套量表直到現在仍被很多科學教育研究者廣泛采用，測量內容包括科學興趣、對待科學研究的態(tài)度、科學職業(yè)意向、科學的社會卷入等等。Laugksch&Spargo（1996）［6］在其Science for All Americans測試中，設置了110個真?zhèn)闻袛囝}，對米勒所定義的科學素養(yǎng)三維結構進行測量。

進入21世紀之后，研究者們更多的是嘗試對科學素養(yǎng)賦予新的定義，并將關注點由“理解多少科學術語、掌握多少科學方法”轉移到如何發(fā)展能夠應對現實生活中接觸到的復雜問題的知識和技能，良好的科學素養(yǎng)是為了擁有更優(yōu)質的生存方式和思維習慣。據此韓國學者Kongju Mun（2015）［7］設計了一套測量工具GSLQ（Global Scientific Literacy Questionnaire），用來測量本國中學生的科學素養(yǎng)現狀。其構建的科學素養(yǎng)測量框架為：知識容量、思維習慣、個性和價值觀、人類探索社會的技能、自我認知和自我定位。

（二）測試題

在過去的三十多年里，米勒先生對美國的公民科學素養(yǎng)進行了測評，他首創(chuàng)了科學素養(yǎng)的定義和測評方法，目前該測評方法已為包括中國在內的40多個國家所采用。PISA項目是目前全球規(guī)模最大也最權威的科學素養(yǎng)測試之一，它仍是在借鑒米勒體系的基礎上發(fā)展而來。PISA測試的試題是由所有參與國家和地區(qū)的專家共同編制，剔除諸如因經濟、文化、宗教等差異難形成共同理解的、學以致用程度低、以及翻譯成他國語言后存在歧義的題目后，形成的國際共同文本。這種評估方法提供了一個完整的框架，可用于大規(guī)模的、國際間的比較與分析。但隨著科學技術的迅速更新換代，科學素養(yǎng)的內涵也隨之不斷發(fā)展。另外，不同國家的國情和文化都存在著或大或小的差異。因此，需以動態(tài)的、發(fā)展的眼光審視科學素養(yǎng)的內涵。

當代，媒體是公眾獲取科學信息的重要渠道，一個人若能夠理解出現在媒體上頻率較高的科學概念和術語，便可被視為具備科學素養(yǎng)。于是，臺灣Yuen-Hsien Tseng及瑞典Carl-Johan Rundgren等學者提出了基于媒體中核心科學概念的SLiM （scientific literacy measure-ment）測量研究方法。［8］

（三）使用描述性定義

很多學者也嘗試使用描述性定義對科學素養(yǎng)劃分層次用于對其進行測量，如Uno and Bybee（1994）［9］將生物科學素養(yǎng)劃分為詞語的科學素養(yǎng)、功能的科學素養(yǎng)、概念和過程的科學素養(yǎng)、以及多維的科學素養(yǎng)四個水平。Shamos（1995）［10］將科學素養(yǎng)分為文化的科學素養(yǎng)（cultural）、功能的科學素養(yǎng)（functional）和真實的科學素養(yǎng)（true）三個層級。

也有學者客觀地指出，想制定一套完善的科學素養(yǎng)評價工具，仍面臨諸多困境。劉華杰（2006）認為，目前我們面臨的主要問題有：1.定義：當前的定義是否具有普適性；2.測量：米勒的三維體系看似合理，但極難測試，目前所編制的試題，并不能較好地投射米勒體系的三個維度，尤其是第三個維度；3.統(tǒng)計分析：如何解釋調查得到的數據。［11］現在也有越來越多的人認為，米勒體系并不能完全涵蓋科學素養(yǎng)的結構，比如它缺少對科學能力的關注。

三、關于科學素養(yǎng)的提升策略的研究

由目前研究成果可知，教育是影響科學素養(yǎng)發(fā)展的首要因素，因此探索如何提升國家公民、特別是學生的科學素養(yǎng)的研究，多數是從教育領域著手。通過梳理，可綜述如下：

（一）對國家制定宏觀政策的研究

為提高公眾科學素養(yǎng)，當前國際上影響較大的舉措有：1985年美國提出的“2061”計劃；1999年印度提出的《全面素養(yǎng)計劃》；1999年中國科協(xié)提出的《全面科學素質行動計劃》，即“2049”計劃；2000年英國公布的《國家科學教育課程標準》；2001年歐盟制定的《科學和社會行動計劃》；2006年中國發(fā)布的《全民科學素質行動計劃綱要（2006-2010-2020）》等。

（二）對推行課程改革的研究

美國教育界率先意識到課程設置不合理制約學生科學素養(yǎng)發(fā)展的問題，在上世紀80年代，美國科學促進會針對美國21世紀的公民應具備的科學素養(yǎng)標準，制訂了著名的《2061計劃》，其中主要是對課程進行改革，輔以一些教學方式和手段的變革?！?061”計劃對美國科學教育帶來了重要且深遠的影響，美國的“知識經濟”便是在“2061”計劃的直接促動下萌發(fā)的。英國自1986年12月開始，也引進了課程改革，將科學教育作為5-16歲學生的必修課程，該課程包括英語、數學、科學這三門核心學科和其他幾門非核心學科。

這些課程改革是否對學生的科學素養(yǎng)帶來了影響？Colette Murphy（2001）［12］等學者開展了以下實驗，即對接受過科學必修課程教育的學生（Bed組）和幾乎未接受過科學課程教育的學生（PECG組）進行科學測試，測試結果顯示，BEd組學生平均得分顯著高于PGCE組學生。該研究小組又做了另一項測試，即對PGCE組學生進行同樣的科學課程教育，在完成課程學習之后，再次接受同樣的測試。結果顯示，高分段學生的比例大幅上升。這項研究驗證了改革后的科學課程對學生的科學素養(yǎng)發(fā)展帶來了正向的影響作用，促進了學生科學素養(yǎng)的提升。

（三）對開展課外科技活動的研究

實踐證明，學生參與課外科技活動，能夠拓寬自己的科學視野，訓練科學思維和實踐能力，是將知識應用于實踐并從實踐中升華對科學知識的理解的一個重要途徑。［13］

密蘇里大學哥倫比亞分校的Kardash（2000）［14］選取某大學參與科研活動（URE，undergraduate research experience）的57名本科生作為研究對象，分別在參與科研活動之前和之后，運用自述性量表針對14項研究能力對他們進行調查，以觀測參與科研活動是否對本科生的研究能力帶來影響。結果顯示，參與科研訓練的學生，其獨立思考能力、觀察能力、收集和處理數據的能力、口頭表達能力及根據實驗結果推理假設的能力都得到了顯著提升。

我國華中科技大學郭卉教授采用隨機抽樣方法，抽取900名參與過科研活動的學生，運用自編的大學生創(chuàng)新素質調查問卷，對其進行調查研究。結果顯示，參與科研的學生在創(chuàng)新素質7個因子上的得分均值都高于未參與科研的學生，另外訪談結果顯示，9名參與科研的大學生中，有7名都強調通過參與科研，提高了自身的人際溝通能力。［15］

四、結束語

通過對國內外文獻進行綜述可知：1.目前國際上已達成共識，科學素養(yǎng)是一個多維的結構，并且是一個動態(tài)的、發(fā)展的概念，其定義和結構至今未能形成統(tǒng)一定論。其主要原因是，科學素養(yǎng)的概念在面對不同群體時有不同的側重，在不同時代、不同文化當中，其內涵也會隨之發(fā)生變化。2.目前國際上進行的科學素養(yǎng)測量仍主要是參照米勒體系，然而隨著科學素養(yǎng)內涵的不斷豐富與發(fā)展，該體系已逐漸顯露出它的弊端，例如缺少對科學能力的關注。因此重新設計關于科學素養(yǎng)的測量工具也是當前面臨的一項重要課題。3.由于不同群體的科學素養(yǎng)有著不同的特征與訴求，因此對于科學素養(yǎng)的研究不宜一概而論，而應根據不同群體進行有針對性的研究，從而提出更有效的對策建議促進該群體科學素養(yǎng)的提升。

參考文獻

［1］Pella M O. Science literacy and high school curriculum［J］. School Scienceand Mathematics，1967（67）：346-356.

［2］Miller，J. D. Scientific literacy：A conceptual and empirical review［J］.Daedalus，1983，112（2）：29-48.

［3］臺灣PISA國家研究中心.PISA國際學生能力評量計劃［EB/OL］. http：//pisa.nutn.edu.tw/pisa_tw.htm.

［4］Moore，R. W.，&Sutman，F.X. The development，field test，and validation of an inventory of scientific attitudes［J］.Journal of Research in Science Teaching，1970（7）：85-94.

［5］Barry J. Fraser. Development of a test of science-related attitudes［J］.Science Education-SCI EDUC，1978，62（4）：509-515.

［6］Laugksch，R. C&Spargo. Development of a pool of Scientific literacy Test-Items Based on Selected AAAS Literacy Goals［J］. Science Education，1996，80（2）：121-143.

［7］Kongju Mun，Namsoo Shin，Hyunju Lee，et al. Korean Secondary Students'Perception of Scientific Literacy as GlobalCitizens：Using Global Scientific Literacy Questionnaire［J］.International Journal of Science Education，2015，37（11）：1739-1766.

［8］Carl -Johan Rundgren，Shu -Nu Chang Rundgren，Yuen -Hsien Tseng，et al. Are you SLiM？Developing an instrument for civic scientific literacy measurement（SLiM）based on media coverage［J］.Public Understanding of Science，2010，21（6）：759-773.

［9］Uno，G.，& Bybee，R.Understanding the dimensions of biological literacy［J］.Bio-Science，1995，44（8）：553-557.

［10］Shamos，M. H. The myth of scientific literacy［M］.New Brunsw ick，NJ：Rutgers University Press，1995.

［11］劉華杰.公民科學素養(yǎng)測試及其困難［J］.北京理工大學學報（社會科學版），2006，8（1）：12-18.

［12］Colette Murphy，Jim Beggs，Ivor Hickey，et al. National Curri culum：compulsory school science-is it improving scientific litera cy？［J］.Educational Research，2001，43（2）：188-199.

［13］陳曦.大學生科技創(chuàng)新教程［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2008：2.

［14］Carol Anne. M. Kardash. Evaluation of an Undergraduate R esearch Experience：Perceptions of Undergraduate Interns and T heir Faculty Mentors［J］.Journal of Educational Psychology，2000，92（1）：191-201.

［15］郭卉.參與科研對理工科大學生創(chuàng)新素質影響的實證研究［J］.高等工程教育研究，2014（2）：106-111.

Abstract:The term "Scientific Literacy" was coined in the late 1850s，when some western developed countries made great research on scientific literacy，which is earlier than that of China，and their research findings of those countries are beneficial to promote the development of Scientific Literacy in China. This article has reviewed the definition，construction，measurement methods，effect factors and promotion strategy of Scientific Literacy in the whole world，and then forecast in research trend in the future.

Keywords:scientific literacy；research overview；definition；measurement methods；promotion strategies

中圖分類號：G640

文獻標志碼：A

文章編號：2096-000X（2016）11-0256-03