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我國科學(xué)教育中的技術(shù)思維陷阱

2022/09/27
導(dǎo)讀
回到原點(diǎn)，跨越技術(shù)思維的陷阱
9.27
知識分子The Intellectual
當(dāng)前我國科學(xué)教育發(fā)展面臨錯(cuò)綜復(fù)雜的局面 | 圖源：pixabay.com


 導(dǎo)  讀

在國際科學(xué)教育出現(xiàn)STEM和 “科學(xué)與工程實(shí)踐” 理念背景下，我國科學(xué)教育發(fā)展面臨錯(cuò)綜復(fù)雜的局面。從理論上講，一方面科學(xué)哲學(xué)和學(xué)習(xí)科學(xué)新進(jìn)展強(qiáng)調(diào)本土社會(huì)實(shí)踐的價(jià)值，另一方面又需要強(qiáng)調(diào)普遍意義的科學(xué)思維核心素養(yǎng)；從一線教學(xué)活動(dòng)看，一方面探究活動(dòng)熱火朝天，另一方面存在重技術(shù)輕科學(xué)、重活動(dòng)輕思維的趨勢。


撰文 | 張紅霞（南京大學(xué)教育研究院、陶行知教師教育學(xué)院教授，博導(dǎo)）

責(zé)編 | 張?zhí)炱?/span>


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最近十幾年國際科學(xué)教育的最大變化在于工程技術(shù)領(lǐng)域的加入，早期主要作為教學(xué)模式加入，近年來轉(zhuǎn)化為綜合課程，如STEM課程，盡管綜合的程度各異。這種綜合的理念不只以校本課程或課外活動(dòng)的定位出現(xiàn)，而是已經(jīng)上升為國家層面的課程理念。

美國2012年發(fā)布的《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》（簡稱NGSS）將 “科學(xué)與工程實(shí)踐” 與“學(xué)科核心概念” “跨學(xué)科概念” 一道，共同構(gòu)成三維課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)，并以 “實(shí)踐” 統(tǒng)領(lǐng)科學(xué)教學(xué)活動(dòng)的全過程；一些新近出版的教材，如《科學(xué)維度》（Science Dimensions）、《科學(xué)融合》(Science Fusion）也將工程技術(shù)和生涯教育內(nèi)容放在突出的位置 [1]。

我國對這一國際趨勢也做出了積極的反映，然而，正如一些學(xué)者所指出的那樣，科學(xué)探究活動(dòng)出現(xiàn)了重技術(shù)輕科學(xué)、重活動(dòng)輕思維的傾向，一些STEM課程被稱為 “大手工課” [2]。沒有將科學(xué)探究作為基本環(huán)節(jié)整合進(jìn)課程，更沒有基于科學(xué)知識的推理形成創(chuàng)新性設(shè)計(jì)并對新設(shè)計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)。

許多學(xué)校在展示自己的科學(xué)教育成果時(shí)都以擁有3-D打印機(jī)為榮，追求將人工智能等高科技產(chǎn)品用于教學(xué)。有學(xué)者擔(dān)憂科學(xué)教育會(huì)變成培養(yǎng)“能工巧匠”的技術(shù)教育 [3]。

剛剛發(fā)布的《義務(wù)教育科學(xué)課程（2022年版）》提出了 “科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實(shí)踐、責(zé)任態(tài)度” 四大素養(yǎng)新目標(biāo)，其中 “探究實(shí)踐” 意指 “科學(xué)探究” 和 “技術(shù)與工程實(shí)踐” [4]。

盡管科學(xué)思維和科學(xué)探究被置于基礎(chǔ)性地位，但學(xué)界較少對科學(xué)思維、科學(xué)探究與工程技術(shù)實(shí)踐的關(guān)系在學(xué)科本體論和認(rèn)識論層面進(jìn)行闡述，較少對那些重技術(shù)輕思維現(xiàn)象的認(rèn)識論根源進(jìn)行深入剖析，本文就是針對這個(gè)問題而展開。


科學(xué)教育視角下的科學(xué)與工程技術(shù)關(guān)系

從教育原理上講，國際科學(xué)教育界將 “實(shí)踐” 作為最新科學(xué)教育改革的關(guān)鍵詞，主要是基于科學(xué)哲學(xué)界在本體論和認(rèn)識論上的新認(rèn)識、學(xué)習(xí)科學(xué)界在情境理論研究上的新進(jìn)展。

在“工程”作為學(xué)科出現(xiàn)之前，人們通常只在科學(xué)與技術(shù)之間加以區(qū)分。早在古希臘時(shí)期亞里士多德就認(rèn)為：科學(xué)是研究自然實(shí)體和 “類”（category）的普遍性質(zhì)與原因的知識，是為了科學(xué)自身的目的而存在，而技術(shù)是 “關(guān)于生產(chǎn)的知識”，其目的在自身之外 [5]。

當(dāng)代哲學(xué)家波蘭尼指出，技術(shù)是功利主義的，技術(shù)追求的目的是為了獲取某種利益 [6]。因此他呼吁不能把技術(shù)的功利主義思想帶入科學(xué)研究中，否則人們熱愛純粹科學(xué)的情操就會(huì)發(fā)生變化甚至消失 [7]。

關(guān)于先有技術(shù)還是先有科學(xué)的問題，今天普遍認(rèn)為是互為因果的辯證關(guān)系。不過在亞里士多德眼里，科學(xué)和技術(shù)是沒有必然聯(lián)系的，在出現(xiàn)的時(shí)間順序上是技術(shù)在前、科學(xué)在后，因?yàn)榭茖W(xué)只會(huì)出現(xiàn)在那些人們解決了溫飽問題、有了閑暇的地方 [8]。

不過，在科學(xué)實(shí)踐內(nèi)部，當(dāng)代科學(xué)與技術(shù)的關(guān)系更符合英國皇家學(xué)會(huì)前會(huì)長布萊克特（P.Blackett）提出的公式：純科學(xué)-應(yīng)用科學(xué)-發(fā)明-開發(fā)-制造樣品-生產(chǎn)-市場銷售與贏利 [9]。這一點(diǎn)與2022年版我國新課標(biāo)觀點(diǎn)一致：在肯定相互影響的同時(shí)，更強(qiáng)調(diào)科學(xué)是工程技術(shù)的基礎(chǔ)、工程技術(shù)是對科學(xué)的應(yīng)用。

今天，由于科學(xué)知識的應(yīng)用轉(zhuǎn)化速度加快，技術(shù)反哺科學(xué)的現(xiàn)象越來越多，問題變得更加復(fù)雜起來，甚至使人誤認(rèn)為，技術(shù)可能具有像科學(xué)一樣的本體論意義，是人類認(rèn)識世界的一種獨(dú)特的知識體系。

然而，我們必須清楚：沒有科學(xué)原理的支持，技術(shù)走不遠(yuǎn)。事實(shí)上今天的火箭、衛(wèi)星制造仍然要依靠牛頓力學(xué)理論來計(jì)算軌道、進(jìn)行各種力學(xué)的設(shè)計(jì)；飛行器在太陽系里飛行還要考慮相對論的效應(yīng)。科學(xué)和技術(shù)有相互統(tǒng)一的方面，但統(tǒng)一性不等于同質(zhì)性 [10]。這好比鹽與水的關(guān)系，不能因?yàn)辂}溶于水形成了鹽水溶液，就將鹽與水混為一談。

認(rèn)識論關(guān)心的是世界是否可知、知識從哪里來、怎樣獲得可靠的知識等問題。而這些問題正是科學(xué)哲學(xué)的核心，也是科學(xué)思維的邏輯起點(diǎn)。

從 “學(xué)科” 定義來看，一個(gè)研究領(lǐng)域必須具備四大要件才能回答這些問題，進(jìn)而稱得上一門學(xué)科：（1）具有一套特殊的概念體系；（2）這些概念之間形成一個(gè)關(guān)系網(wǎng)使得經(jīng)驗(yàn)可以被理解，從而產(chǎn)生獨(dú)特的邏輯結(jié)構(gòu)；（3）對知識的陳述能夠被經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)證；（4）具有特殊的技術(shù)進(jìn)行解釋和教學(xué)活動(dòng) [11]。

顯然，“科學(xué)” 是一門（或幾門分支）學(xué)科，而技術(shù)不然；因?yàn)榧夹g(shù)不關(guān)心認(rèn)識論問題，只關(guān)心怎樣應(yīng)用科學(xué)原理滿足人的需要、制造有形的產(chǎn)品；技術(shù)在很大程度上屬于熟能生巧的 “默會(huì)知識”，不具備獨(dú)特的邏輯體系等學(xué)科要件 [12]。

美國國家研究委員會(huì)在一項(xiàng)關(guān)于STEM教育調(diào)查報(bào)告中也承認(rèn)，技術(shù)不是一門最嚴(yán)格意義上的學(xué)科 [13]。在STEM概念形成過程中，“T”的加入除了因?yàn)樗c “S” “E” “M” 有一定聯(lián)系，還因?yàn)樗兄跇?gòu)成一個(gè)便于發(fā)音的英文縮略語 [14]。由此可見，在綜合課程框架里，“技術(shù)” 最適合定位在教學(xué)法層面和知識應(yīng)用階段，而不是課程內(nèi)容主體層面。

至于 “工程” 領(lǐng)域，的確可以稱為一門學(xué)科。但如果排除其中對科學(xué)的應(yīng)用而言，它是集管理學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等學(xué)科特點(diǎn)的新興學(xué)科，因而不適合構(gòu)成義務(wù)教育階段科學(xué)課程內(nèi)容。

事實(shí)上，最早提出STEM教育的專家主要來自于職業(yè)技術(shù)教育領(lǐng)域；目前卓有成效的STEM實(shí)踐也主要存在于職業(yè)技術(shù)院校 [15]。

尤其值得注意的是，著名科學(xué)教育專家奧斯本（J.Osborne）在2011年美國科學(xué)教育學(xué)會(huì)年會(huì)上的應(yīng)邀報(bào)告，和他在2014年發(fā)表的對NGSS進(jìn)行解讀的論文中，只字未提工程和技術(shù)的作用。

他對 “實(shí)踐” 理念的解釋是：它更好地代表了當(dāng)代科學(xué)哲學(xué)對科學(xué)本質(zhì)的新認(rèn)識，即科學(xué)是一種社會(huì)和文化的實(shí)踐；實(shí)踐的綜合性特點(diǎn)使得科學(xué)與工程技術(shù)產(chǎn)生了關(guān)聯(lián)；實(shí)踐還由于文化環(huán)境等因素的影響表現(xiàn)出不確定性，進(jìn)而導(dǎo)致了學(xué)術(shù)共同體有條理的爭辯與理論建構(gòu)的必要性和動(dòng)態(tài)性特點(diǎn)。他還提出，具備一定的科學(xué)認(rèn)識論知識是未來合格科學(xué)教師的必要條件 [16]。

幾十年來科學(xué)認(rèn)識論上的新進(jìn)展也對學(xué)習(xí)科學(xué)產(chǎn)生了很大影響。簡言之，實(shí)用主義的三個(gè)經(jīng)典原則在認(rèn)知科學(xué)上得到了經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)證：（1）觀念是有機(jī)體與環(huán)境相互作用的產(chǎn)物；（2）認(rèn)知通過探究活動(dòng)和推理而得到發(fā)展；（3）探究活動(dòng)和問題解決始于情境中蘊(yùn)含的糾纏不清的爭議 [17]。結(jié)合上述奧斯本的論述可以推論，NGSS的實(shí)踐理念主要指科學(xué)實(shí)踐；工程技術(shù)可以為科學(xué)實(shí)踐提供真實(shí)、有效的情境。


我國科學(xué)教育中技術(shù)思維的陷阱
美國將工程技術(shù)引入科學(xué)教育的原因除了上述科學(xué)哲學(xué)和學(xué)習(xí)科學(xué)的影響外，還有一條功利主義原因：促進(jìn)普遍就業(yè) [18]。2011年發(fā)布的《K-12科學(xué)教育框架》明確將生涯教育納入科學(xué)教育課程目標(biāo)之中。

而我國情況完全不同，不少人擁抱STEM教育是因?yàn)閷TEM的誤解，覺得比從前的科學(xué)探究更容易操作，甚至以孩子們參與度更高為良好效果的佐證。在一些融入中國傳統(tǒng)文化的科學(xué)教育校本課程中，如《陶藝》《橋》《榫卯結(jié)構(gòu)》，有回歸中國古代技藝教育的趨勢。那么，如何實(shí)現(xiàn)“消除國人不善于進(jìn)行超越現(xiàn)實(shí)、遠(yuǎn)離實(shí)用功能的科學(xué)思考這一弱點(diǎn)，將科學(xué)教育由 ‘做’ ‘用’ 向 ‘思’ 擴(kuò)展？[19]”

科學(xué)思維的定義有多種版本，包雷等從概念、行為和認(rèn)知操作三個(gè)層面給出了綜合性定義：在概念上指在知識形成和修正時(shí)，基于數(shù)據(jù)協(xié)變和機(jī)制解釋建構(gòu)因果關(guān)系的認(rèn)知過程；在行為上表現(xiàn)為進(jìn)行科學(xué)探究的一系列活動(dòng)，通常包括系統(tǒng)地分析問題、確定可研究的問題、制定和評估假設(shè)、預(yù)測、設(shè)計(jì)和評估實(shí)驗(yàn)、分析數(shù)據(jù)、識別證據(jù)、驗(yàn)證假設(shè)和基于證據(jù)的決策等；在認(rèn)知操作上指進(jìn)行問題聚焦、變量控制、數(shù)據(jù)分析和因果判斷等所需的一系列特定的推理技能 [20]。

而技術(shù)思維不同，一般指提出創(chuàng)造物或改造物的方案或意見，如技術(shù)發(fā)明、技術(shù)設(shè)計(jì)、工藝或施工措施、技術(shù)管理決策等 [21]。技術(shù)思維主導(dǎo)科學(xué)教學(xué)，產(chǎn)生了一些常見的問題。

第一，探究實(shí)踐活動(dòng)缺乏科學(xué)思維參與。技術(shù)活動(dòng)的特點(diǎn)之一是追求圓滿結(jié)局，而不像科學(xué)研究那樣承認(rèn)任何理論或模型都只是暫時(shí)的、相對的。因此，在課堂教學(xué)上追求每節(jié)課都要經(jīng)歷所有探究環(huán)節(jié)并得出正確結(jié)論；在選擇探究活動(dòng)材料時(shí)，最重視的不在于它是否能夠揭示自然現(xiàn)象中蘊(yùn)含的科學(xué)概念，而是孩子們是否能夠在一節(jié)課里順利完成活動(dòng)步驟或做出產(chǎn)品來。

技術(shù)活動(dòng)的另一個(gè)特點(diǎn)是具有固定的操作步驟?？茖W(xué)探究的一系列思維活動(dòng)被異化成技術(shù)操作的固定步驟；好教師就像好師傅一樣，不遺余力地將這些技巧完整地傳遞給徒弟們；好學(xué)生也像好徒弟一樣，掌握的知識點(diǎn)越多心里越踏實(shí)。有一項(xiàng)調(diào)查顯示，有學(xué)生甚至誤以為自然科學(xué)的科目就是由一些難于理解的概念和令人生厭的公式堆疊起來的，學(xué)習(xí)這些科目的目的無非是記住這些概念和公式去解題而已 [22]。

教師培訓(xùn)也是如此，主要內(nèi)容是教學(xué)技巧和政策解讀；教師專業(yè)發(fā)展的過程本質(zhì)上是熟能生巧的過程。與此相應(yīng)，學(xué)生們也變成高效地配合老師上課的 “好學(xué)生”。

教師們在異地進(jìn)行賽課時(shí)都希望能夠遇到 “會(huì)上課” 的班級，因?yàn)閷＜以u課的標(biāo)準(zhǔn)非常重視各個(gè)環(huán)節(jié)的時(shí)間控制、完整與流暢。加拿大專家 Samson Nashon 考察后說到對中國STEM教育的印象：目前的STEM課堂是一種 “形式”，學(xué)生像按照教師設(shè)定好的程序重復(fù)老師思維的小機(jī)器人 [23]。

奧斯本曾經(jīng)批評美國學(xué)生的問題是：太多學(xué)生沒有認(rèn)識到 “理論是科學(xué)的最高榮耀” 而不是數(shù)據(jù)；科學(xué)從根本上講是思想（ideas）而不是實(shí)驗(yàn) [24]。

而國內(nèi)學(xué)生自己很少擁有真實(shí)數(shù)據(jù)，因此很少有機(jī)會(huì)獨(dú)立地針對問題設(shè)計(jì)一個(gè)有效的實(shí)驗(yàn)，那么擁有自己的思想便無從談起。

第二，缺乏真實(shí)情境導(dǎo)入的課堂教學(xué)。學(xué)習(xí)科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，對于新知識的學(xué)習(xí)，只有在學(xué)習(xí)者準(zhǔn)確知道它用在什么情境以及在新情境中如何加以修正時(shí)才是有效的、可遷移的學(xué)習(xí) [25]。只有真實(shí)的情境、真實(shí)的問題才能夠引發(fā)一系列真實(shí)的、靈活應(yīng)用已有知識的探究行動(dòng) [26]。

而技術(shù)不需要關(guān)注情境，只需要知道給定的材料、經(jīng)費(fèi)和時(shí)間的限制，以及便于加工的場地。我們大多數(shù)小學(xué)科學(xué)課堂缺乏有效的情境導(dǎo)入環(huán)節(jié)；通過情境引導(dǎo)出探究問題的環(huán)節(jié)只有2-3分鐘，而美國對一個(gè)主題單元的情境導(dǎo)入花費(fèi)整整一節(jié)課的時(shí)間；而且即便是那2-3分鐘的情境，往往不是“真情境”。

例如，為了探究 “水為什么會(huì)蒸發(fā)？” 老師放置水溫不同的兩杯水，讓學(xué)生觀察比較；但這不是真情境，而是問題本身。如此直接 “空降” 問題的課堂屢見不鮮。

再如，讓孩子們到試驗(yàn)田里撿石頭，以此為情境進(jìn)行巖石分類活動(dòng)；這也不是情境，因?yàn)橥瓿蓳焓^任務(wù)不需要進(jìn)行分類。有人認(rèn)為，孩子們的好奇心被激發(fā)了、參與程度提高了，就是真探究。但被忽視的問題在于：好奇心沒有得到回報(bào)——留下科學(xué)思維的烙印?！扒榫场?的作用是通過調(diào)動(dòng)好奇心達(dá)到聚焦問題的目的。

第三，缺乏批評和爭辯的 “研討” 活動(dòng)。2011年美國《K-12科學(xué)教育框架》提出的 “八項(xiàng)科學(xué)實(shí)踐” [27] 與1996年國家課程標(biāo)準(zhǔn)提出的 “八項(xiàng)探究能力” 在內(nèi)容上幾乎相同，但內(nèi)容間的相互關(guān)系差別很大：八項(xiàng)科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)之間不是線性關(guān)系，而是以批評、爭辯為 “樞紐” 將各項(xiàng)能力連成一體，科學(xué)爭辯貫穿于科學(xué)探究的全過程 [28]。

這正是 “科學(xué)實(shí)踐” 超越了Hands-on的關(guān)鍵標(biāo)志，也是科學(xué)教育區(qū)別于技術(shù)教育的重要特點(diǎn)：強(qiáng)調(diào)以批評和爭辯為特征的 “研討” 活動(dòng)在理論和模型建構(gòu)中的核心作用。

我國目前科學(xué)課堂研討環(huán)節(jié)主要出現(xiàn)在探究活動(dòng)之后 [29]，客觀原因可能是我們的科學(xué)課時(shí)僅為美國的1/3。然而，這僅有的研討時(shí)間還經(jīng)常是名不副實(shí)，突出表現(xiàn)為如下三點(diǎn)。

（1）研討題目由老師欽定，研討內(nèi)容常常是復(fù)習(xí)、鞏固知識和概念。例如：“我們今天學(xué)習(xí)了哪些植物類型？”（2）學(xué)生缺乏自己的數(shù)據(jù)和記錄——爭辯的根據(jù)；或者即便有數(shù)據(jù)、記錄，但由于沒有矛盾和沖突蘊(yùn)含其中，研討和爭辯就難以發(fā)生，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)由老師統(tǒng)一設(shè)計(jì)，觀察對象、觀察方法相同，過程結(jié)果也必然相同。那么對于討論題“你觀察到什么？”，孩子們的回答必然是異口同聲。（3）研討題與探究記錄的現(xiàn)象缺乏緊密聯(lián)系。例如，學(xué)生記錄了一周七天的氣溫變化，以及早晚溫差、陽光下與陰涼處的溫差，并繪制出圖表，但討論題卻是：“我們怎樣預(yù)測天氣？”

第四，技術(shù)操作被推崇為有效的評價(jià)方法。新課標(biāo)或STEM理念倡導(dǎo)在科學(xué)實(shí)踐過程中評價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)，但現(xiàn)實(shí)中科學(xué)實(shí)踐常常被工程技術(shù)實(shí)踐代替。為了評價(jià)學(xué)生的科學(xué)探究能力，老師（而不是學(xué)生）應(yīng)用科學(xué)知識、理論設(shè)計(jì)一項(xiàng)技術(shù)性操作任務(wù)，作為評價(jià)工具。這項(xiàng)評價(jià)工具的客觀作用是幫助學(xué)生理解和鞏固已有的科學(xué)概念，訓(xùn)練動(dòng)手能力，反映不出科學(xué)思維的高下。

例如，在 “運(yùn)動(dòng)與力” 的學(xué)習(xí)中，要求學(xué)生小組在5分鐘內(nèi)，通過調(diào)整小車的拉力讓其在1.40秒以內(nèi)行駛55厘米（即課桌長度）；拉力大小是通過小車?yán)K的另一端經(jīng)過桌邊緣的滑輪連接不同的重物來估算；計(jì)時(shí)工具是普通秒表；評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是誤差在0.20秒之內(nèi)計(jì)為合格。

這個(gè)活動(dòng)不是科學(xué)探究活動(dòng)，因?yàn)楹⒆觽儽仨氁呀?jīng)掌握運(yùn)動(dòng)與力的關(guān)系的概念才能進(jìn)行這樣的操作。而且，考慮到難以避免的較大測量誤差和各種環(huán)境因素，得分合格的學(xué)生對力與速度關(guān)系的理解不一定比得分不合格的孩子更好。然而，這種競賽式活動(dòng)設(shè)計(jì)很受教師們歡迎，因?yàn)檎n堂氣氛活躍，評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)清晰明了。


回到原點(diǎn)，跨越技術(shù)思維的陷阱
美國將工程技術(shù)納入科學(xué)教育是在“科學(xué)作為探究”階段充分發(fā)展以后，是為了實(shí)現(xiàn)科學(xué)教育大眾化、增加就業(yè)的新目標(biāo)而采取的多元化的策略，但絕不會(huì)放棄科學(xué)這個(gè)STEM的基礎(chǔ)。

以教材出版為例，以工程技術(shù)和生涯教育為取向的《科學(xué)維度》和《科學(xué)融合》代表了出版商HMH的市場戰(zhàn)略、普及化定位；注重豐富的活動(dòng)方案而不是科學(xué)概念體系。而90年代出版并沿用至今的STC（Science and Technology for Children）教材，強(qiáng)調(diào)對單元概念、科學(xué)統(tǒng)一概念、跨學(xué)科概念的系統(tǒng)化闡述及其科學(xué)思維的發(fā)展進(jìn)階設(shè)計(jì) [30]。

再者，《科學(xué)維度》的作者隊(duì)伍、教材實(shí)驗(yàn)學(xué)校主要是加州和中部地區(qū)的專家和教師；而STC由美國科學(xué)院、國家科學(xué)資源中心組織編寫和出版，代表國家頂尖水平。

中國的國情完全不同，科學(xué)教育還屬于起步階段。我們的科技發(fā)展及其教育傳統(tǒng)還帶有深深的技術(shù)思維烙印。

那么，傳統(tǒng)技術(shù)思維究竟會(huì)對科學(xué)學(xué)習(xí)帶來什么障礙？科學(xué)思維的起點(diǎn)是對自然現(xiàn)象 “類” 的認(rèn)識，其目的是認(rèn)識客觀世界運(yùn)行的內(nèi)在規(guī)律、提出解釋世界的思（ideas），而不是生存之道。

美國著名文化心理學(xué)家尼斯貝特（R.Nisbett）基于心理學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，中國人的思維方式特殊性之一是對“類” 的漠視而對表面 “關(guān)系” 的敏感，例如，中國被試傾向于將牛與草歸為一類，而西方被試傾向于將牛與雞歸為一類 [31]。這里牛與草的關(guān)系并非生態(tài)系統(tǒng)里的食物鏈概念，而是反映人類的一種生存策略：放牧技術(shù)。

我國著名科學(xué)哲學(xué)家李醒民先生指出了我國科技發(fā)展中科學(xué)與技術(shù)混沌不分的危害，“它誤導(dǎo)了科學(xué)政策的制定，妨礙了以自由探索為特征的科學(xué)，尤其是基礎(chǔ)科學(xué)研究的進(jìn)展，從而最終貽害于高新技術(shù)的發(fā)展。此外，它對國民科學(xué)教育的深化、科學(xué)意識的增強(qiáng)、科學(xué)素養(yǎng)的提高、科學(xué)心智框架的形成也有百害而無一利 [32]。”

怎樣才能跨越技術(shù)思維的陷阱？對于傳統(tǒng)文化與科學(xué)教育的關(guān)系研究近年來有實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。過去的基本假設(shè)是非西方文化都是妨礙科學(xué)思維形成的落后文化，因此教學(xué)情境要 “去文化”。

進(jìn)入21世紀(jì)，大量研究指出，對于非歐美文化背景的學(xué)生而言，應(yīng)該倡導(dǎo)基于本土文化的教學(xué)情境設(shè)計(jì) [33]，因?yàn)槭褂貌煌N族學(xué)生自己的文化知識、先前經(jīng)驗(yàn)、知識架構(gòu)和表現(xiàn)風(fēng)格，可以使學(xué)習(xí)對學(xué)生具有更好的關(guān)聯(lián)性和有效性，提高學(xué)生的“科學(xué)認(rèn)同” [34]。

有學(xué)者進(jìn)一步提出 “文化相關(guān)”（Culturally relevant）教學(xué)情境設(shè)計(jì)理念，認(rèn)為未來科學(xué)教育研究的核心主題是理解、支持和利用不同文化作為學(xué)習(xí)資源而不是負(fù)擔(dān) [35]。

這就是說，對于中國學(xué)生而言，基于中國文化傳統(tǒng)的中國社會(huì)實(shí)踐就是產(chǎn)生科學(xué)問題最好的情境設(shè)計(jì)資源。對于小學(xué)科學(xué)教育而言，根據(jù)教育重演論，古代農(nóng)業(yè)文明形成的本土科技成就就是學(xué)習(xí)的起點(diǎn)。

如果這一點(diǎn)成立，那么，下一步的問題是：怎樣以本土的技術(shù)思維主導(dǎo)的科技成就為起點(diǎn)，將學(xué)生的技術(shù)思維轉(zhuǎn)化為科學(xué)思維上來？換句話說，怎樣將技術(shù)思維的 “真實(shí)情境資源” 轉(zhuǎn)化為能夠引導(dǎo)出科學(xué)問題的 “教學(xué)情境設(shè)計(jì)”？本研究謹(jǐn)認(rèn)為：首先要重構(gòu)中國農(nóng)業(yè)文明科技史（教學(xué)用）；然后基于此，開發(fā)一整套用于科學(xué)探究教學(xué)的本土情境設(shè)計(jì)方案。

首先，正如我們要蹲下來才能用兒童的視角看世界，我們要回歸自然、回歸農(nóng)業(yè)、回到原點(diǎn)去理解中華文明的發(fā)展邏輯 [36]。

第一，要弄清楚中國自然地理環(huán)境（青藏高原-緯向大河-大平原-東亞季風(fēng)等）是如何造就了中國大一統(tǒng)的、集體主義的、經(jīng)久不衰的農(nóng)業(yè)文明 [37]。第二，要弄清楚為什么中國古代輝煌的科技成就始終不能成為生產(chǎn)力要素而得到發(fā)展。這些問題不僅僅是地理學(xué)問題，而是與大氣科學(xué)、水力學(xué)、生物學(xué)、海洋學(xué)、遺傳學(xué)、人口學(xué)等學(xué)科緊密相連。對這些問題的研究結(jié)果本身就是重要科學(xué)知識和科學(xué)概念，而且是最中國的科學(xué)概念，也是中國農(nóng)業(yè)文明科技史（教學(xué)用）的精髓。

然后，基于本土農(nóng)業(yè)科技史開發(fā)科學(xué)探究教學(xué) “情境”。以曹沖稱象為例：假設(shè)當(dāng)時(shí)曹沖放棄做王子，與韓國人做生意。一次他將滿載貨物的貨輪從長江口駛向韓國，突然發(fā)現(xiàn)當(dāng)海輪逐漸離開長江河口時(shí)就漸漸上浮起來。這時(shí)曹沖組織起一個(gè)研究小組，探討怎樣能夠保證運(yùn)送最大貨物量以提高利潤。如果你是曹沖的科學(xué)顧問，你怎樣設(shè)計(jì)一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)以解決這個(gè)問題？在這個(gè)情境下學(xué)生們的研討問題不僅包括與浮力定律有關(guān)的問題，還可能包括商業(yè)活動(dòng)與科技創(chuàng)新的關(guān)系。

總之，我國創(chuàng)新人才培養(yǎng)的陷阱本質(zhì)上就是技術(shù)思維的陷阱。工程技術(shù)的加入對我國科學(xué)教育是一把雙刃劍，對此我們必須從頂層設(shè)計(jì)上進(jìn)行重構(gòu)。

第一，科學(xué)教育研究要在研究取向上超越課程教學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)性探討，增加研究隊(duì)伍的多樣性，鼓勵(lì)科學(xué)家的參與，加強(qiáng)科學(xué)哲學(xué)研究的引領(lǐng)作用。

第二，構(gòu)建參與式教師培訓(xùn)體系，給教師們提供參加真實(shí)科研項(xiàng)目的機(jī)會(huì)。國際STEM教育權(quán)威卡拉·喬恩生（C．Johnson）在中國考察后說：“就我對中國STEM教育發(fā)展的擔(dān)心來說，首先是教師專業(yè)發(fā)展的問題。這是我最關(guān)心的問題…… 真正有效的STEM教育實(shí)施，一定要伴隨著STEM教師的培養(yǎng)，一定要將教師真正納入到設(shè)計(jì)、開發(fā)與實(shí)施的整體過程之中，而不是僅扮演 ‘執(zhí)行者’ 的角色 [38]。”

第三，從日常教學(xué)的課時(shí)分配、教師評價(jià)、高考科目設(shè)置等一系列制度上確保科學(xué)教育的重要地位。我們應(yīng)該認(rèn)識到：科學(xué)教育在STEM教育、項(xiàng)目化學(xué)習(xí)、探究式教學(xué)模式的推廣上發(fā)揮了軸心的作用，科學(xué)教師們正在為整個(gè)中國的教育現(xiàn)代化做著探路人的工作，理應(yīng)得到有力的政策支持。

第四，加強(qiáng)政策執(zhí)行過程的評估，促進(jìn)政策制訂與學(xué)校需求接軌、儀器裝備與課堂需求匹配，將實(shí)驗(yàn)室建設(shè)經(jīng)費(fèi)用在切實(shí)改進(jìn)日常教學(xué)活動(dòng)的刀刃上。

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制版編輯 | 姜絲鴨


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