朱 晶

（華東師范大學哲學系，上海 200241）

今天的科學研究呈現(xiàn)出兩個特點：學科交叉的深度與合作的頻次越來越高，科學研究開始更多地面向醫(yī)療、環(huán)境等現(xiàn)實問題。這說明科學研究越來越專業(yè)化，而且科學與公眾、社會之間的聯(lián)系越來越緊密。其結果是，公眾開始越來越多地面臨與科學相關的社會議題并且需要做出決策，而科學研究的專業(yè)化程度越來越高，又使得科學研究與公眾的距離越來越遠。公眾理解科學的必要性和迫切性，與科學需要的專長技能之間的矛盾，凸顯了科學教育理解科學功能的重要性。并非人人都是或者需要成為科學家，因而科學教育的目的是促使科學外行能夠理解科學，讓普通人能夠更接近科學，從而能夠在與科學相關的社會事務中做出決定。為此，這種科學外行能力的培育是出于認識論上的需要（epistemic needs）。為什么要相信科學家?科學家通過什么方式獲得相對客觀的知識?如何從常識理解過渡到專家理解?這些都涉及到科學哲學在科學教育中何以必要以及如何發(fā)揮作用等問題。作為專門研究科學方法、探討科學為什么具有認識論權威的科學哲學，其理論模型固然對科學教育中提高學生對科學的理解具有重要作用，但是要成功地發(fā)揮這種作用，需要介入一系列與認識論相關的中心問題的考察。例如，是將科學視作一種了解世界的方式，還是將科學看作是理解世界的結果?科學家的認識方式和認識論需要，與門外漢（包括學生）有什么不同?科學教育中應該采納理解科學的缺省模式，還是參與科學的共生產模式?如何將科學哲學家提出的關于解釋、推理、論證、方法等模型和理論，置于科學教育的現(xiàn)實情境之中?如何針對不同知識背景的學生，從認識論依賴出發(fā)，構建科學解釋或方法并理解科學的本質?已有研究對于如何在中國的科學教育中提高學生對科學本質的理解，進行了經(jīng)驗考察（Wan et al.，2018；裴新寧等，2018），國際上亦有不少對科學教材中講授科學的本質進行的研究（McDonald ，Abd-EI-Khalick，2017），但是少有從科學哲學的視角，對這些元理論問題進行考察，探討適用于科學教育的科學哲學模型和理論基礎。本文基于科學哲學、認知科學、社會認識論，以及公眾理解科學領域對理解科學的認知基礎、認識論標準等問題進行研究的新近理論，試圖通過對科學教育中理解科學的目標、科學信念產生的社會認知機制、科學的認識論權威以及認知勞力的分配等問題進行分析，進而對科學哲學在科學教育中能夠發(fā)揮的作用和方式做出探討。

一、科學教育的目標轉向：基于證據(jù)做出決策

今天的科學教育或者科學素質的培育和提高，最重要的目標是促使當下和未來的公眾在面對與科學和工程相關的議題和情境時，能夠根據(jù)證據(jù)進行推理、解釋，或者提出基于證據(jù)的解決方案并做出個人決定（National Academies of Sciences，Engineering，and Medicine，2019，p. 9）?；诖耍瑹o論是美國的《下一代科學教育標準》（NGSS）、英國最新的《科學課程標準》，還是我國教育部頒布的科學教育課程標準以及物理、化學、生物課程標準中，都將科學方法和對科學本質的理解作為科學教育的核心目標。這種目標轉向，除了是教育從知識到能力的轉變之外，更重要的是對“什么是科學”這一問題的回答發(fā)生了變化。隨著科學越來越多地滲入社會與個人生活，科學越來越專門化，參與門檻越來越高，科學哲學家、科學社會學家以及科學政策的制定者開始更多地關注科學過程和實踐（science practice），不再將科學僅僅看作是一系列的知識，而是了解世界的方式（a way of knowing the world）。

為什么將科學看作了解世界的方式如此重要?在了解世界時，為什么要選擇科學家認識世界的方式，而不是其他類型的認識方式?已有的關于科學教育、科學素養(yǎng)以及公眾理解科學的研究，多關注科學知識和態(tài)度之間的關系，忽視了在社會行動中理解科學的價值，以及面向個體未來的社會行動的科學教育目標。新近大量的科學哲學與認知科學領域的實證研究表明，對科學知識的接受并不等于理解并能依據(jù)科學知識做出判斷和決策。非科學家或者門外漢對科學的理解，受到諸多因素的影響。美國大型民意公司的調查顯示，美國公眾對進化論的接受程度較低，而且只有不到一半的公眾認為人類活動會引起氣候變化。作為在經(jīng)濟和教育領域具有領先優(yōu)勢的美國，在公眾對進化論和氣候變化的接受方面，卻一直面臨著巨大挑戰(zhàn)。在與醫(yī)學、環(huán)境、轉基因等相關的議題中，研究也發(fā)現(xiàn)公眾的科學知識與意圖、社會行動之間的關系非常弱（National Academies of Sciences，Engineering，and Medicine，2016，p.97）?？梢?，有知識并不意味著面對現(xiàn)實情境能夠做出正確的判斷與決策，科學知識的多少與行為決策之間的關系非常復雜。

影響個體社會行為的因素，不僅僅是科學知識和態(tài)度，還有許多其他指標。比如，進化論已經(jīng)成為科學共同體的共識，為什么美國公眾會拒斥進化論呢?影響進化論接受的因素中，有文化學習和宗教、動機等，在這些選擇和判斷的背后，最根本的是社會認知機制，其中包括對進化論的理解、對科學本質的理解、思維方式、身份保護性認知（identity-protective cognition）以及認識論標準的選擇（Metz et al.，2018）。具有批判性思維的人，相比直覺性思維的人，更容易接受進化論（Gervais，2015）。而且，對科學的本質越理解，越容易接受進化論（Lombrozo et al.，2008）。在認識論標準的選擇中，越傾向于將經(jīng)驗證據(jù)和科學共識作為認識論標準的人，越容易接受進化論。成人和兒童都天生具有拒絕與常識和直覺相悖的科學信息和科學觀念的特質，尤其是在物理學領域與常識相悖的科學信息和觀念，更容易受到拒斥。兒童時期形成的對科學信息的假定和偏見會持續(xù)到成年時期，導致當他們后來再從其他人那里學習和獲取信息時，會對科學信息的信任變得非常敏感，并在社會化的過程中被放大（Bloom ， Weisberg，2007）。這些研究均凸顯了基于證據(jù)做出個人決策的重要性。特別是在知識和信息獲取方式便利而且多樣化的今天，什么信息可以用來作為證據(jù)?面對爭論時應該相信誰?比如個體能夠通過網(wǎng)絡獲取健康信息，但是需要有能力來決定哪些信息是值得信任的，以及如何通過有效的方式來獲得合適的信息（National Academies of Sciences，Engineering，and Medicine，2016，p. 102）。不僅如此，學生作為未來的決策者，不同的個體在不同時期需要完成不同的目標，當他們進入特定的社會系統(tǒng)之中時，還需要有不同的科學能力，甚至是更加高的科學素養(yǎng)水平。

事實上，美國在1960 年代的科學教育改革中，就發(fā)生了兩個重要的變化。其一，科學教育太重要了，所以科學教育不能僅僅是教育者的任務，還需要全社會的共同努力，重塑科學的形象，增進公眾對科學的理解。其二，科學進展的速度太快，因而科學教育的目標應該將科學看作了解世界的方式，而不是掌握大量的科學事實。而促進美國科學教育導向轉變的，是科學家們意識到，澄清公眾對科學的誤解、促進公眾理解科學的本質的重要性，而且這種重要性不僅關系到公眾的世界觀、公眾對科學與技術之間關系的理解以及對基于科學的技術所持有的態(tài)度，還關系著杜威式的將科學思維擴展到人類事務的方方面面的科學教育理想的實現(xiàn)（Rudolph，2002，pp. 193—194）?？茖W家和知識精英對科學是怎樣的理解，會滲入到科學教育的目標乃至具體內容之中。比如民國時期中國科學家對進化論特別是進化論是否以及如何發(fā)揮社會功能的理解，就在當時的生物學教材中得到了體現(xiàn)，科學家包括職業(yè)的生物學家在對進化思想進行闡釋時，融入了他們的社會訴求（朱晶，2019）。無論如何，科學家和科學教育者所提倡的對科學的理解，始終不局限于科學知識，還會面向科學和技術的不斷發(fā)展所帶來的新的經(jīng)濟、社會、個體與文化理性等問題。需要提及的是，當我們對科學教育在國際和國內發(fā)生的變化進行考察時，不能僅僅關注課程標準和教材的發(fā)展和使用狀況，還應該注意到發(fā)生這些變化的根本原因，是對科學的本質，對科學與公眾、科學與社會之間關系的新的理解所帶來的轉變。

在新媒體環(huán)境中，曾經(jīng)作為科學信息守門人的科學刊物與主流出版物，開始受到新媒體的沖擊，科學外行關于科學的海量言論，成為考量影響公眾理解科學、公眾對科學持有的態(tài)度的重要新因素。而且，對公眾的科學知識與態(tài)度之間關系的新近分析表明，公眾的科學知識與他們對待轉基因食品的態(tài)度之間幾乎沒有任何相關性，但是理解科學的本質、科學證據(jù)的作用等卻能夠幫助公眾在基因技術相關的科學爭議中表現(xiàn)出理性的態(tài)度和行為（National Academies of Sciences，Engineering，and Medicine，2016，p. 98）。也就是說，今天的科學與公眾之間的關系，越來越趨向個體的現(xiàn)實生活，科學教育所培育的理性個體不僅僅需要有理性的思考，還需要有做出理性決策的能力。這就涉及個體的認識論問題，個體不僅僅需要理解科學研究中的方法、有批判性思維，還需要利用這種認識論來處理社會事務。

由此，科學研究自身的發(fā)展以及科學發(fā)展所帶來的社會情境的變化，使我們對“什么是科學”的理解發(fā)生了變化，從而帶來了科學教育目標的轉變。在當下社會，將科學看作知識和探究過程固然很重要，但是將科學作為了解世界的一種方式，這種教育目標可以促進未來的個體理解周圍的世界，科學研究中的技巧和思維方式可以被用來做出合理的個人決定，從而讓個體能夠負責任地參與社會生活，維護環(huán)境，保持健康，過上更好的生活。正因為此，科學教育的目標，并不是讓每個人都一定要對特定的生物學、化學或者物理學知識的增加做出貢獻，而應該促進學生理解科學家的工作，理解科學家得出具體科學知識的方式。亦即，理解科學的本質，而不僅僅是科學知識本身，不是因為科學轉化為技術所帶來的人類社會的巨大變革等科學所具有的社會功能，其重要性是出于受教育者認識論上的需要，這種認識論能夠擴展到受教育者的日常生活以及未來生活之中。

二、科學教育中認知勞力的分配：培育科學外行的理解能力

既然科學教育的目標是個體能夠對與科學相關的社會議題做出合理的決策，那么，在促進學生對科學的理解時，應該關注何種能力?科學知識是否依然重要?科學知識和理解科學之間的關系是什么?

已有的科學傳播或者科學教育中，常常使用和討論的模型是缺省模型（deficit model），這種模型將科學視作一種方法、知識或態(tài)度，是發(fā)生在社會之外的，認為科學與社會之間存在著斷層，科學過程被定義為產生新知識的方法，科學提供給社會未知信息。因而，被傳播者或受教育者是知識缺省的、有待教育的，從上至下地將科學知識傳授給個體，可以提高個體對科學的態(tài)度，理解科學與現(xiàn)代社會發(fā)展的關系。缺省模型過于簡單地刻畫了科學與社會之間的關系，強調知識，因而受到諸多批評。隨之興起的是知識的共生產模型（knowledge co-production model）。共生產模型將科學看作探究過程而不是產品，將受眾視作專家，鼓勵受眾參與科學過程，讓他們自己探究，與科學對話，從而理解科學（Suldovsky，2016），即從關注科學素養(yǎng)轉向強調科學在社會中的作用（Bauer，2009）。

更重要的是，無論是缺省模型還是知識的共生產模型，都存在缺陷，特別是在當下的科學教育或者科學傳播過程中，當我們一味批評缺省模型將受教育者或者公眾當作簡單的“接受者”、批評從上至下的線性傳播忽視了對主體的動機和能力的考慮時，當我們倡導受教育者或者公眾的參與或者對話時，強調從對缺省模型的批判轉向知識的共生產模型時，卻容易滑向另外一端，即過于強調學生或者公眾的參與和探索，較少注意到知識的共生產模型中存在的重要問題：對科學活動中認知勞力（cognitive labor）的分配的忽視。與科學家不同，社會中的個體或者群體需要科學或者需要接受科學教育，是出于認識論的需要，他們與科學家在對科學的需求以及認識科學上，存在著認知勞力上的區(qū)別?？茖W內行和外行有不同的認識論關注點，有不同的認識論標準，而且在做出判斷時，會依賴不同的證據(jù)?？茖W家作為其專業(yè)領域的專家，之所以與門外漢不同，是因為他們的知識與技巧的水平，他們所擁有的專長（Collins ， Evans，2002），由此形成了他們與門外漢在認識論上的不對稱（Gundersen，2018）。這就意味著，在認知勞力的分配中，普通人必須理解的科學，不是作為專家的科學家對于他們專長領域的知識的子集。門外漢和內行的區(qū)別在于，他們面對同樣的問題時，會使用不同的推理規(guī)則，形成推理時所使用的證據(jù)和標準不同。門外漢認為自己可靠證據(jù)的來源，是基于信念，而且門外漢最佳的認識論策略，不是他們相信什么論斷，而是他們相信誰。新近的社會認識論的研究表明，這種信任不是盲目的，普通人常常有足夠的證據(jù)來評價專家是否可靠，并在這個意義上依賴這些證據(jù)，且與信任不相沖突。因為有認知勞力上的分配，普通人最好的認識論策略就是根據(jù)證據(jù)相信專家，在這種情況下，專家觀點中達成一致或者不一致的特定類型和方式，就形成了普通人可靠證據(jù)的主要來源。

門外漢為什么要相信專家?這是因為科學具有認識論上的權威，或者是一種可靠的來源，個體能夠依賴他的努力來獲得這種認識論上的能力?？茖W作為認識論權威，是由科學家對新的科學知識獲取方式以及科學共同體的規(guī)范帶來的知識的客觀性來保證的。科學知識的客觀性，可以分為三類：方法和過程的透明與公開，研究過程和科學共同體同行評議過程中的可重復性，以及科學共同體有效的批判。當不同的方法產生趨同，不同的研究者達成一致意見時，科學共同體有組織的懷疑和批評允許不同研究者可以質疑其他人的方法和假定，同時可以在這種批評中通過交互作用來區(qū)分認識論上的趨同和一致。這三個標準之間的相互作用，賦予了科學家和科學共同體在科學問題上的權威性。

由此，將科學視作認識論上的權威并沒有錯，但是在科學教育中，如果假定我們正在為學生提供科學的權威地位，這是不對的?？茖W教育的目的，不是教條式地假定科學在認識論上的權威地位，而是建立和維護科學的認識論權威，并且利用這種權威傳遞信息，促進態(tài)度和改變行為。在這種框架下，缺省模型并不合理，特別是當科學教育的對象并不認為科學具有認識論上的權威時。缺省模型對于建立科學的認識論權威而言，并不是一種充分的手段，和其他信念一樣，認識論權威的分配涉及信念和動機等因素的共同影響。比如在歐美國家已經(jīng)取得成功的反疫苗運動中，盡管醫(yī)學專家反復努力告訴公眾，疫苗是安全和必要的，提供給反對疫苗的公眾大量科學信息，結果反對者并沒有改變觀點，因為他們質疑科學的認識論權威，而且更容易被非科學的知識或言論說服，缺省模型在這里并不奏效。同樣，正因為門外漢和專家在認知勞力上的區(qū)別，科學教育的目標不是要讓每個人都成為科學家，也不需要每個學生在未來都對新知識的增長做出貢獻，因此，科學教育或者傳播中的知識共生產模式也存在問題。

可能有人會提出，如果科學外行不參與科學，而是通過相信科學家的權威而獲得有關的科學事實和理論，那么，外行何以獲得并提高理解科學這一種核心能力呢?外行通過相信科學在認識論上的權威，通過相信科學專家而獲得的知識，雖然不能確保完全理解，但是常常會有助于外行來理解科學。我們很難想象，如果外行都不相信至少有些事情需要依靠其他人的權威的話，如何能夠讓外行來理解科學并獲得知識呢?如果外行能夠理解現(xiàn)有的專家形成的一致意見等特定信息，并且知道如何獲取它們，意識到科學共同體達成的一致意見的重要性，這種理解就是門外漢能夠理解科學的核心能力。

需要指出的是，提高科學知識水平在促進對科學的理解中并非不重要，研究影響進化論接受因素的新發(fā)現(xiàn)表明，擁有更多關于進化論知識的受眾，更容易接受進化論（Weisberg et al.，2018）。但是，僅僅提高科學知識水平，而不理解科學的本質、現(xiàn)代科學方法以及科學知識產生的過程，對提高學生理解科學的能力不可能有很大作用。而且，如果不認識到門外漢和科學家在認知勞力上的分配，僅僅提高其科學知識的水平，并不能將門外漢變成科學家，反而可能會使門外漢面對科學議題時，更傾向于基于自己所知道的知識，而不是基于科學家的權威與證據(jù)來做出判斷（Kere，2018）。

正因為此，從認知勞力分配的視角來看，科學教育的任務，除了科學知識，還需要建立和維護科學的認識論權威。學生還需要理解科學過程和實踐，熟悉科學家如何工作，能夠衡量和評價科學產品，能夠對科學價值做出判定。也就是說，對科學的理解，除了將科學看作是一種知識，還需要將科學理解為一種社會過程，以及在認識論上能夠識別和判斷科學專家，形成像科學家一樣的思維習慣。在理解科學家的科學實踐、獲得科學知識、形成判斷的方式的基礎上，建立和維護科學的認識論權威，培育科學外行的科學理解能力。這種科學教育的目標，與科學教育重要性的認識論基礎是一致的。

三、呈現(xiàn)真實的而非理想化的科學實踐

既然從認識論的視角來看，理解科學的本質，建立對科學的信念如此重要，科學哲學除了幫助科學教育在認識論上闡明這種目標的重要性之外，在實際的科學教育實踐中，科學哲學能夠做什么?比如，如何將計算思維、數(shù)據(jù)概念、模型模擬等思維方式和方法引入課堂?如何幫助學生解釋遺傳與進化?如何解釋天文學家通過數(shù)據(jù)來建構可視化的地球?

雖然理解科學的本質是目前全球大學學前科學教育的主要目標，美國一直將它作為國家科學教育改革中持續(xù)關注的焦點，《下一代科學教育標準》中列出了諸如構建科學解釋、發(fā)展和使用模型、獲得評價與交流信息等8 項必要內容。而實際上，學生有非常粗淺的對科學本質的理解，很多教師沒有能力在科學課堂中強調科學的本質，很多學生和教師持有不受歡迎的關于科學的本質的觀點。而且，即使是有經(jīng)驗的教師，有意愿且有意識地去教授科學的本質，也不能成功地將科學的本質融入到教學之中，因為他們不知道如何獲得幫助（Summers ， Abd-EI-Khalick，2019）。我國科學教育的課程標準，對“科學能力”包含的維度和內容，以及科學能力與其他學科相關能力之間的關系，并沒有進行清晰闡述（潘士美等，2018），而且中國文化和傳統(tǒng)思維還影響著科學教師對科學的本質的理解（Wan et al.，2018）。造成這種狀況的原因有很多，其中的關鍵環(huán)節(jié)是，如何將科學哲學中豐富的關于科學的本質的研究理論，轉化為具有指導性的教學資源，精確地將科學的本質與教學情境聯(lián)系起來。正是這些指導資源的缺乏，限制了教師講授科學的本質的能力。

科學哲學應該在科學教育中發(fā)揮重要作用，因為科學哲學研究要解決的正是科學家和科學共同體在科學問題上為何具有權威性這一問題。從科學哲學的理論關注點來看，它可以幫助科學教育提高有能力的科學門外漢理解科學?？茖W教育研究者雖然對教師如何講授科學的本質有諸多討論，但是并沒有太多關注科學哲學家對科學解釋、科學研究中使用的概念和模型、科學推理等基本問題的討論。特別是，科學教育的重要目標是建立和維護科學的認識論權威，并且利用這種權威傳遞信息，改變態(tài)度和行為，讓學生在未來能夠做出合理的個人決定，對與社會和生活密切相關的科學議題做出判斷。那么，科學教育中講授的科學的本質，應該面向科學研究的真實情境，呈現(xiàn)實踐中的非理想化的科學研究圖景和方法，促進學生和公眾對真實情境中科學實踐的理解，并能進行概念遷移。例如，在已有的關于人類活動是否引起氣候變化的爭論中，爭論雙方都將波普爾的證偽主義作為劃界標準，但是爭論雙方對科學的了解，都是理想的、陳舊的或者簡化的科學方法及模型（Mercer，2018），對現(xiàn)實情境中的科學研究以及科學方法的復雜性缺乏了解。當研究者要求學生通過調查判斷科學家對政治上有爭議的科學問題的意見的一致程度，并且讓學生報告他們的發(fā)現(xiàn)時，結果顯示，學生更傾向于使用奇聞逸事而非科學家的研究來作為證據(jù)（Kere，2018）?？梢妼W生面對現(xiàn)實情境，缺乏獲取可靠來源信息的方法和途徑，缺乏根據(jù)證據(jù)來判斷科學家行為一致性程度的經(jīng)驗。不僅如此，在對美國學生關于科學家的看法長達60 年的研究發(fā)現(xiàn)，學生對于現(xiàn)實情境中的“科學家在做什么，科學能夠給他們帶來什么”并沒有清晰的觀點，依然認為科學家的形象是“年長的白人男性在實驗室中做著危險的實驗”，認為科學研究和他們沒有關系，或者認為學習科學很難，僅僅適合于男生或者聰明的學生（Beilock et al.，2010）。

實際上，科學哲學在1970 年代末就開始了實踐轉向，更加關注動態(tài)的、現(xiàn)實的科學實踐，并且發(fā)展出了多樣化、精細的理論（Soler et al.，2014，p. 3）。因此，科學教育中除了傳統(tǒng)的科學的本質所涵蓋的內容，比如科學研究的目的是探索自然和物質世界，科學研究是好奇、探究、詢問、搜集和分析數(shù)據(jù)的過程等系列主題，還應涉及科學哲學對科學實踐進行研究呈現(xiàn)科學家在獲得可靠的科學知識時，所面臨的復雜的現(xiàn)實情境，重塑科學的真實形象。比如，科學研究涉及實證、否證等多種方法，科學家在具體的研究中不會使用固定的、單一的方法；科學理論具有可偽性和暫時性，并不意味著科學知識不具有客觀性；科學理論的檢驗需要依賴更加精細的次級理論和假說，而非直接證據(jù)；科學家在科學實踐中除了利用已有的理論知識，同樣會學習和形成相應的實踐知識和技巧，比如操作模型、改造和使用儀器、對統(tǒng)計分析進行解釋，依靠這些熟練的技巧，科學家能夠取得他們的認識論目標。

如何在科學教育中呈現(xiàn)真實的科學實踐，重建真實的科學研究和科學家的形象呢?科學哲學家對科學史中科學發(fā)現(xiàn)所獲得的嚴肅的研究結果，可以為實現(xiàn)這一目標提供可行的、貼近學生理解能力與認知特點的有效案例。今天認知科學領域對教學模式的研究亦表明，雖然在對概念（包括科學概念）的表征上，人類使用了各種不同的標準，但是人類在對自然概念和人工概念的表征上，都會使用典型的案例來進行表述、刻畫特征以及做出區(qū)分，而且對比性的案例往往能夠起到更好的效果。科學史上的科學研究相比今天的科學實踐，對科學原理和科學現(xiàn)象的解釋所需要的知識水平，與受科學教育的學生的知識水平和思維方式比較貼近。這些案例，可以促進學生對科學研究中方法的理解，進而遷移到理解今天的科學實踐。比如，在目前中學教學中關于加速度定律的講述，可以將伽利略的斜面實驗作為案例，呈現(xiàn)科學研究中的理想模型，通過斜面實驗進一步說明理想化和建立模型是科學研究中常用的方法。在此基礎上，拓展到今天的天文學家是如何利用數(shù)據(jù)、建立模型，從而模擬和建構可視化的地球。又如，在對遺傳學的講授中，通過呈現(xiàn)孟德爾發(fā)現(xiàn)遺傳學定律的實踐，以及孟德爾定律在提出35 年之后又被其他科學家再發(fā)展并獲得認可，不僅可以幫助學生理解遺傳學的理論變化過程和術語的發(fā)展，還可以呈現(xiàn)科學家在對遺傳現(xiàn)象的解釋上是如何達成共識的。科學史中的重要發(fā)現(xiàn)與典型案例，往往伴隨著科學爭論與共識的形成，新的經(jīng)驗證據(jù)、儀器、概念等在不同觀點的爭論中常常發(fā)揮著判決性的作用。通過對比呈現(xiàn)不同的觀點和論據(jù)，可以讓學生理解科學家就某個科學理論或概念達成共識，需要科學共同體檢驗實驗數(shù)據(jù)的有效性與可靠性，以及現(xiàn)象與所獲得的數(shù)據(jù)的一致性與普遍性，而且還需要科學家解釋實驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)象背后的機制。也就是說，孟德爾雖然通過豌豆實驗獲得的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)了經(jīng)驗定律，但是科學共同體對經(jīng)驗定律背后的機制解釋并沒有達成一致。雖然陸續(xù)有許多理論和假說被其他科學家提出來解釋孟德爾的結果，但是往往只能夠解釋某一類經(jīng)驗現(xiàn)象。

值得注意的是，國內外目前的科學教材中雖然融入了不少科學史上的案例，但目的往往是讓學生知曉科學史上的故事，而忽視了科學史上的科學發(fā)現(xiàn)的技術細節(jié)。職業(yè)的科學哲學家與科學史家對科學發(fā)現(xiàn)的研究，可以作為很好的案例來呈現(xiàn)科學家獲得科學知識的過程、方法與情境。在科學思想和科學方法的演變、競爭與更替中，科學家使用的基于證據(jù)的推理和論證等方式，可以遷移到當下社會對科學相關議題的爭論之中，培養(yǎng)學生導向社會行動與決策的思維方式。

此外，讓學生參與科學探究，促進理解科學實踐中科學家所需要使用的技能，而不僅僅將探究的目的設置為驗證某項科學定律或者原理，將目標從理解科學的本質過渡到理解科學實踐的本質。雖然科學探究在科學教育中已不是新名詞，但是如何在科學探究中融入關于科學的本質的理解，卻缺乏相應的指導資源。如果科學教師對科學的本質有完整理解，他們會更好地將學生置于理解科學的本質的教學情境之中，創(chuàng)造良好的學習環(huán)境。不僅如此，如果忽視了科學發(fā)現(xiàn)的具體情境，探究性學習或者實驗最后容易變成驗證性學習或實驗。比如目前物理學教學中使用光電門對牛頓第二定律的探究實驗，一旦忽略伽利略和牛頓進行科學研究的情境的設置和呈現(xiàn)，該實驗就變成了驗證性而非探究性實驗。實驗在伽利略的科學發(fā)現(xiàn)中所起到的作用，絕不是像廣為流傳的比薩斜塔落球實驗那么簡單，而且伽利略的斜面實驗（非比薩斜塔實驗）不是為了驗證他的觀點，而是為了說明他推導出運動原理的過程和原則。伽利略在研究中所使用的建立理想化模型的方法，同時代的研究者所持有的對力和物體運動之間關系認識的亞里士多德傳統(tǒng)（下落物體的速度與其重量成正比），伽利略之前的莫頓學派（Mertonians）與計算學派（Calculators）已經(jīng)提出的抽象的運動學規(guī)則，等等，這些科學發(fā)現(xiàn)的知識背景與實驗方法、過程，才是通過探究來理解科學發(fā)現(xiàn)的關鍵環(huán)節(jié)。

再以今天的科學實踐廣泛使用的模型為例，技能的傳遞也是科學教育的重要部分。實驗室教學的目標指向，就是特定學科的技能，比如化學中的實驗技能，或者一般的科學技能，比如數(shù)據(jù)管理和分析。通過讓學生學著建立模型，可以讓學生理解模型在科學研究中具有的功能，比如解釋、預測、調整理論與經(jīng)驗數(shù)據(jù)，理解科學家是如何關注特定的問題、依據(jù)已有的理論來做出假定，理解科學理論的檢驗需要依賴更加精細的次級理論和假說，而非直接證據(jù)，理解科學家在建立模型的過程中需要新的、有意義的視角，而且模型會表現(xiàn)出對科學理論和數(shù)據(jù)的獨立性，等等（Boesch，2019）。在此基礎上，學生才能理解為什么不同的科學家在生態(tài)保護、氣候變化等方面建立的模型，雖然看起來是多樣化的，有時候使用簡單模型，有時候使用復雜模型，但并不說明科學家對這類問題的理解存在分歧，而是因為他們針對的具體目標和問題不同。此外，科學哲學對于科學家在科學研究中的技能獲得和默會知識做了大量研究，提出了區(qū)分科學家和門外漢的“有貢獻的專長”（contributory expertise）這一概念，亦即科學哲學和科學史可以為科學教育理解科學發(fā)現(xiàn)、科學過程、科學家的技能等提供指導資源。

四、采納基于科學哲學模型的實用主義進路

上文論述了呈現(xiàn)真實的科學實踐的重要性，以及科學哲學可以為科學教育提供理解真實的科學實踐中科學的本質的理論資源與案例。但是科學教師并非科學哲學家，而且科學哲學領域對于科學解釋、科學爭論、科學客觀性的獲得、科學與非科學的劃界、科學專長與技能等提出了多種模型和理論。那么，科學教師在教學中應該如何根據(jù)學生背景和認識論需要，選擇科學哲學中的何種模型，來促進學生的理解呢?不僅如此，科學哲學家研究的是科學家在科學實踐中使用的科學解釋和方法等，如何將它們轉化為適合學生理解和需要的資源呢?

以科學解釋為例，與預測和描述不同，由于構建和評價解釋在科學實踐中發(fā)揮著非常核心和重要的作用，幫助學生理解科學過程，根據(jù)證據(jù)進行論證并且提供解釋，是科學教育的重要部分。科學研究中的解釋與日常生活中的解釋不同，也與推理、闡述等不同。一方面，已有的科學教育的教材和資源中，除了沒有對科學解釋和日常生活中的解釋做出區(qū)分，也常常誤解關于解釋的哲學模型。另一方面，科學哲學家對科學解釋進行了大量研究，為科學教育提供了在很多情況下開展教學實踐的背景和啟發(fā)。關于科學解釋的哲學模型，有演繹－律則模型、歸納－統(tǒng)計模型、原因－機制模型、綜合描述模型，而且原因－機制模型又可以分為識別原因模型、正面原因模型、負面原因模型、因果控制與操縱模型等。這些模型適合于不同的條件，有不同的標準和要求，而且也存在不同的問題和可能的解決方案。在具體的科學教育中，如何利用這些資源也是一大困難。

另外，科學教育除了缺乏與科學哲學中的解釋是什么的相應的教學資源與指導，還在課堂中面臨著現(xiàn)實困難。首先，對于科學哲學家而言，一個好的科學解釋應該具有預測能力，但是學生在科學探究中進行的預測，并不總是理論預測或者規(guī)律推演出來的結果，而且并不總是準確的，或者并不必然是受到證據(jù)或者推理所支持的。比如當扔掉小球時，學生預測小球會掉落在地上，但這只是一種預測，而不是一種解釋，而且這種預測不能自動地轉化為解釋。此外，預測與描述不同，預測并不總是基于觀察，在很多情況下，預測是基于學生的知識或者科學背景（Alameh ，Abd-EI-Khalick，2018）。其次，雖然科學教科書中含有很多關于自然現(xiàn)象的解釋、對實驗程序的介紹，但是在對某一個自然現(xiàn)象進行解釋時，教科書中必須用一定的篇幅來描述各種被解釋項（explanandum），還可能包括對實驗步驟和數(shù)據(jù)的描述，而學生并不熟悉這些描述所包括的物質實體和活動。因而，教科書會花大量篇幅來介紹抽象的或者具體的實體以及科學活動，而不是解釋現(xiàn)象本身。例如，為了解釋掃描隧道顯微鏡，科學教師會花大量時間來解釋有關掃描隧道顯微鏡的實體，比如原子、電子以及單個原子、表面電子等。而且研究也發(fā)現(xiàn)，在范例解釋方面，科學家與學生對范例解釋的理解不同（Goddiksen，2015，pp. 105?126）。

更重要的是，科學家要解釋科學定律，而中小學科學教育中，學生需要做的是解釋遵循定律的特定自然現(xiàn)象或者事件。對特定事件的解釋與對規(guī)則或者定律的解釋不同，在實際的科學教育中，教師會問學生：為什么當光從一種介質進入另一種介質中時，會發(fā)生彎曲?而不是問學生：為什么當光從一種介質進入另一種介質中時，會遵循折射定律?類似“為什么事件A 會發(fā)生”的問題還有：為什么有些物體會保持運動?為什么物體會落到地面?為什么塑料尺會吸引小紙屑?科學哲學將這種模式的問題稱作與待解釋項相關的“待解釋的事實”（the fact-to-be explained）。

不僅如此，科學教育的實際情境中，學生面對的某類科學事實為什么是如此的明言問題（explicit questions），往往還隱含著一系列對比性問題（contrastive questions）和相似性問題（resemblance questions）?？茖W家在科學實踐中也會處理對比性和相似性問題（Pincock，2018）?？茖W教育中有大量對比性問題，比如，在小學科學教育中，教師要講解地球在宇宙中的位置，需要涉及與此相關的科學事實：星圖只有晚上才能看到，而白天無法觀察到。當教師展示給學生夜晚的星圖時，需要解釋為什么這些星體夜晚會出現(xiàn)在天空中。實際上，該問題還隱含著一系列對比性問題：為什么夜晚是星體（而不是其他物體）出現(xiàn)在天空中?或者為什么這些星體夜晚出現(xiàn)在天空中（而不是其他地方）?或者為什么這些天空中的星體出現(xiàn)在晚上（而不是白天）?生命科學教育中常常出現(xiàn)相似性問題，比如，孩子為什么會長得像父母?為什么小紅和小明都是B 型血?

另外，科學解釋的類型在不同學科領域也存在明顯差異，因而在具體的科學教育中，還應該幫助學生學習建立、使用和評價不同類型的解釋。比如生物學領域的解釋就與化學和物理學等物質科學領域的解釋存在很大區(qū)別。生物學中的目的論解釋和功能解釋、歷史和進化解釋等，很少出現(xiàn)在物質科學領域中，分子生物學中則傾向于使用機制解釋。比如生物學中將有機體的特性解釋為自然選擇的產物，就是一種典型的歷史解釋，而不像物理學領域利用普遍的力學定律來對特定運動進行解釋。生物學中還常常從基因和蛋白質的分子水平方面來對器官的功能進行解釋（Braillard ， Malaterre，2015，pp.1—28）?？茖W哲學家伍迪（Andrea I. Woody）對主流的化學教材進行分析后也提出，雖然科學教材中提供了最常見的科學解釋策略，但是科學解釋在不同學科領域的作用是什么，科學教材中并沒有明確說明，科學教育中關于科學解釋的經(jīng)驗研究還非常少（Goddiksen，2015，pp. 105—126）。

科學哲學中近幾年出現(xiàn)了不少關于解釋的情境主義討論，關注解釋在科學實踐中的作用，韋伯等（Weber et al.，2013，pp. 39—69）專門對科學實踐而非理想化的科學中的解釋問題及其模式提供了工具箱，不僅涵蓋了幾乎所有關于科學解釋的哲學模型，而且針對不同類型的問題提供了不同的解釋模型和指導。利用這些資源，可以選擇不同模式來回答所有上述科學教育中面對的對比性問題、相似性問題。比如針對事實解釋性問題，科學教育中可以使用演繹－律則模型，根據(jù)已知的定律或者規(guī)則來推演和解釋現(xiàn)象；針對相似性問題，可以使用綜合描述模型，通過一系列的概念、定律和假定來解釋盡可能多的事實（Alameh ， Abd-EI-Khalick，2018）。再如，關于科學解釋中的因果解釋，雖然科學哲學家有不同的爭論，對于科學課程而言，可以側重于關注原因的暫時優(yōu)先性、原因的時空近似性以及當原因發(fā)生時結果的必要性這三方面。

五、科學哲學與科學教育進行建設性對話

對科學的本質的研究，是科學哲學的核心議題，科學哲學在實現(xiàn)科學教育的重要目標上，理應投入更多的關注?？茖W教育與科學哲學結合，產生可以應用于科學教育的實踐框架，在哲學模型和描述的指導之下，形成能夠應用于理解科學解釋、推理、論證等問題的實用主義框架，從而用于教學。遺憾的是，這些資源的利用和整合，目前已做的工作非常少，還需要科學哲學與科學教育進行建設性對話。

科學教育中如何促進學生對科學的理解，還有許多問題沒有解決。雖然科學教育教師意識到科學教育中強調理解科學的本質而并非僅僅傳授科學知識的重要性，但是對于什么是科學的本質，并沒有達成共識，而且關于科學教育的諸多文件和指導資料中對科學的本質的表述大多是模糊的。即使是有研究者提出了對科學的本質應該達成的共識是：科學的本質就是理解科學事業(yè)；在科學教育中應該向學生講授的是科學文本或者科學史、科學哲學、科學社會學的文本關于科學本質的表述中最沒有爭議的方面。比如，科學知識是經(jīng)過經(jīng)驗確證且可靠的，但是仍有可能會發(fā)生變化；除了實驗探索，科學研究還依賴于想象和創(chuàng)造力；科學家進行觀察時，需要以理論為基礎；觀察和推理有區(qū)別；科學能夠自我糾錯；等等。但是，這種共識又過于狹隘，不僅將科學研究中的認識論原則和方法論標準分隔開來，還忽視了不同學科領域在這兩方面存在的差異（Irzik ，Nola，2011）。

從元認知的觀點來看，離開了明確的、有指導性的學習，僅僅通過做科學實驗，特別是那些傳統(tǒng)的科學實驗，學生并不能認識到科學的本質。科學課堂中科學教師有指導性地進行引導和對話，才能幫助學生進行反思（National Academies of Sciences，Engineering，and Medicine，2019，pp. 38—39）。比如，對于科學教育中如何培養(yǎng)學生對現(xiàn)象進行科學解釋的能力，哲學家對科學解釋的研究，給科學教育中的教學實踐提供了啟發(fā)，大家都公認，不同學科領域和問題的解釋實踐有所不同，哲學家卻專門關注它們的相似性與共通點。雖然采納基于科學哲學模型的實用主義進路分析教育中學生實際面對的科學解釋問題，實用性地選擇某種解釋模型，可以幫助學生理解科學解釋等問題，但是科學教育面對的是不同年級、不同知識背景的學生，那么如何有針對性地形成精確的教學指導呢?

為了促進目標的實現(xiàn)，對于科學哲學研究而言，除了關注科學家的科學實踐，還應該關注作為學生的科學門外漢，在面對諸如科學與非科學的劃界，科學解釋、推理和判斷等問題時，學生的認知方式和科學家有什么不同，應該重視學生面對科學問題時的認識論資源和標準，思考如何區(qū)分可信賴的個體與可信賴的陳述，從而能夠有針對性地為科學教育提供資源和建議?？茖W哲學還應該探討面向學生的、有學科差異的對科學的本質的理解，比如天文學、物理學、進化生物學、醫(yī)學等不同學科分別側重于強調觀察、實驗、預測、雙盲隨機實驗等方法。而且，雖然所有的科學分支領域都會用到觀察或者數(shù)據(jù)搜集，但是天文學、動物行為學和考古學中所使用的觀察方法以及觀察所使用的儀器是不一樣的。物理學中常常使用數(shù)學計算，而植物學中卻多使用分類。

科學哲學還應該更加關注科學史上的案例，更加關注科學史中的概念、思想、方法，以及歷史上的科學知識是如何產生的，呈現(xiàn)真實的科學實踐，并與科學教育進行建設性對話，將哲學理解轉化為教學資源，向學生呈現(xiàn)科學家獲得科學知識的真實情境?；诳茖W史上的案例進行的科學教育，不能僅僅停留于故事性的講述和粗線條的刻畫，而應該深入到科學史上科學發(fā)現(xiàn)的具體情境，呈現(xiàn)出不同理論或者觀點的爭論，對比不同的解釋和證據(jù)，科學家如何為理論或者新觀點提出證據(jù)支撐，他們?yōu)榱私鉀Q爭論所使用的儀器、方法、數(shù)據(jù)等。這些不僅需要科學哲學與科學史整合視角下的專業(yè)研究，還需要結合學生的認知水平實現(xiàn)歷史情境向教學情境的轉化。此外，科學哲學還應該提供更多的證據(jù)來支持理解科學的本質在個人決策中的重要性，進一步澄清理解科學的本質與科學內容之間的關系。

科學教育中的科學教師首先應該對科學的本質有充分的理解，但教師教育中同樣缺乏有效、精確的關于如何理解科學的本質的教學指導，較少有科學教師的教育項目需要修習科學哲學相關課程，極少有專門的關于科學方法的課程來促進教師深入地理解科學的本質。目前雖然有科學史與科學哲學的課程，但是常常是為相關專業(yè)的本科生以及該領域的研究生而開設，沒有專門針對職前科學教師。因此，當我們在科學教育中倡導科學教育的最終目標是促進理解、做出決策時，必須首先關注科學教育的教師本身對科學的本質的理解，提供促進科學教育的職前及在職教師理解科學的指導性資源，這種指導應該是具體而明確的，而不僅僅是列出他們需要教授的條目。這些對科學教師的教學指導和培訓，可以是反思性地進行論文撰寫、對教學情境的分析，邀請科學社會學家、科學哲學家及科學史家開設講座進行交流、辯論；也可以從科學哲學中的基本問題出發(fā)，綜合科學史中的案例研究，比較科學哲學家、科學史家和科學社會學家的不同觀點，在這些內容和觀點的基礎之上來開發(fā)科學教育的課程。更為具體的，在對科學教育的教師指導中，還應該通過教學案例來明示科學研究的過程和方法，而非僅僅提供原則性指導。比如NGSS 中關于“腳印化石能夠告訴我們什么”的教學指導，建議學生通過觀察恐龍腳印化石來解釋恐龍的活動，從而幫助學生理解科學研究是經(jīng)驗的，而且是基于理論的，根據(jù)恐龍的腳印，不同的科學家可能推理出不同的結論，這些結論都可能是合理的。該案例不僅僅是為了讓學生認識到我們可以從古代生物的腳印化石中獲得物理特征上以及行為方式上的信息，而且是為了促進學生理解科學的本質之一—觀察和推理有區(qū)別，但是，由于教學指導中缺乏具體的示例和補充信息，沒有明確的指導來說明，由此造成的后果是，科學教師不能通過該案例教學來實現(xiàn)促進學生理解觀察和推理有區(qū)別這一教學目標（Summers， Abd-EI-Khalick，2019）。這些都凸顯了科學哲學研究者對于科學教師進行明確的而非條例性的教學指導的重要性與必要性。

總之，科學教育的重要目標，是培養(yǎng)未來的個體具有面向社會行動的能力，能夠在有關科學的事務中基于證據(jù)做出決策，這就需要科學教育引導學生建立和維護科學的認識論權威。為實現(xiàn)這一目標，科學哲學，包括科學史和科學社會學，應該與科學教育攜起手來，針對科學教育的現(xiàn)實情境，將科學哲學對科學實踐的研究，轉化為可供科學教育使用的有效教育資源和指導。