郭舒晨 劉恩山

（北京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 北京 100875）

培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)是科學(xué)教育的目標(biāo)。 學(xué)生的科學(xué)本質(zhì)觀是科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分。 在最新頒布的《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中指出要“注重生物科學(xué)史和科學(xué)本質(zhì)的學(xué)習(xí)”，并列出了7 條在高中課程中適合教授的科學(xué)本質(zhì)內(nèi)容［1］?！翱茖W(xué)知識(shí)可能隨著研究的深入而改變”就是這7 條科學(xué)本質(zhì)觀的組成要素之一。

“科學(xué)知識(shí)可能隨著研究的深入而改變”這一科學(xué)本質(zhì)觀說(shuō)明，科學(xué)知識(shí)不是絕對(duì)的、固定不變的。 隨著研究中新證據(jù)的發(fā)現(xiàn)或者對(duì)同樣的數(shù)據(jù)采用不同的解釋視角， 都可能促使科學(xué)知識(shí)發(fā)生改變。教師在對(duì)這條科學(xué)本質(zhì)進(jìn)行教學(xué)時(shí)，可結(jié)合科學(xué)史或使用科學(xué)探究的方法， 結(jié)合其他幾條科學(xué)本質(zhì)觀，外顯地強(qiáng)調(diào)科學(xué)知識(shí)的動(dòng)態(tài)性，幫助學(xué)生更好地理解科學(xué)知識(shí)的暫時(shí)性、 發(fā)展性及其內(nèi)在原因。

1 例證解析

“科學(xué)知識(shí)可能隨著研究的深入而改變”，即科學(xué)知識(shí)具有暫時(shí)性和發(fā)展性的特點(diǎn)。 科學(xué)知識(shí)的暫時(shí)性說(shuō)明，現(xiàn)有的科學(xué)知識(shí)不是絕對(duì)真理。各種類(lèi)型的科學(xué)知識(shí)，包括：事實(shí)、理論、定律等，都可能在未來(lái)發(fā)生改變。而科學(xué)知識(shí)的這種“暫時(shí)性”正是緣于其“發(fā)展性”的特點(diǎn)。 科學(xué)知識(shí)的發(fā)展至少包含2 種基本情況［2］。 第1 種改變是已有科學(xué)知識(shí)的擴(kuò)大，即隨著研究深入，原有科學(xué)知識(shí)的解釋力度變大或解釋范圍變廣。例如達(dá)爾文的“自然選擇學(xué)說(shuō)”最初是在宏觀層面的基礎(chǔ)上提出的，隨著基因的發(fā)現(xiàn)和遺傳學(xué)的發(fā)展， 基因重組和基因突變等現(xiàn)代遺傳理論從微觀層面對(duì)達(dá)爾文的“自然選擇學(xué)說(shuō)”進(jìn)行了解釋?zhuān)鰪?qiáng)了自然選擇學(xué)說(shuō)的解釋力度； 第2 種改變則是原有的科學(xué)知識(shí)被新的知識(shí)完全取代，即隨著研究深入，原有的科學(xué)知識(shí)被證偽，新的科學(xué)知識(shí)產(chǎn)生以填補(bǔ)空缺。 例如，進(jìn)化論中拉馬克提出的“用進(jìn)廢退”“獲得性遺傳”的觀點(diǎn)，被達(dá)爾文的“自然選擇學(xué)說(shuō)”所取代；又如遺傳變異中早期“融合性遺傳”的觀點(diǎn)，隨著孟德?tīng)栠z傳定律的產(chǎn)生而被拋棄等。

促使科學(xué)知識(shí)發(fā)生改變的原因可大致歸為2類(lèi)［3］。 首先，針對(duì)已有的數(shù)據(jù)，采用新的視角或理論進(jìn)行研究和解釋時(shí)， 可能會(huì)產(chǎn)生新的科學(xué)主張或是技術(shù)上的進(jìn)步。例如，在促胰液素的發(fā)現(xiàn)過(guò)程中，面對(duì)相同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，沃泰默基于原有的學(xué)術(shù)理論，認(rèn)為胰液的分泌受控于神經(jīng)調(diào)節(jié)。而斯塔林和貝里斯則采取了另外的視角，提出“胰液的分泌受小腸粘膜產(chǎn)生的某種化學(xué)物質(zhì)調(diào)節(jié)”的假設(shè)，證明并發(fā)現(xiàn)了促胰液素的存在。 這一促使科學(xué)知識(shí)改變的原因也表明， 科學(xué)知識(shí)的產(chǎn)生會(huì)受到研究者所采用的理論影響， 而研究者所采取的研究視角則又受其主觀意向、 所在的社會(huì)和文化環(huán)境所影響。 第2 種促使科學(xué)知識(shí)發(fā)生改變的情況則是研究中產(chǎn)生了新的、 無(wú)法被現(xiàn)有理論解釋的觀察事實(shí)。針對(duì)這樣的觀察事實(shí)，有必要修改甚至顛覆原有的科學(xué)知識(shí)。例如20 世紀(jì)60年代，在細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的探索過(guò)程中， 羅伯特森結(jié)合當(dāng)時(shí)科學(xué)家的研究結(jié)果和在電子顯微鏡下觀察到的細(xì)胞膜“暗—亮—暗”圖像，提出了細(xì)胞膜的“三明治”靜態(tài)模型。但隨著冷凍蝕刻電鏡技術(shù)的出現(xiàn)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)膜蛋白并不是全部平鋪在磷脂雙分子層的兩側(cè)，而是有的鑲嵌在蛋白質(zhì)的磷脂雙分子層中。1970年，科學(xué)家又使用熒光標(biāo)記技術(shù)證實(shí)了細(xì)胞膜的流動(dòng)性。 這一系列新證據(jù)的發(fā)現(xiàn)使得細(xì)胞膜的“三明治”模型已無(wú)法再滿(mǎn)足證據(jù)解釋的需要，于是桑格和尼克森基于新的觀察事實(shí)所提出的“流動(dòng)鑲嵌”模型取代了“三明治”模型，至今為止，仍然為大多數(shù)研究者所接受。

由上述分析也可以看出，“科學(xué)知識(shí)可能隨著研究的深入而改變”的原因可以被追溯到其他幾項(xiàng)科學(xué)本質(zhì)，即科學(xué)知識(shí)是依賴(lài)觀察和推論、要高度關(guān)注主觀因素的影響、科學(xué)受到社會(huì)和文化的影響等。 如果在科學(xué)研究時(shí)擁有了額外的信息、更多實(shí)證數(shù)據(jù)， 或者只是針對(duì)相同的數(shù)據(jù)采用不同的觀點(diǎn)，都可能會(huì)得出不同的結(jié)論，導(dǎo)致科學(xué)知識(shí)發(fā)生改變。但同時(shí)，不僅止步于此，從邏輯論證的角度來(lái)看，人們也不得不承認(rèn)科學(xué)知識(shí)的暫時(shí)性。例如，某條定律需要被證明為真，則它需要能適用于所有相關(guān)的現(xiàn)象和事例。 但在現(xiàn)有研究中，人們并不能窮盡所有的情況。科學(xué)家無(wú)法證明某條定律能解釋未知的現(xiàn)象。 因此，科學(xué)知識(shí)永遠(yuǎn)不可能被完全證明為真，而很可能隨著研究的深入而改變［4］。

在理解這條科學(xué)本質(zhì)時(shí)也應(yīng)該注意到， 雖然科學(xué)知識(shí)是暫時(shí)的、動(dòng)態(tài)的，但這并不意味著已有的科學(xué)知識(shí)就不可信、 學(xué)習(xí)已有的科學(xué)知識(shí)就沒(méi)有意義。雖然科學(xué)知識(shí)并不是確定的，但在人類(lèi)現(xiàn)有知識(shí)水平上， 所有現(xiàn)有的科學(xué)知識(shí)是人們?cè)诶斫庾匀皇澜鐣r(shí)的最優(yōu)解釋。 即現(xiàn)有的科學(xué)知識(shí)雖然不是“絕對(duì)真理”，但也具有“相對(duì)真理性”［3］。尤其是那些被編入教材的科學(xué)知識(shí)， 相對(duì)于其他前沿的科學(xué)進(jìn)展而言， 教材中的科學(xué)知識(shí)經(jīng)歷了更多實(shí)證數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)和發(fā)展， 相對(duì)而言具有更大解釋力和穩(wěn)定性。但于此同時(shí)，科學(xué)知識(shí)產(chǎn)生的過(guò)程是開(kāi)放的， 已有的科學(xué)知識(shí)必須經(jīng)常面對(duì)質(zhì)疑和驗(yàn)證，或者發(fā)現(xiàn)其不完備的地方，加以修改甚至完全顛覆；或者再次證實(shí)其合理性而接受它。

2 教學(xué)建議與應(yīng)用示例

采用科學(xué)史的方式進(jìn)行相關(guān)科學(xué)本質(zhì)的教學(xué)較為常見(jiàn)。在使用科學(xué)史傳達(dá)“科學(xué)知識(shí)可能隨著研究的深入而改變”這一觀點(diǎn)時(shí)，應(yīng)介紹科學(xué)史中不同科學(xué)家和不同階段的科學(xué)觀點(diǎn)， 引導(dǎo)并鼓勵(lì)學(xué)生思考、提出自己的觀點(diǎn)與問(wèn)題，明確科學(xué)知識(shí)是變化的、發(fā)展的。 在教學(xué)策略上，可將科學(xué)史改編為戲劇， 讓學(xué)生小組以角色扮演的方式進(jìn)行展示。例如，教師在教授“動(dòng)物循環(huán)系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)”這一內(nèi)容時(shí)，就可以融入“科學(xué)知識(shí)可能隨著研究的深入而改變”這條科學(xué)本質(zhì)觀［5］。 因?yàn)樯婕皩W(xué)生展示， 教師應(yīng)該在教授本節(jié)內(nèi)容時(shí)提前給學(xué)生布置任務(wù)。 在課程開(kāi)始前，教師就可以先指出“科學(xué)并不是一成不變的，而是發(fā)展的、動(dòng)態(tài)的”這一觀點(diǎn)，并明確課程的目標(biāo)之一就是通過(guò)科學(xué)家在“動(dòng)物循環(huán)和呼吸系統(tǒng)”這一領(lǐng)域的研究工作和發(fā)現(xiàn)歷史，了解和體會(huì)科學(xué)知識(shí)不斷變化的特點(diǎn)。學(xué)生分小組作業(yè)，選擇1 位科學(xué)家（選擇范圍如表1所示），收集資料并形成敘事類(lèi)文本，用于進(jìn)行“角色扮演”的課堂展示。小組中1 位成員扮演科學(xué)家，其余人可以扮演科學(xué)家的母親、投資人、新聞?dòng)浾叩冉巧?/p>

表1 史上研究過(guò)動(dòng)物循環(huán)系統(tǒng)或呼吸系統(tǒng)的科學(xué)家

同時(shí)， 教師在任務(wù)布置時(shí)可以列出一張問(wèn)題清單（表2）。 學(xué)生在收集材料準(zhǔn)備展示的過(guò)程中，需要根據(jù)問(wèn)題清單進(jìn)行自評(píng)， 確保了解該科學(xué)家足夠的信息，以完成小組展示。為了增強(qiáng)展示活動(dòng)的趣味性， 教師可鼓勵(lì)學(xué)生穿著科學(xué)家所生活時(shí)代的服裝進(jìn)行展示，或在細(xì)節(jié)上自由發(fā)揮創(chuàng)造力。

表2 角色扮演資料收集問(wèn)題清單

每個(gè)小組在展示環(huán)節(jié)有5 min 時(shí)間， 其他學(xué)生在觀看時(shí)需根據(jù)問(wèn)題清單的內(nèi)容進(jìn)行要點(diǎn)記錄。展示結(jié)束后，教師組織大家討論相應(yīng)的內(nèi)容和啟示。 課程結(jié)束后，每位學(xué)生選擇一位科學(xué)家，與本小組的科學(xué)家進(jìn)行對(duì)比并完成一篇小文章作為作業(yè)提交。

除了采用科學(xué)史進(jìn)行教學(xué)之外， 還可以通過(guò)設(shè)計(jì)一些獨(dú)立的科學(xué)探究活動(dòng)， 幫助學(xué)生理解這一科學(xué)本質(zhì)。例如Lederman 和Abd-El-Khalick 設(shè)計(jì)的“黑箱（black box）”活動(dòng)［6］就是一個(gè)很好的例子。 教師首先向?qū)W生展示一個(gè)不透明結(jié)構(gòu)， 稱(chēng)為“黑箱（black box）”。 學(xué)生能夠觀察到，當(dāng)有物質(zhì)輸入和輸出“黑箱”時(shí)，該物質(zhì)會(huì)發(fā)生一定的變化（例如，從黑箱“輸入口”倒入60 mL 水，從“輸出口”可獲得330 mL 水）。 但學(xué)生無(wú)法看到“黑箱”的內(nèi)部構(gòu)造和物質(zhì)在“黑箱”內(nèi)發(fā)生的變化。 教師展示這一現(xiàn)象后， 學(xué)生分小組作業(yè)， 在教師的引導(dǎo)下對(duì)“黑箱”進(jìn)行測(cè)試和檢查，試圖發(fā)現(xiàn)其工作原理。在整個(gè)活動(dòng)過(guò)程中，學(xué)生需要經(jīng)歷進(jìn)行觀察、收集數(shù)據(jù)、進(jìn)行推斷、提出假設(shè)并驗(yàn)證假設(shè)等一系列步驟。 這一過(guò)程即是類(lèi)似于科學(xué)家在探索自然世界規(guī)律時(shí)會(huì)遇到的真實(shí)情況。 隨著學(xué)生觀察數(shù)據(jù)的積累和研究思路的變化， 會(huì)在探究活動(dòng)的不同時(shí)期對(duì)“黑箱”的工作原理作出不同的假設(shè)和猜想，在不斷的驗(yàn)證中改變或修正原有的想法。 親身參與和經(jīng)歷這樣的探究過(guò)程， 能使學(xué)生更好地理解和體會(huì)“科學(xué)知識(shí)可能隨著研究的深入而改變”。除了這條科學(xué)本質(zhì)之外， 黑箱活動(dòng)可用于同時(shí)向?qū)W生教授眾多科學(xué)本質(zhì)內(nèi)容， 例如幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)觀察和推論的區(qū)別、 科學(xué)知識(shí)的產(chǎn)生會(huì)受到主觀因素的影響等。 由于科學(xué)知識(shí)的暫時(shí)性和發(fā)展性與科學(xué)研究所依賴(lài)的范式密切相關(guān)， 將這一科學(xué)本質(zhì)觀和其他幾條科學(xué)本質(zhì)觀相結(jié)合進(jìn)行教學(xué)，能幫助學(xué)生更加具體、深入地理解“科學(xué)知識(shí)可能隨著研究深入而改變”的內(nèi)在原因。

需要注意的是， 不管采用科學(xué)史還是科學(xué)探究的教學(xué)方式，教師都應(yīng)在課堂上明確“科學(xué)知識(shí)可能隨著研究的深入而改變”這一觀點(diǎn)。眾多研究證明， 讓學(xué)生接觸科學(xué)史故事和進(jìn)行科學(xué)探究并不是能讓他們更好地了解科學(xué)本質(zhì)的充分條件［7］。教師需要以“外顯化”的教學(xué)方式，例如在資料呈現(xiàn)或探究活動(dòng)過(guò)后， 通過(guò)組織學(xué)生討論等方式，強(qiáng)調(diào)“科學(xué)知識(shí)可能隨著研究的深入而改變”這一科學(xué)本質(zhì)觀，使學(xué)生能明確理解這一觀點(diǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)， 國(guó)內(nèi)外的科學(xué)教育改革一直強(qiáng)調(diào)科學(xué)本質(zhì)這個(gè)目標(biāo)， 并將其作為科學(xué)素養(yǎng)的衡量?jī)?nèi)容之一［8］。 加強(qiáng)K-12 學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解是培養(yǎng)具有科學(xué)素養(yǎng)的學(xué)生的一個(gè)中心目標(biāo)。 幫助學(xué)生理解“科學(xué)知識(shí)可能隨著研究的深入而改變”是發(fā)展他們科學(xué)本質(zhì)觀的重要組成部分。 在教學(xué)中，由于總是被希望能“正確回答”教師提出的問(wèn)題和作業(yè)中的習(xí)題，學(xué)生很容易產(chǎn)生“科學(xué)知識(shí)是絕對(duì)的、正確的”的這一錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。 但是這種觀點(diǎn)與科學(xué)知識(shí)產(chǎn)生的真正過(guò)程是不符的， 科學(xué)知識(shí)來(lái)源于證據(jù)的支持及研究者的推斷、想象和創(chuàng)造，會(huì)收到各種主觀因素和環(huán)境因素的影響。 科學(xué)知識(shí)不是絕對(duì)的、固定的，而是暫時(shí)的，會(huì)改變的。學(xué)生需要認(rèn)識(shí)到， 科學(xué)知識(shí)的積累就是不斷自我檢驗(yàn)、自我修正的過(guò)程。 現(xiàn)有的科學(xué)知識(shí)，是在研究的不斷發(fā)展中得出的結(jié)果， 也可能在未來(lái)隨著研究的發(fā)展而產(chǎn)生改變。明確這一科學(xué)本質(zhì)觀，能幫助學(xué)生更好地理解科學(xué)知識(shí)產(chǎn)生的真實(shí)過(guò)程，提升學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)科學(xué)和科學(xué)探索的興趣， 甚至是未來(lái)參與科學(xué)事業(yè)的職業(yè)意向。 教師可通過(guò)科學(xué)史或科學(xué)探究教學(xué)的策略，采取外顯的教學(xué)方式，明確“科學(xué)知識(shí)可能隨著研究的深入而改變”的觀點(diǎn)，幫助學(xué)生了解和體會(huì)科學(xué)知識(shí)的暫時(shí)性、發(fā)展性及其內(nèi)在原因， 促使學(xué)生建立更成熟的科學(xué)本質(zhì)觀，提升科學(xué)素養(yǎng)。