从杜威的探究理论来解读《新一代科学课程标准》的“科学实践”概念

本文系2020年全国教科版小学科学新教材远程直播培训研讨会预备材料

美国《新一代科学教育标准》(Next Generation Science Standards)于2013年发布，是在2011年发布的美国《K-12科学教育框架：实践、跨学科概念和核心概念》的基础上制定的。国内教育研究者多从教育学层面来进行解读，而笔者发现，《新一代科学教育标准》在基本理念、整体框架、具体环节等方面都和杜威的探究型哲学思想内在契合。当代美国教育界虽然没有直接引用杜威教育著述，但是杜威作为迄今为止美国历史上最伟大的、最具美国特色的哲学家，其哲学思想已经潜伏在美国教育理念乃至美国文化之中。基于杜威探究型哲学思想来解读《新一代科学教育标准》，有助于我们从根源处理解其背后的思想基础、哲学理念和内在逻辑，从而更好地理解它的细节论述，甚至进行超越式的改进或发展。

作者简介

徐陶，北京大学哲学博士，美国南伊利诺伊大学访问学者，中南大学哲学系副教授，复旦大学“杜威研究中心”兼职研究员。主要研究领域为外国哲学、美学和中西哲学比较。

一

从科学探究到科学实践

杜威以“探究”为核心概念而构建了他的哲学体系，我们将之称为探究型哲学思想。杜威的探究理论的雏形出现在他的早期著作《我们如何思维》（How we think）中，该书试图阐明科学思维（反思性思维）应该具有什么特征，并且提出了科学思维的五步法：“（1）感受到困难，难题；（2）它的定位和定义；（3）想到可能的答案或解决办法；（4）对联想进行推理；（5）通过进一步观察和实验肯定或否定自己的结论，即树立信念或放弃信念。” 即我们所说的“问题情境—明确问题—提出假设—推理—验证”的过程，胡适将之概括为“大胆的假设、小心的求证”。这种科学思维也就是我们所说的科学方法。杜威明确指出，科学思维就是激励人们去探究。

杜威的后期著作《逻辑：探究的理论》（Logic: The Theory of Inquiry）对《我们如何思维》中论述的科学方法、科学思维进行极大程度的深化和发展，提出了成熟的探究（inquiry）理论来取代“科学思维”概念，并且以此为基础提出了“探究型教学”的思想，并在国外产生了广泛而深刻影响。在杜威看来，探究是人类在生存和发展过程中为了适应和改造外界环境而进行的实践活动，科学探究是所有探究活动的典范，他反复强调“探究实践”的观念。由此，杜威的哲学思想和教育思想经历了“科学思维（科学方法）—科学探究—科学实践”的转化，这种转化是对于科学本质和科学教育的理解之深化，而非简单地抛弃或断绝，反映着从科学知识或科学方法的习得和传授，转向主动的科学探究，再转向“科学探究本质上是一种实践活动，它来源于实践需要，并和人类广泛的实践活动相关联”的科学实践观。

杜威的这种转变正对应于国内外中小学科学教育的“科学方法—科学探究—科学实践”的范式转化。在美国《新一代科学教育标准》中，包含三个维度即科学与工程实践（Scientific practice and engineering practices）、学科核心观念（Disciplinary Core Ideas）和跨学科概念（Crosscutting Concepts）。其中最主要的改变是其关键词由“科学探究”变为“科学实践”，文件对这一转变的解释如下：实践维度描述了（a）科学家在研究和构建有关世界的模型和理论时采用的主要实践；（b）工程师在设计和构建系统时使用的一组关键工程实践。我们用“实践”一词而不是“技能”一词来强调从事科学研究不仅需要技能，而且还需要每种实践特有的知识。同样，由于先前标准文件中广泛提及的“探究”一词，随着时间的推移，在整个科学教育界被以许多不同的方式解释，我们阐述实践的部分意图是为了更好地说明科学探究所需要的认知的、社会的和亲身实践的维度。与所有以探究为基础的科学教学方法一样，我们的期望是学生自己参与实践，而不仅仅是间接地学习。学生不直接亲身体验科学实践，就无法理解科学实践，也无法充分理解科学知识本身的本质。(Next Generation Science Standards: For States, By States, p. xv)

杜威哲学是如何来理解科学探究是科学实践的呢？第一，科学探究和工程设计本质上是一种实践活动。杜威提出，“知识的对象是实践的东西，即它的存在（它作为知识对象的存在）取决于一种特殊的实践。” 科学认知不是和实践相分离的，认知本身就是一种实践；科学知识是探究活动之产物。杜威在《确定性的寻求》中指出，“探究是一套用来处理或解决问题情境的操作”，并以物理学研究当作科学探究的典型。在科学研究中，研究者总是利用并制造工具来进行观察，系统地改变条件以观测对象中的一系列相应变化，通过各种方式在相关事物之间建立联系，这些实践性的操作活动构成了实验探究的程序。杜威还引用布里奇曼对于爱因斯坦相对论所进行的操作主义解释，来说明科学的研究对象、概念、程序都是在实践性的操作活动中确定和修正的，并没有超越于特定认知活动的先在对象。科学探究的活动，不管物理上的还是数学上的，都是实践；从事实际工作的科学家最主要是一种实践者，他们不停地做出实践判断：决定要做些什么以及采取什么手段来做。

第二，科学探究与实践性的技术、工程的内在关联。《新一代科学教育标准》以“科学与工程实践”为范畴，突出了工程与科学探究的同等重要性。杜威也认为，一方面，技术的设计和运用可以促进科学探究，“镜头、指南针、大量工具和实践技艺的程序被借用，并且适应于科学探究的需求。 而一方面，科学也促进了工程的发展和革新。科学和工程虽然有着特定的差异，但是本质上都是采用相似的探究模式，不能把工程看作是纯粹科学之外的或者“实用的”，错误地在“纯科学”和“应用科学”之间进行截然划分。

第三，科学探究和人类广泛的实践活动密不可分。科学探究产生于人类实践中所遇到的困难或者难题，其目的是为了通过解决问题而更好地促进人类生存实践活动，科学以人为本。科学探究从人类日常实践中抽离出来，又反过来影响着人们的日常实践。杜威指出，“探究进入生活的各个领域，探究及其结论密切而明确地渗透到对于所有日常事务的管理中，除非我们指出后者如何受到科学探究方法和工具的影响，否则，对于日常事务的研究就不可能充分。” 从当今社会来看，科学和日常生活实践的关系已经变得密不可分，科学、技术和工程在日新月异地改变着我们的日常生活，反过来科学又受到大众生活需要的重要影响，科学研究同经济、商业、政治、文化等社会因素的关系也密不可分。

二

科学实践的性质

第一，科学实践或科学探究的社会维度。（1）当今的科学探究越来越重视科学共同体或者科学团体内部的合作。杜威认为，探究是连续的，因此探究所获得的结论不能一劳永逸地被断定，而是要交给之后的探究进行检验。有时候，对于同一类问题有很多人在一起进行探究，这时候某个人的结论要想获得知识的地位，那么他的结论必须和其他人的探究活动相协调，或者他们的结论能够达成一致，这反映了探究活动的社会性。《新一代科学教育标准》中“科学与工程实践”的第7、8条都是关于探究社会性的阐释，即“基于证据进行论证”“获取、评估和交流信息”，前者指比较不同探究者所提出的科学解释，用证据来支持自己的观点；后者指能够获取其他研究者的信息，表达自己的观点。（2）科学探究不仅要重视科学共同体，而且要重视科学共同体和更为广泛的社会之间的关联。杜威认为，科学实践的社会维度就要求摆脱探究者的个人私利，而以社会利益为出发点；所有的探究都在文化母体中展开，而文化母体最终为社会关系的本质所决定。

第二，杜威认为，探究是渐进的、连续的和可错的。科学探究不可能一劳永逸地获得绝对真理，而需要一代又一代的探究者不断探寻和发现新的科学规律。这种连续性不仅反映在代际维度，也反映在个体维度。个人在特定的认知能力阶段，只能进行有限的探究，获得的知识仅仅相对有效的，需要通过持续的探究而不断改进和扩展。《新一代科学教育标准》在此基础上引入了“学科核心观念”的概念，具体解释为：科学知识的不断扩展使得在K-12年里不可能详尽地教授与某一学科相关的所有思想。但是，考虑到今天信息丰富，人们生活在一个信息时代，科学教育的一个重要作用不是教授“所有的事实”，而是让学生掌握足够的核心知识，以便他们以后能够自己获得更多的信息。以有限的科学和工程思想和实践为重点的教育，应使学生能够评估和选择可靠的科学信息来源，并使他们在K-12学年之后继续发展，成为科学的学习者和科学知识的使用者，或许也是这些知识的生产者。考虑到这些目的，委员会通过应用下面列出的标准，发展了一套科学和工程方面的核心思想。（Next Generation Science Standards: For States, By States, pp. xv-xvi）“学科核心观念”的提出，就是为了满足科学探究之连续性的目标，学校的科学教育不可能教授所有的科学知识，而且教育也总是有特定的智力层次，因此试图讲授某一学科或者学科群的核心科学观念和科学方法，所谓“授之以鱼不如授之以渔”，让学习者在未来有能力持续获取科学知识或信息，甚至成为科学探究者。

第三，如果说“学科核心观念”强调的是科学实践或科学探究的学科差异性和连续性，那么“跨学科概念”则强调科学探究的共通性。《新一代科学教育标准》对这个概念的解释是：“跨学科概念”在科学的所有领域都有应用。因此，它们使得不同领域的“学科核心观念”得以打通。强调不仅要考虑学科内容，还要考虑跨越不同科学学科的观念和实践。（Next Generation Science Standards: For States, By States, p. xv）杜威强调探究虽然在题材方面有所区分，但是探究在模式上是具有一般性。他试图阐明探究的一般模式和结构，探究活动要获得成功，它必须遵循一定的模式和条件，这些条件包括情境如何激发问题，我们如何解决问题，我们如何利用命题工具，并且对命题进行推理，最终得到判断，并且对判断进行检验，以及探究活动的连续性。探究模式不仅适用于自然科学内部，而且也适用于社会科学和人文科学。杜威主张根据科学方法来改造社会科学，他在“科学与社会”中指出，“使科学方法受到我们自己的观点和意向的控制，把新的技术用作一种把我们的思想和行动引向对各种社会力量进行有计划的控制的手段”，并且提出“政治探究”“道德探究”“社会探究”等概念，从而打通科学与社会、人文的隔阂。

三

科学实践的重要性及其环节

《新一代科学教育标准》指出，“我们阐述实践的部分意图是为了更好地说明科学探究所需要的认知的、社会的和亲身实践的维度”。上文论述了科学探究为何是一种实践，它如何具有认知性和社会性；如果更深入地理解，科学认知活动本来就是一种实践，创建的新科学理论是科学实践的产物，习得的既有科学理论是未来开展科学实践的工具。之所以要从“科学探究”转向“科学实践”，并非对科学探究的放弃和批判，而是对于科学探究活动的一种澄清和本质回归。

杜威指出，从在科学探究实践中的每一个观念来看，经验与理性、理论与行动之间的古老分离都消失了。但是教育界，却始终存在知识—实践的二元分离，美国历代科学教育标准都在打破理论、学习、知识与探究实践之间的分离，然而，当教育理念强调科学思维或者方法时，教育实践者容易把科学思维和科学方法作为一种知识来进行传授，而忽视科学方法本质上是促进科学实践的手段；当教育理念强调科学探究时，教育实践者又容易把科学探究的模式当作一种知识来进行传授。可见，如果不理解科学实践的含义，那么未来《新一代科学教育标准》所提出的科学实践之模式也将被当作知识来进行传授。科学实践其实并非一个新概念，就是杜威所说的“从做中学”，这个提法虽然是老生常谈，其实要真正理解其内涵并且实施是非常难的。

为什么要反复强调科学探究是一种科学实践活动，以及科学教育要引导儿童进行科学实践活动呢？原因很简单，科学家现实的科学探究就是一种科学实践活动。没有一个科学发明或者工程发明是仅仅通过科学学习而来的，如果一个学生仅仅学习再多再丰富的科学知识，但是他没有从事科学探究实践，那么他不会做出一丝一毫的创新；哪怕一丁点的科学发现、科学发明、工程发明都是科学实践活动的产物。《新一代科学教育标准》对于科学实践的重视，反映出美国把培养创新型人才放在了第一位，把创新视为科学教育的核心目标。如果说，科学知识的学习可以培养具有科学思维和科学知识的公民，而科学实践的开展，则是为了培养更多的未来科学家。但是在客观上，我们也要认识到，要按照未来科学家的标准要培养所有儿童，这仅仅是一种理想，而且对于中小学的科学教育要求非常高，例如教师本身就要具有科学探究能力，“以儿童为中心”和“尊重每个儿童的特点”会大大增加教师的隐形工作量，特别是初中阶段，科学实践势必同“快速灌输知识和题海战术应对考试”相冲突。科学实践作为科学教育理念，其落实程度受到不同国家或不同地区的教育水平、科学普及程度、经济程度、社会现实等因素的影响。

杜威在《逻辑：探究的理论》中提出了探究的一般模式：（1）探究的先行条件是不确定的情境；（2）问题的设立。问题的正确设立指引了探究的前进方向，问题的设立决定了对于资料的选择和对于概念和假说的使用，这是探究活动中关键性的一步。（3）问题—解决的确定。我们陈述了有问题的情境，而我们对于问题的陈述中已经蕴含了一种可能的解决，这时探究就取得了真正的进展；（4）推理。在科学推理中，如果一个假说被提出和接受，那么这个假说就要在与其他概念结构的相互联系中得到发展，直到它获得一种能够引导某种实验的形式，而这个实验对于这个假说将具有一定的检验性。（5）事实—意义的操作性。在探究活动中事实和观念都是操作性的，观点的操作性在于观念引发并且指导进一步的观点，观念使新的事实显示出来，并把挑选出来的事实组成一个连贯的整体，从而作为对一种科学解答或科学解释的证据。探究模式同思维五步法是非常相似的，这种探究模式最先由伽利略提出，并且被现代科学确定为基本的研究方法，杜威将之采纳并对大众进行普及。

这种科学探究的一般模式，随着科学的发展会呈现为不同的形态，主要表现为：科学研究的理论工具变得更加先进。当今的信息时代，科学探究已经广泛使用模型、进行数据的收集、处理和分析、利用先进的数学理论进行计算，这些理论工具和近现代科学研究相比有了很大进步，但是这并没有改变科学探究的基本环节。我们可以用一个图表来对于杜威的思维五步法、探究模式与《新一代科学教育标准》中提出的科学实践的8个实践类型：

由此可见，当今的科学实践体现了三个趋势：（1）传统科学对于问题—解答的摸索转变为模型的使用，在低年级通过图表、表格，高年级使用数学符号，上升到科学家所使用的不同领域的复杂符号系统；（2）传统科学获取单纯实践证据转变为现实或者实验室中的大数据的收集，现代科学处理的是更加复杂和模糊的现象，其中有巨量的数据；同时，传统科学的推理也转变为对数据进行收集、分析、处理和计算，这是当今科学研究的重要方法。（3）传统科学的验证转变为各种科学解释之间的竞争关系，由于科学的昌盛，不同科研团队都在对同一问题展开研究，不同观点之间进行竞争、辩护、交流和反驳。

由此，基于杜威探究型哲学思想来解读美国《新一代科学教育标准》，为我们理解其背后的理论基础和内在逻辑，提供了一个有益的视角。

参考文献：
1. 约翰·杜威：《我们如何思维》，伍中友译，新华出版社，2020年，第60页。2. John Dewey, Essays in Experimental Logic, Chicago: University of Chicago Press, 1916, p. 334. 3. 杜威：《确定性的寻求》，傅统先译，上海：上海人民出版社，2005年，第177页。4. 杜威：《逻辑：探究的理论》，邵强进等译，华东师范大学出版社，2015年，第54页。5. 杜威：《逻辑：探究的理论》，第331页。6. 杜威：《逻辑：探究的理论》，第76页。7. 涂纪亮编，《杜威文选》，北京：社会科学文献出版社，2006年，第377页。

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