科學文化視角下的大概念科學教育

蘇昕 音袁

摘 要 構建科技館的科學文化生態，旨在豐富受眾的科學知識、深化科學思想、培養科學精神、提高科學認知。大概念科學教育可以促使學生進行連續的、整體的科學探究活動，進而增強判斷能力和創新意識。事實上，實現大概念科學教育和構建科學文化生態具有目標一致性。鑒于大概念科學教育與科學文化生態的內在聯系，試圖在科技館的實踐場域中，依據大概念的理論來建構科學文化的內容，以此來反觀科技館中展教活動的必要性和現實困境，帶來關于設計與研發工作的全新啟示和要求。

關鍵詞 科學文化 大概念科學教育 科技館 展教活動

doi：10.16703/j.cnki.31-2111/n.2019.06.003

蘇昕，音袁.科學文化視角下的大概念科學教育——論科技館場域中的展教活動[J].科學教育與博物館，2019（6）：407-411.

0 引言

科學在短短數百年間所創造的奇跡，完全改變了世界的面貌，如同暗夜里的一束星光，閃耀茫茫天際，讓人類開始走向通透和文明。其中，文化是科學的固有屬性之一，科學文化也是自近代科學復興以來，基于科學實踐而逐漸形成的一種新型文化。那么，科學與文化的碰撞，將會帶來哪些變革？如何借助科學文化完善科學教育？下面就結合大概念科學教育，為當代我國科技館場域中展教活動的發展提出可供參考的建議。

1 科學文化的內涵與結構

科學技術是第一生產力，中國的全面騰飛離不開科學技術的助力。但當前，我國在提高科研實力、實現跨越式發展的同時，卻在一定程度上忽視了科學文化的傳承與表達，這也造成我國可持續發展中的薄弱環節?？茖W素質已經成為當代人基本素養的一個標志，因此重視科學普及、弘揚科學精神，是時代賦予我們的使命。從文化的視角來研究科學教育，一方面是在認同科學是一種文化的大前提下，運用哲學的觀點探討科學的文化本質及其屬性;另一方面是立足價值論分析科學文化的實踐作用，從而加深人們對于科學教育之文化視角的肯定。

1.1 科學文化的定義

雖然科學文化的發展史十分短暫，但科學文化并非孤立存在，而是以科學為載體，反映了科學及科學共同體的精神氣質，蘊涵著科學的情感真諦與文化象征，營造了崇尚科學的文化氛圍。在人類不斷探索和創新的進程中，所形成的普世理念、行為準則等的合集則為科學文化，它根植于科學豐沃的土壤之下，潛移默化地影響世人[1]。

在科學文化推動科技發展、產生科技成果的同時，科技也將反作用于科學文化，持續地優化改造文化精神?？茖W知識被視為人類從事科學勞動的基本產品，展現出人類社會在某一特定時期達到的發展進度與深度?？茖W知識是構成科學文化的理論基礎，若失去科學知識，科學文化也就無從提起。

1.2 科學文化的結構

目前，主流觀點把科學文化的結構大致分為四層：科學的器物文化為最外層，然后依次是科學的制度文化、科學的規范文化，以及最內層的科學價值觀構成。[2]（1）科學的器物文化是指基于前沿研究而誕生的知識產品，該部分已在世界范圍內的多種文化中得到廣泛確認。（2）科學的制度文化是指科學事業健康發展所需的社會建制與制度安排，如各國或集中或分散的科技體制、形式各異的評價機制等。（3）科學的規范文化是指科學本身特有的精神氣質與規定要求，具有邏輯性、系統性等特點，它是人類在認識主體生命世界的進程中，創造出來并實際運用的方法和手段[3]。（4）科學價值觀是科學發展的終極目標——探求真理，突出了科學的非個人性特征，這也是科學能夠放之四海而皆準的根源所在[4]。

因此，樹立正確的科學文化觀念，具有極其重要的理論與現實意義。當今科學傳播的傳播形式已從傳播者到受眾的單向傳播，轉變為多主體、開放式的交互傳播，傳播內容也從傳統的“四科”（科學知識、科學方法、科學思想、科學精神）延伸到更為廣泛的“科學文化”范疇[5]?？茖W文化中所蘊藏的教育功能不只是傳授科學知識和科學方法，還是培養受教育者的科學精神和道德品行，這樣才能真正實現科學文化的全局發展與科學教育的育人價值。

2 科學文化與大概念科學教育的聯系

科學文化是人類社會最重要的文化之一，有著十分深厚的教育內涵與實踐意義。忽視科學文化的表達，過分強調知識本身的講授，是現階段科學教育的一大誤區?？茖W文化的闡釋促使我們從人文、技術、社會等視角全面審視科學教育的真諦，同時也鞭策著教育者務必重視科學文化的精神、方法、觀念等關鍵組成。

人們對科學教育方式的選擇一定程度上受制于對科學文化的理解深度，因此科學文化與大概念科學教育的作用密不可分——畢竟，提升科學文化水平本身就是大概念科學教育中不可或缺的重要內容[6]?？茖W文化內部包含科學知識、科學方法、科學思想、科學精神等。若將文化與科學連接起來，勢必會帶來對科學教育的思想性轉變，而這正是科學教育轉型的基本目標。因此，在科學教育的實踐中，大概念是必然的發展方向，教育工作者需要強調的不只是探究過程，更重要的是融入科學文化的內核，通過構建以大概念為目標的教育框架體系，幫助學生理解科學的精神內在，從而更好地組織和運用科學知識，促進大概念理論下的教學相長[7]。

2.1 科學教育中科學文化構建的價值與困境

法國科學家亨利·龐加萊說，“科學是一步步建立于事實之上的，就像房子是用磚石砌成的一樣”。但我們知道，事實的堆積不一定是科學，如同堆在一起的一堆磚石不一定是房子[8]?？茖W教育不是向人們灌輸一些零碎、分散的知識碎片和堆積成山的公式定律，而是圍繞科學領域中的核心概念和發展模型——大概念來進行再造。結合科學文化的定義，進一步通過大概念理論解釋一系列科學現象，不管受教育者將來是否繼續深造學習、是否從事科研工作，這些文化精神與大概念對于他們都大有裨益。

客觀來看，目前我國科學文化的體系構建尚未成熟，這已成為科學教育健康發展的重大制約環節[9]。長期以來，我們把“知識”與“科學”畫上了等號，而科學的人文氣息則較為匱乏，導致缺少知識之根本的科學文化無法通過知識的產生和傳播形成影響力。此外，由于應試教育的步步緊逼，在急功近利的大環境之下，人們對科學本質的認識大多停留在技術層面，于是科學課程便淪為理論介紹。另外，在學校教學中，各學科間普遍缺乏共通聯結，使得科學難以自由發展。但這是頗為龐雜的系統工程，絕非一己之力、一日之功可實現，其不僅是教育問題，而且與政治、經濟、文化等各個方面息息相關。

2.2 從科學教育到大概念科學教育

以往科學教育都是作為教育內容的分類要素出現的，直到2010年，大概念理論才被引入——正是源于學者們對于科學教育困境的深入反思。英國教育家溫·哈倫在《科學教育的原則和大概念》一書中提出，科學教育應該致力于理解一些科學上有關的大概念，包括科學概念和關于科學的概念?？茖W大概念是指有結構、有聯系的科學核心概念和模型，是在具體科學概念的基礎上形成的對科學事實和科學探究更為宏觀而概括性的認識和觀念[10]?？茖W教育的內容是海量而繁雜的，若我們僅僅進行知識或技能的教育，對于科學人才的培養來說是遠遠不夠的，廣大受教育群體需要的不是數學、物理、化學、工程等學科知識的分類與綜合，而是想要獲得在此基礎上對于變化規律、研究過程的一般認識，以及概念體系的構建，即科學真理在思想層面上的升華，因此科學教育應盡可能借助“大概念”來統領各學科。

本文所涉及的“大概念”包括學科核心概念和跨學科的共通概念。核心概念是指位于學科核心的概念性知識，包括原理、理論等的基本內容，是能夠展現當代學科發展藍圖的重點部分;共通概念則是當前國際科學教育中的重要內容，并逐漸引領科學教育的主要方向。前者傾向于整合某一學科內的知識，后者側重于組織跨學科的內容。例如，加拿大修訂后的《科學課程標準》旨在探討科學的本質及培養未來的創新人才，亦是以“核心概念”和“共通概念”作為主要脈絡[11]。試圖圍繞三維教育目標，在教學的開篇說明該課程的核心概念與共通概念的聯系，然后層層深入鋪墊對大概念的運用[13]。打個比方，如果說核心概念是“心臟”，那么共通概念就是“軀干”“四肢”，銜接起完整的學習過程，進而打通科學教育的學科壁壘[12]。

另外，核心概念和共通概念的區分并沒有既定的標準，諸如能量、物質等既是共通概念也是核心概念?，F在，我們正以大概念為紐帶，幫助受教育者形成系統化的知識脈絡和概念體系。

2.3 科學文化與大概念科學教育具有目標一致性

科學所承擔的文化屬性將有利于人們全面地認識科學、實踐科學?？茖W文化是創新科學教育發展的核心內容，其以獨有的文化內涵催生了現代教育制度，同時也促進了大概念科學教育的誕生[14]?？茖W教育不僅可以用來指代某些科學知識或者科學方法，更是一種深厚的文化素養的體現。

由于科學文化與科學教育有著內在的目標一致性，二者始終相輔相成、互相促進?？茖W文化不僅拓寬了人類了解科學的渠道，同時為科學教育提供了豐富的教學資源，對受眾情感、態度和價值觀的塑造具有深遠影響。其次，在探索科學文化內在結構的過程中，會使我們進一步認識、評估科學文化組成部分的教育價值，如科學文化對于培養學生世界觀、價值觀和人生觀的積極作用，科學精神在培養學生求真、平等、自由等方面的積極作用[15]。整體來看，科學文化是科學教育在人類社會中建制的精神基石，若沒有科學文化的內在，那么大概念科學教育不過是“無源之水、無本之木”而已。與此同時，科學文化也始終隨著科學教育的發展而不斷完善?？梢灶A見，科學文化對于科學教育來說具有十分重要的教育屬性和功能意義，建設科學文化下的科學教育事業必將是長期的發展任務。

2.4 用大概念科學教育構建科學文化的內涵

科學文化體現了科學的文化價值，是科學教育的精神寶藏，引領了科學教育的前進方向。我們要用大概念科學教育構建科學文化的內涵，以科學文化引導國家的科學教育改革，把加強科學文化置于舉足輕重的戰略地位。

但是今天，國內的科學教育大都停留在“有知識、沒文化”的尷尬局面，迫于應試制度的功利性，忽視了科學文化的熏陶以及實踐能力的培育[16]。值得深思的是，科學教育的本質正是一種科學文化教育，其包括知識技能在內的整個科學體系，是激發起人們對自然和科技熱愛的教育，是深切感受、體悟生命的教育[17]。

3 科技館場域中的展教活動

現階段，信息交互帶來了知識爆炸，科學教育不得不回答“如何表達科學”的問題。由科學教育的本身出發論證科學教育的改革與發展，常令人有“不識廬山真面目”之感，而科學文化概念的引入則達到了“他山之石，可以攻玉”之效。當我們從科學文化的視角參照科學教育，利用大概念科學教育與科學文化生態的目標一致性，便會凸顯科學的人文價值，得以從更廣闊的范圍、更豐富的思維去改進和優化當下的科學教育工作。而科技館等公共科普場所作為“國家科普能力建設”的主要陣地之一，應當明確未來的發展方向，更好地發揮科學教育的功能。

3.1 科技館科學教育的策略演變

場館建筑的竣工并不是最后的成功，只有將館內的裝置通過科學的運營和管理，挖掘展品的教育價值，進而全面提升全民科學素質，才是科技館行業共同的宗旨。

目前，我國的科技館科學教育正在經歷巨大轉折，即從以展廳、展品、展覽為主的“見物不見人”到注重體驗與情感聯系的“以人為本”[18]。但由于離散式、開放性學習的客觀條件，科技館的科學教育模式仍需完善——與學校教育區分，致力于非正規教育，關注大概念中的“實踐性、跨學科”特點。

事實上，科技館的展教活動是幫助觀眾群體學習的工具，在實際應用中對概念的深刻理解遠優于片面記憶。筆者建議，不妨將科學概念與日常生活緊密結合，展現科技創新與社會發展的內在聯系?？萍拣^展教人員可在教學場景中扮演科學家的角色，呈現出科學探索的真實過程，啟發學生的學習興趣與學習行為。值得注意的是，在講授知識的時候，不僅要分析論證，并且要敘述緣由和背景。當然，想要有效實現概念的轉變，教育者必須首先讓學生認同科學大概念的合理性。

3.2 科技館科學教育的實踐案例

目前，國內科技館建設在規模體量、布展裝飾等方面的花費已經達到甚至超過了部分歐美發達國家，面臨著“教育大于展品，軟件大于硬件”的轉型契機。割裂地學習知識，知其然而不知其所以然，絕不是令人滿意的科學教育。那么，在千館一面大同小異的今天，我們如何講述一段與眾不同的科學故事呢？筆者認為，關鍵在于教育理念和教育手段的創新。下面將著眼于工作實踐，具體說明如何通過大概念科學教育，為公眾帶來精神牽引和震撼。

在開展科學教育的過程中，雖然會發現無法窮盡的知識點，但可以嘗試先將某些內容進行整合，形成一個具體的概念，這就是上文提及的“大概念”。其主要分為核心概念和共通概念：核心概念使得不同內容歸于一條知識鏈，有利于把握整體的架構，起到提綱挈領的作用;共通概念則讓各學科內容因為某個共性而產生聯系并形成串聯，展示了清晰的知識邏輯。二者具有不同的屬性和要求，前者針對同一個科目，后者面向不同的科目。以科技館常設的基礎科學展廳為例，一般的策展思路是按照學科來劃分，雖能簡要概括各學科知識的重點和難點，卻無法傳達跨學科的脈絡和大科學的體系，不利于觀眾的全面認知與掌握。

基于大概念教育的理論，結合科學文化的背景，我們試圖突破傳統的展教思路，超越單一而機械的知識填塞，讓觀眾感悟科學先驅們的探索精神。如圖1所示，回顧科技史上數學、力學、聲光、電磁的發展歷程，不難發現這些基礎學科之間存在著千絲萬縷的聯系，它們既相對獨立又環環相扣。從某種意義上說，“大概念”仿佛膠水一般將碎片化的知識進行整合。

雖然還是“聲光電磁”四大樣，但當我們把科學的靈魂注入冰冷的展品，打造“與科學家工作環境一模一樣的科學文化氛圍”，就既發揮了聯系多門學科的優勢，又克服了單一學科片面性、效能不足的劣勢。讓觀眾化身為科學家，在科技史上的諸多節點，為一個個開天辟地的重大發現歡欣鼓舞，為一個個懸而未決的經典爭論憂心忡忡，為一個個堅持真理的科學巨人搖旗吶喊，不知不覺地在參觀體驗中習得直接經驗，實現從旁觀者到親歷者的角色質變?？茖W是理性的，但科學的進程卻充滿了感性的色彩，唯其如此，科學才會深入人心。

比如在力學領域，我們選取了貢獻最大的三位科學家——阿基米德、伽利略、牛頓作為展示主干，輔以受其影響的其他科學家作為支線，依據這些先賢的智慧結晶為線索設計展品，并利用大概念教育理論構建學習清單，自易到難，由淺入深，開展了“自制迷你杠桿”“靈活的彈簧”“打氣筒的奧秘”等動手活動。

4 結語

綜上所述，科學文化作為一種教育資源，不僅包括科學知識與方法，而且包括科學的過程和活動?？茖W文化視角下的大概念學習是一個不斷積累、豐富和發展的過程?？茖W文化的眾多概念并非一盤散沙，它們彼此之間的聯系構成了科學教育的概念體系。

站在科學與文化的十字路口，科學教育需要關注科學情感、科學態度和科學價值觀等精神層面的提升，運用大概念加強科學理論和科技史教育，揭開科學背后的面紗，最終實現科學思維的培養與文化底蘊的塑造。

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作者簡介：蘇昕（1992—），女，研究方向為科學技術哲學，E-mail： suxin92@126.com。

（2019-11-07收稿，2019-11-24修回）

The big ideas of science education from the perspective of science culture on educational activities in the field of science and technology museums// SU Xin， YIN Yuan

First-Author's Address Science and Technology of Communication and Policy in University of Science and Technology of China， E-mail： suxin92@126.com

Abstract The science culture ecology of science and technology museums is built to enrich the scientific knowledge of visitors， deepen scientific thinking， cultivate scientific spirit and improve scientific cognition. The big ideas of science education can encourage students to conduct continuous and holistic scientific inquiry activities， thereby enhancing judgment and innovation consciousness. In fact， implementing a big ideas of science education and building a scientific and cultural ecology has the same goal. In view of the connection between the concept science education and the science culture ecology， it is attempted to construct the content of science culture in the practice field of science and technology museums according to the theory of the big concept， so as to reflect the necessity and difficulty of the educational activities in science and technology museums， and bring new insights and requirements to related work.

Keywords science culture， big ideas of science education， science and technology museums， educational activities