[摘要]科学教育学是国际上近半个世纪以来在历次科学教育改革中诞生与发展的、具有交叉性质的一门教育科学。科学教育改革与科学教育研究密不可分。科学教育改革需要科学教育研究的支撑；反过来，科学教育研究则需要科学教育改革的推动。我国，当前和今后的科学教育改革亟须科学教育研究的学术支撑，尽快形成科学教育学的学科建制，把科学教育学增列为教育学的二级学科；在大学建立更多的科学教育研究中心；成立全国性的科学教育学会，创办科学教育研究期刊。
[关键词]科学教育学；科学教育改革；科学教育研究
科学教育是与人文教育相对应的一个教育领域，旨在形成人的科学素质，提高人的科学探究与应用能力，培养人的科学态度与科学精神，树立正确的科学观和科学本质观。作为普通教育(General education)的一个重要组成部分，科学教育与人文教育一样都致力于“为一个负责任的人和公民的生活做准备的那部分教育”。在此意义上，科学教育与人文教育的目的是一致的。
科学教育有狭义与广义之分。狭义的科学教育仅指自然科学教育，即包括物理、化学、生物和地球科学等分科学科在内的，同时也涵盖综合科学教学的学校科学教育。广义的科学教育则包括数学教育、技术教育和社会科学教育(如美国“2061计划”的科学教育文献所表明的那样)。相应地，科学教育学也有狭义与广义之分。狭义的科学教育学，主要研究各级各类学校的自然科学教育、课程、教学、学习与评价等方面的理论与实践问题，而在广义上，科学教育学也涉及数学教育、技术教育、乃至社会科学教育及校外科技教育等方面的理论与实践问题。从世界范围来说，科学教育作为学校课程体制的一部分是从19世纪中叶以后开始进入中小学课程中；而科学教育学作为教育科学中的一个分支研究领域，则是从20世纪中叶以来的历次科学教育改革中兴起与发展起来的。
在我国，科学教育研究的兴起只是近年来的事，迄今尚未从学科建制层面上成为我国教育研究的一部分。科学教育学是一个广泛而复杂的教育理论和实践研究领域，它涉及从幼儿园、中小学至高等学校各个阶段的课程、教学与评价等方面的科学教育问题，同时也包括以提高公众对科学的理解为目标的校外科技普及与科学传播教育。本文的论述主要限于高中以下阶段的学校科学教育改革，着重探讨科学教育学与科学教育改革之间的关系。
一、作为一个研究领域的科学教育学
从20世纪初期开始，在英语国家，“教育”与“教育学”基本上都使用同一个词来表达，即Education。在欧洲国家，由于其教育学传统不同于英语国家，一般使用Didactics of Science来表达“科学教育学”。而在我国，科学教育学作为教育科学的一个分支在学科建制里尚未正式建立起来，尽管最近几年关于科学教育学的研究已开始增多。
国际上，科学教育学作为教育科学中一个独立的分支学科或研究领域是从20世纪60年代以后随着科学教育改革的需要而产生的。2004年，澳大利亚莫纳什大学著名的科学教育学家彼特.范仙(Fensham，P．J．)教授出版了《科学教育学：一门新兴学科的发展历程》一书，全面论述了世界范围内科学教育学作为一个独立的学术领域的诞生与发展历程。根据范仙教授的研究，一个学科或研究领域的建立，需要满足一定的标准。他提出了三类标准：结构性标准、研究内部标准和结果标准。其中，结构性标准作为最基本的标准共有6条：(1)获得学术承认，即大学里设立某一学科的教授职位，获得学术界的承认；(2)创办研究期刊，传播研究成果；(3)建立专业学会；(4)定期举行学术研究会议；(5)建立研究中心；(6)进行研究训练，培养研究人才。这6条标准是相互关联的，它们表明一个独立的学术研究领域或学科的形成及其形成的基本条件，缺一不可。
从这些标准看，除美国以外的所有其他国家的科学教育学都是在20世纪60年代以后才产生和发展起来的。如英国伦敦大学国王学院和里兹大学分别于60年代和70年代在其教育学院建立了科学与数学教育研究中心，并设立了“科学教育学”教席(Professor ship of Science Education)。到1985年英国已经有11所大学培养科学教育学博士生。德国于1966年在基尔大学(University of Kiel)建立了国家级的科学教育研究所，共有50余名科学教育研究人员。法国于1970年在国家教育研究所内建立科学教育研究部。澳大利亚1967年在新建立的莫纳什大学建立了第一个科学教育学教席，聘请彼特.范仙为澳大利亚第一位科学教育学教授。80年代澳大利亚的科廷理工大学建立了科学与数学教育中心，现已后来居上成为全世界最大的科学与数学教育博士生培养基地，目前共有400多名博士研究生。在亚洲国家中，日本、印度、韩国、泰国、马来西亚与新加坡等国家也从20世纪70年代起先后在大学建立了科学教育学博士点，培养科学教育博士生。
从专业组织和学术期刊来看，美国的全国科学教学研究协会创办于1928年，现已成为世界上最大的科学教育研究专业学会，每年4月份召开一次国际性的科学教育年会，2006年的年会上，与会者多达1000多人。其会刊《科学教学研究学刊》每年出10期。英国的科学教育学会创建于1963年(其前身是男科学教师协会与女科学教师协会，最早追溯到20世纪初)，定期于每年一月份召开一次年会，发行《科学教育》(Educationin Science)、《小学科学评论》(Primary Science Review)、《学校科学评论》(School Science Review)和《科学教师教育》(Science Teacher Education)等期刊。1995年成立的欧洲科学教育研究会每两年召开一次学术年会，并每隔一年举办一次专门针对欧洲国家科学教育博士研究生的暑期研究班。其他国家如澳大利亚科学教育学会出版《科学教育研究》(Researchin Science Education)期刊，每年也举行一次科学教育学术年会。另外，还有一些不隶属于学会的著名期刊，如美国的《科学教育》》(Science Education)，创刊于1916年；英国里兹大学的《科学教育研究》(Studiesin Science Education)创刊于1974年；《国际科学教育学刊》(International Journalof Science Education)，创刊于1979年，在国际科学教育学界影响都很大。
科学教育研究与科学教育改革是分不开的。科学教育改革需要科学教育研究的学术支撑；反过来，科学教育研究也需要科学教育改革的推动。科学教育研究又分理论研究与基于实证的经验性研究。前者从科学哲学、科学社会学、认知心理学等学科视野出发进行包括建构主义在内的当代各种教学理论探讨，后者则从科学课堂教学实践的视角开展定量研究、质性研究、行动研究、案例研究、叙事研究等。这些研究都为各国的科学教育改革政策制定和基础科学教育中科学课程、教学及评价的改革提供了强有力的理论与学术支持。如1989年美国出版的《2061计划：面向全体美国人的科学》这本权威的科学教育政策文献中，在附录B中列出了26条关于科学教育或与科学教育有关的最重要的参考文献(专著、研究报告或专题论文)，都是1980年至1988年期间出版的。可见，即使是一个国家科学教育改革的政策文件，也要以大量的高质量的学术研究为依据制定。又如1995年出版的美国《国家科学教育标准》，每一章的后面都列出了大量的参考文献(可惜中文译本都把它们删除了)。再如20世纪80年代以来，西方各国在科学教育研究中，基于建构主义理论框架的经验性研究论文和专著数不胜数。由此可见，倘若没有这些基础性的科学教育理论研究和经验性研究，美国《国家科学教育标准》就不可能达到这样的高水准。其他国家(如英国、德国、澳大利亚及新西兰等)新一轮的科学教育改革也无不得力于本国和国际的科学教育研究及其为科学教育改革所提供的充分的学术支持。
当前，我国正在进行新一轮科学教育改革。新的改革亟须科学教育研究的支持。无论是科学教育政策的制定，新的科学课程的开发，还是探究式科学教学的实施和课程与教学评价的运用，以及科学教师的专业成长，都迫切需要科学教育学提供学术支撑。但总体上，我国科学教育学科建设还很落后，甚至尚未引起教育管理部门、教育学界及社会的足够重视和支持。
二、科学教育改革：国际经验与本土建构
改革开放以来，我国基础科学教育经历了三次改革浪潮，差不多每隔10年就要进行一次科学教育改革。第一次改革浪潮从1978年开始至20世纪80年代中期，主要特点是拨乱反正，恢复正常教育教学秩序，编写新的科学教学大纲和教科书。这次科学教育改革吸收了世界各国60年代以来科学课程改革的经验，使中学的数学、物理、化学和生物等自然科学的课程内容实现了现代化。第二次科学教育改革从20世纪80年代中期至90年代，其特点在初等教育阶段开始重视幼儿园与小学的科学教育改革(当时叫自然学科改革)，在中等教育阶段则降低科学课程的难度，同时追求科学课程的本土化。第三次科学教育改革始于世纪之交，至今仍在进行之中。其特点是进一步与国际科学教育改革接轨，试图衔接小学与初中的科学教育，促使义务教育阶段科学教育课程与教学改革一体化，面向全体学生，以科学素养为目标，注重培养学生的科学探究能力，等等。
第一次科学教育改革基本上是从翻译国外中小学科学教材开始的，作为我国自己编写的新科学教材的素材，其理论基础是美国著名心理学家和教育改革家布鲁纳的学科结构课程理论。第二次科学教育改革主要涉及两个方面，一是重视了小学科学教育，如由人民教育出版社刘默耕先生主持，引进了哈佛大学小学科学教育专家兰本达的“探究一研讨”教学法，并系统地编写了小学1～6年级的自然(科学)教材；二是在中学阶段改进了统编教材，使原先引进的过于理论化、抽象化和高难度的科学教材内容逐渐变成适合我国国情和学生需要的科学教材，这实际上是由20世纪80年代国际化到90年代本土化的一次转换。这次改革虽然不乏历史意义和贡献，但鲜有深化且缺少突破，只能说是修修补补而已。第三次科学教育改革的背景不同于前两次。一方面，我国市场经济和现代化事业进一步发展，改革开放随着我国成功地加入WTO进一步向前推进，为新一轮科学教育改革提供了社会需求和动力；另一方面，90年代以来新一轮国际科学教育改革在发达国家方兴未艾，为我国科学教育改革提供了良好的国际背景。1997年，中国科学技术协会与美国科学院签订了科学教育合作备忘录，为两国科学教育合作提供了有利的合作机制，其重要成果之一是合作建立了科学教育网站，翻译出版了美国科学教育改革的重要文献，如《国家科学教育标准》(1999)，等等。此后，国家教育部组织一批科学教育专家和教师编写出全日制义务教育《科学(3～6年级)课程标准》(实验稿)和《科学(7～9年级)科学课程标准》(实验稿)，由此拉开了新一轮科学教育改革的序幕。此外，我国教育部和科学技术协会还从法国引进了“做中学”幼儿园和小学科学教育项目，在全国许多大中城市的幼儿园和小学里进行基于“动手做”的探究式科学教育的实验。
从科学教育改革的主体来看，第三次改革不同于以往历次科学教育改革。首先，这次科学教育改革开始有一些科学家参与进来，如中国科协的科技专家、中国科学院和中国工程科学院的一些院士、大学(特别是师范大学)理科院系的一些教授都参与了这次科学教育改革，只是这些主体的参与的深度和广度还不够。第二，自20世纪80年代起，我国学科教育研究逐渐兴起，其中物理、化学、生物、地理等理科成长起来一批学科教育专家，成为第三次科学教育改革的重要参与者，为新一轮科学教育改革做出了贡献，是我国第一批受过专业训练的科学教育研究者。第三，广大的中小学科学教师也成为中坚力量。特别在小学科学教育改革中，一大批优秀的科学教师在改革中脱颖而出，茁壮成长。
但我们也发现，这三次科学教育改革都存在一个共同的问题，即每次科学教育改革在理论准备上都明显不足，原因在于缺乏有计划、有组织、系统而深入的科学教育研究。迄今为止，我国教育行政管理部门、高等学校和教育理论界都尚未重视科学教育研究。虽然我国各级各类教育研究人员成千上万，但专门进行科学教育研究的人员却寥寥无几，即使包括上文提到的理科各学科的科学教育专家也仍然为数不多。长期以来，我国的科学教育改革是在整个基础教育改革的总格局下进行的，只考虑采用教育的一般理论作为课程与教学改革指导思想，没有也不可能采用科学教育学的学科领域的理论。
一个学科或学术领域的形成和发展，虽则首先要看社会对它是否需要，但也必须意识到这种社会需要是否为人们所认识。从上文的分析中可以看出，由于缺乏科学教育理论研究，我国的科学教学与课程改革、中小学科学教师的培养和在职科学教师的专业发展都受到极大的制肘。比如，1978年以后，我国的基础科学教育课程从内容上说是国际化和现代化了，但在课程设计、开发和实施方面，在科学教学和评价方面，都远远没有实现现代化和国际化。证据之一是，我国幼儿园与中小学的科学课程与教学的方式和方法仍然是以传统的讲授法为主，探究式教学方式并没有在课堂上得到实施。这种情况基本上至今为止依然如故。证据之二是，尽管我国近30年来，九年义务教育的普及率比较高，小学、初中和高中普遍开设科学课程，但据近些年的公民科学素养监测发现，我国公民的科学素养水平仍然不高。从普及科学教育、提升国民的科学素养的意义上说，我国以往的科学教育不能说是成功的。证据之三是，我国在科技研究上和工农业生产中科技创新水平远远低于发达国家，甚至在某些领域不及印度等亚洲发展中邻国。证据之四是，我国近代以来进行学校科学教育虽有百余年的历史，并且建立了系统的科学与技术体制，但公民的科学精神仍然比较缺乏。不但一般社会大众，就是科技人员中也有不少缺乏科学精神的。近年来，科技界与科学哲学和科学史学界关于科学文化之争、关于中医存废之争，等等，其中的某些观点从一个侧面反映了“唯科学主义”在我国社会中仍然根深蒂固，而这实质上乃是缺乏科学精神和对科学本质理解片面的一种表征。
当前，我国科学教育研究的社会需要是显而易见的。我国政府早已提出“科教兴国”的战略方针。现在又提出建设创新型国家的战略目标。笔者认为，有效的基础科学教育改革是实现这个方针和这一目标的基础之基础。基础科学教育需要告别传统的“死读书、读死书”的教学方式，需要真正以自主、合作、探究、建构的教学方式与方法教学生生动活泼地学科学、做科学、用科学和理解科学。只有这样，我们才可以真正提高公民的科学素养，才可以在普及科学教育的基础上为高等学校输送真正爱科学、主动学科学、既敢于又善于进行科学创新的大学生和研究生。只有培养了大批具有创新精神和创新能力的科技人才，我国的科学与技术才能推动知识经济的发展，才可能赶超世界科技先进水平。
有效的科学教育改革不仅是当前改革的需要，也是今后我国科学教育改革长远的需要。国际国内的科学教育改革经验业已证明，中小学科学教育改革是随着科技发展和社会与人的发展需要与时俱进，所以，无论是从科学与技术发展的角度考虑，还是从科学教育改革的当下和长远的需要出发，我国都必须尽快形成科学教育研究的学科建制，培养从事科学教育研究和管理的高级人才及科学教育教师。
从2001年开始，国家教育部先后分四批批准了共60所高校设立科学教育本科专业，开始为小学和初中培养能够承担综合科学课教学的科学教师。这是这次科学教育改革催生的教师教育的新专业。但是，我们应当认识到，这些新建立的科学教育专业目前在课程设置和师资上还存在诸多问题，其中一个核心问题是，这些新设置的科学教育专业缺乏高水平的科学教师教育者。科学教师教育者是指既具有科学背景又具有科学教育理论与实践知识的教师教育者。在国外，这样的人才一般都具有科学教育博士学位，是既能进行科学教育研究又能进行科学教育人才培养的高级人才。这样的人才哪里来?需要有条件的研究型大学培养科学教育博士研究生。实际上，不仅这60所设立科学教育本科专业的高校需要科学教师教育者，其他所有进行理科教师培养的高校都需要科学教师教育者。没有这样的专门人才，我国的基础科学教育就难以达到国际一流的水平。
不仅高等院校培养理科教师需要科学教育专家，我们的科学教育改革也需要在各级各类教育研究机构和教研机构配备科学教育专家。比如，各省、市、县的教科院所或教师进修学校需要科学教育研究人员，甚至中小学也需要一批具有科学教育博士或硕士学位的科学教师。这样算起来，我国科学教育专业的博士研究生的需要量是非常大的，至少需要5000人以上。(作为一个参照，美国科学教学研究会的会员是1700人，其中大多数是美国人)。
要培养科学教育研究与科学教师教育的专家，就必须首先建立科学教育二级学科。目前，我国教育学一级学科下设有10个二级学科(教育学原理、课程与教学论、教育史、比较教育学、学前教育学、高等教育学、成人教育学、职业技术教育学、特殊教育学和教育技术学)，科学教育学与所有这些学科都有或多或少的关系，但没有哪一个学科能替代它。如果我们承认科学教育学对科学教育改革和实践的指导和促进作用，我们就需要考虑给予科学教育学独立的学科地位，就需要培养该领域的高级专门人才，就需要尽快形成科学教育学的学科建制(把科学教育学增设为教育学的二级学科，在大学建立更多的科学教育研究中心，成立全国科学教育学会，创办科学教育期刊)。目前，我国个别高校已经开始探索科学教育学博士生的培养，如西南大学2005年开始在教育学一级学科下自主设立了科学教育学二级学科(其专业代码是040120，与教育技术学040110并列)。东南大学博士生培养方案中在生物医学工程一级学科下设立“学习科学”二级学科，方向之一是“儿童学习与科学教育”。另有少数著名师范大学近年来在课程与教学论二级学科里招收物理教育、化学教育和生物教育等学科教育的博士生。我们建议，国务院学位办应当把理科学科教育方向的博士生培养从课程与教学论专业中独立出来，建立新的科学教育学的博士学位点。因为课程学与教学论是两个相互联系的专业，它们与学科教育学及科学教育学虽都有些许联系，但毕竟不是一回事，不能混为一谈。
综上所述，科学教育学是国际上近半个世纪以来发展起来的一门具有交叉性质的教育科学。科学教育学是在历次国际科学教育改革中诞生与发展起来的。科学教育改革的成功需要科学教育研究的支持，科学教育学的发展推动了科学教育改革的发展。我国当前和今后的科学教育改革亟需科学教育研究的学术支撑。我们应当尽快形成科学教育学的建制，把科学教育学增加为教育学的二级学科，在大学建立更多的科学教育研究中心，成立全国性的科学教育学会，创办科学教育期刊，等等。这是我国科学教育改革的必由之路。
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