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陈发俊:公众科学素养测度的困难——以科学素养的三维度理论模型为例
录入: 哲学网编辑部 发表时间: 2013-08-06 点击: 1600 次 我要收藏

尽管早在20世纪50年代美国教育家P.赫德就提出“科学素养”概念[1],但是,直到20世纪70年代末80年代初“公众科学素养测评”问题才真正引起学界的深入研究[2]29-48。到了20世纪末期,被认为较为科学的公众科学素养测评指标体系诞生。美国学者J.米勒教授在《公民科学素养的测量》一文中系统介绍了公民科学素养测量的工具选择与测量方法[3]203-223。J.米勒的公民科学素养方法曾先后在英国[4]、欧盟、加拿大和日本等国家和地区进行实践[5],并引起一定的国际反响。1990年,中国引进J.米勒的公众科学素养测评指标与方法,首次在全国范围内进行尝试性测试[6]。此后,中国科学技术协会组织相关机构,在全国范围内对中国公众的科学素养进行了6次正规测评(1992,1994,1996,2001,2003,2005)[7],并与国际相关数据进行比较[8]。然而,随着科学素养研究的深入,科学素养的测评不断受到国内[9]国外[10-11]学者的质疑。本文从科学素养的三维模型出发,解析公众科学素养测度存在的困难。
1 常见的公民科学素养三维模型
学术界对科学素养概念意见纷呈,然而,明确提出科学素养包含三个维度,并给出测评指标进行测度的主要有三种。第一种是美国J.米勒教授提出的公民科学素养(civic scientific literacy)概念。J.米勒认为一个人具备科学素养是指:他能阅读、理解科学问题,并能表达见解[2]29-48。他指出:科学素养应该包括三个维度:拥有科学术语和概念的词汇量;理解科学家用以揭示科学与伪科学而使用和接受的科学方法;意识到科学技术对社会的广泛影响及与个人生活的关系[12]。我们可以把J.米勒的科学素养模型维度概括为:科学知识;科学方法;科学意识。J.米勒围绕公民科学素养的这三个维度设计了测评指标和相关问项[3]203-223,自1979年以来,该指标体系及其测评结果一直为美国国家自然基金会所采用[13]。
第二种是世界经济合作与发展组织开发的国际学生测评项目(the Organization for Economic Cooperation and Development/the Program for International Student Assessment, OECD/PISA)提出的科学素养概念。OECD/PISA将科学素养定义为“15岁学生为了理解自然界及人类活动引起的自然界变化并有助于相关决策,而使用科学知识、识别科学问题、得出有根据的结论的能力”,并阐明该定义包含“科学方法或技能(Scientfic processes or skills)”、“科学概念与内容(Concepts and content)”及“语境(Context)”等三个维度[14]。“科学方法或科学技能”指识别证据或解释结论等的智力过程;“科学概念与内容”指在使用这些方法时必需的科学知识和概念理解;“科学语境”指应用这些方法与概念理解时所需要的境遇(situations),如人的健康与营养语境或全球的气候语境之间的关系等。
第三种是我国国务院颁布的《全民科学素质行动计划纲要》提出的“科学素质”①概念。2006年3月,国务院根据党的十六大及十六届三中、四中、五中全会精神,依照《中华人民共和国科学技术普及法》和《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》,制定并实施《全民科学素质行动计划纲要(2006-2010-2020)》。《全民科学素质行动计划纲要》提出了中国有史以来第一个科学素养概念:“公民具备基本科学素质一般指了解必要的科学技术知识,掌握基本的科学方法,树立科学思想,崇尚科学精神,并具有一定的应用它们处理实际问题、参与公共事务的能力”[15]。中国科学技术大学“中国公民科学素质测评指标及实证研究”课题组将该定义阐释为“科学知识”、“科学能力”和“科学意识”三个维度,并依据这三个维度设计了测评指标,进行了抽样测评[16]26-33。此处的“科学知识”包括科学素质概念中的“科学技术知识”与“科学方法”。之所以将“科学方法”包含于“科学知识”中,是因为公众对于科学方法的掌握实际上也是获得了一定的科学知识。“科学能力”指应用科学技术知识、科学方法、科学思想和科学精神处理实际问题、参与公共事务的能力。“科学意识”指的是“树立科学思想”与“崇尚科学精神”,因为“科学思想”和“科学精神”均属于意识形态层面。以上三种科学素养概念的维度及其内涵可以通过表1清晰地展示出来。
2 科学素养的测度困难
(1)从系统的角度分析科学素养的测度困难
上述科学素养的三个维度理论表明,一个人具备科学素养就意味着他必须同时在三个维度均达到一定的合格水准。事实上,科学素养是一个由三个维度要素组成的有机系统。作为系统,科学素养的三个要素是有机结合成一个整体,而且不是三个要素简单相加之和。因此,一个人的科学素养一定是三个维度通过某种关系形成的有机统一整体。也就是说,系统的首要而重要的特征就是整体性,整体性是非加和性。科学素养这个系统的整体性特征可以用简单的数学模型来表示。设为科学素养系统,而,,分别为科学素养的三个维度要素,(i=1,2,……n)代表“科学知识”,(i=1,2,……n)代表“科学方法”或“科学能力”,(i=1,2,……n)代表“科学意识”或“科学语境”,则:
显然,科学素养不是三个维度的简单“累积”,而是三个维度的有机“构成”。要研究系统内部要素的构成特征,不仅需要知道各个要素,而且需要知道是何种关系[17]45。
系统与要素之间的关系也可以动态地表现为一种函数关系,即:=f(,,)
科学素养的这种函数表达,是对科学素养进行定量研究的基础。事实上,这种函数关系,可以是线性的,也可以是非线性的。通常一个较复杂的系统,多半是非线性的。对于一个非线性的复杂系统,从数学理论来看,其解的存在性还是一个开放问题(open problem)。科学素养其实是一个复杂系统,因此,无法从上述系统中解出相应的的值。也就是说,从科学量化的角度出发,科学素养是难以测度的。
正是在这个意义上,我们说:即使科学素养的三个维度能够测量出来,作为一个整体的科学素养的值的测量也是非常困难的。首先,科学素养的三个维度之间是何种构成关系,我们无法确定。其次,系统的整体性与关联性决定一个人的科学素养不能是三个维度简单的相加或相乘这么简单的关系,或者说它根本不是某种线性关系,同时,它还取决于不同个体的智力状况或主观能动性。正如L.贝塔朗菲所举的那个简单的例子:三个带电导体,其电荷可分别测度。但如果用导线把三者接通,每个导体的电荷便决定于连通的整体,与隔绝时不同[17]56。最后,科学素养三个维度的基本值问题到目前为止根本没有明确的界定。即使是J.米勒所说的最低阀限,也没有明确且科学的表述[3]203-223。
事实上,J.米勒的测量标准一直是模糊的。如在1979年调查中,“科学知识”维度用了“radiation”,“GNP”,“DNA”三个术语,被访者必须报告三个概念中至少有一个是清楚地理解,并且至少对二分之一概念是一般理解,才能被认为是合格的。“科学方法”维度的调查是,让每一个被访者评定自己对“科学研究”的含义是“清楚地理解”、“一般理解”还是“几乎不理解”。要求那些报告说对这个术语能清楚理解的人用自己的话解释,然后将他们的回答逐字逐句记录下来。被访者若能提供一个关于科学研究的合理定义,并且能认可占星学是不科学的,那么,他(她)在“科学方法”维度是符合要求的。第三个维度是通过三个相互独立的争论问题——食物中使用化学添加剂、核武器和太空探险来测评的。要求被访者列举每个问题的两种潜在的利益和两种潜在的危害。每个被访者必须至少列举出12种潜在的利益或危害中的6种,才能满足这个维度的合格标准。三个维度都得到了合格标准,并且认为占星学是伪科学,才能被看做是有科学素养的[2]29-48。其实,这至多只能算作是一种定性描述,不能称之为真正意义的“测量”。
严格意义上说,以这种方式判定某人有还是没有科学素养有失科学性,也难以真正体现一个公民的真实科学素养。(至于占星学的承认与否定能不能在科学素养测评中起决定作用,尚值得商榷,此处姑且不论。)首先,“科学知识”维度为什么选择三个词汇而不是更多或更少,这三个词汇真的具有那样典型的代表性?依此类推,其他两个维度也存在同样的疑问。其次,三个维度之间有没有结构比例?如果有的话,应该是多少?显然,J.米勒模式的科学素养测度没有给出符合此类要求的数据,其他的科学素养测评指标体系也没有。最后,即使前两个问题都有解决,这种计量方式也不够科学,它严重违背了系统的整体性和关联性原理。根据《全民科学素质行动计划纲要》的科学素质概念演绎出的科学素养三维模型的测量也存在同样的问题,而且,在实际操作中三个维度的问项之间的交叉性[16]26-33也没有很好处理。
OECD/PISA的科学素养测度问卷的题型较为全面、复杂,考虑了格式塔心理学系统模式,对于评估科学教育的结果或效果以及学生解决问题的实际能力有相当的科学性。但是,若从科学素养水平的测度方面来考察,它也同样存在上面所提及的问题。
(2)从三维立体模型考察科学素养测度的困难
无论科学素养是由三个还是多少维度组成,任何一个维度“科学知识”、“科学方法”/“科学能力”或“科学意识”都并非是意义的基本单位。只有这些维度的有机组合和综合才是科学素养概念的完整意义单位。因此,对于三维立体模型的科学素养来说,科学素养三个维度有机组合成的完整意义单元,才是科学素养的最基本测量单位。我们也可以把三个维度间的结合关系当作黑箱来处理,忽略内部系统的复杂性,直接用简单的三维立体模型来表述科学素养。那么,科学素养的测度又如何呢?
科学素养的三维立体模型即是假设科学素养的三维分别对应于立体坐标X轴、Y轴和Z轴上某段长度,以此三条线段为棱长形成的立体结构(如图1、2、3、4、5所示)。要在三维坐标中描述这样的立体结构,首先需要搞清楚这种立体模型的结构与形状。由于到目前为止还没有明确科学素养的三个维度的组合比例,因此,这种立体模型在三维坐标中的图示至少有如下5种状态:

图1 三维等比例组合的立方体
结构模型(X=Y=Z)
图1这种立体结构模型表明,在理想状态下,一个具备科学素养的人,他掌握的科学知识与他了解的科学方法或具备的科学能力、科学意识是处于同等水平的。那么,在测量科学素养时,这三个维度所占分值应相等,在内容上所含分量也应相当。

图2 科学知识维度大于另外两个维度的立体模型(X>Y=Z)
图2这种立体结构模型表明,理想状态下,一个人要具备科学素养,他必须首先获取大量的科学知识。因此,在测量时,科学知识所占的分值及内容分量在比重上应该大于科学方法/科学能力和科学意识。

图3 科学意识维度大于另外两个维度的立体模型(Y>X=Z)
图3这种立体结构模型表明,理想状态下,一个人要具备科学素养,他可能不具备多少科学知识和科学能力。但是,他必须具备很强的科学意识。因此,在测量时,科学意识所占的分值及内容分量在比重上应该大于科学知识和科学能力/科学方法。

图4 科学方法/科学能力大于另外两个维度的立体模型(Z>X=Y)
图4这种立体结构模型表明,理想状态下,一个人要具备科学素养,他掌握的科学知识可能不是很丰富,他的科学意识也可能不是很强。但是,他必须具备很强的解决与科学相关的公共事务及个人生活工作中的问题的能力。因此,在测量时,科学能力所占的分值及内容分量在比重上应该大于科学知识和科学意识。
图5这种立体结构模型表明,科学素养尽管是由三个维度有机组合而成。但是,这三个维度在科学素养中的比例结构是什么,却难以确定。或者说,这三个维度分别对一个人科学素养水平的影响是不同的,但具体影响程度却无法确定。如果是这种情况,在测量科学素养时,三个维度各自所占的分值与内容分量比重就具有不确定性,那么,科学素养的测量也就难以实现。

图5 三个维度都不相等的立体模型(X≠Y≠Z)
通过以上科学素养的三维立体结构模型分析,我们不难看出,科学素养的三个维度组合其实比较复杂,以上任何一种模型都是可能的。就笔者所知,目前的研究成果几乎没有阐述三个维度之间的结构比例。也就是说,科学素养的最基本结构单元还没有确定。然而,既然是“测量”科学素养,就应该有一定程度的量化结果。那么,连测评的度量单元也没有确定,又何以能够对科学素养进行量化分析呢?
因此我们只能说,就目前的研究状况看,科学素养的测量只是在逻辑上和物理上具有一定的可能性,而不具备技术可行性。因为,无法确定科学知识、科学能力(科学方法)和科学意识(科学语境)三者的实际结构比值,就不可能从总体上对科学素养值进行定量描述。目前的研究结果大多数充其量是定性描述或模糊描述。
3 结语
科学素养三维模式的测评实质是使用西方近代以来自然科学中习以为常的“分析方法”,将复杂的有机系统问题进行机械分解与还原,这种研究看似合乎逻辑,事实上却很不科学。“分析方法”通常适用于研究累加而成的实体,即一个复合体可以通过一步一步加进原来分散的元素来构成;反过来,复合体的特征可以完全分解为孤立的元素的特征[17]56。因此,分析方法的应用取决于两个条件。首先是“部分”之间的相互作用不存在或者微弱到在进行某些研究时可以不考虑的程度。只有在这种情况下,部分才能实际地、逻辑地、数理地“求出”来,然后“放在一起”。第二个条件是描述部分的行为的关系式是线性的,只有这样才有累加性条件,即:描述总体行为的方程和描述部分行为的方程具有相同形式,可以通过部分过程相加来取得总体过程等[17]15-16。L.贝塔朗菲认为,这种“分析方法”不适合用来研究生物学、行为和人类社会等多变量[17]77。“科学素养就是(科学)事实、词汇和原理的一种综合性混合体”[18]。我们要测量的就是对这种混合体的掌握程度,我们何以能够通过将其分解成几个简单的维度就测量出来呢?
【注释】
①理论界对西方的“scientific literacy”有两种翻译——“科学素养”与“科学素质”,后者是近两年出现的表述。——笔者注。
【参考文献】
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[14]Measuring Student Knowledge and Skills[EB/OL] URL:http://www.pisa. org.
[15]中华人民共和国国务院.(2006).全民科学素质行动计划纲要(2006-2010-2020年)[EB/OL].http://scitech. people. com.cn/GB/25509/56813/60788/60790/4219943.html.
[16]郭传杰,褚建勋,汤书昆,李宪奇.公民科学素质:要义、测度与几点思考[J].科普研究,2008:3(2).
[17](奥)路德维希.冯.贝塔朗菲.一般系统论:基础.发展.应用[M].秋同,袁嘉新译.北京:社会科学文献出版社,1987.
[18]Hazen R. M., James Trefil. Science Matters: Achieving scientific Literacy[M]. P. xii. New York: Doubleday,1991.
(原载《自然辩证法研究》2009年3期。)

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