2016, Vol. 6
2015年9月发布的《2015中国公民科学素质调查主要结果》显示，“我国公民科学素质水平大幅提升，2015年具备科学素质的公民比例达到了6.20%，圆满完成了‘十二·五’我国公民科学素质水平超过5%的目标任务；各地区的公民科学素质水平均有不同程度的提升”。[1]其中“上海、北京和天津的公民科学素质水平分别为18.71%、17、56%和12%，位居全国前三位”。[2]尽管我国各地区的公民科学素质均有大幅度提升，但与发达国家相比仍有不小差距，以水平最高的上海和北京为例，也只达到了美国1999年的水平（17.3%）。
一、从PISA测试看我国公民科学素养短板针对“科学素质”(也可称“科学素养”)，目前国际上有众多定义。经济合作与发展组织(Organization for Economic Cooperation and Development，OECD)认为，科学素质是运用科学知识，确定问题和作出具有证据的结论，以便对自然世界和通过人类活动对自然世界的改变进行理解和作出决定的能力。该组织举办的“国际学生评价项目”(Program for International Student Assessment，PISA)中将科学素养作为其重要的评价领域。《全民科学素质行动计划纲要(2006-2010-2020年)》(以下简称《纲要》)认为科学素质“是公民素质的重要组成部分。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”[3]，即科学素质既包括公民对科学知识、方法、思想、精神的知晓，也包括公民对科学技术的应用能力和探究能力的掌握，缺一不可。
公民对科学技术的应用能力和探究能力是决定一个国家科技水平的基础，这种能力突出表现在公民利用科学技术解决问题的能力，但如何对这种能力进行大规模有效评估仍然是一个难题。目前世界各国普遍采用美国米勒体系对公民科学素质进行评价。[4]但米勒体系是以知识为导向的公民科学素质评价体系，这套评价体系对公民的科学技术应用能力、研究能力无法进行有效评估，而由OECD举办的PISA测试无疑有相对成熟的评估办法。尽管PISA测试主要针对的是一国的青少年群体，但从2012年的PISA测试结果来看对全面把握我国公民科学素质仍然有着启示性的作用。
PISA是OECD“为满足学生学业成绩的跨国比较研究需要，满足社会发展对人力资本的质量监控要求，克服以往教育对学生评价的不足与缺陷，于1997年启动开发实施”[5]的项目，“PISA主要对即将完成义务教育的15岁学生进行评估，测试学生们是否掌握了参与社会所需要的知识与技能”[5]，其“测量的内容主要是生活所需要的基本知识和技能：阅读素养、数学素养、科学素养以及问题解决能力，重点考查学生运用所学知识和技能解决实际问题的能力”[5]，“还收集学生的学习态度、学习策略、家庭背景以及学校因素等影响学生表现的背景信息”[6]，2012年起在四项基本素养之外PISA还增加了对学生财经素养的测评。
2012年，上海第二次参加PISA测试，测试结果与第一次大致相当，在阅读(平均成绩为570分)、数学(平均成绩为613分)、科学(平均成绩为580分)、财经(平均成绩为603分)四大领域获得了全球第一的好成绩。从PISA的测试成绩来看，尤其从科学领域的测试成绩来看，似乎中国青少年(至少上海青少年)的科学素养已经不成问题，甚至全球领先。但事实真的如此吗？
在PISA测试中，对于“问题解决能力”的测评尤其值得关注。PISA认为，问题解决是个体运用认知过程来面对和解决真实的、跨学科情境问题的能力，在这一情境中，问题解决的路径不是显而易见的，并且个体可能应用的素养范围或课程领域也不在单一的数学、科学或阅读的范围中。这样，问题解决能力不同于单一学科领域的能力，它强调在真实情境中运用跨学科知识的能力。[6]上海学生在2012年的PISA问题解决能力领域中的平均得分是536分，紧随新加坡等东亚六国和地区，高出全球平均分36分，位列全球第7。这样的成绩不可谓不高，但若对测试情况进一步解读，则可看到问题的另一面。PISA认为人们根据已知条件解决问题(即解决静态环境中的问题)所展现出的能力与根据未知条件解决问题(即解决动态环境中的问题)所展现出的能力是不同的。因此PISA按照所解决问题依据的条件是已知的还是未知的，将问题解决能力领域的测试问题划分为动态问题(interactive problem)和静态问题(static problem)。“动态问题”通常是指利用从某种陌生事物中所探索出的规律来加以解决的问题。而“静态问题”则可以进一步分为充分定义问题和未充分定义问题。所谓“充分定义问题”是指在解决过程中，问题的目标、条件和方法等均已为人所知且不会发生改变的问题；所谓“未充分定义问题”是包含多种已知但可能相互冲突的目标，一个目标的达成可能影响另外一个目标达成的一类问题。此外，PISA还认为人们解决问题实际包含着“知识获取”(knowledge acquisition)与“知识应用”(knowledge utilization)两个过程。“知识获取”是指人们通过观察，全面了解信息，充分调动已有知识，构建一个基于所需解决问题的完整的知识体系；而“知识应用”则是指人们基于知识的获取，由抽象到具体，针对问题，从知识到行动的过程。[7]
将不同国家、地区学生的答题结果根据“动态/静态问题”、“知识获取/应用”两个维度所组成的四个象限进行观察，可以发现中国学生长于静态问题解决和知识获取，但短于动态问题解决和知识应用。相反，在问题解决能力领域总体表现不佳的美国(508分，排名第18)、巴西(428分，排名第38)、爱尔兰(498分，排名第22)学生在需要通过探索问题的情境并收集行动效果的反馈以获取有用的信息这类动态问题上表现反倒最好。这些学生，为解决动态问题，需要接受新事物，容忍质疑，敢于凭直觉提出解决方案，而这些方面恰恰是上海学生欠缺的。
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图1 2012PISA测试各国、地区学生问题解决能力具体情况 |
此外，在人们的一般观念中，学生的问题解决能力与学生的阅读、数学、科学素养呈正相关，因此PISA基于此提出了“问题解决能力预期值”的概念，尽管上海学生问题解决能力整体得分不错，但相较预期值上海学生的表现就不那么尽如人意了。从图 2可以看出，上海在此项中仅高于保加利亚列全球倒数第二①（①对于这部分数据的解释可参见OECD (2014), Are 15-year-olds creative problem-solvers? PISA in Focus - 2014/04 (April)[EB/OL]和OECD (2014), PISA 2012 Results: Creative Problem Solving: Students' Skills in Tackling Real-Life Problems (Volume V), PISA, OECD publishing. Annex A3.） 。
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图2 2012PISA测试各国、地区学生问题解决能力实际得分与预期值之差 |
如果将测试结果与《纲要》中对“科学素养”的定义相比照，我们可以看出，当前我国青少年在科学知识的掌握上有着优势，但是在应用能力、探究能力上则有着明显的欠缺。这种应用能力、探究能力的欠缺，同时也反映出科学方法、科学思想和科学精神的欠缺。这与具备科学素养的要求是有较大差距的。
同时，测试结果也与了解中国教育的每一个人的经验是相契合的。当前，中国教育尤其是基础教育主要呈现的特点为高强度训练和分科教学。从PISA测试来看，PISA各领域的测试试题，其内容是以解决当下生活问题为要求的，所涉学科知识要求较低；从题目形式来看，PISA试题与我国学生平时经常操练的应用题相近，其难度甚至要更简单，因此PISA测试题在习惯于操练的上海学生(乃至中国学生)看来，自然是驾轻就熟。此外，分科教学在我国有着悠久的历史传统，在今天仍然是当前我国科学教育的主流。现代学校教育制度被引入我国后，尤其是在诸如高考、中考等分科考试的推波助澜下，分科教学的地位在我国教育领域十分牢固。这种教学模式固然巩固了学生的学科知识，但从深层次来看，其一不利于学生采取更宏观的视角来理解科学技术的整体意义，其二也人为设置了学科交叉融合的障碍，局限了学生用多学科知识解决具体问题的可能性。在分科教学的逻辑下，以知识点为核心的课程标准的重要性凸显了出来，长期以来，课程标准一直在基础教育阶段各学科中居于核心位置，围绕各知识点展开、设计的各种习题、考题成为了检验学生知识点掌握与否的抓手。这种模式当然有助于巩固学生的知识点掌握，但从“知识点”走向“真实情境”却并非一路畅通。要处理和解决真实世界中的问题一方面需要跨学科的知识(某种程度上甚至要应用超出学段要求的知识)；另一方面更需要学生勇于接受新事物，容忍质疑，敢于提出方案，而这些能力和素养的养成都需要学校教育发挥作用。但在分科化、知识点化科学教育的视野中这样的能力和素养无疑只能退居次席。
二、聚焦问题，补齐短板，着力提升公民科学素养长期以来，提升我国公民科学素养始终受到国家的高度关注和重视。一方面，2002年我国开始实施《中华人民共和国科学技术普及法》，从法律角度对科普工作做了规定；同时，随着《纲要》的实施，各项工作也有了明确的内容和要求。近年来我国国民科学素养快速提升，也正是有赖于良好的政策支持和组织推进。但是从另一方面来看，当今世界科技发展日新月异，我国国民科学素质，尤其是其中的应用能力和探究能力距离世界一流水平还有较大差距，作者认为要提升公民的科学技术应用能力和探究能力关键还是要从教育入手，具体主要包括以下几个方面：
一是在实施主体上，要从目前单一的政府、学校主导向政府、学校、社会联合推进转变。政府要做好科学教育的基础设施建设、政策支持和经费保障工作，要严格按照《科普法》、《纲要》的要求，将科学教育纳入教育教学改革的内容中来，要做好标准制定、市场准入、政策引导、资源支持等工作，同时充分利用宣传渠道，营造全民参与的科学素养培育环境；学校作为青少年科学教育的主战场，要充分发挥自身的科技优势和资源优势，同时根据科学技术的发展趋势，与时俱进地改进科学教育内容和方法，全面提升青少年科学素养；社会要充分发挥市场资源配置的优势，在政府规范的范围内，以市场化的方式提供科学教育服务，同时发挥自身在技术应用转化方面的特点，提升青少年的技术应用能力，培育科学思想和科学精神。
二是在实施空间上，要从目前的校园范围扩大到包括学校、博物馆、科技馆、产业园、创业社区等的科学教育空间。要充分发挥高校实验室、图书馆等有利资源，为青少年科学素养培育提供资源；要充分发挥博物馆、科技馆等科学技术的普及和宣传作用，一方面不断更新、改善博物馆、科技馆等场馆的参观环境和展示内容，另一方面对青少年提供政策优惠和参观指导，打造青少年科学教育的校外基地；要充分发挥产业园、创业社区的前沿科技应用和转化功能，展示最新的科技应用成果。
三是在实施方式上，要充分发挥信息化对科学教育的推动作用。当前，教育信息化作为我国教育现代化实现的重要途径，已经成为当前推进教育综合改革的重要手段。在第二次全国教育信息化工作会议上，刘延东副总理出席并作出了重要指示。教育信息化立足于当前世界发展形势和我国教育发展要求，在推进教育治理，改革教育教学内容，打造全民学习、终身学习的学习型社会过程中有着不可替代的作用。在青少年科学教育领域，要通过结合教育信息化平台的推进，建立青少年网上科学教育平台，整合优势资源，针对性地提供科学教育内容；要通过和高等院校、科技场馆等合作，推出线上博物馆、科技馆的建设；要充分发挥“互联网+”教育的优势，打造学科教育的“互联网+”产业，在教育宣传、平台建设、内容改革等方面取得突破。
四是在实施模式上，可以结合目前方兴未艾的STEAM教育，进行我国科学教育模式改革。所谓STEAM是Science(科学)、Technology(技术)、Engineering(工程)、Arts(人文)、Mathematics(数学)这5个单词的缩写。STEAM 的前身是由S、T、E、M四个字母组成的STEM教育，STEM教育所培养的是由科学素养、技术素养、工程素养和数学素养组成的STEM素养。需要指出的是，所谓STEM素养不只是上述四种素养的简单组合，而是把学习到的各学科知识转变成一个探究世界相互联系的不同侧面的过程，它更加强调学生在杂乱无章的学习情境中的问题解决能力。2001年，STEM教育这一术语第一次为美国官方所使用，并被定义为“情境”之中的教育探究及学习，学生们通过解决真实世界的问题来为自己“创造机会”。新世纪的第二个十年，人们日益认识到科学技术与人文之间的紧密关系，因此又把Art置入其中。美国30年的STEAM发展呈现出两大趋势：一是从高等教育走向基础教育；二是从分科走向融合。《2015年地平线报告：K12版》提出，“STEAM学习的崛起”将成为“未来一至两年技术驱动K12教育的重要趋势”。这些趋势都对我国的科学教育有着极大的借鉴作用①（①相关研究成果可参见：任友群，张逸中.STEM视角看教育改革如何促进科技创新.文汇报，2015.7.17.）。
事实上加强教育教学中的学科融合、问题引领，并把这一思路有效融会在每一学科中是提升我国青少年科学技术的应用能力和探究能力，进而全面提升我国公民科学素质的重要途径。目前正在进行的国家高中课程标准修订就是很好的一次把这样思路融入课程的机会。这样的思路不仅适用于基础教育，也同样适用于高等教育(某种意义上高等教育对这种教学思路的需求更加急迫)，毕竟美国的STEM最早的发端就是高等教育。
| [1] | 2015中国公民科学素质调查主要结果.2015. 2.( 2) |
| [2] | 2015中国公民科学素质调查主要结果.2015. 3.(1) |
| [3] | 全民科学素质行动计划纲要(2006-2010-2020年).2006.(1) |
| [4] | 李群.中国公民科学素质报告(2014).北京:社会科学文献出版社,2014:24. (1) |
| [5] | 蒋德仁.国际学生评价(PISA)概说.浙江:浙江教育出版社,2012:1.(1) |
| [6] | 蒋德仁.国际学生评价(PISA)概说.浙江:浙江教育出版社,2012:2.(1) |
| [7] | OECD. PISA 2012 Results:Creative Problem Solving:Students" Skills in Tackling Real-LifeProblems (VolumeV),PISA,OECDpublishing. 2014:84.(1) |