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科学文化视角下的大概念科学教育———论科技馆场域中的展教活动/ 苏昕音袁

摘 要 构建科技馆的科学文化生态，旨在丰富受众的科学知识、深化科学思想、培养科学精神、提高科学认知。 大概念科学教育可以促使学生进行连续的、整体的科学探究活动，进而增强判断能力和创新意识。事实上，实现大概念科学教育和构建科学文化生态具有目标一致性。 鉴于大概念科学教育与科学文化生态的内在联系，试图在科技馆的实践场域中，依据大概念的理论来建构科学文化的内容，以此来反观科技馆中展教活动的必要性和现实困境，带来关于设计与研发工作的全新启示和要求。关键词 科学文化 大概念科学教育 科技馆 展教活动

0 引言

科学在短短数百年间所创造的奇迹， 完全改变了世界的面貌，如同暗夜里的一束星光，闪耀茫茫天际，让人类开始走向通透和文明。 其中，文化是科学的固有属性之一， 科学文化也是自近代科学复兴以来， 基于科学实践而逐渐形成的一种新型文化。 那么，科学与文化的碰撞，将会带来哪些变革？ 如何借助科学文化完善科学教育？ 下面就结合大概念科学教育， 为当代我国科技馆场域中展教活动的发展提出可供参考的建议。

1 科学文化的内涵与结构

科学技术是第一生产力， 中国的全面腾飞离不开科学技术的助力。 但当前，我国在提高科研实力、实现跨越式发展的同时， 却在一定程度上忽视了科学文化的传承与表达， 这也造成我国可持续发展中的薄弱环节。 科学素质已经成为当代人基本素养的一个标志，因此重视科学普及、弘扬科学精神，是时代赋予我们的使命。从文化的视角来研究科学教育，

一方面是在认同科学是一种文化的大前提下， 运用哲学的观点探讨科学的文化本质及其属性； 另一方面是立足价值论分析科学文化的实践作用， 从而加深人们对于科学教育之文化视角的肯定。

1.1 科学文化的定义

虽然科学文化的发展史十分短暂， 但科学文化并非孤立存在，而是以科学为载体，反映了科学及科学共同体的精神气质， 蕴涵着科学的情感真谛与文化象征，营造了崇尚科学的文化氛围。在人类不断探索和创新的进程中，所形成的普世理念、行为准则等的合集则为科学文化， 它根植于科学丰沃的土壤之下，潜移默化地影响世人[1]。

在科学文化推动科技发展、 产生科技成果的同时，科技也将反作用于科学文化，持续地优化改造文化精神。 科学知识被视为人类从事科学劳动的基本产品， 展现出人类社会在某一特定时期达到的发展进度与深度。科学知识是构成科学文化的理论基础，若失去科学知识，科学文化也就无从提起。

1.2 科学文化的结构

目前， 主流观点把科学文化的结构大致分为四

层：科学的器物文化为最外层，然后依次是科学的制度文化、科学的规范文化，以及最内层的科学价值观构成。 （）科学的器物文化是指基于前沿研究而诞1

[2]

生的知识产品， 该部分已在世界范围内的多种文化中得到广泛确认。（2）科学的制度文化是指科学事业健康发展所需的社会建制与制度安排， 如各国或集中或分散的科技体制、形式各异的评价机制等。（3）科学的规范文化是指科学本身特有的精神气质与规定要求，具有逻辑性、系统性等特点，它是人类在认识主体生命世界的进程中， 创造出来并实际运用的方法和手段[3]。（4）科学价值观是科学发展的终极目标———探求真理，突出了科学的非个人性特征，这也是科学能够放之四海而皆准的根源所在[4]。

因此，树立正确的科学文化观念，具有极其重要的理论与现实意义。 当今科学传播的传播形式已从传播者到受众的单向传播，转变为多主体、开放式的交互传播，传播内容也从传统的“四科”（科学知识、科学方法、科学思想、科学精神）延伸到更为广泛的“科学文化”范畴[5]。 科学文化中所蕴藏的教育功能不只是传授科学知识和科学方法， 还是培养受教育者的科学精神和道德品行， 这样才能真正实现科学文化的全局发展与科学教育的育人价值。

2 科学文化与大概念科学教育的联系

科学文化是人类社会最重要的文化之一， 有着十分深厚的教育内涵与实践意义。 忽视科学文化的表达，过分强调知识本身的讲授，是现阶段科学教育的一大误区。 科学文化的阐释促使我们从人文、技术、社会等视角全面审视科学教育的真谛，同时也鞭策着教育者务必重视科学文化的精神、方法、观念等关键组成。

人们对科学教育方式的选择一定程度上受制于对科学文化的理解深度，因此科学文化与大概念科学教育的作用密不可分———毕竟， 提升科学文化水平本身就是大概念科学教育中不可或缺的重要内容[6]。科学文化内部包含科学知识、科学方法、科学思想、科学精神等。若将文化与科学连接起来，势必会带来对科学教育的思想性转变， 而这正是科学教育转型的基本目标。 因此，在科学教育的实践中，大概念是必然的发展方向， 教育工作者需要强调的不只是探

究过程，更重要的是融入科学文化的内核，通过构建以大概念为目标的教育框架体系， 帮助学生理解科学的精神内在，从而更好地组织和运用科学知识，促进大概念理论下的教学相长[7]。

2.1 科学教育中科学文化构建的价值与困境

法国科学家亨利·庞加莱说，“科学是一步步建立于事实之上的， 就像房子是用砖石砌成的一样”。但我们知道，事实的堆积不一定是科学，如同堆在一起的一堆砖石不一定是房子[8]。 科学教育不是向人们灌输一些零碎、 分散的知识碎片和堆积成山的公式定律， 而是围绕科学领域中的核心概念和发展模型———大概念来进行再造。结合科学文化的定义，进一步通过大概念理论解释一系列科学现象，不管受教育者将来是否继续深造学习、是否从事科研工作，这些文化精神与大概念对于他们都大有裨益。

客观来看，目前我国科学文化的体系构建尚未成熟，这已成为科学教育健康发展的重大制约环节[9]。长期以来，我们把“知识”与“科学”画上了等号，而科学的人文气息则较为匮乏， 导致缺少知识之根本的科学文化无法通过知识的产生和传播形成影响力。此外，由于应试教育的步步紧逼，在急功近利的大环境之下，人们对科学本质的认识大多停留在技术层面，于是科学课程便沦为理论介绍。 另外，在学校教学中，各学科间普遍缺乏共通联结，使得科学难以自由发展。 但这是颇为庞杂的系统工程， 绝非一己之力、一日之功可实现，其不仅是教育问题，而且与政治、经济、文化等各个方面息息相关。

2.2 从科学教育到大概念科学教育

以往科学教育都是作为教育内容的分类要素出现的，直到 2010 年，大概念理论才被引入———正是源于学者们对于科学教育困境的深入反思。 英国教育家温·哈伦在《科学教育的原则和大概念》一书中提出， 科学教育应该致力于理解一些科学上有关的大概念，包括科学概念和关于科学的概念。科学大概念是指有结构、有联系的科学核心概念和模型，是在具体科学概念的基础上形成的对科学事实和科学探究更为宏观而概括性的认识和观念[10]。 科学教育的内容是海量而繁杂的， 若我们仅仅进行知识或技能的教育，对于科学人才的培养来说是远远不够的，广大受教育群体需要的不是数学、物理、化学、工程等

学科知识的分类与综合， 而是想要获得在此基础上对于变化规律、研究过程的一般认识，以及概念体系的构建，即科学真理在思想层面上的升华，因此科学教育应尽可能借助“大概念”来统领各学科。

本文所涉及的“大概念”包括学科核心概念和跨学科的共通概念。核心概念是指位于学科核心的概念性知识，包括原理、理论等的基本内容，是能够展现当代学科发展蓝图的重点部分；共通概念则是当前国际科学教育中的重要内容，并逐渐引领科学教育的主要方向。前者倾向于整合某一学科内的知识，后者侧重于组织跨学科的内容。 例如，加拿大修订后的《科学课程标准》 旨在探讨科学的本质及培养未来的创新人才，亦是以“核心概念”和“共通概念”作为主要脉络[11]。试图围绕三维教育目标，在教学的开篇说明该课程的核心概念与共通概念的联系，然后层层深入铺垫对大概念的运用[13]。打个比方，如果说核心概念是“心脏”，那么共通概念就是“躯干”“四肢”，衔接起完整的学习过程，进而打通科学教育的学科壁垒[12]。

另外， 核心概念和共通概念的区分并没有既定的标准，诸如能量、物质等既是共通概念也是核心概念。 现在，我们正以大概念为纽带，帮助受教育者形成系统化的知识脉络和概念体系。

2.3 科学文化与大概念科学教育具有目标一致性

科学所承担的文化属性将有利于人们全面地认识科学、实践科学。科学文化是创新科学教育发展的核心内容， 其以独有的文化内涵催生了现代教育制度，同时也促进了大概念科学教育的诞生[14]。科学教育不仅可以用来指代某些科学知识或者科学方法，更是一种深厚的文化素养的体现。

由于科学文化与科学教育有着内在的目标一致性，二者始终相辅相成、互相促进。 科学文化不仅拓宽了人类了解科学的渠道， 同时为科学教育提供了丰富的教学资源，对受众情感、态度和价值观的塑造具有深远影响。其次，在探索科学文化内在结构的过程中，会使我们进一步认识、评估科学文化组成部分的教育价值，如科学文化对于培养学生世界观、价值观和人生观的积极作用，科学精神在培养学生求真、平等、自由等方面的积极作用[15]。 整体来看，科学文化是科学教育在人类社会中建制的精神基石， 若没有科学文化的内在，那么大概念科学教育不过是“无源之水、无本之木”而已。与此同时，科学文化也始终随着科学教育的发展而不断完善。可以预见，科学文化对于科学教育来说具有十分重要的教育属性和功能意义，建设科学文化下的科学教育事业必将是长期的发展任务。

2.4用大概念科学教育构建科学文化的内涵

科学文化体现了科学的文化价值， 是科学教育的精神宝藏，引领了科学教育的前进方向。我们要用大概念科学教育构建科学文化的内涵， 以科学文化引导国家的科学教育改革， 把加强科学文化置于举足轻重的战略地位。

但是今天， 国内的科学教育大都停留在“有知识、没文化”的尴尬局面，迫于应试制度的功利性，忽视了科学文化的熏陶以及实践能力的培育[16]。 值得深思的是，科学教育的本质正是一种科学文化教育，其包括知识技能在内的整个科学体系， 是激发起人们对自然和科技热爱的教育，是深切感受、体悟生命的教育[17]。

3 科技馆场域中的展教活动

现阶段，信息交互带来了知识爆炸，科学教育不得不回答“如何表达科学”的问题。 由科学教育的本身出发论证科学教育的改革与发展，常令人有“不识庐山真面目”之感，而科学文化概念的引入则达到了“他山之石，可以攻玉”之效。当我们从科学文化的视角参照科学教育， 利用大概念科学教育与科学文化生态的目标一致性，便会凸显科学的人文价值，得以从更广阔的范围、 更丰富的思维去改进和优化当下的科学教育工作。而科技馆等公共科普场所作为“国家科普能力建设”的主要阵地之一，应当明确未来的发展方向，更好地发挥科学教育的功能。

3.1 科技馆科学教育的策略演变

场馆建筑的竣工并不是最后的成功， 只有将馆内的装置通过科学的运营和管理， 挖掘展品的教育价值，进而全面提升全民科学素质，才是科技馆行业共同的宗旨。

目前， 我国的科技馆科学教育正在经历巨大转折，即从以展厅、展品、展览为主的“见物不见人”到注重体验与情感联系的“以人为本”[18]。 但由于离散式、开放性学习的客观条件，科技馆的科学教育模式

仍需完善———与学校教育区分，致力于非正规教育，关注大概念中的“实践性、跨学科”特点。

事实上， 科技馆的展教活动是帮助观众群体学习的工具， 在实际应用中对概念的深刻理解远优于片面记忆。笔者建议，不妨将科学概念与日常生活紧密结合，展现科技创新与社会发展的内在联系。科技馆展教人员可在教学场景中扮演科学家的角色，呈现出科学探索的真实过程， 启发学生的学习兴趣与学习行为。 值得注意的是，在讲授知识的时候，不仅要分析论证，并且要叙述缘由和背景。 当然，想要有效实现概念的转变， 教育者必须首先让学生认同科学大概念的合理性。

3.2 科技馆科学教育的实践案例

目前，国内科技馆建设在规模体量、布展装饰等方面的花费已经达到甚至超过了部分欧美发达国家，面临着“教育大于展品，软件大于硬件”的转型契机。 割裂地学习知识，知其然而不知其所以然，绝不是令人满意的科学教育。那么，在千馆一面大同小异的今天，我们如何讲述一段与众不同的科学故事呢？笔者认为，关键在于教育理念和教育手段的创新。下面将着眼于工作实践， 具体说明如何通过大概念科学教育，为公众带来精神牵引和震撼。

在开展科学教育的过程中， 虽然会发现无法穷尽的知识点，但可以尝试先将某些内容进行整合，形成一个具体的概念，这就是上文提及的“大概念”。其主要分为核心概念和共通概念： 核心概念使得不同内容归于一条知识链，有利于把握整体的架构，起到提纲挈领的作用； 共通概念则让各学科内容因为某个共性而产生联系并形成串联， 展示了清晰的知识逻辑。二者具有不同的属性和要求，前者针对同一个科目，后者面向不同的科目。以科技馆常设的基础科学展厅为例，一般的策展思路是按照学科来划分，虽能简要概括各学科知识的重点和难点， 却无法传达跨学科的脉络和大科学的体系， 不利于观众的全面认知与掌握。

基于大概念教育的理论，结合科学文化的背景，我们试图突破传统的展教思路，超越单一而机械的知识填塞，让观众感悟科学先驱们的探索精神。如图1所示，回顾科技史上数学、力学、声光、电磁的发展历程， 不难发现这些基础学科之间存在着千丝万缕的联系，它们既相对独立又环环相扣。 从某种意义上说，“大概念”仿佛胶水一般将碎片化的知识进行整合。

虽然还是“声光电磁”四大样，但当我们把科学的灵魂注入冰冷的展品，打造“与科学家工作环境一模一样的科学文化氛围”，就既发挥了联系多门学科的优势， 又克服了单一学科片面性、 效能不足的劣势。 让观众化身为科学家，在科技史上的诸多节点，为一个个开天辟地的重大发现欢欣鼓舞， 为一个个悬而未决的经典争论忧心忡忡， 为一个个坚持真理的科学巨人摇旗呐喊， 不知不觉地在参观体验中习得直接经验，实现从旁观者到亲历者的角色质变。科学是理性的，但科学的进程却充满了感性的色彩，唯其如此，科学才会深入人心。

比如在力学领域， 我们选取了贡献最大的三位科学家———阿基米德、伽利略、牛顿作为展示主干，辅以受其影响的其他科学家作为支线，依据这些先贤的智慧结晶为线索设计展品，并利用大概念教育理论构建学习清单，自易到难，由浅入深，开展了“自制迷你杠杆”“灵活的弹簧”“打气筒的奥秘”等动手活动。

4 结语

综上所述，科学文化作为一种教育资源，不仅包括科学知识与方法，而且包括科学的过程和活动。科

学文化视角下的大概念学习是一个不断积累、 丰富和发展的过程。科学文化的众多概念并非一盘散沙，它们彼此之间的联系构成了科学教育的概念体系。

站在科学与文化的十字路口， 科学教育需要关注科学情感、 科学态度和科学价值观等精神层面的提升，运用大概念加强科学理论和科技史教育，揭开科学背后的面纱， 最终实现科学思维的培养与文化底蕴的塑造。

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（2019-11-07 收稿，2019-11-24 修回）