科學(xué)本質(zhì)教育的困境與出路

黃惠敏

摘要：長期以來，科學(xué)本質(zhì)教育一直面臨著三大困境：一是規(guī)范教材缺失，二是師資力量不足，三是教學(xué)效果差。究其原因，主要是由于科學(xué)本質(zhì)的內(nèi)涵不清晰，教師自身對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解困難，并且所采用的教學(xué)方法不恰當(dāng)。面對(duì)以上困境，首先，可以根據(jù)共識(shí)觀點(diǎn)初步確定科學(xué)本質(zhì)的教學(xué)內(nèi)涵。其次，運(yùn)用家族相似法有助于理解科學(xué)本質(zhì)。再者，應(yīng)將內(nèi)隱的教學(xué)方法轉(zhuǎn)變?yōu)橥怙@方法，以更加有效地提高學(xué)生的科學(xué)本質(zhì)觀。

關(guān)鍵詞：科學(xué)本質(zhì);共識(shí)觀點(diǎn);家族相似法;外顯方法

一、引言

科學(xué)教育的最終目標(biāo)是培養(yǎng)出具備良好科學(xué)素養(yǎng)的公民，其中對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解被認(rèn)為是科學(xué)素養(yǎng)的核心組成部分。理解科學(xué)本質(zhì)實(shí)際上就是要回答“科學(xué)是什么”、“科學(xué)如何運(yùn)作”這樣的問題，對(duì)此有深入的思考不僅有助于具體科學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)，還能加深對(duì)科學(xué)過程和科學(xué)事業(yè)的認(rèn)識(shí)，對(duì)科學(xué)本質(zhì)具有良好的理解才能就科學(xué)社會(huì)議題做出明智的決策。實(shí)際上，理解科學(xué)的本質(zhì)從20世紀(jì)初開始就不斷地被世界各地的科學(xué)教育改革文獻(xiàn)提倡為重要的教育成果。相應(yīng)地，科學(xué)本質(zhì)教育逐漸成為了科學(xué)教育的一個(gè)重要組成部分，即在科學(xué)教學(xué)過程中引導(dǎo)學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)進(jìn)行思考。

然而，科學(xué)本質(zhì)教育在實(shí)際的教學(xué)中卻一直步履維艱。20世紀(jì)60年代后，以美國為主，國際科學(xué)教育領(lǐng)域中出現(xiàn)了大量與科學(xué)本質(zhì)相關(guān)的實(shí)證研究。全球各地的研究陸續(xù)表明，科學(xué)本質(zhì)教育在眾望之下仍長期停滯于起步階段，絕大部分地區(qū)尚未形成一套完整有效的教學(xué)體系，也未能取得令人滿意的教學(xué)成果。本文旨在揭示科學(xué)本質(zhì)教育的多重困境，究其背后的原因，并指出突破困境之路。

二、科學(xué)本質(zhì)教育的困境

科學(xué)本質(zhì)教育的困境主要體現(xiàn)在三個(gè)方面，首先是科學(xué)本質(zhì)教學(xué)內(nèi)容的缺失與不規(guī)范，其次是師資力量不足，再者是采用的教學(xué)方法效果差。

1. 規(guī)范教材缺失

在科學(xué)本質(zhì)教育中，教材上關(guān)于科學(xué)本質(zhì)的呈現(xiàn)是學(xué)生了解科學(xué)本質(zhì)的重要途徑，也是教師展開科學(xué)本質(zhì)教學(xué)的基本依據(jù)。盡管理解科學(xué)本質(zhì)的重要性已經(jīng)得到了廣泛的承認(rèn)，但是科學(xué)本質(zhì)并不像科學(xué)知識(shí)一樣相對(duì)確定與規(guī)范地體現(xiàn)在課本之中，目前的科學(xué)教材在科學(xué)本質(zhì)方面存在著明顯不足。首先，科學(xué)教科書大多重視科學(xué)知識(shí)而忽略科學(xué)本質(zhì)方面的內(nèi)容。巧婦難為無米之炊，欲實(shí)施科學(xué)本質(zhì)教育首先必須確定科學(xué)本質(zhì)的教學(xué)內(nèi)涵，沒有規(guī)范教材的引導(dǎo)，科學(xué)本質(zhì)教育便只能落為空談而難以體現(xiàn)到實(shí)際的教學(xué)活動(dòng)之中。另外，一些教材不僅未能解決許多關(guān)鍵的科學(xué)本質(zhì)問題，甚至還傳達(dá)關(guān)于科學(xué)本質(zhì)的不準(zhǔn)確的信息（例如，科學(xué)概念與人類的創(chuàng)造力無關(guān)，存在一套放之四海而皆準(zhǔn)的科學(xué)方法等），這些錯(cuò)誤信息既誤導(dǎo)教師的教學(xué)方向，也阻礙學(xué)生科學(xué)本質(zhì)觀的發(fā)展。所以，相關(guān)教材的缺失與不規(guī)范是一個(gè)多世紀(jì)以來科學(xué)本質(zhì)教育一直面臨著的首要困境。

2. 師資力量不足

與科學(xué)教材相應(yīng)，科學(xué)教師也往往精通科學(xué)知識(shí)，卻對(duì)科學(xué)本質(zhì)知之甚少，難以勝任科學(xué)本質(zhì)相關(guān)的教學(xué)活動(dòng)。已有部分實(shí)證研究對(duì)教師的科學(xué)本質(zhì)觀、教學(xué)活動(dòng)以及學(xué)生的科學(xué)本質(zhì)觀三者之間的關(guān)系進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，就算教師對(duì)科學(xué)本質(zhì)有著充分的理解，也不一定會(huì)直接體現(xiàn)到其教學(xué)活動(dòng)之中;但是，如果教師要向?qū)W生教授科學(xué)本質(zhì)的相關(guān)內(nèi)容以促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解的話，那么教師自身必須先對(duì)科學(xué)本質(zhì)有著足夠深入的理解。然而，近幾十年來全球各地大量的實(shí)證研究卻表明，各地區(qū)、年級(jí)、專業(yè)的科學(xué)教師對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解都有所不足。比如，很大一部分教師認(rèn)為科學(xué)知識(shí)是不會(huì)改變的，不涉及主觀性，也不是創(chuàng)造力的直接作用，一些教師對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解遠(yuǎn)沒有達(dá)到可以向?qū)W生進(jìn)行科學(xué)本質(zhì)教學(xué)的水平，少數(shù)教師的科學(xué)本質(zhì)觀甚至不如學(xué)生。

3. 教學(xué)效果差

自上個(gè)世紀(jì)初以來，以發(fā)達(dá)國家為首，全球各國陸續(xù)將理解科學(xué)本質(zhì)列入科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)之中，并逐漸加大對(duì)科學(xué)本質(zhì)教育的重視，但從學(xué)生的科學(xué)本質(zhì)觀水平來看，實(shí)際的教學(xué)成果卻微乎其微。對(duì)學(xué)生的科學(xué)本質(zhì)觀的實(shí)證研究始于20世紀(jì)60年代，已有研究盡管研究方法不盡相同，但是研究結(jié)果卻大同小異，總的來說，各地區(qū)學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解普遍不足。比如，不少學(xué)生認(rèn)為科學(xué)知識(shí)是絕對(duì)的，科學(xué)研究揭示了無可辯駁的絕對(duì)真理，并且他們無法區(qū)分定律與理論的區(qū)別等。其中值得注意的是，不少學(xué)者對(duì)各個(gè)年級(jí)的學(xué)生進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)各年級(jí)學(xué)生之間的科學(xué)本質(zhì)觀并無明顯差異。并且，早期研究所指出的諸多不足在近期研究中仍然不斷地重復(fù)出現(xiàn)，總體來看學(xué)生們的科學(xué)本質(zhì)觀并沒有明顯的進(jìn)步。由此可見，科學(xué)本質(zhì)教育的實(shí)際效果亟待提高。

三、困境背后的原因

科學(xué)本質(zhì)教育的困境存在已久，因?yàn)檫@些困境背后有著更深層的原因。教學(xué)內(nèi)容的缺失與不規(guī)范是由于科學(xué)本質(zhì)的內(nèi)涵不清晰;師資力量不足則是因?yàn)榻處熥陨砣狈ο嚓P(guān)教育，導(dǎo)致理解困難;再者，教學(xué)效果差乃是不恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法所造成，而這不恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法一方面是不正確的觀點(diǎn)所致，另一方面也是教師們?cè)谥刂乩Ь持虏坏靡讯鵀橹奶颖苄赃x擇。

1. 科學(xué)本質(zhì)內(nèi)涵不清晰

科學(xué)的本質(zhì)是科學(xué)區(qū)別于非科學(xué)的根本特征，也是區(qū)分科學(xué)與偽科學(xué)的標(biāo)尺，與科學(xué)劃界問題息息相關(guān)，一直都是科學(xué)哲學(xué)的核心問題。傳統(tǒng)的歸納主義、邏輯實(shí)證主義、證偽主義、歷史主義，還有相對(duì)近期的科學(xué)實(shí)在論、科學(xué)虛構(gòu)論等，都是在從各個(gè)方面探究科學(xué)的本質(zhì)。一個(gè)多世紀(jì)以來，科學(xué)哲學(xué)得到了不斷的發(fā)展，科學(xué)本質(zhì)的內(nèi)涵也發(fā)生了巨大的變化。傳統(tǒng)的科學(xué)哲學(xué)認(rèn)為科學(xué)知識(shí)是外在客觀的反映，科學(xué)知識(shí)是已被證明的、可靠的、不變的真理，科學(xué)探究過程中不包含人類的價(jià)值觀。而后現(xiàn)代主義則對(duì)知識(shí)的客觀性提出了挑戰(zhàn)，認(rèn)為科學(xué)知識(shí)不是絕對(duì)正確的客觀真理，科學(xué)探究過程是在人類的價(jià)值影響下形成的。

總的來說，科學(xué)哲學(xué)中對(duì)科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)大致經(jīng)歷了從客觀到主觀、從絕對(duì)到相對(duì)、從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)的轉(zhuǎn)變。但是關(guān)于科學(xué)本質(zhì)的內(nèi)涵，至今仍然存在著諸多爭(zhēng)議，實(shí)際上并沒有一個(gè)統(tǒng)一的定義。這給科學(xué)本質(zhì)教育帶來了巨大的困難，因?yàn)闆]有統(tǒng)一的定義也就意味著難以編訂規(guī)范的教材。另外，科學(xué)本質(zhì)內(nèi)涵不清晰還進(jìn)一步導(dǎo)致相應(yīng)的教學(xué)目標(biāo)太空泛，教學(xué)效果難以測(cè)評(píng)，使得科學(xué)本質(zhì)教育難上加難。沒有具體教學(xué)目標(biāo)的指導(dǎo)和支配，也難以對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行有效的檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)，科學(xué)本質(zhì)教學(xué)在實(shí)際的科學(xué)教育中往往只流于表面化和形式化。

2. 教師自身理解困難

大部分教師都明白科學(xué)本質(zhì)教育的重要性，但在理解科學(xué)本質(zhì)上較為困難，所以影響其科學(xué)本質(zhì)觀和科學(xué)教學(xué) 。首先，大多數(shù)科學(xué)教師在成為教師之前沒有接受過與科學(xué)本質(zhì)相關(guān)的教育。無論是基礎(chǔ)的科學(xué)教育，還是針對(duì)科學(xué)師范生的教育，往往都只重視對(duì)科學(xué)知識(shí)的掌握而忽視對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解，直到現(xiàn)在仍有大量科學(xué)專業(yè)的師范生接觸不到專門的科學(xué)本質(zhì)教育。并且，理解科學(xué)本質(zhì)并非易事，因?yàn)榭茖W(xué)本質(zhì)是一個(gè)復(fù)雜的交叉領(lǐng)域，涉及到科學(xué)史學(xué)、科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)社會(huì)學(xué)、認(rèn)知科學(xué)等多個(gè)學(xué)科，需要教師對(duì)諸多領(lǐng)域均有一定涉略，才能對(duì)科學(xué)本質(zhì)有較充分的把握。再者，人們科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)隨著科學(xué)的發(fā)展不斷地發(fā)生著變化，教師亦需要不斷地更新和加深自己對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解才能正確地引導(dǎo)學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)進(jìn)行思考。所以，沒有接受過科學(xué)本質(zhì)教育的教師在自己理解科學(xué)本質(zhì)時(shí)較為困難，導(dǎo)致教授科學(xué)本質(zhì)時(shí)往往心有余而力不足。

3. 教學(xué)方法不恰當(dāng)

導(dǎo)致科學(xué)本質(zhì)教育進(jìn)展緩慢的另一個(gè)主要原因是教師們所采用的教學(xué)方法不恰當(dāng)。教師在實(shí)際的科學(xué)本質(zhì)教學(xué)活動(dòng)中往往采用內(nèi)隱的方法。所謂的內(nèi)隱方法是一種潛移默化的教學(xué)方法，把學(xué)生的科學(xué)本質(zhì)觀改變看作是一種附帶的教學(xué)效果。一般通過讓學(xué)生親身參與科學(xué)探究活動(dòng)，使學(xué)生在做科學(xué)的過程中感悟科學(xué)的本質(zhì)，從而樹立正確的科學(xué)本質(zhì)觀。這種方法假定科學(xué)家就是對(duì)科學(xué)本質(zhì)有著最深刻理解的人，科學(xué)探究活動(dòng)的過程中必然伴隨著科學(xué)本質(zhì)觀的轉(zhuǎn)變和發(fā)展。但是，研究表明，內(nèi)隱方法對(duì)學(xué)生理解科學(xué)本質(zhì)并沒有多大幫助。

基于所謂“內(nèi)隱方法”，教師僅僅讓學(xué)生自己“做科學(xué)”，而不用對(duì)科學(xué)本質(zhì)進(jìn)行分析與討論，一來既繞開了沒有規(guī)范教材指導(dǎo)的困難，二來也避免了自身對(duì)科學(xué)本質(zhì)認(rèn)識(shí)不足的尷尬。再加上對(duì)教師教學(xué)成果的檢驗(yàn)往往不包括學(xué)生的科學(xué)本質(zhì)觀，教師在沒有相應(yīng)教學(xué)壓力的情況下，通常不會(huì)主動(dòng)去提升自己的科學(xué)本質(zhì)觀以進(jìn)行有效的科學(xué)本質(zhì)教學(xué)。所以，在實(shí)際的科學(xué)教育中，大多數(shù)教師要么對(duì)科學(xué)本質(zhì)棄之不顧，要么避重就輕采用內(nèi)隱方法，真正進(jìn)行有效的科學(xué)本質(zhì)教學(xué)的教師少之又少，這也就解釋了為什么科學(xué)本質(zhì)教育這么長時(shí)間以來幾乎停滯不前。

四、走出困境之路

面對(duì)科學(xué)本質(zhì)教育的困境及其背后的原因，在眾多學(xué)者的努力與嘗試之下，目前已有不少突破。首先，根據(jù)共識(shí)觀點(diǎn)總結(jié)出的科學(xué)本質(zhì)清單可以作為科學(xué)本質(zhì)教學(xué)的基本內(nèi)容。其次，家族相似法為理解科學(xué)本質(zhì)提供了新的視角。再者，將傳統(tǒng)的內(nèi)隱方法轉(zhuǎn)變?yōu)橥怙@方法可以有效提升教學(xué)效果。

1. 根據(jù)共識(shí)觀點(diǎn)確定教學(xué)內(nèi)涵

所謂的共識(shí)觀點(diǎn)主要由諾曼·萊德曼（Norman G. Lederman）及其團(tuán)隊(duì)所提出和發(fā)展，其主要內(nèi)容是：在面向1-12年級(jí)學(xué)生的科學(xué)本質(zhì)教育的層面上，各學(xué)界對(duì)科學(xué)本質(zhì)的內(nèi)涵存在著一些基本的共識(shí)，應(yīng)將這些較為普遍的共識(shí)作為科學(xué)本質(zhì)的教學(xué)內(nèi)容。

一直以來關(guān)于科學(xué)本質(zhì)的看法存在諸多分歧，但這其中的大多數(shù)爭(zhēng)論其實(shí)與基礎(chǔ)教育沒有太大關(guān)系。科學(xué)本質(zhì)教育的目標(biāo)是引導(dǎo)學(xué)生發(fā)展對(duì)科學(xué)本質(zhì)的恰當(dāng)理解，以助于學(xué)生具備良好的科學(xué)素養(yǎng)。對(duì)于1-12年級(jí)的學(xué)生來說，重要的是那些與他們?nèi)粘Ｉ铌P(guān)系較為緊密，并且在他們理解范圍之內(nèi)的科學(xué)本質(zhì)內(nèi)容。因此，有必要對(duì)科學(xué)本質(zhì)內(nèi)涵進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喕苊馓^繁雜瑣碎和晦澀難懂的一些爭(zhēng)論。也正是在這樣的一般層面上，各學(xué)界對(duì)科學(xué)本質(zhì)的內(nèi)涵有著基本的共識(shí)。

這些共識(shí)即為突破科學(xué)本質(zhì)教育困境的關(guān)鍵，就是可以納入基礎(chǔ)科學(xué)本質(zhì)教學(xué)的內(nèi)容?？茖W(xué)本質(zhì)的概念與科學(xué)知識(shí)相類似，都是動(dòng)態(tài)發(fā)展的?？茖W(xué)知識(shí)并不具有絕對(duì)的確定性和穩(wěn)定性，但是我們卻能編訂出規(guī)范的科學(xué)知識(shí)教材并以之為根據(jù)進(jìn)行科學(xué)教育，這是因?yàn)?，教育的目的主要不是探索未知，而是傳授已知。雖然科學(xué)知識(shí)具有不確定性，但是目前得到普遍公認(rèn)的就是相對(duì)確定的知識(shí)，也就是當(dāng)下可以教授給學(xué)生的最好的知識(shí)。同樣的，雖然隨著科學(xué)的快速發(fā)展與對(duì)科學(xué)的系統(tǒng)思考的不斷深入，人們對(duì)科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)在不斷地改變，但是在諸多分歧之中那些相對(duì)而言得到廣泛承認(rèn)的內(nèi)容就是科學(xué)本質(zhì)目前較為確定的內(nèi)涵，也是1-12年級(jí)的學(xué)生們所應(yīng)當(dāng)理解和掌握的方面。

萊德曼及其團(tuán)隊(duì)根據(jù)長期的教學(xué)實(shí)踐與研究，并結(jié)合科學(xué)、科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)歷史學(xué)、科學(xué)社會(huì)學(xué)、科學(xué)教育學(xué)等諸多領(lǐng)域?qū)τ诳茖W(xué)本質(zhì)的基本共識(shí)，總結(jié)出了一份“科學(xué)本質(zhì)清單”，其主要內(nèi)容如下：（1）科學(xué)知識(shí)的暫時(shí)性：科學(xué)知識(shí)是暫定性的、會(huì)改變，但是在一定時(shí)間內(nèi)會(huì)處于穩(wěn)定的地位;（2）觀察和推論的區(qū)別：觀察是直接感受到的關(guān)于自然現(xiàn)象的描述性陳述，推論是超越感官的;（3）科學(xué)中的主觀性和客觀性：科學(xué)的目標(biāo)是客觀和精確，但科學(xué)中的主體性是不可避免的;（4）科學(xué)的創(chuàng)造性和合理性：科學(xué)知識(shí)是人類基于對(duì)自然世界的觀察，從想象和邏輯推理中創(chuàng)造出來的;（5）科學(xué)中的社會(huì)和文化嵌入：科學(xué)是社會(huì)和文化傳統(tǒng)的一部分，受到社會(huì)和文化的影響;（6）科學(xué)定律和理論的區(qū)別：科學(xué)定律和理論都可能發(fā)生變化，科學(xué)定律描述了在某些條件下被觀察或者感知到的自然現(xiàn)象的一般關(guān)系;（7）科學(xué)方法的多樣性：不存在一種放之四海而皆準(zhǔn)的科學(xué)方法。

根據(jù)共識(shí)觀點(diǎn)得出的科學(xué)本質(zhì)清單得到了廣泛的承認(rèn)，近年來大量的科學(xué)本質(zhì)實(shí)證研究都以此作為理論基礎(chǔ)。該清單也為科學(xué)本質(zhì)教育提供了一個(gè)有效可行的起點(diǎn)，使得科學(xué)本質(zhì)教學(xué)有據(jù)可依，為教師在具體的科學(xué)教學(xué)活動(dòng)中展開與科學(xué)本質(zhì)相關(guān)的討論提供了必要的引導(dǎo)和幫助，也為學(xué)生更加系統(tǒng)和全面地理解科學(xué)本質(zhì)提供了較為規(guī)范的指導(dǎo)。

2. 運(yùn)用家族相似法理解科學(xué)本質(zhì)

近幾年來，家族相似法逐漸發(fā)展為理解科學(xué)本質(zhì)一個(gè)新視角。眾所周知，家族相似性的概念最初由路德維?！ぞS特根斯坦（Ludwig Wittgenstein）所提出，用于解決哲學(xué)中長期以來的共相問題，后來逐漸被其他學(xué)者們應(yīng)用到諸多學(xué)科中，比如用于解釋科學(xué)的統(tǒng)一性與多樣性。

應(yīng)用家族相似法來理解科學(xué)的本質(zhì)，即把科學(xué)視為一個(gè)大家庭，將各個(gè)具體的學(xué)科比做這個(gè)大家庭中的成員，這些成員之間具備著某些共同的特征但又不盡相同。下面以天體力學(xué)、進(jìn)化生物學(xué)、地震科學(xué)、粒子物理學(xué)這4個(gè)具體學(xué)科與觀察性、實(shí)驗(yàn)性、解釋性、預(yù)測(cè)性這4個(gè)主要特征為例進(jìn)行簡要的說明。首先，天體力學(xué)具有觀察性，也能夠?qū)π行堑奈恢媒o出充分的解釋和準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，但是卻不具有實(shí)驗(yàn)性，雖然絕大多數(shù)科學(xué)學(xué)科都需要做實(shí)驗(yàn)，但是目前來講在天文學(xué)領(lǐng)域中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)根本不可能。而進(jìn)化生物學(xué)能夠很好地解釋物種的進(jìn)化，但是卻無法做出精確的預(yù)測(cè)。相似的，地震科學(xué)也能夠說明地震發(fā)生的原因，但是仍未能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)下一次地震的時(shí)間和地點(diǎn)，并且地震科學(xué)也不具有明顯的實(shí)驗(yàn)性特征。相比之下，粒子物理學(xué)不僅具備觀察性也具備實(shí)驗(yàn)性，并且在解釋與預(yù)測(cè)粒子現(xiàn)象方面也都做得非常好。以上這4個(gè)學(xué)科與4種特征之間的關(guān)系可以概括為：（1）天體力學(xué)：觀察性、解釋性、預(yù)測(cè)性;（2）進(jìn)化生物學(xué)：觀察性、實(shí)驗(yàn)性、解釋性;（3）地震科學(xué)：觀察性、解釋性;（4）粒子物理學(xué)：觀察性、實(shí)驗(yàn)性、解釋性、預(yù)測(cè)性?？梢钥闯?，這4個(gè)學(xué)科之間存在著相似性，但是又各不相同;4種特征在不同的學(xué)科中得到了不同的體現(xiàn)，這4種加上其他未列舉出來的一系列特征（如數(shù)據(jù)收集、推理、假說演繹法等）共同塑造了科學(xué)這個(gè)大家庭的面貌。如果我們嘗試著通過這些特征來給科學(xué)下一個(gè)確切的定義，會(huì)發(fā)現(xiàn)根本無法找到科學(xué)的充分必要條件。首先，明顯實(shí)驗(yàn)性與預(yù)測(cè)性就只是科學(xué)的不必要條件而已。其次，雖然觀察性和解釋性是這4個(gè)學(xué)科都具備的兩個(gè)特征，但是這也只說明觀察性與解釋性是科學(xué)的必要不充分條件，觀察性與解釋性并不是科學(xué)的專屬特征，就比如我們過馬路前看來往的車輛與紅綠燈，這也具有觀察性。也就是說，科學(xué)的各個(gè)分支之間具備著一些共同的特征，然而這些特征并不足以定義科學(xué)，也無法為科學(xué)劃界。改變?yōu)榭茖W(xué)尋找充分必要條件的思路，換用家族相似法來理解能更好地把握科學(xué)的全貌，這也正是家族相似法的優(yōu)勢(shì)所在。

家族相似法極大地拓寬了人們對(duì)科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。首先，家族相似法不僅包括了各科學(xué)學(xué)科的共同點(diǎn)，也使得各個(gè)學(xué)科的獨(dú)特之處得以展現(xiàn)，在顯示科學(xué)統(tǒng)一性的同時(shí)也很好地體現(xiàn)了科學(xué)的多樣性，描繪出了一幅較為全面的科學(xué)圖景。另外，家族相似法所提供的視角也易于理解，有助于教師提高自身的科學(xué)本質(zhì)觀。并且，通過家族相似法來理解科學(xué)的本質(zhì)具有動(dòng)態(tài)性和開放性，這更符合科學(xué)的實(shí)際情況，也更有助于培養(yǎng)師生的批判性思維，促進(jìn)對(duì)科學(xué)的本質(zhì)的深入思考與分析。

3. 采用外顯方法提高教學(xué)效率

目前已有不少學(xué)者對(duì)科學(xué)本質(zhì)教學(xué)方法進(jìn)行研究，研究發(fā)現(xiàn)，外顯的教學(xué)方法明顯比內(nèi)隱的教學(xué)方法更能有效提高學(xué)生的科學(xué)本質(zhì)觀。外顯方法指實(shí)施科學(xué)本質(zhì)教學(xué)的過程中，明確地指出相應(yīng)的科學(xué)本質(zhì)內(nèi)容，直接討論和反思關(guān)于科學(xué)本質(zhì)的問題，如：你認(rèn)為科學(xué)知識(shí)會(huì)變化嗎？為什么？如果會(huì)變化，請(qǐng)舉例說明。外顯方法通常結(jié)合社會(huì)性科學(xué)議題，或者融入科學(xué)史和科學(xué)哲學(xué)來進(jìn)行教學(xué)。

社會(huì)性科學(xué)議題指的是由科學(xué)的發(fā)展與應(yīng)用引發(fā)的一系列具有爭(zhēng)議性的議題，比如轉(zhuǎn)基因食品、基因編輯、人工智能等。利用社會(huì)性科學(xué)議題情境進(jìn)行外顯的科學(xué)本質(zhì)教學(xué)，一方面能激發(fā)學(xué)生的興趣，通過開放性與爭(zhēng)議性的熱點(diǎn)問題，學(xué)習(xí)其背后的科學(xué)知識(shí)與科學(xué)本質(zhì)，另一方面也能讓學(xué)生學(xué)以致用，培養(yǎng)其分析和解決實(shí)際問題的能力。以基因編輯這一議題為例，在實(shí)際教學(xué)中，可以先進(jìn)行相關(guān)生物知識(shí)的教學(xué)，在此基礎(chǔ)上再引出該議題，根據(jù)科學(xué)本質(zhì)的基本內(nèi)涵引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行小組討論。另外，也可以將基因編輯這一議題作為課程的主線，在介紹、討論該議題的過程中穿插進(jìn)行具體知識(shí)的學(xué)習(xí)。

在科學(xué)教學(xué)中融入科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)，并不意味著將科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)作為獨(dú)立的學(xué)科進(jìn)行教學(xué)，而是通過原本科學(xué)課程背后值得探討的科學(xué)史故事與科學(xué)哲學(xué)的觀念，把科學(xué)本質(zhì)內(nèi)容體現(xiàn)到課程之中，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考和討論，進(jìn)行外顯的科學(xué)本質(zhì)教學(xué)。由此可以使學(xué)生了解科學(xué)探究是如何進(jìn)行的、科學(xué)知識(shí)是如何產(chǎn)生的、科學(xué)的作用與局限等，從而促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解。

實(shí)際上，無論是內(nèi)隱方法還是外顯方法，與具體的教學(xué)內(nèi)容和方法并沒有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。例如，如果在科學(xué)探究活動(dòng)中直接討論科學(xué)本質(zhì)問題，那就屬于外顯方法。即使結(jié)合社會(huì)性科學(xué)議題，或者融入科學(xué)史和科學(xué)哲學(xué)，如果沒有明確提出科學(xué)本質(zhì)問題，仍屬于內(nèi)隱方法。因此，外顯方法除了結(jié)合社會(huì)性科學(xué)議題、融合科學(xué)史和科學(xué)哲學(xué)教學(xué)之外，還可以在科學(xué)概念、科學(xué)模型、科學(xué)定律、科學(xué)理論等科學(xué)知識(shí)的教學(xué)中直接展開科學(xué)本質(zhì)教學(xué)。

由于外顯方法能夠有效營造出觀念沖突與反思的情境，有助于學(xué)生科學(xué)本質(zhì)觀的轉(zhuǎn)變與發(fā)展。因此，在科學(xué)本質(zhì)的教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)提倡教師們將內(nèi)隱的教學(xué)方法轉(zhuǎn)化為外顯方法。

五、結(jié)語

總的來看，科學(xué)本質(zhì)教育所面臨的困境是多方面、多層次的，且各方面的困境及其背后的原因又互相影響、互相阻礙。欲突破科學(xué)本質(zhì)教育的重重困境，首先要確定科學(xué)本質(zhì)的教學(xué)內(nèi)涵。盡管各學(xué)界對(duì)科學(xué)本質(zhì)存在諸多爭(zhēng)議，但是實(shí)際上在基礎(chǔ)教育的層面上存在著一些普遍的共識(shí)。應(yīng)將這些共識(shí)觀點(diǎn)作為科學(xué)本質(zhì)教育的基本內(nèi)涵，為科學(xué)本質(zhì)教育提供一個(gè)有效可行的起點(diǎn)。其次，提高教師自身的科學(xué)本質(zhì)觀是進(jìn)一步突破科學(xué)本質(zhì)教育困境的關(guān)鍵。家族相似法是理解科學(xué)本質(zhì)的一個(gè)新視角，為教師對(duì)科學(xué)本質(zhì)進(jìn)行深入的思考與分析提供了有效路徑。為幫助教師加深對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解，形成一套恰當(dāng)?shù)目茖W(xué)本質(zhì)觀，應(yīng)提倡教師學(xué)習(xí)和掌握必要的科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)。目前可以對(duì)在職教師進(jìn)行科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)的相關(guān)培訓(xùn)，而在今后的科學(xué)教師的培養(yǎng)過程中，應(yīng)將科學(xué)本質(zhì)作為與科學(xué)知識(shí)一樣重要的必修課，為其之后的科學(xué)本質(zhì)教學(xué)打好基礎(chǔ)。教師在對(duì)科學(xué)本質(zhì)有了足夠深入理解的基礎(chǔ)上，應(yīng)將傳統(tǒng)的內(nèi)隱教學(xué)方法轉(zhuǎn)變?yōu)橥怙@教學(xué)方法，并在教學(xué)過程中不斷摸索更為有效可行的教學(xué)模式，以提高學(xué)生的科學(xué)本質(zhì)觀及科學(xué)素養(yǎng)。最后，需要說明的是，本文所指出的突破科學(xué)本質(zhì)教育困境之路并非獨(dú)創(chuàng)，很大部分都來自于他人的杰出工作。但同時(shí)也需要指出的是，本文仍然做了一項(xiàng)基于自身思考的獨(dú)立工作，即對(duì)科學(xué)本質(zhì)教育的多重困境進(jìn)行梳理，究其背后的原因，并將諸多學(xué)者所做出的突破貫穿成一條走出困境之路。

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