第二章科学的本质与生物学素养

2019/8/161第二章科学的本质与生物学素养2019/8/162本章学习目标：1．用自己的话解释科学的本质和特征。2．举例说明科学的不同维度。3．描述一个具有科学素养的人。2019/8/163科学教育（包括生物学教育）是以两个方面的认识为基石的：一方面是对儿童的特点和他们的学习规律的认识（将在第五章讨论），另一方面是对科学的性质、特点和科学思维方法的认识。科学教育工作者，不论是课程设计人员还是一线的教师，对这两个问题的不同认识，将会直接导致有不同的教育产品。因此，本章内容涉及科学的性质和特点，为什么要在科学教育中体现这些特点，如何体现这些特点，还讨论了对科学教育最基本的认识及能够让学生更有效地学习科学的途径。2019/8/164自然科学是人类活动的一个重要方面。经过不断努力，人类获得了很多关于自然界运动规律的认识，这些科学知识不断地被验证和完善，并且世代相传。在探索自然界的过程中，科学家们使用了一些特殊的方法来观察、思考和求证。并以此形成了科学的特征。这些特征反映出了科学性质的基本方面，以及自然科学与艺术、文学等领域的不同之处。第一节关于自然科学2019/8/165一、科学的本质和特征（一）定量化定量化是科学的基本特征之一。科学依赖于定量化的工作、依赖于精确的测量。在自然科学的许多领域中，科学家给予可定量化研究的问题最高的优先权。科学家常常要考虑：这些现象能否被测量？它的变化速率是怎样的？例如，金鱼在常温下的呼吸速率是多少？在低温下的呼吸速率是多少？要研究这些问题，测量是基本的工作内容。科学工作定量化的特点将科学与数学结合在一起。我们对研究的对象进行测量之后，会得到一些数据。对数据的分析和处理需要运用数学的方法。运用数学的方法，可以将事物之间的联系以简明、准确、显而易见的形式表示出来。当一种自然规律以数学公式表示时，要比用文字的方法更准确，更容易让学生理解。定量化、精确的测量，以及充分使用数学的方法，是自然科学的特征之一。2019/8/166（二）观察与实验科学家在对自然界的研究中，要进行实验和严格细致的观察，这使得观察和实验成为自然科学的基石，也是自然科学区别于其他学科的又一个重要特征。通过实验来研究事物，特别是通过精确的对照实验来探究问题，是自然科学的突出特征。因此，科学家在研究不同的问题时，必须设计精确的对照实验。在自然科学领域，实验是向自然界准确的提出问题、寻找答案的方法。科学家强调，实验是一种特殊的经历。在一个（科学）实验中，研究人员有一个要解决的、真正的问题，并力图通过实验去找出事物之间的关系、寻求问题的答案。实验是人们从事的具有创造性的活动。2019/8/167（三）人们在研究自然界的过程中对预期的要求预期是出自人们对自然界的认识，认为自然界的运动是有规律的。一旦人们了解了其中的规律，便能够做出的预期。预期要经得住实验的检验。科学理论只有当它们被实验反复证实之后，科学家们才会接受。例如，我们相信绿色植物在有光的条件下才能进行光合作用，产生植物所需的营养物质。我们可以据此做出合理的预期：当我们改变光照强度时，植物产生营养物质的过程会受到影响。我们可以用多次实验来检验这一预期能否实现。在科学研究中，预期常常是根据假设做出的，当预期被实验验证之后，就增加了假设成立的可能性。2019/8/168（四）在自我更正的过程中积累自然科学的另一个特点是它的积累和进步。积累-----自我更正------实现科学的积累和进步。在科学研究的过程中，科学家对有些问题会进行激烈的争论，但随着科学的进步，会最终达成共识。1895年，达尔文的自然选择的观点发表后，有长达几十年的争论，直至20世纪才被广泛接受。许多学术观点或理论发表之后，随着时间的推移，会积累更多的证据，新的证据使得原有的理论被修改、被推翻或被接受，成为科学知识的一部分。早期成果中的错误会很快被暴露、被修改或纠正。这一过程实现了科学的积累和进步。自然科学的这一特点，与学术交流机制的特点及科学家们诚实、严谨的科学态度是分不开的。2019/8/169（五）科学过程自然科学包括动态和静态两个部分。静态部分是相对稳定的研究结果及由此而构成的知识体系；动态部分是科学家们在探索自然奥秘方面做出的不懈的努力，以及科学家们在思考和解决问题中所运用的思维方式和工作方法，人们称之为科学过程。正是因为科学的动态部分的存在，才使科学知识呈爆炸式的增长。学生在学习科学课程中，要使他们对科学的这两部分内容都有所了解。2019/8/1610科学过程的工作步骤①确认和表述问题；②根据问题提出假设；③为检验假设而寻找证据；④根据证据来评价假设的真实性，如有必要，对假设进行修改；⑤得出结论，并将结论应用于解决相似的问题之中。2019/8/1611二、自然科学的四个维度•科学是一个知识体系，•科学是一系列的思维方式，•科学是一套探究的方法，•科学要与技术和社会相互作用。2019/8/1612（一）科学是一系列的思维方式科学家的思维方式和思维习惯是构成科学的主要维度之一科学家对自然界、对他们研究的领域有强烈的好奇心和求知欲。这种求知欲是他们深入思考和从事艰苦、被许多人看来是单调乏味的工作的动力。他们所具有的态度、信念和价值观，激励着他们不断提出问题、解决问题。科学家在解决问题和解释生物现象时运用推理的方法科学工作中许多是创造性的工作，这些创造性的工作首先要有新的想法、观点或新的解释，这些都是大脑中的工作，是人的思维活动。深入的思考和推理是科学工作的重要部分，它推动着科学的不断进步。2019/8/1613（二）科学是一套研究的方法科学家获取知识的过程，人们叫做科学过程（技能）。它是一套研究解决自然界问题的方法，是构成科学的另一个重要的维度。自然科学的研究方法有多种，在不同的研究领域，科学家们经常使用的研究方法不同。如生态学研究中常常运用观察和预期的方法；微生物学则更多地依靠实验室的实验。在生物学研究中，经常使用的过程（技能）方法有：观察、解释、假设、预期、测量、变量控制、进行实验、数据处理与分析及得出结论。2019/8/1614科学研究中三个十分重要的环节假设假设是科学探究过程中的有用工具，可以帮助研究者准确地表述自己的想法、或事物的关系，以便于进一步地检验这些想法。假设是一简短的陈述，用以说明一个模式或预期一种现象。假设是一些试探性的想法，是根据要研究的问题而提出的。假设必须经过观察和实验来检验。2019/8/1615科学研究中三个十分重要的环节观察观察是科学的基石。多数观察是基于视觉，但观察也包括听觉、触觉、嗅觉和味觉等多种感觉。科学家通过观察来获取信息和数据，并通过对观察结果的分析找出规律。事实是观察的结果，事实可用于检验假设并进一步形成理论。科学知识体的形成也是大量观察工作的结果。观察在科学探究中起着核心的作用，但观察技能与观察者的知识、思维和动机密切相关。观察是探究中最基本的技能，但也是一种复杂的活动。2019/8/1616科学研究中三个十分重要的环节实验同观察一样，实验在科学事业中和现代科学进展中起着核心作用。通过实验，一些想法可以得到证实和支持，错误的信念可以被推翻。实验为我们提供了深入探索大自然奥秘的探针。对照实验可以使科学家检验猜想、查明事物的因果关系。实验活动可小到用火柴点燃一粒花生，大到使用十分昂贵的设备来完成实验。2019/8/1617（三）科学是一个知识体科学是一个庞大的知识体，正在迅速地、爆炸式地增长。科学的知识体由事实、概念、原理、定律、假说、理论及模型等不同形式的知识构成，科学知识可分成地球与空间科学；物质科学和生命科学等。在一个科学领域中，又可划分为不同的学科，如生物学、医学等。科学知识是科学探究的结果，是科学静态的维度。科学知识体的猛增，是因为科学还有动态的维度，即科学探究的过程。离开了科学动态的维度，科学就不会再发展。因此，科学知识和科学探究是科学不可分割的两个方面。2019/8/1618（四）科学—技术—社会的相互作用科学-技术-社会的相互作用，构成了科学的另外一个重要维度。科学和技术各有不同的特点和追求。但科学和技术又常常是密不可分。科学的进步，新的科学知识的产生会推动技术的发展。人们运用新知识可以制造出新的产品。技术的进步反过来也能推动科学的发展。科学对社会产生了重要的影响。科技在改变着我们的生活。社会也在影响着科学。此外，科研机构和人员的管理机制也会对科学工作产生影响。科学的成长和发展是扎根于社会之中的。科学与技术和社会的相互作用是科学的特点之一，是构成科学的另一个重要的维度。这一维度应成为科学教育中的一部分。2019/8/1619第二节科学素养与生物科学素养教育科学素养的构成：物质科学素养、生命科学素养、地球与空间科学素养等，生物科学素养是是公民科学素养构成中重要的组成部分。我国基础教育的任务是培养未来的公民。在当今科技产品比比皆是、科学问题在我们的生活中无处不在的时代，未来的公民中有一部分人将会成为科学知识或科技产品的创造者或生产者，而几乎所有的人都将是科技产品的消费者，他们在个人生活和社会生活中，要去面对各种各样与科学相关的问题，并做出决策。这些都要求生活在当今和未来社会中的公民具有一定的科学素养。成人环境教育不能有盲区2019/8/1620中国公众科学素养调查结果：每千个中国人仅14人达标由于党和政府大力推进科普工作，在过去５年间，我国公众具备基本科学素养的比例平均每年增长0.24个百分点，从1996年的0.2％提高到2001年的1.4％。这是中国科协“2001年我国公众科学素养调查”结果新闻发布会上宣布的。2019/8/1621公众科学素养调查公众科学素养由三部分组成：一是对科学知识的基本了解程度；二是对科学方法的基本了解程度；三是对于科学技术对社会和个人所产生的影响的基本了解程度。美国、日本、加拿大、原欧共体成员国等发达国家对进行集科学性、社会性和基础性为一体的公众科学素养的调查工作十分重视，经常和定期地对本国公众科学素养状况进行调查、分析和评估，并积累了大量的连续数据，为国家科技进步、社会经济发展有关决策打下了坚实基础。我国自２０世纪９０年代初开始借鉴国外公众科学素养调查的指标体系和调查经验，逐步开展了有关调查工作。2019/8/1622一、科学素养科学素养是指一个人对自然科学领域中核心的基础内容的掌握情况．2019/8/1623自然科学的核心基础包括：①学生理解基本科学现象、规律，以及科学原理是如何用于技术领域之中的；②学生以在学校的学习为基础，形成终身学习的基本能力和习惯；③学生能够理解或解释发生在身边的科学现象；④学生能够形成正确的态度、情感、价值观和科学的世界观，并以此来指导自己的行为；⑤学生应掌握一系列的相关技能，包括操作技能、科学探究一般技能、比较、判断、分析和推理等思维技能，以及创造性和批判性的思维方式。2019/8/1624（一）科学素养概念的提出随着20世纪60年代的理科课程改革的浪潮，在70年代初期，一些教育发达国家（如美国、澳大利亚）提出了科学素养的理念，并把培养学生的科学素养作为课程的基本任务。80年代以后，这一课程理念已经被科学教育家和大多数理科教师所认同，成为当今理科课程发展的一个共同趋势。科学素养：科学素养是指了解进行个人决策、参与公民和文化事务、从事经济生产所需要的科学概念和科学过程。科学素养最基本的含义是指学生能够合理地将所学到的科学知识运用到社会及个人生活中。科学素养包括了两个不同的方面：一方面是对科学知识、态度情感价值观及科学技能的掌握情况；另一方面是在已有基础上提高自己科学素养的能力。2019/8/1625（二）具有科学素养的人①具有良好的科学态度和科学情感，包括探索自然的好奇心和求知欲、科学的价值观念、对科学学习的正确态度；②掌握了科学的基本概念和原理；③具有基本的科学探究能力，及对事物的观察能力，思考问题的能力，创造性地解决问题的能力，具有批判性思维的能力及在团队中的合作能力等。2019/8/1626一个人科学素养的具体地表现：阅读科技文章，倾听并参与科学问题讨论，能将所学知识用于解决现实生活中