在我国经济快速发展、经济规模排名世界第二的今天，我们发现自己的核心科技创新能力与以美国为代表的西方仍然存在着巨大的差距。这也是长期以来科技界和教育界一直探讨的问题，如何培养创新杰出人才，提升科技创新能力。因此，在基础教育阶段，如何更加有效地、面向未来实施科学教育，成为我们不得不思考的问题。

当我们回归到教育本身，在中国教育与西方世界进行频繁的交流和碰撞的过程中，我们也发现，“中国学生分数突出却思维僵化，很好掌握课本知识却不能独立思考只能做技术性工作，无法进行很好的沟通和表达，盲目追求分数却不知道自己真正要做什么……”

基于以上的问题，中科院张双南教授指出：“中国教育教什么是物理、化学、生物、天文，却没有人教过什么是科学。……如果我们有正确的科学教育，去了解科学方法，我们才能具备逻辑思维的辨别能力、独立思考能力、主动的学习能力，这些对于建设创新型中国极为重要”，并提出中国需要“第四次科学启蒙”的倡议。张双南教授认为中国近代科学的发展，曾经有过三次大规模的输入，或者说“三次科学启蒙”。

第一次科学启蒙是五四运动的时候，“民主”和“科学”成为当时社会变革的两面旗帜，成为当时开启民智强有力的武器，对中国产生了深远的影响。在当时中国社会处于民族存亡的困境下，从国外输入的德先生和赛先生最终还是没有取得显著成果。

第二次科学启蒙是在1956年的时候，我国政府发起了“向科学进军”的口号，并先后制定出发展科学技术的“12年规划”和“10年规划”，集中国家力量突破科技的难关。不过，现在来看当时也只是向技术进军，在科学方面也没有特别大的进步。

第三次科学启蒙是1978年，文革结束之后，在全国科学大会上，国家领导人提出了“科学技术是生产力”的精辟论断。这次启蒙实际上带来的是对科学事业、对教育、对知识的重视，只能说是科学“知识”的春天。随后，在1988年，邓小平又进一步提出了“科学技术是第一生产力”的思想。

可以说，每一次科学启蒙都极大地推动了当时的社会进步。因此，张双南教授进一步指出，“这三次科学启蒙推进了中国的进步，对于中国社会的发展，都是不可替代的，但是科学并没有在中国扎根。…… 中国今天需要第四次科学启蒙，我们需要正确的科学教育，既要教科学知识，也要教科学史、科学精神和科研方法，……”

事实上，早在明清之前，西方的科学思想就开始逐渐影响中国。在当时，中国的世界观可以说非常偏狭，认为中国是世界的中心，“内华夏而外四夷”的思想根深蒂固。自从利玛窦带着《山海舆地图》传入中国后，中国科学思想在内外双重压力下逐渐开始启蒙。

利玛窦说：“因为他们不知道地球的大小而又夜郎自大，所以中国人认为所有各国中只有中国值得称羡。就国家的伟大、政治制度和学术的名气而论，他们不仅把所有别的民族看成是野蛮人，而且看成是没有‘理性’的动物。在他们看来，世上没有其他地方的国王、朝代或者文化是值得夸耀的。”[1]

随着西方科学思想的不断渗入，明代科学家李之藻不得不承认：西洋书籍除历术之书外，还有水法、算法、测望、仪象、日轨、万国图志、医理、乐器、格物穷理、几何原本等各种知识，“多非吾中国书籍所有，想在彼国，亦有圣作明述，别自成家，总皆有资实学，有裨世用。”[2]

因此，也有中国学者将近代中国科学的启蒙分为三部曲，一是传教士引入时期，从利玛窦到墨海书馆，中国开始逐渐打破自己“唯我独大”的思想禁锢；二是洋务运动时期，由于认识到自身与西方在各方面的巨大差距，开始从思想、制度、管理和工业的主动探索和学习，建立新式学堂，派出留学人员；三是从戊戌维新到五四新文化运动，从传统的“修齐治平”思想走向科学务实，科学启蒙的变革逐步延伸到社会制度和文化革新等各个层面。可以说，以上是近代时期的几次科学启蒙。张双南教授则提出了现代社会的四次科学启蒙这一思考。第四次科学启蒙也意味着从重视技术到重视科学的转变。

不过，在现实生活中，知识、科学和技术常常被混为一谈，今天的科学教育，需要从只重视科学知识，科学技术转向去探寻科学的本质。

什么是“知识”？对知识的解释，从不同的角度，有多种不同的答案。罗伯特﹒格兰特指出，尽管“什么是知识”这个问题激发了世界上众多伟大思想家的兴趣，至今也没有一个统一而明确的界定。因此，我们需要对知识和科学有一个必要的厘清。

希腊人所谓的知识，是确定性知识、内在性知识，而不是一般的经验知识。苏格拉底在《小希庇亚篇》提出“知识即美德”，与无知对立。柏拉图在《克拉底鲁篇》中指出，“知识是灵魂追随事物运动的踪迹”。在希腊，知识被认为是最高的善，因此实际上是任何道德的基础，和人文融为一体。“知识”在希腊文里被称为Episteme，“知识”和“科学”是同一个词。人类思想史上最经典的“知识之问”在柏拉图《泰阿泰德篇》中有明确的呈现，在其中的解释是：

τὴν μὲν μετὰ λόγου ἀληθῆ δόξαν ἐπιστήμην εἶναι, τὴν δὲ ἄλογον ἐκτὸς ἐπιστήμης. （Plato, Theaetetus, 201c-d.）

即：附带逻各斯的真判断就是知识，在无逻各斯情况下，判断不属于知识。

因此，可以说（科学）知识应该满足三个条件，它一定是被验证过的，正确的，而且是被人们相信的，这也是科学知识与非科学知识的区分标准。

在现代语境中，一般来讲，知识是“人类认识自然和社会的成果或结晶，包括经验知识和理论知识”。知识也是人类在实践中认识客观世界（包括人类自身）的成果，它包括事实、信息的描述或在教育和实践中获得的技能。知识是人类从各个途径中获得的经过提升总结与凝练的系统的认识。

什么是“科学”？明末清初，徐光启曾用“格致学”“格物学”等术语来称呼西方的自然知识体系。科学是认识世界的一种手段，最早起源于希腊。科学在引入中国之初，被翻译成为“格致”之学。狭义地讲，即为现代自然科学；广义的科学，即自希腊以来追求确定性、系统性知识的理性探究传统。[3]在古代，古希腊人就建立了以追求确定性知识和逻辑演绎体系为主要标志的理性科学。科学精神源于希腊自由的人性思想，科学精神就是理性精神，是自由的精神。

在现代语境下，科学通常被认为“指的就是分科而学，后指将各种知识通过细化分类（如数学、物理、化学等）研究，形成逐渐完整的知识体系。它是关于发现发明创造实践的学问，它是人类探索研究感悟宇宙万物变化规律的知识体系的总称。”

从教育的角度，在美国《新一代科学教育标准》（the Next Generation Science Standards，简称 NGSS）中，科学被定义为“对自然世界的研究，包括与物理、化学和生物学相关的自然法则，以及与这些学科相关的事实、原则、概念或惯例的处理或应用。科学既是随着时间积累的知识的主体，也是产生新知识科学探究的过程。”

什么是技术？简单来讲，技术是解决问题的工具、方法及方法原理。科学与技术在现代密不可分，经常被看作是同一范畴，二者相互联系中又相对独立地发展，二者是辩证统一的整体。科学的任务是通过回答“是什么”和 “为什么”的问题，揭示自然的本质和内在规律，目的在于认识自然。技术的任务是通过回答“做什么”和“怎么做”的问题，满足社会生产和生活的实际需要，目的在于改造自然。科学主要表现为知识形态，技术则具有物化形态。科学提供物化的可能，技术提供物化的现实。科学是创造知识的研究，技术是综合应用知识于现实的方法和工具。

在近一个世纪，科学以几何级的方式大规模的快速发展，但是我们也发现，我们常常将科学、技术与知识之间界限模糊，并将它们混为一谈，但事实上，科学和知识有不同的特征，并应当以不同的方式培育。科学的主要任务不仅是制造知识，而在于不断探索新知、对抗无知。例如，生物化学的教学不应只是对已知知识的总结，更应当是在实验室中的讨论，是对探索新发现事物的研讨。[4]

总之，知识是符合文明方向的，人类对物质世界以及精神世界探索的结果总和。知识是经过验证、总结后的成果，是不断变化的，现存的知识是过去的成果，无法让我们面对不断变化的世界。科学更强调动态的探究和蕴含其中的精神，而技术则更强调其工具性和方法性。但是，无论知识和技术怎么发展，科学的本质不会改变，科学始终在解答关于我们所生存世界最有趣、最有价值的问题。可以说，科学就是西方不断探索和解决现实问题的学问。“格物、致知、诚意、正心、修身、齐家、治国、平天下”是中国人面对现实的人文传统。因此，从科学的本质来讲，科学是西方语境下的“格物穷理之学”。“‘科学’就是希腊人的‘人文’。在希腊，没有对科学的追求，就不配成为一个真正的人。”[5] 随着时代的发展，中西方科学和人文的融合也是大势所趋。

由此而言，第四次科学启蒙的核心即是对科学本质的认识，这也是科学素养重要的组成部分。美国在《国家科学教育标准》中也指出，“科学教育目的便是建立全体公民都拥有很高科学素养的环境，并明确指出：良好的科学素养重要的一个方面便是对科学本质的理解，理解科学是一种格物致知的途径，其基础特征是将质疑作为审视的起点，将获取证据作为判断标杆并将逻辑性作为辩论的支撑点，学生不但可以正确辨别何种事物和现象为科学、何种事物和现象非科学，还要充分意识到科学所能达到的、科学所不能达到的还有科学在文化里如何发挥影响等一些问题。”[6]

美国全国研究理事会（NRC）于 2011 年 7 月颁布了《K-12 科学教育框架：实践（Practices）、跨学科概念（Crosscutting Concepts）与学科核心概念（Core Ideas）》，《框架》从实践（Practices）、跨学科概念（Crosscutting Concepts）及学科核心概念（Core Ideas）三个方向重新构建了科学知识体系，对学生在科学学习过程中应该了解和掌握的科学工程实践方面内容以及七个学科核心概念进行具体化。其最大的亮点是不但将科学作为一套知识体系，还认为科学是一系列以证据为基础的模型，并且是一个不断修正和不断完善的理论建构过程.[7] “该《框架》旨在帮助实现科学和工程教育的愿景，学生们在多年的学习中积极参与科学和工程实践，并应用跨学科概念来加深他们对这些领域的核心思想的理解。”[8]

2013年4月，美国正式颁布了《新一代科学教育标准》（the Next Generation Science Standards，简称 NGSS），提出将学科核心概念(Disciplinary Core Ideas）科学与工程实践（Science And Engineering Practices）以及跨学科概念（Crosscutting Concepts）三个维度进行有效整合。

NGSS可以说是新一轮科学教育改革的里程碑，它紧随时代步伐，体现了美国在新科学教育背景下对于原有《国家科学教育标准》及前期科学教育的重新审视和思考，毋庸置疑，美国以后的科学教育会受到该标准的深远影响。NGSS 主要有三大变化：①按照不同主题（topic）进行编写，针对每一个核心概念安排科学教学内容；②以表现期望为核心，使用“表现期望+基础盒子+连接盒子”的呈现方式；③借鉴学界学习进阶成果，建立学习进阶矩阵并描绘其关系图。[9]

《新一代科学教育标准》在首章就指出，“K-12科学教育应该反映真实世界中所实践和体验的相互联系的科学本质”。在附录 H，还专门介绍了科学的本质，并且将学生发展充分的科学本质观念与其他课程内容如科学、技术、工程和数学教育（STEM）以及科学、技术、社会、环境（STSE）的学习联系在一起。而且，美国 NGSS 针对不同年级段的学生制定了理解科学本质的任务。

我国《科学课程课标》则明确指出，初中科学课程是以对科学本质的认识为基础，以提高学生的科学素养为宗旨的综合课程。《科学课程标准》将“引导学生逐步认识科学的本质”作为课程的基本理念之一，并对科学本质进行了四方面的界定：（1）自然界有规律可循且可被认识；（2）科学是一项探究活动，以统一又复杂的自然世界为对象,并且基于证据和理性思维；（3）科学是一个开放的系统；（4）科学活动以诚信为基石，崇尚求真务实，并且要求科学家具备优良的科学品质和道德。[10]

美国促进协会（AAAS，1989）在 2061 计划的报告中将科学本质划分为三个部分：

（1）科学的世界观：认为自然界可以被认识、科学知识会随着时间而变化、科学并非万能，并不能解释全部自然现象；

（2）科学探究：科学本质是一项明辨是非，避免偏见的探究活动，它是逻辑和想象的结合，需要证据来进行解释和预见，并且它是开放的；

（3）科学共同体：指出科学分为不同学科，在不同的机构中进行研究，是一项复杂的社会活动，科学家具有社会属性，既是专家同时也作为公民参与公众事务，必须遵守道德规范。

综上所述，科学就其本质来讲，主要包括科学的世界观、科学探究和科学共同体三个方面，是人类基于自然界的复杂性、无限性以及认识的有限性，通过技术和不断积累的知识解释、探索世界、解决我们最相关问题的过程和结果。科学是人类努力奋斗的共同事业，与人类社会的发展有着密切的关系，其所处社会的价值观、道德观等会对科学探究活动产生深刻的影响，所以说科学本身也是一种世界观。

“科学与工程实践、学科核心思想和跨学科概念的整合为科学的本质提供了教学和学习的舞台。这就是说，学习科学的本质需要的不仅仅是从事活动和开展调查。”美国《下一代科学教育标准》（NGSS）的附录 H 就科学本质指出：K-12 科学教育一个基本的目标是培养一个有科学素养的人，即能够理解科学本质的，学习科学的本质需要参加更多的活动以及展开更多的调查。关于科学本质的内涵，列举了八个方面[11]：

（１）科学探究会运用多样化的科学方法；

（２）科学知识以经验证据为基础；

（３）科学知识是开放的、会随新证据修订；

（４）科学模型、定律、原理和理论是解释自然现象的工具；

（５）科学是求知的一种方式；

（６）科学假定在自然系统中存在某种秩序和一致性；

（７）科学是一项人类共同为之奋斗的事业；

（８）科学致力于研究有关自然和物质世界的问题。

其中，前四个理解与科学和工程实践紧密相关，而后四个则与跨学科概念密切相关。这个陈述为K-2、3-5、初中和高中提供了具体的科学本质的内容。比如美国的《科学启蒙》课程，就将知识从横向（科学各学科之间的联系）和纵向（科学的发展和演进）两个方面，分阶段且螺旋式上升地进行科学本质教育。

附录H强调，学生必须有机会实践并反思科学知识的积累过程。也就是说，当学生实施调查、建构一个模型、阐述一个问题或者开展讨论时，他们应该有机会对自己所做的事情进行认真思考，他们应有机会将他们自己的做法与其他同学或者科学家进行对比，通过这类反思，他们可以理解实践的重要性，进而形成对科学本质的深入理解。

一般来讲，进行科学本质教学的课堂实践主要有两种方式：一是显性途径，指在教学活动中明确提出科学本质目标，教学根据科学本质的内涵进行，并利用科学历史、科学哲学进行教学，学生在探究活动中对科学的本质展开反思，以帮助发展学生更为深刻的科学本质理解。二是隐性途径，将理解科学本质作为自然生成的结果，认为对科学本质的理解会随着学习者的科学相关活动自动产生，将科学本质内涵隐含在教学过程当中，通过科学探究教学、“做中学”、技能教学等方法来提升学生的科学本质观。例如，STEAM项目课程，PBL课程都可以在学习过程中有效地使学生感悟到科学的本质。

不过，值得我们关注的是，科学本质教育需要在融合式科学教育中更好地实现，这也是STEAM教育在中国越来越得到重视的重要原因。

[1]利玛窦、金尼阁著，何高济、王遵仲、李申译《利玛窦中国札记》，中华书局1983年，第181页

[2]李之藻：《请译西洋历法等书疏》，见徐宗泽辑《明清间耶稣会士译著提要》，中华书局1989年，第255-256页

[3]吴国盛.什么是科学[M].广州:广东人民出版社,2016:8.103页

[4]科学的本质：探索新知，《中国社会科学报》，2016年5月6日

[5]吴国盛.什么是科学[M].广州:广东人民出版社,2016:8.103页

[6]（美）国家研究理事会.美国国家科学教育标准[M].北京:科学技术文献出版社,1999:23.

[7] 石磊、黄春鸣、刘恩山.对美国新一代《科学教育标准》的前瞻性分析[J].全球教育展望,2012(6):83-87.

[8] (2011). A Framework for K-12 Science Education: Practices, crosscutting concepts, and core ideas. (p. 10). Washington, DC: The National Academies Press. Retrieved from http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=13165

[9] 郭玉英,姚建新.美国《新一代科学教育标准》述评 [J].课程.教材·教法,2013,33 (8) :118-127.

[10] 中华人民共和国教育部.义务教育初中科学课程标准(2011 年版)[S].北京:北京师范大学出版社,2011:3-8.

[11] APPENDIX H- Understanding the Scientific Enterprise: The Nature of Science in the next Generation Science Standards, http://www.nextgenrationscience.org/.

[12]  吴国盛.什么是科学[M].广州:广东人民出版社,2016:8.106页