课程是学校教育的核心,作为学校教育改革的一个重要领域,理科课程始终是人们关注的焦点。理科课程对于提高学生的科学素养、培养学生的创新精神和实践能力具有重要价值。然而,近年来,理科课程尤其是中学阶段的物理和化学学科并不受学生欢迎。学生对理科课程缺乏足够的兴趣和动机,其中一个重要原因就是学习者认为他们所接受的学校学习内容与其自身和所处社会是不适切的。[1]这意味着学校理科课程没能很好地向学生呈现科学与社会发展之间的密切联系,没有让学生意识到科学在社会发展中的重要作用。科学不仅是系统的知识体系,科学更是一种力量,承载着重要的社会功能。一方面,随着科学技术的进步,科技在促进社会发展、提升人们生活质量方面发挥着更加积极的作用;另一方面,在科学研究和技术应用过程中,也产生了一系列的社会问题,带来某些负面影响。作为加强科学教育与社会联系的一个显著结合,“社会性科学议题”在过去20年里引起了众多研究者的关注。社会性科学议题致力于促使学生在科学情境中对那些有争议的、渗透道德伦理的社会问题作出判断和进行决策,它更多涉及的是科学技术在社会发展过程中所产生的有争议性的问题及其解决措施。而科学教育在让学生意识到这些问题和挑战、发展科学能力的同时,也应为学生展现科学技术发展的前沿领域和积极图景,使学生在与科学相关的社会情境中感受科学的魅力和伟大力量。基于此,笔者提出了“社会性科学主题”这一概念,力图将二者整合起来。同时,运用未来预测法——德尔菲法[2],对“适应社会发展和学生发展的学校理科课程应包含哪些重要的社会性科学主题”这一问题进行探索,以期通过专家共同体做出的有效决策和权威共识来确定理科课程中的社会性科学主题,从而为理科课程开发和课堂教学提供建议及启示。

一、概念界定

科学教育的目标之一是帮助学生理解科学与社会的相互作用,从而成为一名对科学感兴趣、对生活有理想、对社会发展有责任和担当的合格公民。课题提出的“社会性科学主题”(socio-scientific topics)这一概念,主要是指与科学领域相关的一些备受关注的社会发展主题,重点包含科学前沿(frontiers of science)和社会性科学议题(socio-scientific issues)。其中,社会性科学议题与科学前沿之间存在部分重叠,有一些主题既属于科学前沿也属于社会性科学主题。如克隆技术和纳米技术,它们无疑给社会带来了许多积极机遇和发展潜力,但由于伦理论证或人类的一些不当使用问题,也可能会给人类社会带来许多不确定甚至消极影响。

(一)社会性科学议题社会性科学议题主要指一些与科学概念或原理相联系的有争议性的社会议题。[3]这些议题通常是一些没有明确解决方案的开放性问题,问题的解决需要运用科学知识、理论和相关科学数据。然而,其最终的解决方案并不是完全由科学考量所决定的,而是需要综合各种社会因素,如政治、经济、伦理等共同做出最优化的决策,因此可能存在多种合理的解决办法。社会性科学议题为理科课程提供了非常有价值的学习情境,能对学生的学习和实践产生积极影响。同时,通过社会性科学议题的学习,学生能更好地理解可持续发展,领悟人、自然、社会和谐相处的发展模式。目前,研究者们围绕一个或多个社会性科学议题进行了大量的实践研究,内容包括:人类遗传学、生物技术、海洋农业和相关环境问题、转基因食品、水质和污染、手机使用对健康的影响、生物多样性保护、全球变暖、生物乙醇使用、艾滋病毒和艾滋病、碳循环和气候变化、干细胞研究、固体废弃物及其回收,等等。概括起来,目前人们较为关注的社会性科学议题主要集中在环境问题、资源能源、安全健康、生物技术等相关领域。而对于当前理科课程中应重点关注哪些社会性科学议题,尚没有研究者进行专门和系统研究。

(二)科学前沿在理科课程中融入科学前沿的相关主题,不仅能使学生认识到科学学习与其自身和所处社会是息息相关的,提高学生学习科学的兴趣和动力,树立对科学的正确认识,而且能使学生在基础教育阶段对科学前沿有一个基础性的认识,有利于学生更好地进行职业规划,为未来社会生活做准备。“科学前沿”是一个在科学技术领域被普遍使用但又没有明确、公认定义的术语。本研究主要使用“科学前沿”这一术语来概括那些代表科学发展的趋势和方向、能为社会带来变革力量、广泛造福于人类和社会的科学研究动态及成果,这些领域的主题通常具有先导性、复杂性、系统性、逻辑性和可变异性等特征。2002年,美国国家科学基金会发布的权威性研究报告指出,纳米技术、生物技术、信息技术和认知科学四大科学技术的聚合可以在许多方面提高人类生活质量,提高群体和社会成果,成为人类伟大变革的推进器。[4]这四个领域在一定意义上可以被称为当代“科学前沿”领域,值得理科课程关注。

二、研究方法

随着社会的发展与科技的进步,人们关注的社会性科学主题也在不断变化。社会性科学主题的确定带有较强烈的主观色彩,因为每个人都有基于其背景和经历的判断标准。然而,一些重要的社会性科学主题通常是一个时代或整个世界所共同面临的,具有全球性,其也会持续存在一段时间。为避免个人的主观判断,更好地对理科课程应关注哪些社会性科学主题进行预测,本研究选择了德尔菲法(Delphi method)进行研究。

(一)德尔菲法简介德尔菲法是通过邀请专家对现实世界中主观复杂的问题进行具有代表性和权威性的决策来实现的。德尔菲法的前提是专家群体的判断比个体的判断更为稳健。在德尔菲法研究中,邀请具有不同背景和经验的专家,通过研究人员精心设计的一组问卷,对某一特定课题进行理性的预测和判断,其中穿插着总结的信息和对先前回答得出的意见的反馈。德尔菲法研究一般要经过三到四轮,其间专家群体的意见逐渐一致并达成共识。在德尔菲法研究中,通常用“共识度”和“稳定性”作为研究完成的判断指标。本研究选择奥斯本(Osborne. J)等人确定的共识度和稳定性的标准,[5]将“达成共识”的临界分数确定为“至少有2/3的专家对项目的打分等级为4分及以上”,即5点式量规中的临界分数是平均分超过3.66和/或众数为5;关于稳定性,奥斯本等人将其定义为“参与者在第二轮和第三轮之间的打分发生变化的人数应≤1/3”,即对某个项目在第二轮和第三轮之间的打分发生变化的专家组人数应低于总数的33%。

(二)专家组的选择专家遴选是德尔菲法的核心步骤。根据研究的目的,我们需要收集那些与科学相关的不同研究领域中杰出专家的观点和建议。为此,本研究确定从科学家、科学教育者、科学社会学家和科学哲学家这三类专业群体中遴选专家,并将专家遴选的标准定为至少符合以下标准中的三项:(1)具有丰富的科学专业知识和10年及以上相关工作经验;(2)在本领域出版高水平论文和著作,并曾在国内外会议上作学术报告;(3)身份为教授或博士生导师;(4)关心科学教育并加入与科学教育有关的组织或社团;(5)关心社会发展和与科学相关的社会问题。符合上述标准的专家有能力对研究问题提出有价值的建议,并能很好地代表与科学相关的不同领域群体的观点。我们通过电子邮件向符合要求的69位专家发出了邀请信。其中,33人对本研究表现出极大的关注和参与热情,同意参加。这33位专家分别来自中国20余所著名大学和科研院所,其中,科学家13人、科学教育者12人、科学社会学家和科学哲学家8人。

三、研究过程

本研究共收集了三轮德尔菲法调查研究数据,持续时间为三个月。调查问卷的发放和回收全部采用发送电子邮件的方式。在整个研究过程中,专家组成员之间没有对相互身份信息的任何了解和获知,这为专家自由地、不受压力地参与调查提供了有力保障。

(一)第一轮德尔菲法研究33名专家参加了第一轮德尔菲法研究。第一轮问卷由引言和调查两部分组成。引言部分简要介绍了科学与社会发展的关系,并向专家阐述了科学技术与社会发展的内涵。调查部分包含两个开放性的主观题,主要是请专家列出学校理科课程中应重点关注哪些社会性科学主题,并说明原因。数据分析由两名研究人员进行。在编码过程中我们发现,有的专家给出的“社会性科学主题”比较笼统概括,如环境问题、能源问题等;有的专家回答得较具体,如全球气候变暖、太阳能的使用等;还有的专家的回答同时包含概括和具体的社会性科学主题。针对上述情况,我们决定将社会性科学主题分为一级主题和二级主题,一级社会性科学主题主要指比较概括和上位的领域,二级社会性科学主题主要指领域下面的具体主题。最终,我们提炼出由两名或两名以上专家提出的一级社会性科学主题6项(见表1),这6项一级主题又包含32项二级社会性科学主题(见表2)。这些社会性科学主题共同构成了第二轮德尔菲法调查问卷。

(二)第二轮德尔菲法研究我们向参加第一轮调查的33名专家发放了第二轮问卷,并将第一轮调查的总结报告(包括提炼出的社会性科学主题及其重要性理由)反馈给专家参考。最终,有28名专家参与了第二轮德尔菲法研究,5名专家(2名科学教育者、2名科学社会学家、1名科学哲学家)因故退出本研究。第二轮问卷仍分为两个部分。引言部分与第一轮问卷基本相同,调查部分包括一个等级评判问题和两个主观问题。等级评判题主要针对第一轮研究中提炼出的6项一级主题和32项二级主题,采用5点式李克特量表要求专家对其进行等级评判;主观题部分主要是让专家对客观等级评判题中各个主题项目的表述进行修改和完善,并对其认为重要的、没有在客观题条目中出现的内容进行补充阐述。采用描述性统计方法对专家评分进行分析,遵循共识度的标准,即只有平均评分超过3.66和/或众数为5的题目才能保留到下一轮。主观题的回答根据专家对主题项目的修改、添加或删除进行了相应统计。根据上述统计结果,我们编制了第三轮问卷,并在总结报告中阐述了第二轮问卷的评分和具体建议。(三)第三轮德尔菲法研究我们向28名专家发放了第三轮问卷和第二轮调查的总结报告,其中,26名专家参加了这一轮调查,2名科学家退出了本研究。第三轮问卷由调查部分和信息部分组成。调查部分依然采用李克特量表,让专家对6项一级主题和30项二级主题进行打分。信息部分主要邀请专家对整个德尔菲法研究进行评价,并填写个人基本信息。数据分析与第二轮相似,再次计算平均分、众数和标准差。第三轮的最后结果见表1和表2。两位研究人员详细记录了专家的个人信息和对整个过程的评价。

四、研究结果

对定量数据进行全面分析,可以揭示三轮德尔菲法研究中数据呈现的趋势和差异;而通过分析专家的定性描述,可以帮助我们解释这些趋势和差异。依据奥斯本等人定义的共识度和稳定性标准,我们计算了第二轮和第三轮中获得的一级和二级社会性科学主题的描述性统计数据。

(一)一级社会性科学主题从表1可以看出,在第三轮研究中,所有一级社会性科学主题的平均分均大于4.00,并且专家评分的变化在第二轮和第三轮之间,不到三分之一,这表明所有6项一级社会性科学主题都符合共识度和稳定性的标准。其中,“环境问题”以平均分4.92的高分居于首位,次位是“安全健康”“资源能源”“生态系统”,“生物技术”“新型材料”在德尔菲法研究过程中获得了相对较低的评分。

(二)二级社会性科学主题在二级社会性科学主题中,所有项目的平均分均大于3.66,即均达到共识度标准,除“臭氧层耗竭”“海洋酸化”外,其余28项的平均分均在4分以上,这说明专家对理科课程所应关注的二级社会性科学主题达成了较高的共识度。在30项二级社会性科学主题中,“食品安全问题”的平均分高达4.96,说明了专家组对食品安全和卫生的高度重视。稳定性方面,共有12个项目的稳定性低于66.7%。尽管这些项目不符合稳定性标准,但在第二轮和第三轮中,除“基因诊断和治疗”项目外,仍有超过50%的专家保持相同的得分。因此,对于这些二级主题,没有直接删除它们,而是依然保留。在“环境问题”的7项二级主题中,专家们认为比较重要的是“水体污染”“土壤污染”,而“臭氧层耗竭”“海洋酸化”排在了后2位。国际已有研究对“土壤污染”并没有过多关注,在第一轮研究中,有2位专家提出“科学课程应关注土壤的重金属污染”,因而我们将其列在第二轮的项目中,结果专家们在第二轮和第三轮对“土壤污染”的评分均非常高。这一结果显示,理科课程不仅要关注公认的三大环境问题——气候变暖、酸雨、臭氧层耗竭,也应高度关注“水体污染”“土壤污染”等相关问题。在“安全健康”的8项二级主题中,“食品安全问题”位居第一,最后一位是“新药物和人工器官的研发”。其中,“化学品的保存、处理与使用”“远离***和拒绝不良生活习惯”这两个项目在已有文献中较少被提及。“化学品的保存、处理与使用”的位次由第二轮的18位上升到第三轮的12位,反映了专家组通过反馈交流,越来越意识到危险化学品对人类生命财产的威胁,应进行妥善保存与处理,而这些都应在中学理科课程中予以反映。在“资源能源”的6项二级主题中,有4项排在了所有二级主题的前10位,分别是“清洁能源的开发与利用”“不可再生、不能取代资源的耗竭与节约高效开采”“太阳能的利用”“全球淡水资源短缺和海水淡化”,这说明了专家组对“资源能源”方面的高度关注。而“海洋和太空资源的开发与利用”的平均分和排名在两轮研究中一直较低,且没有达到稳定性标准,表明专家对将其纳入中学理科课程的赞同程度较低。在“生态系统”的2项二级主题中,“生物多样性丧失”一直是专家组比较关注的,三轮研究的平均分均在4.5分以上,且达到了较高的稳定性;“热带雨林与湿地的破坏”则在两轮研究中的得分持续相对较低,且没有达到稳定性的标准。对“生态系统”这个一级主题,尽管专家组认可了它在中学理科课程中的重要性,但并没有对其给予过多的建议和讨论。在“生物技术”的3项二级主题中,只有“基因改良作物的利用”达到了共识度和稳定性的标准,“基因治疗与诊断”“克隆技术的伦理问题”虽然达到了一定的共识度,却没有达到稳定性标准。尤其是“基因治疗与诊断”,其稳定性只有42.31%,是30项二级主题中唯一稳定性低于50%的主题。同样,专家组并没有对这些主题给予更多的建议和讨论。作为一级社会性科学主题中排名最后的“新型材料”主题,其包含的4项二级主题都排在了30项二级主题的后半部分。“纳米材料与技术”得分相对较高,平均分从第二轮的4.07上升到了4.31,稳定性也比较高,达到了80.77%,说明专家组对纳米技术在社会发展中的重要作用给予了较大关注。得分其次的是“高分子材料”“光电转换材料”“超导材料”,其中,“高分子材料”和“超导材料”没有达到稳定性要求。

五、结论与启示

(一)研究结论科学技术对人类社会的发展发挥着重要作用,科学教育应与社会发展紧密结合,以培养学生积极主动地对与科学相关的重要社会问题进行思考和决策。适切于社会发展和学生需求的中学理科课程应包含哪些重要的社会性科学主题?本研究运用德尔菲法,通过33位专家所做出的有效决策和权威共识,得出6项重要的一级社会性科学主题和30项二级社会性科学主题,这些主题涉及科学技术发展的前沿领域和全球化背景下社会发展面临的重大问题等内容。其中,6项一级主题分别为“环境问题”“安全健康”“资源能源”“生态系统”“生物技术”“新型材料”。从研究的结果可以看出,专家们对科学前沿的关注聚集在“清洁能源”“海洋和太空资源”“太阳能等资源能源的开发”“基因诊断与治疗”“新药物和人工器官的开发”“新型材料的开发和使用”等领域。而相较于对科学前沿主题的关注,专家们更加关注那些有争议的社会性科学议题,在30项二级社会性科学主题中,有超过20项是关于社会性科学议题的。可见,专家们希望学生在科学知识的学习中能了解这些议题,从中培养正确的伦理道德意识和解决策略,这也与近些年国际科学教育领域中社会性科学议题备受关注的现状相吻合。

(二)研究启示社会性科学主题为理科课程提供了丰富的、更具真实性的情境素材,能带给学生更大的冲击和吸引力,不仅能使学生积极参与实践活动,而且能使他们在解决社会问题的过程中增进对科学与社会发展相互关系的理解,逐步形成正确的道德伦理意识和价值判断,促进科学素养的全面发展。需要指出的是,在理科课程中强调社会性科学主题,并不意味着教给学生孤立的事实,而是要积极思考并找出这些主题与理科课程内容的结合点,即寻找社会性科学主题所承载的科学知识,使学生在贴近实践、鲜活的学习活动中既掌握科学知识,又加深对这些社会性科学主题的理解和认识。社会性科学主题具有复杂性和交叉性的特点,通常都涉及多个科学领域,这意味着它们可以在不同的学科中呈现。为使学生全面理解社会性科学主题,中学理科课程都有必要对其进行共同的探索。物理、化学、生物和地理课程应在突出各自学科特点的基础上,加强学科间的融合与联系,打破学科间的壁垒,培养学生的系统思维和批判性思维。要重视学科大概念和学科交叉概念的学习,帮助学生建立对世界的整体和概括性的认识。

[注释]

[1] Gilbert,J. K.On the nature of "context" in chemical education[J].International Journal of Science Education,2006,28(9):957-976.

[2] Dalkey,N.,& Helmer,O.An experimental application of the Delphi method to the use of experts[J].Management Science,1963,9(3):458-467.

[3] Sadler,T. D.Informal reasoning regarding socioscientific issues:A critical review of research[J].Journal of Research in Science Teaching,2004,41(5):513-536.

[4] Roco,M. C.,& Bainbridge,W. S. Converging Technologies for Improving Human Performance:Nanotechnology,Biotechnology,Information Technology and Cognitive Science[M].Dordrecht,The Netherlands:Kluwer Academic Publishers,2002.

[5] Osborne,J.,Collins,S.,Ratcliffe,M.,et al.What "ideas-about-science" should be taught in school science?A Delphi study of the expert community[J].Journal of Research in Science Teaching, 2003,40(7):692-720.