科学素养究竟是什么?

叶明  东南大学科技经济研究所

在研究一流技术科学家科学素养之前，有必要较为严格地讨论“素养”、“科学素养”概念的内涵与外延，为本研究奠定必要的概念基础；也有必要较为系统地梳理国内外关于“科学素养”的理论框架与主要成果，为研究奠定必要的方法基础

1.素养与科学素养

“素养”一词的含义,在我国的《现代汉语词典》中有与“素养”同义的解释。“素养”（Ｌｉｔｅｒａｃｙ）,英文直译过来是指“读与写的能力”。英语对素养的解释则偏重结果,有二层含义:一层是指有学识、有教养,多用于学者;另一层是指能够阅读、书写,有文化,对象是普通大众。无论从过程还是从结果看,二者对素养的解释都持有动态发展的观点。看待个人的科学素养时,无疑也应当坚持这种观点,而不应走 “全或无”这种两种极端。因而可以认为:素养是一个从低到高的连续体,所有人都处在这个连续体的某点之上,而且随着阅历的增长、教育的加强,公民的素养水平不断向高点提升。

素养与素质是两个十分相近但有明显区别的概念。素养是“一个人面对问题时的视野和底蕴”,包括文化素养、道德素养、政治素养、工程素养等等,属于大文化的范畴,对认识过程、思考过程、决策过程起作用。而素质是“一个人自发的行为规范”,是与具体人的行为、行动相关联。素质是个体已经形成的、稳定的,一般不受思维、不受外在条件所左右的一种存在^[1]。素养与素质并不是完全等价的两个概念。一个人某方面的素养很高,但在同一方面的素质则不一定高,反之亦然。以政治素养和政治素质为例,学政治学的人,他的政治素养应当大大高于普通人,但这并不意味着他的政治素质就一定很高,为人就一定正派;反之,一些工农出身的老党员,由于接受理论教育的机会少,他的政治素养不一定很高,但在关键时刻却能表现出良好的政治素质。就是说,素养不好的人可能有很高的素质;素养好的人也有可能素质一般。这个例子可能有些极端,但足以对素养与素质加以区别。似乎可以认为,素养是一种“知识力量”,一个人有了丰厚的文化底蕴,理论知识和实践经验丰富,必将显得更强大;而素养则是一种“人格力量”,是将被其行动证实的力量,比如,意志坚定,为人正直,行为高尚,就能赢得广泛信任。素养的培养,属于知识传授的范畴,是培养对象对知识信息的接收和加工的过程,可以通过教育和文化传播形式等等来实现。素质的培养,主要通过良好的社会风尚和育人环境的长期影响与潜移默化，素质要在实践中锻炼培养。当然,素养与素质并非互不相干、各行其是,实际上,二者常常是互相促进或者互相制约的。

在20世纪40年代以前,科学素养(ＳｃｉｅｎｃｅＬｉｔｅｒａｃｙ)主要解释为“会读能写”。(注:我国当前对ＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＬｉｔｅｒａｃｙ的翻译较为混乱,也可译作科学素质,引文有时译作科学素养,但均指同一词,特此说明。) 大约在20世纪50年代和60年代有人称,这个时代是“科学素养”概念的合法化时代。1958年,科学素养概念的一个关键性的建议者——美国斯丹福大学荣誉教授赫德(P.H.Hurd)在《科学素养:它对美国学校的意义》的论文里,用科学素养这个名词来描述对科学的理解以及它在技术上的应用已在我们的社会中成为一种支配力量^[2]。赫德是把科学技术与社会的关系作为重要问题提出的第一个人。1970年后,赫德用“科学启蒙”诠释科学素养。他认为,科学教学广义的目的应该是培养一个启蒙的市民,能够使用科学的智力资源去产生一个将促进作为人类的人的发展的有利环境。

1966年，美国一批学者根据1946-1964年间的文献调查，揭示了科学素养的六个范畴。这就是：“概念性知识”━━构成科学的主要概念、概念体系或观念。“科学的理智”━━科学研究的方法论。“科学的伦理”━━科学所具有的价值标准，亦即科学研究中科学家们的行为规范，也称为科学态度或科学精神。“科学与人文”━━科学与哲学、文学、艺术、宗教等文化要素的关系。“科学与社会”━━科学与政治、经济、产业等社会诸侧面的关系。“科学与技术”━━科学与技术之间的关系及差异。这六个范畴是以战后二十年间的文献调查为基础概括出的。因此可以说它概括了现代“科学素养”的基本内涵与外延。值得注意的是，“科学素养”概念不是永恒不变的^[3]。

1971年, 美国科学教师协会( Nationnal  Science   Teacher’s Association)课程委员会(Committeon   Curriculum  Studies)认为,科学素养涉及对科学过程技能的态度和能力以及科学概念的有用知识。美国科学教师协会的课程研究委员会认为具有科学素养的人有下列特征:(1)当他与人或环境相处时,他会运用科学概念、过程、技术和价值进行实际事物的抉择;(2)他了解产生科学知识必须依赖探讨过程以及概念学说;(3)他能分辨科学证据和个人意见的不同;(4)他证明事实和学说之间的关系;(5)他了解科学和技术对促进人类福祉的限度和功能;(6)他了解科学和社会的关系;(7)他知道科学起源于人类,并了解科学知识的暂时性,当资料充分之后,知识会改变;(8)因为拥有充分的知识和经验,所以他能够称赞别人的科学成就;(9)他对世界充满了乐观的态度;(10)他能够采用和科学相同的价值观念,所以他能够使用科学和享受科学;(11)他一生都持续探讨科学并增加其科学知识^[4]。基于科学素养意义的大多数解释,目前实际上意指与科学教育有关的每一件事情，科学素养的概念无所不包。1980年,耶格(RobertE.Yager)在《科学、技术、社会、科学教育在综合中的趋向》中提出有科学素养的人具有的特征:“认识科学、数学和技术是具有力量和局限的相互依赖的人类事业;理解科学的关键概念和原理,熟悉自然世界并认识它的多样性和统一性;并为个人和社会目的而使用科学知识和思维的科学方法。”在相当长的一个时期中,尽管表述科学素养特征的文章不少,也有的学者企图给科学素养下定义,但未获得共识。

1995年10月加拿大编制的科学课程中认为具有科学素养的人有6个特征:(1)理解科学的性质、科学知识及技术的性质;(2)运用科学知识运用认知和技术的技能对自然界进行调查,解决问题和做出有见解的决定;(3)能够理解科学和技术的主要概念和原则;(4)理解全球社会、经济和生态系统的相互依存;(5)具有科学的态度,并对科学技术持正面态度;(6)对科学技术职业感兴趣,具有终身学习的习惯^[5]。

凯沃夫认为具有科学素养的人能够在人与环境相互作用时理解科学的结果和过程,并把它用于日常生活的决策中。科学结果包括事实、概念、原理和理论。过程包括特殊的技能、态度和价值。具有科学素养的人了解事实和理论的不同。了解科学在社会问题中的作用,能够认识到在价值评价中理性思考的作用和它在解决社会问题中的作用。具有科学素养的人知道如何学习、探究、获得知识和解决新问题^[6]。

旅美学者欧阳钟仁认为科学素养涵盖了个人对科学概念的了解,熟练的应用科学方法以及培养科学态度和建立价值观。他认为科学素养的特征为:(1)了解并能正确地运用科学概念;(2)探讨和解决问题时运用科学过程的技巧;(3)明了科学的本质及科学事业;(4)明了科学、技术与社会三者之间的关系;(5)具备发展与科学有关的实用技术;(6)把探究科学当成终身嗜好;(7)要有严正的科学态度和价值观^[7]。

综上所述,虽然大家对科学素养的表述不同,各有侧重,但是归纳起来存在着某些核心的共同因素:(1)对科学技术的理解,包括理解科学技术的性质、概念、原理、过程;(2)对科学、技术、社会三者关系的理解;(3)科学的精神和态度;(4)运用科学技术解决日常生活及社会问题的能力,包括运用科学方法的能力、判断和决策的能力、与他人合作交流的能力、自我补充和继续学习的能力。这4个核心因素中运用科学技术解决日常生活及社会问题是要达到的结果,而前三个因素是达到这一结果的必要条件。按照富雷的观点达到这一点就具有了科学素养。他认为“如果某人的知识赋予他一定程度的自主性(在自然和社会的制约面前自己做出决定的可能性),某种交流的能力(找到“表达”的方式)以及在遇到具体情况时(如感染疾病、冷冻的食物、计算机传真机、内燃机等等)具有一定程度的处理和承担责任的能力,那么某个人就具有了科学技术的素养” ^[8]。如果从发展的眼光来看,科学素养内涵的扩充除了重视科学、技术、社会三者之间的关系外,还强调了人的发展,包括身心、智力、敏感性、审美意识、个人责任感、精神价值等方面的发展。国际21世纪教育委员会向联合国教科文组织提交的报告《教育━━财富蕴藏其中》提出终身教育的4个支柱━━学会认知、学会做事、学会共同生活、学会生存。它发展个性的多样性、自主性和首创精神,认为这是进行创造和革新的保证。这一点也是科学教育所特别强调的。在复杂的问题、多重价值及多元文化的社会中,具有科学素养的人要能够进行价值判断,并在冲突的观念中寻找妥协的途径,要具有与人、与自然进行协商的能力,尊重他人的意见。所有这些也都是人的发展所追求的目标。科学教育有助于个人自主性的发展^[9]。

近年来,政府机构与国际组织的较权威性文件开始给科学素养制定计划与项目。1985年,美国启动了“2061计划”,这是一个面向21世纪、致力于科学知识普及的中小学课程改革工程，旨在加强中小学学教育，使哈雷彗星 76年后下一次回归时（2061年）全体美国人都具备科学素养。“2061计划”“说明所有学生必须获得的作为他们的全部学校经验的成果的知识、技能和态度以便被认为在科学上有素养”。1996年,美国发布了“国家科学教育标准”(NSES),给科学素养下的定义为“为个人决策,参与市民的和文化的事务以及经济生产力需要的知识和科学概念的理解以及过程”。这个定义和“2061计划”所下的定义都十分简要,而且跟人类或经济生产力,社会目的或个人决策联系起来。“2061计划”的科学素养有着广泛的和综合的意义。首先,被认为是科学上有素养的不局限于在物理、化学、生物等传统的概念和原理,而且包括在数学、技术和社会学科方面的。其次,一个科学上有素养的人是对科学事业的一种理解。焦点在科学世界,探究的科学方法,科学事业的性质,数学和数字过程的特征,科学和技术间的联系,技术自身的原理以及技术与社会间的联系。

20世纪80年代中期，英国发布了《英国:公众理解科学》的长篇报告，指出该“报告的一个基本观点就是公众对科学技术更好的了解是促进国家繁荣昌盛的重要因素”，“科学素养正在变为日常生活必不可少的一个能力”，“对科学缺乏起码理解的人，就无法分享现代人类思想的丰富宝藏”。

2.科学素养的研究

多年来，科学素养研究吸引了越来越多的学者，并逐渐成为一个独立的研究领域。在这个领域内，国内外学者进行了大量的理论探讨、社会调查、统计分析工作，试图找到改善公众与科学关系的规律和方法。目前国际上的科学素养研究中使用最为频繁的一个词就是“Miller体系”或“Miller模型”，然而究竟如何研究科学素养以及为什么Miller的科学素养的测度以成为国际通用的方法与标准？我们可以通过对Jon D.Miller不同时期的几篇重要论文的简要分析，阐述Miller的科学素养调查的思路，为我们的一流技术科学家的基本素养研究提供借鉴与依据。

       “Miller体系”是以提高公众参与国家科技政策讨论的能力为最终目的，以科学知识、科学过程和科学的社会影响为量度，测量公众对科学技术的理解程度^[10]。Jon D.Miller现任国际科学素养促进中心主任、美国生物医学传播中心主任、美国西北大学医学院教授。从1972年开始至今，Miller教授一直在主管美国两年一次的公众科学素养调查。

1983年，Miller在《科学素养:概念的与经验的回顾》一文中明确给出了“科学素养”的定义，即个体具有的读、理解与表达对科学事件看法的能力，同时把科学素养概念明确界定在对科学技术事件与科学技术政策的理解与讨论的范围内^[11]。

     Miller在这篇论文中回顾了历史上学者们关于科学素养问题的讨论。他认为，早在19世纪末20世纪初的美国就对人们应该知道多少科学知识的问题展开了争论。MatthewArnold的《素养与科学》.C.P. Snow的《两种文化》以及F.R.Leavis的回应文章《两种文化的意义》等多篇论文揭开了对科学素养问题探讨的序幕。然而令人遗憾的是，当时的争论多围绕一个在对文学经典研究上有着很深造诣，却对科学毫无所知的人，是否能被称作是博学的（learned） 这个问题展开。所以Miller认为，这些讨论尽管意义深远，却都把“科学素养”理解为“有学识的或博学的”，从而忽视了科学向更广泛的人群传播的问题。在Miller看来，科学素养这一概念应该取“素养”的另一层含义，即读与写的能力。

    同时，Miller却十分推崇这样一个观点:要使公众科学素养达到一定的水平，需要更为长期的努力。随着人类的事件越来越与科学纠缠在一起，随着与科学相关的公共问题越来越多且越来越重要，这是我们迟早要必须承担的责任。公众科学素养是公共政策建构的一块基石。Miller认为，公众科学素养的高低有着非常重要的政治意义。在民主社会，公众科学素养的高低对科学政策的制定有着至关重要的影响。为了民主制度的健康发展，必须提高公众的科学素养。

在调查中Miller发现，不能在公众中期望高水平的科学素养，其中只有很少的人有可能对科学技术问题做出他们的选择，大部分的公众不能达到科学素养的最低要求。鉴于上述事实，Miller提出倡议，要大力提高公众整体的数量和他们的科学素养。

    科学素养研究开始于针对人们对科学的态度和对科学的理解的调查研究。这种调查最初局限于学校，然后扩大为在全国范围内的调查。调查的内容也从单一的科学态度逐步丰富起来。Miller总结并分析了以往在科学素养领域的调查，认为没有理由说下个时代将是反科学的，相反，它将继续持有与这个时代同样的态度，并将随着教育水平的不断提高而得到矫正，并提出了我们所熟知的“Miller体系”的雏形:对科学研究过程（Scientific approach）的理解和对科学政策问题（Science policy issues）的理解。这成为Miller测量体系的最初模式。在此后的文章中，Miller把这三部分总结为:（1）具有科学术语和概念的语汇。（2）对科学过程的理解。（3）对科学技术对个人和社会影响的意识。只有在这三个方面都达到了所能接受的最低水平，才被认为具备了科学素养。

从1972年开始，美国国家科学理事会National Science Board)开展了两年一次的对公众与科学关系的调查，结果收录在《科学与工程指标》中。Miller一直在主持这项调查，大量的数据和连续性的全国调查为他的测量体系提供了丰富的资料。多年来，Miller使用统计学的方法和统计软件不断丰富和完善公众科学素养的调查方法，Miller体系被世界上许多国家所采用。

    20世纪90年代中后期，Miller开始致力于公众科学素养的跨国比较研究。在1997年对欧共体、美国、日木和加拿大的公众科学态度的比较研究中，他发现测量科学素养的第三个维度：科学技术对个人和社会的影响在不同的国家、不同的民主体制和文化背景中，有很大的不同。因此在跨国比较中，Miller仅仅使用了二维  （fwo-dimensional）结构。在此后的文章中Miller总结到:回顾这一领域20年的经验研究，公众科学素养能够通过二维测量方法的测量形成有效的概念，这一点已经达成共识^[12]。

    自Miller的公众科学素养的测量体系提出以来，随着《科学与工程指标》研究的推进，Miller体系得到了越来越广泛的应用和认可，并且在条目选择与设计方面不断完善。从对个别学科领域的科学素养研究，到国家范围的公众科学素养测量，再到各国公众科学素养的比较研究，英国、加拿大、欧盟、新西兰、韩国、日木、中国等20多个国家采用了Miller的测量体系。    

    Miller体系之所以被如此广泛的采用，原因之一在于Miller体系的理论基础并不复杂，更主要的原因是Miller在论证测量体系的合理性和探索测量公众科学素养的可靠方法方面做了大量的工作。Miller发表于1998年的《公众科学素养的测量》一文对他在探索测量方法方面所做的工作进行了总结。

在测量体系的构成上，Miller首先遇到的是“科学素养”概念的内涵问题。科学素养是一维的概念呢，还是由多维因素组成的?如果是一维的概念，那么组成它的一系列测量条目之间，一定有内在的很大的相关性;如果是由多维因素组成的，那么一系列的测量条目在相关性上则会表现出相对独立的几组。Miller对于条目相关性进行了详细的论证，结果表明第二种假设是正确的，即科学素养概念确实由不同的几个因素组成。Miller通过计算科学概念语汇与科学过程这两个维度的相关性，论证了他们二者有密切的关系，同时足以成为两个独立的测量维度。

    在论证了测量体系的合理性之后，Miller的目标是建立一套稳定的测量体系，在若干年之后还仍然有效，这样才能提供随时间而连续的指标。建立稳定的测量体系的重要性是不言而喻的。如果一套指标被周期性的修订，它通常不能辨别测量体系本身的改变所带来的变化和随时间发展而出现的变化。

    在结构语汇的维度方面，Miller总结了以往调查中使用的概念，试图建立一套基本的语汇，如“原子结构”“DNA ”“ 光比声音传播快”“地球绕太阳公转1圈的时间是1年”，这些都是阅读和理解当前问题的基木知识，而且具有长时期的稳定性。随着Miller体系的广泛应用，这套语汇成为多数国家调查的基础，跨国比较的研究也从而成为可能。

    在科学过程维度方面，库恩的科学范式、波普的科学证伪理论成为Miller测量公众对科学过程理解水平的标准。Miller认为，应该在理论上把科学理解为对理论的构建和检验，而不应最低限度地理解为对命题的检验。在谈到为什么使用库恩和波普的理论作为标准时，Miller在另外一篇文章中强调，调查公众对科学过程的理解的目的，是测量公众如何理解被科学家理解和使用的科学，而不是测量公众对科学哲学的看法，并且不包含任何出于这一目的的调查^[13]。

    在调查方法问题上，通过对各国调查的统计分析，Miller认为，尽管开放式的问题条目（问答题）比封闭式的问题条目（选择题）在资料搜集和测量评分上都有更大的难度，但由于开放式的问题能够提供更多的信息要素负荷），未来对于PUS的高质量的跨国研究需要更多开放式的条目。同时在多年的调查中Miller还发现，当公众认为自己对某个问题不理解时，他们的判断通常是准确的，并且没有任何高效的计算方法和计算软件可以与之相比。因此为了测量公众对科学过程是否达到了最起码的理解，Miller采用了封闭式与开放式结合的条目:认为自己对科学地研究某事的概念清楚吗?（a清楚地理解、b一般理解、c几乎不理解)，并对回答a或b的公众追问请用自己的话表述什么是科学地研究某事”。

最后，Miller使用条目回答理论(IRT━ item-response-theory)，通过计算每一个条目的相对难度位置参数、每一位回答者正确回答条目的可能性倾向性参数以及仅凭猜测回答的正确率预测参数，详细地论证了测量体系，同时为跨国研究提供了统一的比较标准。Miller一直大力提倡各国学者和相关机构通力配合，建立更长期更稳定的国际组织进行科学素养研究。

3.科学素养的内容

根据上述研究成果表明，科学素养至少可以如下内容：

━━科学知识。包括概念、定律、理论等。

━━技能。技能是主体在已有知识经验的基础上,经练习形成的执行某种任务的活动方式。操作技能亦称“动作技能”。在操作性知识指导下,经练习而形成,是由人体动作构成的合法则的随意行动方式,是培养人的技术能力或才能的重要因素。

━━科学方法和思维方法。科学方法是人们在科学研究中所遵循的途径和所运用的各种方法和手段的总称。科学方法通常指各个科学部门中较为通用的一般科学方法。科学方法是人们揭示客观世界奥秘、获得新知识、探索真理的工具。现代科学方法建立在实践经验和经实践检验过的科学理论的基础上。思维方法是人们认识世界和改造世界的精神活动形式、方式和程序的总称 。西方特别是美国把对科学过程的理解作为科学素养的一个重要成分。

━━科学价值观。在复杂的问题,多重价值及多元文化的社会中,具有科学素养的人要能进行价值判断,并在冲突的观念中寻找妥协的途径,要具有与人、与自然进行协商的能力,尊重他人的意见。

━━解决社会及日常问题的决策能力。界定为宏观决策的科学问题以及表示在科学上和技术上有见识的观点。一个有素养的市民必须能够在科学信息的资源以及用来产生它们的方法的基础上来评价科学信息的质量。科学素养也可指提出和评价基于证据的争论的能力以及合适地从这样的争论来应用结论。

━━创新精神。创新精神指创新能力中的非智力因素,如求知欲、创新意识、勇敢精神、顽强精神、科学态度等。创新意识包括推崇创新、追求创新、以创新为荣,产生创新动机,树立创新目标,发挥创新潜力,释放创新激情。创新思维即发明或发现一种新方式以处理某种事情或事物的思维过程。创新能力绝不仅仅是一种智力特征,更是一种人格特征,是一种精神状态,是一种综合素养。创新能力包括创造智慧能力,包括超常力进取力、想象力、综合力、选择力、批判力、敏捷性以及创造操作能力。扎实的知识是创新能力形成的基础。合理的能力结构是创新活动必不可少的条件。合理的能力结构包括发现问题的能力、明确问题的能力、组织和分析问题的能力、解决问题的能力。

━━科学、技术、社会（STS）。科学提供知识,技术提供应用这些知识的方法,社会则要求我们的价值观念指导我们应如何地去对待科学与技术。把对自然世界环境(科学内容)的理解跟人工构造环境(技术)和人们日常经验的社会环境(社会)二者结合起来。这也是STS的实质。

━━科学精神。求真、求实的客观精神，合理怀疑和批判精神的创新精神，民主、平等、自由的合作精神，不断的求知、锲而不舍的探索精神，经过实验的检验、具有可重复性的科学态度等。

科学素养是现代人的综合素养的一个重要方面，是一个人的科学认知水平、科学认知能力、科学实践能力和科学创新能力的综合体现。良好的国民科学素养不仅是20世纪发达国家兴旺昌盛的经验法宝,而且必将是21世纪各国扬帆远航的根基所在^[14]。目前,我国正在深入实施科教兴国战略和可持续发展战略,努力把经济建设转移到依靠科技进步和提高劳动者素养的轨道上来,切实提高国民的现代科学素养已成为我国当前迫在眉睫而又意义深远的现实要求。

科学技术的发展对国民的科学素养提出了更高的标准。一个国家的国民科学素养的高低直接影响这个国家的科学技术的发展。可以说,国家的综合国力与国民的素养具有密切的关系。具有较高科学素养的国民不仅能增强国家的国际竞争力,而且对于国内科学技术转化生产力也具有重要的意义。良好的国民科学素养已成为现代社会健康、高效运行的基本前提,这一点正越来越多地得到国际社会的普遍共识和认同。我国拥有举世无双的人力资源,这一巨大而潜在的资源宝库将是知识经济时代我国进行现代化建设的一笔无与伦比的财富。但是,与发达国家相比,我国国民的科学素养仍处于十分落后的状况,当前,我国国民科学素养的低下水平已经日益成为制约我国社会进步、经济发展、国际竞争力提高的严重滞后因素。展望未来,国家的现代化首先要求人的现代化,只有高度重视我国国民科学素养的提高,并固化为一种永久的国民科技意识,升华为一种民族追求、民族精神,使之成为我们民族持续发展的最持久和最不可缺少的社会推动力,从而把我国沉重的人口包袱转变成现代社会最宝贵的人力资源优势,才能真正地为我国21世纪的国家强盛、民族振兴打下深厚坚实的根基！

一流技术科学家在科教兴国战略的实施中起到关键性的作用。这是由一流技术科学家在改革开放和社会主义现代化建设的咨询决策地位决定的。一流技术科学家是影响科教兴国战略实施中的所有因素中最积极、最能动的因素。一流技术科学家在加强科教兴国的宣传，组织科技力量，引导、促进科技和经济的结合，促进科技成果的转化，调动科技人员的积极性，深化科技体制改革等方面都将发挥重大的作用。实施科教兴国战略既要有良好的政治、文化、经济、法制等社会环境，又要有一种适应科技自身发展规律的内部环境。科教兴国，人才是键。一方面必须要切实提高科技人才的地位和待遇，努力创造尊重知识、尊重人才的良好社会环境;另一方面，要培养一大批德才兼备的优秀科技人才，因而必须大力推进我国的教育改革，积极探索与现代科技发展相适应的办学机制和办学模式。

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