建构主义与科学教育的再探讨

建构主义与科学教育的再探讨

裴新宁

华东师范大学课程与教育研究所 上海 200062

【摘要】科学学习观的建立及建构主义对科学教学实践有益的启发有着广泛而确凿的科学研究基础；建构主义不是科学教育的目的，而是一种有助于达到科学教育目的的工具。科学教学的进步不是当把几种互斥的模型或理论视作“对于”的时候获得的。我们进一步的研究不应该聚焦于放大不同立场的差异，而应该呈现一个宽阔的视野，来全面审视科学学习，使研究者更为恰当地揭示科学学习过程的复杂性。

【关键词】建构主义；科学学习；科学教育

建构主义在科学教育中的生长遵循着一条自然发展的规则。上世纪80年代中期，发生于心理学及认知科学领域关于学习的探索和发现显著影响了关于科学课程的思考，“儿童必须建构他们自己的知识”成为80年代以来心理学研究的普遍命题。随之，托马斯·库恩的科学哲学命题“所有的知识都是相互关联的，其范式都是相互依赖的”加入进来，使科学教育研究的范式发生了转变，并带上了“认识论革命”的色彩，且为建构主义的思想最终扎根于科学教育领域奠定了根基。走到今天，建构主义广泛影响了科学教育的各个角落，并触及到了科学教师道德上的责任：解构传统的有关科学和知识的本质的客观主义概念，重建他们个人的认识论、教学实践以及与学生的关系。20年里，无论人们怎样褒贬不一，作为一种科学哲学认识论、一种科学学习理论和研究范式以及一种科学教学实践的方法论基础，建构主义成为当今正规教育理念中不可或缺的组成部分，以顽强的生命力存在着。

一、建构主义与全面的科学学习观

作为一个专门领域的科学教育，在经历了从行为主义到建构主义的科学学．习观的几次振荡之后，今天明智的科学教育研究者能够从一个宽阔的视野来全面认识科学学习。

历史上，对科学学习观的形成影响最深刻、最广泛、最持久的人物是皮亚杰。皮亚杰

认为学习是概念发展，其发展阶段说及同化与顺应平衡的观点是70年代科学学习研究的主流支撑。但同时，皮亚杰又被认为是上世纪80～90年代存在于科学教育当中几种建构主义变体的先父。建构主义的核心命题是：每一个个体的先拥概念引导他们的理解；关于外部世界的知识是人类的建构。建构主义的核心主张并不在于否认外在于个体的真实，而在于强调我们关于真实的全部认识只是我们暂时的建构。相应地，不能把学习视作知识的传递，而是学习者基于其原有知识主动建构抑或创造新知识的过程。在这一建构过程中包含着社会性因素。尽管个体只能建构他们自己新观念的意义，但是建构意义的过程总是镶嵌在一个特定的个体融于其中的社会场景中。

显然，这一对科学学习的认识(如何获得科学知识)实际上跟对世界的认识(什么才是科学知识，它在哪里)是分不开的，建构主义学习观是建构主义科学世界观(认识论)的直接显示。对科学学习的最具代表性的建构主义解释是个人建构主义和社会建构主义。

整个20世纪的80年代及90年代初期，流行于欧美科学教育中的主流建构主义强调的是个体对知识的建构。个人建构主义关注的是建立于个人理论和解释基础上的定性理解以及由教学所创设的困惑而带来的学习中的变化。而社会建构主义则关注对知识建构的社会环境的影响。个人建构主义者的知识观实际上就是认知科学的知识获得观，认为人脑“内部”储存着关于某种结构或外部世界特征的心智表征；学习就是心智模型的建构，那么知识就是个体所拥有的某种东西。因此个人建构主义又称认知建构主义。社会建构主义者(如吉尔根)并不否认个体头脑中已有的存在，但他们更加强调知识尤其重要的社会性方面：知识可分布于某一共同体成员之中，或者可被这一共同体分享，因此，知识就是个体与社会“之间”的某种东西，学习就是与共同体成员的互动协商，也就是一种对共同体的文化适应，学习的重心就落于社会和文化活动的过程及其各种制品中。由此，社会建构主义，也常常称作社会文化取向的建构主义。立足于这一立场的科学学习研究的基本问题就是共同体中个体参与方式的变化(比如“对话”的方式)，或者，用当代科学哲学与科学社会学家托宾的话更深刻地说：社会文化取向的建构主义科学学习及研究的基本问题是：在发生学习的“实践共同体”中，“参与者如何变化身份以适应与他者、与社会结构以及与权力关系等的互动”。这一立场的典型体现就是科学学习的“学徒模型”。

个人和社会是建构主义学习观与知识观的两种最基本的立场，但对科学学习来说，还有与建构主义共享一些基本假设的富有特色的重要理论。

比如，诺瓦克(JosephD．Novak)的人本建构主义观(ahumanconstructivistview)。[引早在70年代，他的研究曾对皮亚杰的阶段论构成了最大挑战。他将70年代科学学习研究的核心问题“儿童是否通过发展一般认知结构或认知运算，从而理解外部经验的意义”，转变成“儿童是否获得了一个具有层级组织的特定概念的框架使他们制定经验的意义”。诺瓦克根据大量的研究数据认为，奥苏贝尔的意义接受学习理论比皮亚杰的阶段论对科学学习研究的数据可以作出更好的分析和解释。在80年代，他又将个人建构主义和社会建构主义的精华跟学习理论创造性地结合，提出了“科学知识与学习的人本建构主义观”。这一观点的基本命题是：人是意义制定者；学校教育的目标在于鼓励意义的分享；分享意义可经由充分准备的教师的主动介入加以协调。他将人的主体性与社会环境的影响融合到他的科学概念建构的理论中来。诺瓦克率先提出了概念周的思想，并结合计算机，开发了大量的概念图工具，将学习者学习科学知识的思维过程表征出来，展示了学习者如何在既有概念和解释框架中寻找新知建构的“固着点”，在相互联系间发生概念改变。进而，充分揭示了科学知识本质上的层级性、概念性和命题性，并形象地反映了科学思维的本质——概念之间复杂的网状逻辑关系，而这种思维又是建立在戴有“知识眼镜”的观察、经验、互动基础之上的。诺瓦克在90年代以后对科学教育乃至整个教育的最大贡献在于，由于他的研究和对科学学习的理论解释，使研究者找到了运用现代信息技术工具研究学习领域深层问题的路径，大大提高了学习研究的有效性。

另一个在科学教育领域享有独特地位的是与境论(contextualism)。它认为，思维与其产生并运用于其中的真实生活情境脉络有着解不开的联系，而科学的建构和决定的生成更是仰赖于与境(卡林·诺尔—塞蒂纳，2001：16—17)。这一为科学家、科学哲学家及科学社会学家所认同的知识论和建构主义共享着许多假设，对科学教育有着特殊的意义。它强调：科学学习发生在(或置身于)真实场景；评价应整合于任务之中，而不是一种单独的活动。教育者称这种跟情境脉络有关的学习为“情境认知(situatedcognition)”，这种学习类型叫做“真实性学习(authenticlearning)”。这一观点，肯定了学生边缘介入科学家共同体的合法性，强调学习是知识的意义和学习者的身份的双重建构。这一观点对学校科学教育的价值在于，强调通过拟真的问题情境脉络创设有利于学习者理解、掌握和运用科学知识和技能的“实习场”。

二、建构主义对科学教学的意义

基于建构主义的不同理论取向从不同侧面对科学教学提出了具有不同意义的启示，但在真实有效的科学教学场景中这些意义则是相互依存的，它们统一于学习者的学习活动之中。跟源于哲学理论和科学学习实证研究的建构主义学习理论不同，为我们所称呼的“建构主义的教学观／教学理论”主要是研究者和实践者基于真实场景对建构主义学习观的再建构。因此，实践中的建构主义实际上是千差万别的。所以，我觉得，也许根本就不存在严格意义上的“建构主义的教学观”。我更愿意用“建构主义对科学教学的启示／启发”来表达建构主义对科学教学的意义，就是出于这样一种考虑。

个人建构主义突出了帮助个体学习者学好科学的教学意义：创设优化的学习环境，以支撑个体对知识的建构，而且这样的学习环境应该以制造适当的“困惑”、帮助并引导学习者解决“困惑”为核心。社会建构主义则强调如何提高科学教学中各种互动的成效：学习与教学是一种适应某种实践共同体文化的形式，课堂是进化的、以话语实践(如说、写、认知、探讨、表征等)为主的学习组织，而置身于这样的组织之中，当且当“参与者的文化资源被认同为学习的资本，教师和学生在语言上能够达成共享且权力得以平等分配的时候，学习是最有效的”。

从个体学习的意义上说，教师就是学习环境中可以为学习者提供给养的要素之一，当然是能动的要素。教师及设计者对学习环境安排的程度应该视学习者、学习任务及情境因素等变量的多少而变化。科学教学要关注生成性，这包括学生观点的生成性和教学过程的生成性；教学设计的重点在于为科学学习设定基本的方向——基本目标的同时，为生成性学习留出空间，即应关注在实现基本目标的过程中，编目之外的、游离而出的更有价值的目标。但是，有效教学的实现，有赖于社会性互动质量的保证，而且这些互动必须以参与者“所知”和“能为”为中心。为此，首先应确保学习环境的安全性，不仅学习的物理环境是安全的，更要保证当学习者遭遇挫折或失败时没有讥讽而可以充满信心地面对的学习氛围。其次，要让所有的学生发出自己的声音，允许多元价值的存在，并形成相对共同的价值进行分享，承认学生的暂时理解乃至迷思概念(misconcept)的合法性，可以把学生的知识作为制定经验之意义的模板，把学生的错误当作调整教学、引导理解的转折时机。再者，对科学教师来说要着重考虑：如何使学习者最大程度地学习、最大程度地进行知识的社会传播、最大程度地发展某种话语使其向规范的科学逼近。”为此就要通过设计培育一种超越传统班级授课制组织的新型的文化关系——学习者共同体。其间，教师和学生都是学习者，但教师必须以专家学

习者的身份导引学生的发展，学生在同伴特别是教师的协助之下，师生在相互促进彼此的发展之中共同成长。教师必须善于识别与利用各种可能的资源支持这一学习者共同体的成长。

人本建构观在科学概念和原理的教学中很实用，科学教学要抓住科学概念结构这一中心，科学教学的关键在于利用有效工具帮助学习者在与既有概念或解释框架建立相互联系的过程中发生概念转变。与境论则明确启示了科学教育的长远发展方向：从更大的学习者共同体着眼，真正的专长存在于专业实践共同体(专业领域)中的专家智慧中，学校中学科教师的本质角色是一个知识与学习的中介者。我们的科学教学，若想发展学生的专长，最终要把学生引向科学家的知识世界。从学校“实习场”走向实践共同体是促进学习者专业知识发展的最佳路径，社会应当成为学习最好的、最丰富的资源，教师及教师集体便是使学习者通向真实世界的资源中介。我们可以尝试“走出去，请进来”的策略，更可以借助今天强大的信息技术支持通过虚拟各种真实的交往，来汲取中介专家资源对学习者的给养，来支撑这种更为复杂的、更为专业化的建构，以实现充分的对专家知识的共享。

以上几种立场的建构主义在科学知识生成的过程中统一起来，共同描绘了科学的本质。即科学知识是一定的情境脉络之中个人建构与社会建构的共同过程(参见下图)。

三、建构主义与科学学习研究的基本范型

理论家关于学习的立场极大地影响着教育与研究的方向，这也使科学学习的研究分类有了相对可以依照的基本标准——理论取向。这里介绍两种重要的关于科学学习研究的分类，从中我们可以看出建构主义理论对科学教育研究的价值。

1．基于“科学概念”的四取向分类

学生及教师对科学概念本质的理解是科学学习的关键，可以说，科学教学的目的就是促进学习者从关于自然及科学的日常概念向科学概念转变。因此，围绕科学概念的科学学习研究一直成为科学教育研究的核心。由此出发，艾伦和林(Eylon＆Linn)将科学学习研究分为四种取向：概念学习研究、发展研究、差异研究和问题解决研究。

概念学习研究旨在揭示学生用于解释科学现象的概念间的质性差异，并检验学生对有关主题的科学概念的理解。从事这类研究的科学教育家以德赖弗为代表(同时Squires、Rushworth、Wood—Robinson．Pfundt和Duit等人的研究也为世界公认)。发展研究提供了一个比概念学习更为全面的关于学习者的看法，它用以检验个体随时间的推移所发生的概念变化。这一研究取向的理论基础涉及到从皮亚杰或新皮亚杰学说到维果茨基学说的诸多观点，它致力于揭示“什么发展了”。差异研究旨在考察个体能力和倾向的差异，以及这些差异与教学的相互作用；差异研究尤其关注学习者的科学性水平、智力技能、与科学性水平相关的心理倾向，以及在不同统计人口中这些技能的分布情况。由于与科学知识、学习境脉及社会境脉等不同因素之间的互动存在很大不同，故差异研究的有关发现缺乏一致性。第四种的问题解决研究包括一些对个体回答科学问题过程的研究。它特别关注对问题解决新手和专家特征的研究。这类研究揭示，由于学习者关于某一主题的科学概念会影响推理且与一般能力之间存在相互作用，所以教授一般问题解决技能是困难的。

2．基于“科学表现”的三种模型

新手和专家在解决科学问题过程中的表现是80年代科学学习研究的关注点，芳海姆(Farnham—Diggory)在考察了大量的对科学表现的研究案例之后，将不同研究归为三种不同理论取向的研究模型：行为模型、发展模型和学徒模型。

行为模型的科学学习研究的基本做法是利用同样的量表记录专家和新手的表现，来比较专家和新手的差异，只要把这些差异转换成“增量”(包括种类和数量)就可以容易地观察比较。研究揭示，新手能够系统地增加科学知识的类型(如陈述性、程序性、概念性、类属性和逻辑性知识)直到达到专家水平。这类研究试图表明，学习是在某种特定行为方面的训练。只有在增加某种新的东西时认知结构才会发生变化。很大程度上，这一类型的科学学习研究看似60年代一些大的课程改革项目所研究的内容。发展模型认为新手和专家在他们个

人理论、对事件的解释及经验等方面基础是不同的。因此，这一类型的研究通常将个人理论和概念原理镶嵌在不同的框架中让学习者学习；教师通过提问、制造矛盾和挑战某既存理论，从而达到挑战学生的个人理论的目的。这一过程叫做“扰乱”，学生在教师的激励下对理论进行修正。这种修正往往是学生思考和重建其五种类型知识的质性转换。显然，发展模型的科学学习研究立足于皮亚杰和建构主义的立场，且包含了艾伦和林所论及的所有四种取向。学徒模型的科学学习研究揭示，借助文化适应的机制，新手学习者可以进入专家的世界而变成专家。这一对新知识的学习通常是默会的，且由于可以成为专家文化中的一个成员，使这一学习得到促进。显然这类研究模型跟强调学习的社会境脉的一系列理论有关，这是一个很新的领域。

以上两种分类对识别与描述科学学习与教学的研究主题提供了有价值的框架。同时，借助它们，我们可以把握今后科学教育研究的发展方向。但从“纯”理论的视角和从教学研究与实践的视角审视理论，结果是不同的。比如，初看起来，芳海姆的三种模型是互不兼容的，但在每一个真实的学习与教学场景中它们是共存的。即便是建构主义取向的“发展模型”，通常并不排除“对”某种所要学习的科学语言或技能的训练；而将“发展模型”用于某个科学原理的教学时，这一模型所包含的要素和主题则往往需要认知学徒模型来补充。

四、今日科学教育研究：走进学习科学

近年来国际科学教育领域可谓成就辉煌，研究范式、教学范式以及学习范式的转变，似乎都与建构主义有着不可分割的联系。认识世界视角的多元，伴随了各个领域的变革，共同催生了许多新生领域的诞生。学习科学(1earningsciences)便是认知科学、计算机科学、系统科学、人类学、社会学、管理学、科学和数学教育等等诸多领域合力孕生的综合科学。科学学习研究的突出成就使科学教育有资格优先进入了这一领域，在一个更大的跨学科群中，找到了一片更广阔的发展天空。几位在建构主义研究方面有突出贡献的科学教育家现已为学习科学领域的带头人。

托宾第一个把建构主义的认识论思考引进科学教育，从此为科学教育找到了有力的批判工具，使科学教育研究者学会了反思，并从此能够专注于旨在改进的务实的内在批判，科学教育获得了朝向良性进化的认识论指引。托宾今天的工作重点就是帮助更多的学习科学的研究者发展从研究中有效建构理论的能力。德赖弗和诺瓦克率先开始了建构主义的科学教学

实验和概念转变研究。德赖弗热衷于研究师生关系和对话的方式对概念转变的影响，几十年累积起来的数以千计的概念转变研究的案例，建构了概念学习的基本模型，为后人的研究提供了极其宝贵的知识库；而诺瓦克则致力于认知工具的开发，最大程度地帮助学习者将思维可视化，从而为有效的元认知教学的实现搭建了重要桥梁。今天的思维可视化成为众多领域聚焦的对象，尤数技术专家的成果最为显著，大量的思维可视化工具如雨后春笋，竞相增长。有了它们，人们的头脑中的微观世界得以显现，揭开人类认知的奥秘的旅程有了实质性的推进。弗雷泽(B．J．Fraser)等人则把建构主义用于科学学习环境研究，开发了适用于不同年龄和文化场景的科学学习环境设计与评价工具，并拓展到其他学科领域，且因此成为学习科学研究领域中的一面旗帜，以创设建构主义学习环境为主题的教学设计研究在世界范围展开。

国际科学教师教育领域，更是突显了建构主义的指导，它围绕教师自主建构知识这一核心，促进教师的个人发展与社会性发展。目前，“模型化”、“在设计中求发展的学徒制”、“技术介入的情景模拟”以及“基于课堂的行动研究”成为美国、加拿大以及澳大利亚等发达国家科学教师专业发展的主要模式，丰富的成功案例使科学教师教育领域成为目前为数不多的具有实效性的研究领域，为教师教育研究树立了典范。

由于学习科学的新成就总是在科学教育研究中首先体现，这也使科学教育研究成为学习科学越来越重要的组成部分。

五、科学地对待建构主义，谨防落入误区

建构主义进入我国已有十年的时间，极大地推动了我国科学教育研究的发展，尤其是对探索基于科学探究的科学学习方式，促进科学课程多元化提供了强大的理论指导和支撑。当然，与起初人们久旱盼甘霖般地对建构主义的接纳不同，今天，研究者们已经学会反思。公开标榜“建构主义”研究的热潮似乎渐趋平静，但多了一些孰是孰非的纠缠。不管怎样，建构主义对科学教育工作者来说，始终保持着无法拒绝的吸引力。种种迹象表明，建构主义已经成为科学教育行动的“潜台词”，而不是仅仅挂在嘴上的口号。理智地进行科学教育的研究与实践，必须科学地对待建构主义。笔者想强调以下几点：

第一，建构主义首先是一种关于学习与教学的认识论，是一种元理论。国内对建构主义的批判，有作者没有搞清自己的落脚点，把语义/心理的和认识论的某些方面混为一谈，

甚至很多人认为只要掌握几条具体的教学策略就是“建构主义”了。认识论不是基于语义的、心理学意义上的学习理论。关于语义的心理学理论是说明有意义的思想是如何产生的，概念是如何形成的，理论是如何被理解的，更多地跟心理机制联系在一起，而并不具备认识论的使命——说明思想、概念或理论如何之正确。心理学意义上的学习理论，是不考虑学习内容的真理性的。学习真理跟学习谬误的机制是一样的。学习理论是支持教学方法、策略的原理。所以，建构主义在教育中的意义是多个层面的。几种只知其然，而不知其所以然的简单做法，无论这种做法效果如何，不能一概归为建构主义。建构主义对教育的最大贡献在于在这个古老领域中确立了新的世界观，为学习的研究提供了把握方向的批判视角，为学习者(包括学生以外的其他人)对意义的建构提供了批判工具，使他们不再盲从与听信，学会在基于经验的探究中理智地思考。这使教育领域找到了创新的起点。

第二，建构主义学习理论不是对先期的行为主义和认知主义学习理论的替代，而是扬弃。建构主义学习与教学理论有着表现自己“生命力”的“定义域”，不能解决学习与教学中的所有问题。不仅建构主义理论如此，所有的理论都具备此性质。建构主义的学习理论侧重于解释基于高级认知的理解性学习，强调以发展意义为先，而不是以行为训练或传递完好结构为先。

第三，作为理论研究来说，不同流派可以独立生存，任何学术共同体中都有流派，但在真实场景中就不同了。科学学习的情境是复杂的，任何人很难只借助唯一一种取向的理论去解释不同的现象，各种观点之间是相互包容的，在复杂情境中它们相互包含在了一起，构成了一种宽阔的科学学习的视野。科学教学实践就更复杂了，首先要考虑的是教学的需要。因此建构主义学习理论对教学的启发在于为成功教学提供可能的路径，而不是必经的、保证成功的路径。实际教学中，在一定的教学意图下，究竟选择何种学习理论，应以学习者准备水平、学习任务以及学习情境等因素而定，而不是因理论的流行程度大小而定。

第四，建构主义是一种研究方法论，具体的研究技术策略不等同于建构主义。建构主义确立了“研究者作为积极的观察者”的“二阶控制”的研究方法论基础，使研究者注意到了自己对研究本身的建构活动，从而全面理解研究境脉中各种认识活动之间的限定关系。建构主义研究方法论关注建构中或生成中的世界观，建构或生成由探究者来完成，建构主义的探究者同时也是他们正在探究的世界的参与者。

第五，建构主义是一个框架，要靠研究者的经验为其填充内容。任何理论的意义只有在实践中才能生成与发展。建构主义给了我们认识论，也给了我们方法论，更让我们具有了一种勇于批判、不断探索、扎根世界的精神，这也就决定了中国教育中创新的可能。其实，我们已经看到，建构主义已在中国广袤的教育大地找到了适于生存的沃土，生根、发芽、长大，并已融人了中国教育理论的意义。

结语

建构主义不是科学教育的目的，而是一种有助于达到科学教育目的的工具，其价值是由教育者(使用工具的人)决定的。从这一点来说，究竟是否要采用建构主义方法，必须依照科学教育所追求的目的而定，而不是反之；理论的有效性显然是有意义区间的。因此，任何试图以建构主义代替一切既存的关于教育的理论的做法是错误的；那些把当今教育改革进程中出现的问题一概地归咎于建构主义，甚至试图将建构主义等“洋货”从中国赶出去的想法更是没有出路的。

今天的科学学习观的建立及其对科学教学实践有益的启发有着广泛而确凿的科学研究基础；科学教学的进步不是当把几种互斥的模型或理论视作“对手”的时候获得的，不同的立场关注的是科学学习过程的不同方面。我们进一步的研究不应该把注意力放在这些立场的差异上，而应该呈现一个宽阔的视野，来审视学习，形成“不同的立场是互补的”认识，使研究．者更为恰当地揭示学习过程的复杂性。作为一名科学教育工作者，当下的首要任务是，找到一条智慧之路，让不同的模型发挥效力，去表达科学教育所包含的不同的学习，去明智地促进科学教育研究的良性发展。

【参考文献】（略）

文章选自《全球教育展望》（2006.5）