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公民科学素养测试及其困难

摘 要:国际上通用的三维“公民科学素养”概念及部分测试仍然存在相当多的理论问题和操作上的难点;此测试的完善化,需要从科学哲学、科学史和科学社会学等学科中汲取营养;针对我国地区发展的严重不平衡,我国应当建立自己的观测与评估体系。测试中的问题也部分反映了“缺失模型”本身的局限性。
关键词:公民科学素养;公众理解科学;科学传播

Abstract: The general three dimensional concepts of civic scientific literacy and related test items from Jon Miller and OECD’s PISA are reviewed. It is pointed out that there are still a lot of theoretical and practical problems to be considered, that the basic framework involved should come from science studies, and that China should set up its own measurement and explanation system to cope with the serious asymmetry of its local social and educational development. The problems found in the test partly reveal the limits of “deficient model” in the public understanding of science.

Key Words: civic scientific literacy,the public understanding of science, science communication

公民科学素养(civic scientific literacy)是公民文化素养(cultural literacy)的子集,是指一个社会中成年公民对科学技术的理解和运用能力,通常指最低要求。它有4方面的问题:①它指的是什么?即如何定义它? ②它是干什么的?即用这个术语要做什么事情?③我们如何测度它?即如何设计指标体系实际测量它?④如何解释调查得到的数据?据了解,我国只有中国科普研究所、中科院科技政策与管理研究所、中国科技信息研究所、北京大学等单位的少数研究人员在一定程度上研究过科学素养及其测试问题,其中李大光等人做了大量先驱性的工作[1-4]。现在看来,国内在这方面的理论研究相当不足(国际上研究得也不充分,只是近些年研究的人员才多起来),无法满足实际应用的需要。讨论科学素养问题,广义的科技传播是一个良好的框架,《让科技跨越时空:科技传播与科技传播学》一书提供了这样的一种合适的语境[5]。无疑,科学素养问题只涉及科技传播学中极小的一部分。

一、公民科学素养的含义

乔治??梅森大学物理系的James Trefil教授给出的定义为:“如果一个人有足够的科学背景,以应付其日常生活中所涉事物的科学成份,则他或她就具备科学素养。”[6] 由于我国城乡差别极大,人们的受教育程度、生产和生活方式差别很大,人们的“日常生活”很不相同,其中关注的自然科学问题也有相当的差别。科学素养是文化素养的一个部分,而后者可以形象地比作一个庞大的知识母体(a large matrix of knowledge)。此知识母体具有马太效应,基础越好就越容易增添新内容,基础越不好就越不容易补充新内容。这里“知识”一词要做广义的理解,包括事实、术语、方法、技能、观念、哲学、历史等等,并且它们彼此紧密交叉、处于动态发展过程之中。于是,“科学素养由一系列事实、概念、历史、哲学和观念组成,它们彼此通过逻辑纽带联系在一起。有科学素养的人关于宇宙运行的方式知道一些基本的事实,也在一定程度上了解科学家是如何得到那些知识的。有科学素养的人能够处理进入他或她视野中的科学和技术事务,就如同他或她应付经济、法律或政府事务一样熟练。注意,在此科学素养定义中,我没有包括做科学(do science)的能力。当我去听一场音乐会,我不希望在前厅中被拦住并被要求展示对小提琴具有精湛技巧,方能进入音乐大厅。同样我认为不应当要求人们会做科学,方能算作具备科学素养。”[6]

科学素养与科普、科学传播(SC)及科学教育关系甚密,近些年国内许多部门都不断地谈起这个概念。我国从20世纪90年代从美国引入并开展公众科学素养调查,到目前为止已于1992,1994,1996,2001,2003共5次开展公众(18~69岁)科学素养的全国性调查。5次调查均由中国科普研究所等单位组织实施,功劳巨大。

1992年米勒在《公众理解科学》杂志第1卷第1期上著文《通向对“公众理解科学技术”的一种科学理解》,较全面地总结了此前10多年的研究进展[7,8],当时他为国际科学素养促进中心的主任,此中心隶属于芝加哥科学院。米勒指出,对公众理解科学的经验研究始于1957年由美国科学作家协会(NASW)和洛克菲勒基金会资助的一次全美成人调查。此调查的目的是想了解科学写作的读者规模及需求,样本为1 900个美国成人,问卷中只有一小部分内容涉及科学技术问题。1972年,美国科学委员会(National Science Board)决定出版双年度《科学指标》(Science Indicators,后来名称略有改变,加上了“工程”,成了科学与工程指标),以反映美国的科技状况,其中有一章是关于公众对科技的态度的,并在全国实施了问卷调查。1972,1974,1976年的《科学指标》所开展的研究属于第一阶段。米勒讲,这一阶段被认为没有很好地利用社会科学方面的资源。美国国家科学基金会(NSF)开始征集新方案,米勒与普莱维特(Kenneth Prewitt)拟定的一项建议被选中,于是开启了《科学指标》系列出版物的第二阶段的研究工作。1979年的《科学指标》具体反映了新阶段的调查设计。正是在1979年的研究中米勒第一次实施了他所拟定的科学素养问卷调查,他把科学素养定义为一种三维建构物,具体包括:(1)科学术语和科学概念的基本词汇;(2)对科学过程的理解;(3)知道科学和技术对个体和对社会的影响。[6]实际上这一指标骨架依据的是米勒于1983年发表在《代达罗斯》(Daedalus)杂志上的文章《科学素养:概念评论与经验评论》。

1985,1988,1990,2000年上述三维测度方案又有所修订。1988年英国的调查研究采用了米勒的体系,1989年加拿大的研究、1989年欧盟的研究及1990年新西兰的研究,均采用米勒的三维体系。

20世纪90年代后,米勒的体系进一步流传,同时多国的比较研究方兴未艾,针对特殊群体的科学素养调查研究也纷纷开展起来,如针对在校某一年龄段学生的调查研究。

到了2000年,联合国经济合作与发展组织(OECD)启动了著名的PISA项目(三个一轮:2000年,2003年,2006年。现在2003年的报告已经出版),32个国家(其中28个是OECD成员国)共有25万学生参与了科学素养调查(另有13个国家准备加入,我们不知道为什么如此重视科教的中国反而不加入),有趣的是年龄一律限定在15岁。为什么选在15岁呢?因为对于多数OECD成员国,15岁的学生马上就要结束义务教育了,选择这个时期进行测试能够对义务教育的效果进行有效评估。PISA测试范围较广,包括3大类:阅读素养、数学素养和自然科学素养。其中只有后者与米勒的测试有直接关系。

PISA科学素养测试仍然采用了与米勒类似的三维结构体系,但阐述得更为清楚。PISA报告指出:科学素养是指,在科学技术极大地影响着人们的生活的条件下,科学地思考问题的能力。这种素养包括理解科学概念并运用科学观念的能力[7]。

第一维:科学概念(scientific concepts)。指为了理解自然界及其由于人类的活动所导致的变化,学生们需要掌握一系列基本的科学概念,这些概念涉及物理、化学、生物科学、地球与空间科学等学科。

第二维:科学过程(scientific processes)。PISA考察学生运用科学知识及对科学过程的了解。要求学生有获取证据、解释证据和运用证据的能力。具体讲,考察5个方面的过程:①辨识科学问题;②识别证据;③得出结论;④交流或传播这些结论;⑤用演示表明自己对科学概念的理解。除了最后一条,其余几条并不直接要求具体的科学知识。当然,其他过程严格说也不是与“科学”内容无关的。

第三维:科学境况(scientific situations)。科学素养测试想了解的主要是日常生活中涉及的科技问题或科技事务与人们的关系。2000年的测试主要涉及3个方面:生活与健康中的科学;地球与环境中的科学;技术中的科学[7]。

二、公民科学素养的测试

以一种方便有效的办法真正测试这三维,是相当困难的,问卷极难设计,特别是针对后两维。据我们考察,米勒在实际测试的问卷上也没有真正反映他的理论构想,中国历次的测试中针对后两维的试题设计也有明显不足。OECD的实际测试采用的主要是塞麦尔维斯(Ignaz Semmelweis,1818~1865)日记中的段落,而采用这个例子大概受到了著名科学哲学家亨普尔的《自然科学的哲学》一书的影响,亨普尔讲述那个例子主要根据的是辛克莱的《塞麦尔维斯:他的生活和学说》(1909)一书。OECD 1999年的一份研究报告《测度学生的知识和技能:一个新的评估框架》详细阐述了PISA科学素养评估的潜在概念框架。

现有的测试方案对于科学的社会运作(涉及后两维),并没有给出很好的测试题目。这方面的测试应当主要考察人们对“大科学”时代“同行评议”、“科学激励机制”等制度安排的了解,这也是未来科学传播的重点。基于此,我们可以提出自己的科学素养体系及相关的测试方案,重点加强科学社会学的内容,更好地反映科学—社会—个人之间复杂的互动关系。初步的设想仍然是三维:①科学概念维;②科学(内在)过程维(对应科学哲学);③科学(外在)运作维(对应科学社会学、科学传播学等)。这需要一系列经过良好试测的试题作为支持。

人类社会发展到现在,积累了大量的科学知识,涉及许多学科,其中的知识可以说是海量的,终生也学不完。但是,这些知识中有一些是基本的、对每个人差不多都是重要的,或者说应当知道的。
对第一维的测度,应当把握一个基本原则:不是多多益善。大量科学知识是相当专门化的;大量知识更新速度很快,即现在看来很准确,不久后就会过时甚至成为谬误;拥有更多的知识,在相当程度上不说明问题,还要看这些知识的时空分布状况等。对于测试而言,要求公众掌握的是有一定时效性的、通用的、各学科均有分布的、难度适当的知识(包括事实、原理)。

科学素养包括许多内容,一般来说不容易简单地概括为几个方面。《面向全体美国人的科学》中认为,“科学素养包括数学、技术、自然科学和社会科学等许多方面,这些方面包括:熟悉自然界,尊重自然界的统一性;懂得科学、数学和技术互相依赖的一些重要方法;了解科学的一些重大概念和原理;有科学思维的能力;认识到科学、数学和技术是人类共同的事业,认识它们的长处和局限性。同时,还应该能够运用科学知识和思维方法处理个人和社会问题。”[9] 在这种理解中,采用了科学的广义用法,科学一词包含数学、自然科学(物理、化学、生物学等)、社会科学等,而狭义的用法中科学只指自然科学。在OECD的PISA项目中,科学也只指自然科学,在那里分别考虑数学素养和自然科学素养。

无论按广义的理解还是狭义的理解,科学都是十分复杂的,科学素养也都包含许多相互联系的方面。自米勒始,为了测试方便,人们常常将科学素养简化为三个维度。但是这三个维数与数学上的三维是不同的。数学上讲的三维,彼此是独立的,而这里仅仅是借用“维度”的概念,是一种比喻的说法。科学素养的三维之间有着内在的复杂关联。

在通常的认识中,三维素养呈现正相关变化,即第一维测试的数值越高,则第二维第三维测试的数值也高,反之亦然。笼统讲,这不算太错,但不准确。细致分析,其中会存在反相关的情况。假定测试结果大致反映了实际的情况,针对不同的人群或者个体,完全有可能对于第一维测试的数值高,而对于第二第三维反而很低,也可能存在另一种情况,即第二第三维数值高,而第一维相对较低。这种可能性特别值得指出来。它的含义是,对科学事实的了解,不等于对科学过程、科学本性、科学的社会与境的了解。

随着科学本身的复杂化,科学传播过程日益复杂化。三个维度的科学传播之间可能还存在一种新情况:即相互冲突。英国科学技术办公室(OST)与威尔康信托基金(WT)2001年报告指出,科学传播系统中的不同主体(players)之间,关于向公众传播什么、为什么传播和怎么传播等,会存在一定的张力。试图传播关于科学的确定的“事实”的欲望,与试图传播科学之运作过程的需求之间,可能相互冲突[10]。前者力图提供相对简化而明确的科学信息,而后者试图让公众明白科学发现过程中的接连不断地提问题的过程,即关于科学本身也要不断地问为什么。前者强调信,后者强调知。“更好地理解科学的过程是重要的,如果非科学家试图搞明白被接受的理解如何可能被过高估计,以及新的解释和结果是如何领先的。这样,当新发现被宣布时,可以防止科学和科学家受到冷落,也会防止所谓的新发现产生误导作用[10]。
这就自然引出科学传播的两类不同模型。一类是传统的欠缺模型(deficient model,也译作缺失模型),它是自上而下向群众教授科学的模型(这个模型相当有效,但也有一些问题);另一类是介入模型、与境模型、民主模型、对话模型(这个模型听起来十分动听,但操作起来有相当的困难)等。

威尔康信托基金1998年的研究表明,非专家不需要了解一大堆科学的细节才能够讨论科学的社会与伦理问题[10]。因为科学是高度分科的,就某一学科或者专门问题,确实存在专家与非专家之严格分界,但就整个科学而言,很难说谁是专家谁是非专家。比如,院士是科学家,是在某一专门领域有很高成就的科学家。通常人们以为他们对于科学的任何事物都是专家,即不仅仅是在他擅长的那个领域是专家而且也是其他领域的专家。这当然是没有根据的,虽然一些院士知识面很广,但仍然得不出院士比普通人对其他学科了解得更多。比如陈景润是数学中数论领域的专家,他对物理学、对社会科学可能就比较外行,甚至不如普通的文科大学生及普通市民。这也非常正常。

在科学的社会与境一维,更多涉及情感和价值观。公众与科学家更站在几乎相近的平台上。科学家群体可能更倾向于维护科学共同体的利益,而公众可能更关心自身的利益,他们对同一个问题的看法可能相差很远,也不能简单地称科学家的判断更客观、更合理。这时需要对“合理性”制定标准,而这个标准是相对的,随着时代的不同也会有变化。

三、现有测试方案关于第二和第三维的处理及其问题

科学素养定义中包括了非常广泛的内容,也因而给进一步的界定和实际的测度带来了一系列复杂问题,其中包括若干理论问题没有解决。米勒的三维体系谈论起来非常合理,但极难测试,实际上各国在测试中也都做了灵活处理,包括米勒本人所做的测试。第一维涉及的主要是科学事实和原理,基本没有问题,但第二第三维问题很多。

宏观上讲,第一维涉及的各门自然科学中的基本知识和原理;第二维涉及的是科学史、科学哲学;第三维涉及的是科学社会学和STS等。对于普通公众,对于第一维可能还算容易掌握,但对于第二和第三维就显得相当困难了。即使对于专门学习科学史、科学哲学和科学社会学的学生,对相关问题的认识也有很大差别,一方面属于较难掌握,另一方面这些学科、问题仍然处于广泛讨论、争论之中,很难给出唯一能让大家认可的选择。

米勒对科学素养的理论和实践贡献很大,但是因为他不是专门从事科学哲学、科学社会学工作的,他一定程度上低估了后两维测试的困难。由此导致的直接后果是:

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