公众科学素养理论与评估

李大光

公众的科学素养是衡量国家科技发展水平的重要因素之一，国际上关于公众科学素养概念与内涵经历了长达半个多世纪的讨论，本文有关科学素养的概念、维度、标准，以及社会调查方法的确定，展示了国际相关领域的发展历程，也为制定与国家整体发展趋势相适应的中国公众科学素养基准提供参考。

公众的科学素养（Public Scientific Literacy）是关于公众理解科学的重要研究领域，也是科学家和教育家一直关注的话题，学术界和科学传播界对科学素养的研究至1980年代达到了顶峰。公众理解科学的研究不仅仅限于对科学素养概念和定义的解释，也不限于调查指标体系的研究和实验，更不限于各个国家公众科学素养的比较研究，相关学术研究对科学教育和社会传播领域也产生了巨大影响，进而导致教育界和媒体的科学传播模式发生改变。公众科学素养的提升更是人类文明进程的重要一步。

关于“科学素养”的讨论与发展

对任何社会现象、文化现象研究，一般都是学者首先对某一个社会群体的隐性或者显性现象进行观察，然后提出一种或者几种概念。这些概念经过长时问学者的讨论，逐步形成多数人认可的概念，这样的概念由术语作为象征符号。但是，社会学研究是在社会和文化的特定语境中进行的，因此，社会学家、文化现象研究学者一定会受到其生活语境、教育背景和特定的政治文化环境的影响，从而影响其对某个术语所赋予的概念的形成。科学素养是近50年来，从事科学技术传播、科学教育和科学哲学的学者关心和讨论的题目。同时，由于各个国家的重视，几乎成为一种口号。但是，由于各个国家特定的国情差异，甚至教育思想、科学传播思想和政治制度的差异，对科学素养的解释都是不同的。

现代对科学素养概念的讨论始于1950年代末，起因是苏联的第一颗人造卫星“Sputnik”发射成功，由此引发了美国关于科学技术教育危机、科学技术落后，以及公众对科学技术的支持程度的担忧。同时，日本等国家战后的迅速发展，也引发了美国的担忧。1960年，美国科学家沃特曼（Alan T.Waterman）认为：“科学的进步在相当大程度上取决于公众的理解和对持续不断的科学教育和研究计划的支持。”

同一时期，在太空竞争的刺激下，美国人对本国下一代的科学素养水平开始担忧，认为美国的后代在各种国际科学竞赛中成绩低下预示着未来美国人无法在科学技术的竞争中取胜。在此期间，美国的经济地位受到新的国际形势的挑战，尤其是受到日本、韩国、新加坡、中国台湾地区经济发展的挑战。美国人认为，美国的工业地位和经济大国地位正受到威胁。另一个挑战主要是美国科学和工程学研究基础开始出现薄弱化趋势。

在过去的长达半个世纪的科学素养概念与内涵的讨论中，1970—1980年代处于概念漏斗（conceptual funnel）的中部，概念出现分散化趋势。人们普遍认为，西方国家和其他某些国家对科学素养的关注和持续研究从1980年代初开始就未中断过。在过去的40年时间内，讨论科学素养问题的论文和文章呈现上升趋势。从1974年到1990年，与科学素养有关的期刊论文、研究报告、会议论文、项目计划文章、项目报告和期刊社论等各种文献多达300多篇。

对科学素养概念的构建经历了复杂和困难的认识过程。从赫德（Paul Hurd，1958）开始，到耶格尔（Robert E.Yager，1983）、德博尔（G.E.DeBoer.1991）、沙莫斯（M.H.Shamos，1995）、杜兰特（JohnDurant，1992）以及米勒（Jon D.Miller，1992）等人的讨论，“科学素养”这个术语的内涵出现了多元化解释。南非学者劳克什（Rudiger C.LauRksch）对1960年代到1990年代这个术语的演变过程进行分析后发现，在“科学素养”概念化过程中受到多种因素的影响，其中最主要的因素就是学者的兴趣，感兴趣学者大概分为以下四种。

其一是科学教育家。这个群体对教育制度的本质、教学质量和改革感兴趣。他们关注的是正规教育与科学素养之间的关系。

其二是社会科学家和舆论研究学者。他们关注的是公众参与科学技术政策决策的能力，公众获得科学技术信息的渠道和信息流动的自由程度，公众的科学知识程度和对科学的局限性的理解程度，以及公众对科学技术发展的一般态度和对特别技术发明的特别态度等。

其三是科学社会学家和采用社会学方法促进科学素养研究的学者。这个群体的学者喜欢用社会学的方法研究科学知识的社会建构或者“语境中的知识”（knowledge in context）。他们研究日常生活中的个人对科学知识的解释，科学信息与态度之间的关系，公众对科学的理解的变化规律，以及分辨共识与个别科学观点的差异等。

其四是非正规科学教育学者和科学传播学者。这个群体大多数在科技馆、科学中心、植物园和动物园、媒体等机构工作。这个群体强调的是为公众提供各种机会，通过事物的展示和讲解，报道和撰写科学事件等解释和教育的方式使公众熟悉科学。

1983年，米勒在美国艺术和科学院出版的期刊《代达罗斯》（Daedalus）发表文章：“科学素养：概念及实证回顾”（Scientific Literacy：a conceptual and empirical review），从概念和经验角度对科学素养概念进行审视，具有非常重要的影响。他认为概念的形成应该符合“当代形势”（contemporary situation），当代的美国社会是“科学技术社会”。按照这个社会形态的需要，他提出科学素养的三个维度：科学的准则和方法；科学的主要术语和观点；科学对社会的影响。在后来的研究中，他对这三个维度做了一些修改，并逐步建立采用社会学的方法进行测度的评估体系。米勒在这个领域的贡献主要在于：在认真总结前人研究的基础上，进一步确定了科学素养的定义和内涵。他1983年的文章不仅兼顾到科学素养的各种观点，并对其进行融会贯通，同时提出了科学素养的多维性。他不仅确定了概念，而且在后来通过开放和定性研究确定了测度方法和题目。这是因为他比任何人都更敏感地意识到科学素养的社会维度和文化维度。米勒目前在这个领域仍然是得到普遍肯定的重要学者，一共有40个国家采用他的维度和指标，以及测试题目进行本国的公众科学素养调查，他的贡献是毋庸置疑的。

1989年，米勒在旧金山美国科学促进会（AAAS）年会上的发言中将科学素养定义为：“在某个社会中为满足一些角色功能所需要的基本可以接受的知识和技能水平。”他的适应于美国社会的科学素养的定义得到普遍的接受和认可。

纵贯各种观点，大概可以看出公众科学素养的概念的形成是一个长期演变的过程，是一个历史条件要求所导致的概念的讨论，最后形成大家共识的过程。共识并不是说大家必须共同遵守一个标准，由于对科学素养这个术语进行定义的人目的和背景的不同，所赋予的概念和内涵也不同。从表面效度来看，科学素养的绝对定义要求每个人都具备科学知识、科学技术技能和对科学的支持态度。但是，要确定一个绝对的科学素养的定义的想法本身是不现实的。用米勒的话说，科学素养的目的取决于其将要发挥作用的社会语境，“其固有的特性与其应用的社会相一致”。如果“科学素养是由社会决定的”这个观点是可以接受的话，那么，科学素养的定义将会因时代、地理区域（工业化地区或农业地区等）、社区人群和社会条件的不同而不同。

任何一个不认为社会是真空的人都会认识到这个问题，任何一个有效的定义和概念的产生及有效使用都是社会需要和长期讨论自然形成的。

科学素养的概念与维度

米勒教授认为，科学素养是多维的概念（multi-dimensional）。界定科学素养的概念不是一门精确的科学，而是一种评价。科学素养应该被看作是社会公民和消费者所应该具备的最基本的对于科学技术的理解。科学素养的概念并不是指公众对科学已经达到很好的理解程度，而是指一种基本程度。他认为，科学素养具有以下几方面的内容：（1）理解基本的科学技术术语和概念；（2）理解对现实的设计进行科学检验的过程和方法；（3）理解科学技术对社会的影响。

米勒的观点是在总结其他重要观点的基础上形成的。其中，申（Benjamin Shen）的观点具有重要价值。他认为，科学素养概念大致分为三类：一是实用的观点（practical），就是能够使用科学知识和信息解决自己日常生活的问题。他认为，这种观点适合于发展中国家。目前，印度在根据这个观点发展自己的科学素养教育。发达国家公民可以采用这个观点发展消费者利益保护的素养教育。二是公民权利观点（civic）。他认为，这是公民参与科学决策议题的里程碑。在民主国家里，公民有权在获得足够的信息的基础上，参与科学技术的决策，作为纳税人有权知道自己的钱的投资与产出的结果。这是民主国家民主决策的重要保证。三是文化的观点（cultural）。科学是人类文化的重要成果，具备科学素养的公民应该理解。他认为，虽然这种素养仅限于一小部分人，但是，这仍然是很重要的，不可忽视的。任何一个国家中都要有一部分这样的舆论领袖和决策者。

米勒的关于公众科学素养的三维模式提出后引起争论。争议比较小的是第一维：科学知识（由科学术语和科学基本观点构成）。这也是目前国际比较仅有这个领域的数据的主要原因。第二维是对科学方法的理解程度。参与讨论的各国学者认为，科学方法受到各个国家的文化，尤其是传统文化和地方知识的影响，对于科学探究的途径也不尽相同，并不能仅仅用西方主流观点替代世界各种文化中可能有价值的认识世界的方式。最有争议的是第三维，即科学对社会的影响。在米勒“美国1990年公众理解科学技术状况”的调查中，将科学知识中有关电脑软件、辐射和抗生素等知识分离出来进行分析，获得科学技术对社会的影响的理解程度。但是，在后来调查过程中逐步演变为对非科学和伪科学的信息的识别能力测试。很多国家学者认为，这种识别能力与对科学技术的理解没有必然联系。

在目前国际关于公民科学素养的主要四个观点（民主的观点、经济的观点、文化的观点、实用的观点）中，米勒设计的明显是适合西方发达国家使用的指标体系。他的“公民义务科学素养”（civic scientific literacy）概念，即公民在参与科学技术决策和含科学议题的公共政策决策中所具有的义务和责任。这个概念符合他提出时的基本思想，即科学素养内涵应该符合“现代形势”，符合西方发达国家已经进入科学技术社会（todays scientific and technological society）的社会形态特征，以及美国的政体性质和科学决策民主化的制度要求。

公众科学素养的基准如何确定

1989年，美国科学促进会提出“2061计划”（Project 2061），计划的主要报告是《面向全体美国人的科学》（Science for All Americans）。两位科学家拉瑟福德（James Rutherford）和阿尔格伦（Andrew Ahlgren）认为，美国的科学技术教育落后于其他国家，对美国超级大国的地位形成了威胁。他们起草了美国科学技术教育改革的报告，以哈雷彗星下一次飞临地球的2061年为改革实行计划日期，命名改革计划。从1985年提出改革计划到2061年的77年时间内，用整个一代人的时间，将美国公众的科学素养提高到世界最高水平。

这个报告同时也是2061计划的主要纲领性文件。在这个报告中，作者以未来的发展情况和未来的工业化发达社会的需求为基础提出了科学素养的概念。报告援引了美国在历次科学技术竞赛中的落后地位，再次强调：“除非公众对科学、数学和技术具有基本理解，掌握了科学思维习惯，否则公众终生提高科学技术潜力是不可能的。没有具备科学素养的公众，更为美好的未来是没有指望的。”

美国科学促进会的著名学者建议使未来的公民通过学校教育对“科学、数学和技术的事业”获得广泛而完全的了解。他们认为，一个具备科学素养的公民，应该“了解科学、数学和技术是人类共同的事业，认识它们的长处和局限性；理解科学重要的概念和原理，熟悉自然世界并承认其多样性和统一性；能够运用科学知识和科学思维方式考虑和处理个人和社会的问题。”

《面向全体美国人的科学》所建议的是，所有参加课程学习的人达到对科学的本质（科学的世界观，科学的探究精神，科学的事业），技术的性质（技术与科学，设计与系统，技术的问题）以及数学（规律和关系，数学、科学和技术，数学探究）的全面了解的程度。课程改革将科学课程设计为12部分：（1）科学的本质；（2）数学的本质；（3）技术的本质；（4）自然环境；（5）生存环境；（6）人类机体；（7）人类社会；（8）被改造的世界；（9）数学世界；（10）历史视角；（11）通用概念；（12）思维习惯。

在“自然环境”中涉及宇宙、地球、构成地球的力、物质的结构、能量的转换、物体运动和自然力。在“生存环境”课程中，有生命的多样性、遗传、细胞、生命的相互依存、物质流和能量流，以及生命的进化等内容。在“人类机体”中，包括人类的特性、人的生长、人体系统的基本功能、人类的学习，以及身体和精神的健康等。“人类社会”内容涉及文化对行为的影响、群体行为、社会变革、社会的协调平衡、政治和经济体制、社会冲突和全球社会系统等。“被改造的世界”涉及人类农业、材料与制造、能源和利用、交流和信息处理，以及保健技术。“数学世界”中不仅包括常规的数和形，还有符号间关系、形状、不确定性，以及推理等。在“历史视角”方面，包括“地球中心论”的改变，天人合一，物质与能量，时间和空间的关联，大陆板块的运动，火的认识，原子的分裂，对生命多样性的解释，以及发现细菌等。在科学、数学和技术的整个教育课程中，整体贯穿了系统、模型、恒定与变化、规模等科学技术中通用的概念。

在这个报告中，科学素养包括科学态度和科学技能（思维的习惯），报告认为，科学教育应该培养好奇心、对新观点的公开接纳和怀疑精神等科学态度。应该培养公众用积极批判但不是对抗的方式看待科学的价值。科学的基本技能中应包括诸如计算机和计算器的使用、计算和估算、操作与观察、交流，以及批判和反应等能力。

“2061计划”对世界的科学技术正规教育的改革具有重大影响。虽然其改革内容主要是从4岁幼儿到12年级（高中3年级）学生的正规科学技术教育，但是，美国非正规教育的专家同时也认为可以作为大众科学素养的基准。因此，其科学技术教育内容逐步进入到科学传播领域，比如作为媒体和社区的科普活动中传播科学知识的参照版本。

为了有效地实现美国科学技术教育改革方案，美国科学促进会组织科学家和教育家共同制定了《科学素养基准》（Benchmarks for Science Literacy），以帮助教育家和科学教师设计从幼儿园学前教育到12年级（K—12）的科学教育课程。这本书帮助读者更好地理解课程改革的意义以及《面向全体美国人的科学》中提出的科学素养目标，同时清晰地阐述了科学重要观点之间的相互关联以及在各个不同的教育阶段应达到的目标。为达到科学素养基准的K—12步骤。将K—12分为四个年龄段（K—2，3—5，6—8，9—12），在每一阶段都需实现一定基准学习目标，以促进全体公民的科学素养的提高。

“2061计划”的基准出台后，米勒在设计科学素养知识部分时选取2061计划“基准”中的120个知识概念进行了复杂的“项目反应理论”（IRT）实验。该理论基于这样的假定：所有受访者都可以根据其在被调查领域的知识水平进行排序。所以，IRT的构想是：对某个知识项目的反应将会形成一条项目一反应曲线，这条曲线是对每个项目的反应的概率分布。项目一反应曲线表明，在某个题目上，知识水平很低的人中，几乎没有人能回答这个假设性问题；而知识水平很高的受访者中，大多数人都能回答同样的假设问题。米勒运用BILOG-MG程序计算出三个独立的IRT参数（一个难度参数、一个区分度参数和一个猜测度参数），以此来区分不同主题的知识水平。这个难度系数适合工业化国家的社会形态和公众的知识程度。在经过社会学预调查实验后，确定其中的16道知识题目可以用于公众科学素养中科学知识部分的调查。在其后的各国的调查中，逐步形成9道题。目前。世界共有40多个国家采用这些调查题进行本国公众的科学素养调查。提供调查数据的国家的排名在两年一次的《美国科学与工程学指标》（American Science&Engineering Indicators）第七章“公众对科学技术的理解与态度”（Public Understanding of and Attitudes Towards to Science and Technology）中发布。

中国正在制定“中国公众科学素质基准”，在制定的过程中，要经历这样几个阶段：（1）长时间的学术界的讨论，形成学术共识；（2）在共识的基础上设计理论；（3）在理论的基础上设计“基准”；（4）为完成“基准”而设计执行计划，包括长期的和短期的；（4）在设计科学素养调查维度和指标时，必须考虑国情。中国要在2020年达到“小康社会”，制定能够有针对性的促进本国公众提升科学素养的“基准”十分重要。但愿不久将来，中国有自己的“公众科学素养基准”，稳步提升本国公民的科学素养，使其与国家的整体发展趋势相适应 。