建构主义对科学理论的作用

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一、对建构主义教育哲学的反思

建构主义作为后现代主义这个更广泛范畴的社会政治思潮的一部分,是与20世纪70年代以来西方世界后工业社会的反物质主义、反科学主义的思潮分不开的。西方高度发达的物质世界伴生了特殊的社会问题,激起不少学者从社会学、政治学角度呼吁防止对科学的滥用和对人性关怀的忽视,因此不少学者将建构主义与女权主义和改革主义相提并论:“建构主义在某种意义上代表着一种关怀……关怀自我形象,关怀人类发展,关怀职业尊严,关怀人民”。⑦因此建构主义最初在教育上的影响主要限于文学、艺术等人文学科课程研究范围,但后来“它逐渐地扩张到它的适用范畴之外,成为一种教学理论、一种教育理论,甚至是一种关于思想源泉的理论、一种不仅关系到个人的知识,而且是整个科学知识的知识论”;更有甚者认为:“在人类探索的意义上,在人类赋予为了生存和适应所进行的所有活动的意义上,建构主义提供了一个全方位的视野”。⑧

在西方科学教育界最初引进建构主义的切入点是20世纪60年代科学课程改革运动的失败,并认为失败的原因中有两条与科学主义认识论相关,一条是天真的经验主义科学观;另一条是对儿童认知能力的机械性的和限制性的解释。按照激进的建构主义认识论观点,客观世界是不能被人真实地反映的,人所认识的世界图像是按照人的已有的认知图式,有目的地建构的。因此,由于不同的人有不同的认知图式,或不同的旧有经验,所以对同一种事物的认知会产生不同的建构方式与结果。从哲学上看,这种观点与主观唯心主义的不可知论相同,而与科学精神是相违背的,⑨也是与当代科学教育的目标相悖的。本文在此不再对科学精神的内涵做更多的科学哲学上的讨论,而是从现实出发,看看当前国际上科学教育认识论的变化趋势如何。

最新版美国《标准》中明确规定了“科学教师就是科学界在课堂上的代表”;还把确定为科学教育的目标和手段的“科学探究”定义为“是科学家们用以研究自然界并基于此种研究获得的证据提出种种解释的多种不同途径。科学探究也指的是学生们用以获取知识、领悟科学的思想观念,领悟科学家们研究自然界所用的方法而进行的各种活动”。10那么科学界对科学性质的认识如何呢?《面向全体美国人的科学》中明确指出,科学家们相信“世界是可被认知的”,“运用智慧和借助扩展感官功能的仪器可以发现宇宙间各种特性的规律”,“即使无法获得尽善尽美和绝对正确的真理,要说明这个世界及其怎样运转,得到日益精确的近似真理还是可以做到的”,因此,虽然科学理论是会变化的,“但绝大部分知识具有持久性”。其实,科学之所以在19世纪末赢得了它在教育中的位置,正是由于这种独特的客观、有条理的质疑和探究精神的教育价值。

建构主义在哲学上的积极意义在于,强调了从前许多科学哲学家提出过的科学知识的相对真理性。这对于20世纪下半叶西方社会中恶性膨胀的科学主义来讲,尤其具有重要的现实意义。它在教育上的意义可以理解为,把科学看成永无止境的探索,而不是一成不变的真理。这无论对科学知识学习本身来讲,还是对普通意义上人的素质的培养,尤其是创新能力的提高都具有重要意义。然而,真理过头一步就成为谬误。激进的建构主义在许多具体的科学教育问题上采取的消极、否定、怀疑的态度,无论从教育的积极向上的原则,还是从科学教育的追求真理的精神上看,都是弊大于利的。

科学研究强调观察和实验的重要性,而激进的建构主义则夸大客观观察的困难性,认为观察的结果不能够反映客观存在。科学家们则认为正是因为观察容易发生偏差,容易受从前的经验和概念所左右,所以观察的方法需要经过专门的训练,使观察者尽可能准确地反映客观世界。而且科学是不断进步的,错误的观念会被后来的观察所纠正,如众所周知的“地心说”被“日心说”所取代。这就是“日益精确”的科学家的认识论。

激进的建构主义教育哲学的另一个组成来源于对库恩的科学社会学理论的特殊理解,认为库恩所说的“范式”革命,正是科学理论人为建构的社会表现形式。其实社会学的理论不能简单地用于解释认识论的观点。库恩的“范式”理论并不包含激进的建构主义认识论或反实证主义方法论的东西。它是对科学共同体(scientistcommunity)中特殊的权利控制现象的一种描述,这与科学家个体的认知过程是不同时空的问题。范式不是由某个人的认识构建的,这里个体之和不等于总体。又好比不能用鸡蛋的圈层结构来解释地球的圈层构造一样,“范式”的形成首先要有规范,要有一致的行动准则,那就是在相信世界终究是可知的前提下,采取观察—假说—检验的实证模式。社会团体力量会干扰个人的认识过程,但这种力量是在变化的,而且围绕着一个平衡点在变化,并不是相对主义的无所谓对错的变化。

有些激进的建构主义者还认为,科学史与科学社会学证明了科学理论的最终裁判者是科学共同体,但实际上这只是暂时的,最终的裁判者是自然界自己。库恩还指出了“范式”的转变有时是通过科学家之间的代际转移来实现的,这实质上反映的是相当于今天所谓的学霸行为所导致的结果,而与知识论无关。随着科学共同体自身的科学素养的进一步提高,这种情况会逐渐改善。而且,不能由成人世界科学活动的某些暂时的非理性现象而得出学生的学习过程非理性的必然性;甚至进一步误认为,既然科学是科学家共同体共同建构的理论体系,所以学生的科学知识也必然是与教师谈判的结果。

此外,应该指出,“范式革命”描述的是科学探索前沿的东西,是反映了最新的科学知识产生的曲折过程,但这些曲折不是必须要在今天的一个基础教育学科的课程里反映出来。已有研究证明,整个科学课程内容结构,好比一个从底到上装满从老到新的科学知识的柱体容器。在科学史上经过长期检验的相对稳定的知识,往往被后来的新知识压缩到容器的底部,适用于早期学习阶段;而科学前沿的具较大不确定性的东西位于顶部,适用于晚期学习阶段。这个柱体容器的四壁具有无数细小的孔隙,那些经不住实验或逻辑检验的知识,都先后依次被排出柱体容器。根据这个模式,“范式革命”的历史可以作为科学史的一个部分加入到科学教育的课程中,但它不适于基础教育阶段的教学。此外,来之于教学实践的研究也表明了目前的大部分高中生还不能真正理解科学知识的相对真理的性质。12

而且,在学生的认知“最近发展区”没有达到认识真理的相对性水平的时候,过分超前的科学教育是否会导致违背科学性的不求甚解、人云亦云的不良思维习惯,值得研究。例如,我们说“植物长高了3cm”,是否还需要告诉学生这是在牛顿时空体系中测量的结果,如果在爱因斯坦体系中测量,其结果将完全不同?如果需要告诉的话,应该怎样讲解?应该在什么学习阶段?学生们必须已经具备了哪些经验和知识被建构主义者经常引证的潘斯纳等人提出的科学史上范式变化的内容可以帮助学生转变错误概念的观点,是基于对大学生在学习狭义相对论的案例研究的基础上提出的,13正如他自己后来指出的那样,他的研究不能简单地推出一般的认知心理学上的理论,14而建构主义的错误正是在于把科学新理论的产生过程与学生学习科学知识的性质相混淆。

在方法论层面上,建构主义对科学方法论的攻击主要是针对归纳法,并引证波普尔、拉卡托斯等对归纳法的讨论。其实这两位科学哲学家是对科学逻辑的哲学讨论,是告诫人们这些方法的欠完备性,并不是说要摒弃归纳法的应用。好比虽然我们知道应该对每个孩子用不同的教学内容和方法,但不可能摒弃班级授课制。即便反对归纳法的哲学家查尔默斯,在他的《科学究竟是什么》一书中也承认“我并不主张从此得出这样的结论:观察陈述在科学中不起任何作用……我只是论证,归纳主义者赋予观察陈述在科学中的作用是不正确的”。归纳与演绎的相对重要性问题是一个重要的科学哲学问题,但不是基础科学教育内容所能包含的问题。后科学主义的思想似乎应该是高层次的科学教育所关心的问题。

二、建构主义教学论的意义及局限性

建构主义教学论产生于建构主义心理学。建构主义心理学认为,知识不是被动吸收的,而是由认知主体主动建构的:“知识在一定程度上能被传播,但传播的知识只有在它被重新构造之后,即得到了解释并且与学习者的已有知识联系起来,才在各种情况下变得可用”。16这种理论被认为属于更广泛意义上的格式塔心理学和现代认知心理学的范畴,它是建立在皮亚杰的同化、顺应理论,奥苏贝尔的有意义的学习理论,以及维果斯基的“最近发展区”理论的基础之上的。通过对“顺应”方面的深入研究,建构主义探讨了认知主体新旧经验相互作用在认知过程中的机制。

也就是说,现代认知心理学是在行为主义心理学的单向“刺激—反应”理论上发展了主体与客体的互动理论;建构主义又在这个基础上发展了主体内部的新旧经验之间的互动。这种互动观是对从前的心理学理论的继承和发展,而与激进的建构主义否认知识的可被传授性观点有显著的不同。皮亚杰的发展的观点认为,成人比儿童具有更多的生活经验,因此会比儿童对客观世界的解释更接近客观现实。他的同化和顺应的概念更是说明了相互作用和发展的机制:同化是指主体将其所遇到的外界信息直接纳入自己现有的认识结构中去的过程;顺应是指通过调节自己的认知结构,以使其与外界信息相适应的过程。可见同化与顺应的结果是越来越接近客观世界的图象。这些观点与前面所述的科学家“日益精确”的可知论观点是一致的。

与其他心理学理论一样,自主建构理论被赋予教育学意义之前无所谓好坏。自主建构现象只是一种客观存在,是心理学研究的一个发现;它只是解决了“是什么”的问题,并没有解决教育学所关心的“怎么办”的问题。从逻辑上讲,“学习不是被动地吸收知识”,不等于“学生不吸收传授的知识”;强调“顺应”时,不能否认“同化”的存在。面对学生旧有的错误概念干扰、限制新的正确的概念吸收的现象,教育家的责任是寻找合适的教育手段使错误概念得到纠正、新概念被赋予意义。

将建构主义学习理论较早成功地用于科学教育领域的创建人之一的杰亚夫(R.Drive),在总结了前人的研究之后,提出了需要更多地关注学生们学习时的概念的内涵,而不是那些假设的思维逻辑结构基础。17杰亚夫等首先对学生的“误解概念”(注意这里“误解概念”比“错误概念”更体现以学生为主体的观点)进行识别研究,并试图解释这些概念难以转变的原因。其中重要的发现是,学生科学学习的成绩与其先前的经验的相关性,要大于与其通常意义上的认知水平的相关性。继杰亚夫这个开创性的研究之后,深入学生概念学习机制的实证研究报道快速上升,其中影响最大的是潘斯纳等人的“概念转变理论”。

潘斯纳等人的研究意图是通过自己的观察、访谈研究,结合皮亚杰、杰亚夫等前人的发现,以及与科学哲学上的相关理论相联系,综合归纳出一个完整的科学概念转变理论。他们要回答两个比前人研究更加微观的问题:(1)原有的概念及其结构(又叫“概念生存”)的什么特征控制了对新概念的选择;(2)一个核心概念是在什么样的条件下被另一个概念所取代。该研究的前提是学生的误解概念常常是难以改变的,教育的目的是要改变误解概念。潘斯纳等还明确指出:“我们这项研究的中心观点是要说明学习是一项理性的活动。学习从根本上讲是理解和接受概念的过程,因为这概念被学习者认为是智慧的和理性的。所以说学习是一种探究。学生在学习中必须依据证据对学习的对象进行判断。当然这不是说情绪与情感的因素在学习过程中不重要。这里把学习表达为一种理性的活动是为了讨论学习是什么,而不是学习依赖于什么的问题”。在论述教师的作用时他们又指出,教师应该是“科学思维的模范”;在论述教学活动时,他们强调了实验室的作用。18

像杰亚夫和潘斯纳这样的深入教学实际的实证研究还有很多,这对科学教育改革,对教学中关注学生的已有概念,起到了重要的推动作用。但遗憾的是他们的研究往往被建构主义者片面、歪曲、夸大地理解为是建立在激进的建构主义认识论基础之上的。建构主义通过夸大认知主体的主动建构作用,将科学学习的困难性解释为不可传授,然后把经典的科学教育理论如杜威的“做中学”、皮亚杰的“顺应”理论,贴上建构主义的标签,其结果是给教育研究和实践带来了混乱。对于这一点,著名科学教育家马修斯(M.R.Matthews)指出:“许多传统的教学理论和实践没有必要披上建构主义的外衣,因为那样妨碍教育研究者与教师和政策制定者之间的交流”。19

用积极的态度看,建构主义对科学教育实践的主要贡献在于它指出了科学教育的特殊困难性,提醒人们科学新概念的掌握与其他学科的新概念的掌握过程不同,前者更多地与学习者的已有概念相关。

从知识论上讲,科学知识比其他学科知识难学的原因主要源于其累积性、逻辑性和经验性。现代科学知识是近代三百多年来无数位科学家智慧的结晶。小学生一节课中所学的内容,可能代表了早期几代科学家的劳动;中学生十几个学时的牛顿力学,集中反映了16～17世纪许多物理学家的成果;而对于坐在大学高年级课堂里的学生而言,他们必须是已经基本了解了全部前人的成果,而正在进入向新的发现迈进的阶段。

科学知识的逻辑性给科学教学也带来了特殊的困难。累积不是堆积,而是建立在严密的逻辑联系之上的。我们不能说爱因斯坦和牛顿的贡献谁大谁小,没有牛顿力学,就不会有爱因斯坦的相对论;虽然它们属于不同的“范式”。科学知识的“知识点”非常多,如果互相之间的联系没有弄清楚,科学是非常难学的。联系的途径有两条,首先是亲自体验,经过探究学到了知识或改变了误解概念;另一条途径是逻辑推理,逻辑是不能用通常的感觉器官去体验的东西,它是一种特殊的心理体验。然而通过这个心理体验,可以将新旧经验和新旧知识连结起来,弥补感觉器官体验的不足。从这个意义上讲,布鲁纳的结构教学法有利于解决科学“知识点”多而课时少的问题,以提高教学效率。当然,对于不同学习阶段、不同认知能力的学生,结构学习法与活动学习法的比例应该有所不同。20世纪60年代以布鲁纳的结构主义为指导思想的改革,就是由于忽视了学生的认知特点和教师驾驭科学知识的能力,而导致了失败。

科学知识的经验性是对科学教学的又一挑战。科学学习强调亲身体验、“做中学”,但由于课时的限制,不可能把科学史上所有理论、概念的产生过程都重复一遍。因此,选择最具代表性的体验活动是关键,而这恰恰是科学教学的主要困难之一。哪些知识的学习必须要经过亲自体验?不经过亲自体验的那些知识是否能被掌握?活动课或实验课的分量至少应该是多少?活动内容与学生从前的概念之间怎样联系?这些问题如果解决不好,就会给教学带来困难。而且,对不同的学生、不同的学习阶段、不同的培养目标等还会有不同的答案。这些都需要做认认真真的研究。

三、建构主义对我国教育改革来的机遇与挑战

我国目前的教育改革面临着一对矛盾。中国传统的教育观念是知识重于探究过程、教师重于学生。大多数教师心目中的教育心理学概念还主要停留在行为主义阶段。因此,我国的教育改革需要有全新的以学习者为主体的现代教育思想作指导。从这一点讲,建构主义的引进意义深远。近年来的教育改革,包括从活动教学到研究性课程的开发,给我们的课堂注入了生命的活力。

但同时,极易被忽视的是,中国文化中宏观的思维方式和不精于实验理性的传统,与激进的建构主义那种似是而非的普适性的理论很容易产生共鸣。尤其是对那些反常规科学观念的哲学观点(如,科学知识是相对真理,不是绝对真理;科学理论是科学家头脑建构的东西,不反映客观存在)的片面理解,极易导致教学中的偏激与放任、忽视基础的倾向,这对中国稚嫩的教育改革秧苗是非常有害的。

事实上,即便在产生近代科学的西方社会中,建构主义的偏激化在文化和教育层面上的潜在危害已经被许多学者所认识。著名科学教育家詹肯斯(E.W.Jenkins)在《科学与教育》国际期刊(2000年,第9期)上,就以“建构主义是一个强大的理论模型,还是最危险的认知倾向?”为题,论述了激进的建构主义的危害在于它将破坏人们防御伪科学或反科学思想入侵的免疫系统。

这种免疫系统对于我国教师来讲,还远没有建立、健全。我们的教师、尤其是大城市以外的教师,在还没有充分感受到现代科学技术带给他们的好处的时候,在还没有掌握常规的科学哲学基本原理的时候,让他们理解科学的相对真理性、并且运用基于这种后科学主义认识论的建构主义去指导教学,必然对建构进行“自主建构”式的理解,以至于在我们有些教改的课堂上,运用“让孩子们自己提出探究问题”的方法,比西方的课堂上要多得多。这种教法的根据,从表面上看,是为了让孩子们自主建构,但实际上不少人是盲目行事,甚至是把科学学习的困难全部丢给学生。尤其在孩子们“自主探究”遇到困难的时候,如果教师还是任其“自主”发展,势必会给孩子们这样一个概念:科学探究原来就是这样任意和浪漫。我们还有教师将魔术和违背科学原理的传统神话引进课堂,本意是为了引发孩子们的兴趣,将科学与人文融合,但客观结果,正面地讲,是进行了艺术教育;然而,由于课程名称冠以“科学”,给孩子们的印象就可能是:科学与魔术和神话没有什么差别。

积极引进先进的现代教育理论与防止激进的建构主义的负面影响这对矛盾,反映了我国目前教育改革所面临的机遇和挑战。我们面对的问题是怎样将“后现代”社会产生的理论移植到“后发”国家、而且是具有显著文化差异的国家,使之本土化。目前,我们在充分肯定建构主义在教育思想上进一步强调了认知主体的主动性,在科学教育上指出了科学学习的困难性的同时,要对激进的建构主义认识论和方法论在根本上有悖于科学理性的问题具有清醒的认识。我们还要正确认识我国传统文化与科学文化的差异,正确区分科学与艺术、科学与宗教、科学与伪科学。只有在此基础之上,才能使科学与人文融合,才能使中国文化在科学教育中发挥积极作用,才能使建构主义推动我们的教育改革健康地实现跨越式的发展。