第三节 教师的科学素养
一、科学及科学素养的含义
（一）科学
科学一词来源于拉丁文“scientia”，意指“知识”“学问”。1893年康有为引进并使用“科学”一词，随后，严复在翻译《天演论》和《原富》时，也使用“科学”这个词语。此后，“科学”便在中国广泛运用。苏联《大百科全书》中说：“科学是对现实世界规律的不断深入认识的过程。”《中国大百科全书》把科学定义为“关于自然、社会和思维的知识体系”。
现代意义上的“科学”，具有多重含义：①科学是对客观事实和规律的理性认识；②科学是知识体系；③科学是一项社会实践活动。
科学分为自然科学和社会科学。
（二）科学素养
对科学素养这个概念，国内外学者有不同看法。《美国国家科学教育标准》认为：“所谓有科学素养是指深谙进行个人决策，参与公民事务和文化事务，从事经济生产所需的科学概念和科学过程。有科学素养还包括一些特定门类的能力。”我国《科学课程标准》（教育部基础教育课程教材发展中心，2001）中，科学教育包括四个方面：科学探究（过程、方法与能力），科学知识与技能，科学态度、情感与价值观，科学、技术与社会的关系。
2006年国务院《全民科学素质行动计划纲要》中提出：“公民具备基本科学素质一般指了解必要的科学技术知识，掌握基本的科学方法，树立科学思想，崇尚科学精神，并具有一定的应用它们处理实际问题、参与公共事务的能力。”
概括起来，科学素养主要指必要的科学知识、科学的思维方式、对科学的理解、科学的态度与价值观，以及运用科学知识和方法解决问题的意识和能力。
二、我国中小学教师科学素养的现状分析
2001年首都师范大学“小学教师科学素养的要求及培养方案研究”课题组，对北京市42所小学的1250名教师进行了科学素养问卷调查。2003年南京大学与中央教育科学研究所合作，对21个省、市、自治区的1737位小学科学教师（主要是城市教师）进行了“小学科学教师科学素养”的问卷调查。2006年辽宁省鞍山市铁东区青少年活动中心刘谦对鞍山市九所参与“全国青少年科技创新能力后备人才培养的师训计划”实验学校的439名中小学教师进行关于教师科学素养的问卷调查。
调查结果总的来看，目前中小学教师的科学素养状况总体达不到应有水平，在科学素养方面还存在着以下一些问题。
（一）教学观念和方法陈旧
在课堂教学中，教师的科学教育观念仍然比较淡薄，偏向传授科学知识，较少触及科学态度、科学精神领域。教师过分注重自身专业的发展，忽视其他相关学科知识的学习，没有采用科学的教学方法；过于注重学生智力的开发，忽视知识、技能、方法的协调发展。
（二）科学信息资源利用的局限性
部分教师只注重教科书的使用，认为通过书本、计算机、网络等媒体获取信息已经足够了，缺乏学术交流。现在有很多教师常年没有学术交流机会，也缺少教师与教师之间的交流，有的教师不愿与其他教师分享自己的教学经验。
（三）知识结构不合理
大量教师在知识结构上存在着严重的不科学、不合理现象。学科课程过深、过剩、过专。基础学科方面的知识过于狭窄、陈旧，理科教师缺乏人文基础，文科教师缺乏科学基础。重学科课程，轻教育理论课程。缺乏现代教育理念，对教育的本质和价值不理解。
（四）教师个人因素对科学素养的影响较大
学历、执教专业对教师科学素养的水平影响最大。其余因素：年龄、教龄、性别、职级，影响依次递减。这说明提高教师的科学素养关键在自身。
（五）科学素养水平在各个维度上的差异较大
教师在科学知识方面的平均得分情况较好，但在科学方法、科学性质方面的得分较低。
（六）科学素养对教学的影响
科学教育的目标必须通过教学过程才能实现。虽然教师已接受新课程改革理念，如鼓励学生自主探究、积极参与，强调学生之间的合作及情感态度价值观方面的教育。但运用在实际教学中时，大多数教师仍然采取竞争、竞赛、限制时间完成探究实验的做法。大多数教师误把学生的想象当作科学探究。
（七）教师的创新意识和科研能力薄弱
在教育、教学活动中创新意识薄弱，科研能力缺乏，不能通过总结教育教学经验、教育实验、专题研究来展示教育教学规律的能力。有87%以上的教师未达到每年发表一篇论文的指标，对“我具有对新的教育思想和方法的探索和创造能力”表示否定或模糊。
三、提高教师科学素养的途径和方法
提高教师科学素养是基础教育改革对教师的一项新要求，现阶段我国教师科学素养普遍较低。要提高教师的科学素养，必须采取多种措施，从科学知识、科学品质、科学意识、科学方法和科学能力等方面提高教师的科学素养。
（一）树立终身学习观念，拓展科学知识体系
素质教育及中小学课程改革的目标要求教育工作的重心不再是教给学生固有的知识，而是转向塑造学习者新型的人格。学校教育的根本任务在于使学习者学会如何学习，学会如何工作，学会如何合作，学会如何生存。因此，教师要不断更新自己的科学知识与科学观念。只有树立终身学习观念，及时汲取当代最新知识、最新教育科研成果，才能在教育教学中游刃有余。
1.教师要有终身学习的思想和能力
中小学教师应该牢牢树立终身教育的思想。必须具备自我发展、自我完善的能力，不断地提高自我素质，不断地接受新知识和新技术，不断更新自己的教育观念、专业知识和能力结构，以使自己的教育观念、知识体系和教学方法跟上时代的变化，提高对教育和学科最新发展的了解。终身学习的能力既是社会发展对人的要求，也是教育变革对教师科学素养提出的要求。
2.培养学生终身学习的意识和能力
中小学教育重要的是要学生学会学习，掌握学习的方法，树立终身学习的理念。普通中小学教育是打基础的教育，这种基础就包括了终身教育意识和能力的基础。终身教育是一种教育理念，体现这种理念的教育体系就是终身教育体系。
科学素养的体现要以科学知识为基础，科学知识是培养和形成其他要素的载体。教师必须通过终身教育不断扩充科学知识的学习渠道，拓展科学知识体系。同时，教育的任务和教师的职责要求教师必须用自己终身教育的观念影响学生，使学生形成终身学习的意识，学会自我学习的能力。
（二）关注科学发展，更新科学知识
当代科学发展迅猛，技术创新的速度不断加快，深刻改变着经济和社会的面貌。多学科交叉，数学等基础科学向各领域的渗透，先进技术和手段的运用等，是当代科学发展的主要特征。随着科技的发展，前沿科学的内容也是动态发展的。因此，教师不能倚老卖老、一劳永逸，停滞不前；学历、教龄不再是唯一的资本，要与时俱进，跟上时代科技发展的步伐。并把这些前沿的信息与教学实践结合，这样才能实现教育教学的目标，培养出新时代合格的人才。
教师了解前沿科学和技术的途径，就是通过网络、刊物、书籍等多种渠道，不断学习，更新自己的知识体系，并把新的知识充实到教学内容中，新的科技手段运用到教学中。激发学生的学习兴趣、提高师生科学素养。
（三）开展教育科研，提高科学能力
教育科研是研究教育现象及其本质规律的活动。教育科研是理论和实践相结合的过程，是从已知探索未知的过程。教师参加科研活动本身就是学习提高的过程，教师参加科研活动的过程中，能有效地提高自己的科学素质。这是因为：要搞科研，就要自觉发现问题，学习、了解相关的理论进行选题；就要查阅资料，了解已有的研究成果；就要选择合适的、科学的方法开展研究，获得事实资料；就要进行分析思考，把搜集的材料进行加工制作；就要实施研究方案，在实践中检查方案的真理性。教师通过把自己的教育科研成果发表与同行交流，掌握大量信息，从各种不同的意见的比较中，认真思考，摄取有价值的观点，进而促进现实问题的解决。
开展教育科研活动不仅可以提高教师的科学意识、科学研究能力、分析思考综合能力、文字表达能力、创新能力，还可以促进教师的教育思想水平和教育行为水平的提高，促进教师从知识型向创造型、从经验型向研究型的转变，进而促进教师科学素养的提高。
四、中外科技发展史上重要代表人物及其主要成就
（一）中国科技史上的主要代表人物及其主要成就
1.中国古代科技史上的主要代表人物及主要成就
（1）《春秋》记载，公元前613年，“有星孛入于北斗”，这是世界上公认的首次关于哈雷彗星的确切记录。
战国时期，出现了世界上最早的天文学著作《甘石星经》，其中有丰富的天文记载。
（2）《墨经》中有大量的物理学知识，其中包括杠杆原理和浮力理论的叙述，还有声学和光学的记载，尤其是关于光影关系、小孔成像等，写得很系统，被现代科学家称为“墨经八条”。
（3）战国时期名医扁鹊，被后人奉为“脉学之宗”，他采用的望、闻、问、切四诊法，成为我国中医的传统诊病法，两千多年来一直为中医所沿用。
（4）西汉关于太阳黑子的记录，被世界公认为是有关太阳黑子的最早记录。
（5）东汉科学家张衡，从日、月、地球所处的不同位置，对月食做了最早的科学解释。张衡发明制作的地动仪，可以遥测到千里之外地震发生的方向，比欧洲人制作地动仪早一千七百多年。
（6）成书于东汉的《九章算术》是当时世界上最先进的应用数学，它的出现标志中国古代数学形成了完整的体系。
（7）战国问世、西汉编订的《黄帝内经》，是我国现存较早的重要医学文献，奠定了我国医学的理论基础。
（8）东汉的《神农本草经》，是我国第一部完整的药物学著作。
（9）东汉的华佗擅长外科手术，被人誉为“神医”，他发明的麻沸散，可以大大减轻病人的痛苦，这一发明比西方早一千六百多年。
（10）东汉的张仲景，著有《伤寒杂病论》，后人称张仲景为“医圣”。
（11）我国是世界上最早发明纸的国家。西汉前期已经有了纸。105年，东汉蔡伦改进了造纸术，人称“蔡侯纸”。
（12）南朝的祖冲之精确地算出圆周率是在3.1415926至3.1415927之间，这一成果比外国早近一千年。他著有《缀术》，对数学的发展做出了杰出的贡献。
（13）北朝贾思勰所著的《齐民要术》，系统地总结了公元6世纪以前黄河中下游地区农牧业生产经验、食品加工与储藏、野生植物的利用等，是中国现存最早最完整的农书。
（14）西晋裴秀是中国古代杰出的地图学家，他绘制出了《禹贡地域图》，还提出了绘制地图的原则。
（15）北魏郦道元所著的《水经注》，全面而系统地介绍了水道所流经地区的自然地理和经济地理等诸方面的内容，是一部历史、地理、文学价值都很高的综合性地理著作。
（16）公元7世纪，中国发明了火药，并逐渐将其广泛用于军事，用来制作火器。南宋时发明了管形火器“突火枪”，这开创了人类作战史的新阶段。
（17）唐朝杰出的天文学家僧一行制订的《大衍历》，比较准确地反映了太阳运行的规律。僧一行还是世界上用科学方法实测地球子午线长度的创始人。
（18）唐朝杰出医学家孙思邈所著的《千金方》，全面总结历代和当时医药学成果，并有许多创见，在我国医药学史上占有重要地位。
（19）吐蕃名医元丹贡布编著的《四部医典》，在国内外有重要影响。
（20）唐高宗时编修的《唐本草》，是世界上最早的、由国家颁行的药典。
（21）隋朝工匠李春设计的赵州桥，是一座石拱桥，“奇巧固护，甲于天下”，在世界桥梁史上占有重要地位。
（22）北宋平民毕昇发明了活字印刷术，欧洲人用活字排版印刷比毕昇晚了四个多世纪。
（23）指南针在宋代航海交通上已普遍使用，指南针用于航海，对世界经济文化的交流和发展起了巨大的推动作用。
（24）北宋李诫编写的《营造法式》是我国建筑史上的杰出著作。
（25）北宋科学家沈括所著的《梦溪笔谈》一书，总结了我国古代尤其是北宋时期的许多科技成就，在我国和世界科技史上有重要地位。英国学者李约瑟称沈括是“中国科学史中最卓越的人物”，《梦溪笔谈》是“中国科学史的里程碑”。
（26）元朝杰出的天文学家郭守敬主持编订的《授时历》，一年的周期与现行公历基本相同，但问世比现行公历早300多年。
（27）明朝李时珍的《本草纲目》，全面总结了16世纪以前的中国医药学，被誉为“东方医药巨典”。
（28）明朝徐光启的《农政全书》，综合介绍了我国传统农学成就，建立了一个比较完整的农学体系。书中还将他与西方传教士合译的《泰西水法》一书的内容引入，介绍了欧洲先进的水利技术和工具。
（29）明朝徐霞客的《徐霞客游记》是一部地理学巨著，书中对石灰岩溶蚀地貌的观察和技术，早于欧洲约两个世纪。
（30）明朝宋应星著述的《天工开物》，总结了明代农业、手工业的生产技术，国外称之为“中国17世纪的工艺百科全书”。
2.中国现当代科技史上的代表人物及主要成就
（1）钱学森，著名科学家、物理学家。我国近代力学事业的奠基人之一。在空气动力学、航空工程、喷气推进、工程控制论、物理力学等技术科学领域做出许多开创性贡献，是中国“两弹一星”功勋奖章获得者之一。
（2）钱三强，核物理学家，中国科学院院士，在“核裂变”方面成绩突出，是许多交叉学科和横断性学科的倡导者，为中国原子能科学事业的创立和“两弹”研究做出了重要贡献。
（3）邓稼先，物理学家，在核物理、理论物理、中子物理、等离子体物理、统计物理和流体力学等方面取得了突出成就，被称为“中国原子弹之父”。
（4）周培源，著名力学家、理论物理学家、教育家和社会活动家，我国近代力学事业的奠基人之一。周培源在学术上的成就，主要为物理学基础理论的两个重要方面，即爱因斯坦广义相对论中的引力论和流体力学中的湍流理论的研究，奠定了湍流模式理论的基础；研究并初步证实了广义相对论引力论中“坐标有关”的重要论点。
（5）钱伟长，著名力学家、应用数学家、教育家和社会活动家，我国近代力学的奠基人之一。擅长应用数学、物理学、中文信息学，著述甚丰，特别在弹性力学、变分原理、摄动方法等领域有重要成就。
（6）吴有训，物理学家，中国近代物理学奠基人，教育家，为康普顿效应的确立做出了重要贡献。
（7）严济慈，物理学家、教育家，中国光学研究仪器研制工作的奠基人，也是现代物理研究奠基者之一。
（8）华罗庚，世界著名数学家，是中国解析数论、矩阵几何学、典型群、自安函数论等多方面研究的创始人和开拓者。
（9）陈景润，在研究哥德巴赫猜想和其他数论问题上的成就极高，证明了哥德巴赫猜想中“1+2”这个难题，被誉为哥德巴赫猜想第一人。
（10）李四光，古生物学家、地层学家、大地构造学家、第四纪冰川学家，中国地质力学的创始人。化石新分类标准的提出、中国南方震旦纪与北方石炭纪地层系统的建立、中国东部第四纪冰川的发现与研究是他对地质科学的重大贡献。他为中国甩掉了“贫油”帽子，对中国原子弹和氢弹的研制成功有重大贡献。
（11）竺可桢，地理学家、气象学家、中国现代气象学和地理学的一代宗师，是我国物候学研究的创始者、推动者。
（12）侯德榜，著名科学家，杰出的化工专家，我国重化学工业的开拓者。主要成就有：揭开了苏尔维法的秘密；创立了中国人自己的制碱工艺——侯氏制碱法；为发展小化肥工业做出了重大贡献。
（13）袁隆平，农学家、杂交水稻育种专家，中国研究杂交水稻的创始人，世界上成功利用水稻杂交优势的第一人。他于1981年荣获我国第一个国家特等发明奖，被国际上誉为“杂交水稻之父”。
（14）丁颖，著名的农业科学家、教育家、水稻专家，中国现代稻作科学主要奠基人。
（15）梁希，林学家，提出全面发展林业的经营方向，创立了中国林产制造化学的学科。
（16）汤飞凡，微生物学家，世界上第一个分离出沙眼病毒的人，沙眼病毒被称为“汤氏病毒”。
（17）詹天佑，中国近代铁路工程专家。主持修建了我国自建的第一条铁路——京张铁路；创造了“竖井施工法”和“人”字形线路。
（18）茅以升，著名桥梁专家、土木工程学家、桥梁专家、工程教育家，主持修建中国第一座现代化桥梁——钱塘江大桥；中国土力学学科的创始人和倡导者。
（19）童第周，生物学家，中国实验胚胎学的创始人。
（20）张钰哲，中国现代天文学家，“中华”小行星的发现者。
（21）梁思成，中国著名的建筑学家和建筑教育家。毕生从事中国古代建筑的研究和建筑教育事业。系统地调查、整理、研究了中国古代建筑的历史和理论，是这一学科的开拓者和奠基者。曾参加人民英雄纪念碑等设计，是新中国首都城市规划工作的推动者，新中国成立以来几项重大设计方案的主持者。新中国国旗、国徽评选委员会的顾问。
（二）外国科技史上的主要代表人物及其主要成就
1.阿基米德
阿基米德（公元前287—前212），伟大的古希腊哲学家、百科式科学家、数学家、物理学家、力学家，静态力学和流体静力学的奠基人，主要成就为推出了几何体的表面积和体积的计算方法。并且享有“力学之父”的美称，阿基米德和高斯、牛顿并列为世界三大数学家。阿基米德曾说过：“给我一个支点，我就能撬起整个地球。”
2.伽利略
意大利的著名物理学家。给出了匀变速运动的定义，推断并检验得出，无论物体轻重如何，其自由下落的快慢是相同的；通过斜面实验，推断出物体如不受外力作用将维持匀速直线运动的结论。
3.开普勒
约翰尼斯·开普勒（德语：Johannes Kepler，1571—1630）德国天文学家、数学家。开普勒是17世纪科学革命的关键人物。他最为人知的成就为开普勒定律，这是稍后天文学家根据他的著作《新天文学》《世界的和谐》《哥白尼天文学概要》萃取而成的三条定律。
4.牛顿
牛顿（1643—1727）发现了牛顿定律及万有引力定律，奠定了以牛顿定律为基础的经典力学。是一位英国物理学家、数学家、天文学家、自然哲学家，著有《自然哲学的数学原理》《光学》《二项式定理》和《微积分》。
5.欧几里得
古希腊数学家，他活跃于托勒密一世（公元前364—前283年）时期的亚历山大里亚。欧几里得被称为“几何之父”，数学巨著《几何原本》的作者，亦是世界上最伟大的数学家之一。
6.希波克拉底
希波克拉底（约公元前460—前377），被西方尊为“医学之父”的古希腊著名医生，欧洲医学奠基人，古希腊医师，西方医学奠基人。提出“体液（humors）学说”，他的医学观点对以后西方医学的发展有巨大影响。卒于公元前377年，享年八十三岁。
7.卡文迪许
卡文迪许是英国物理学家，巧妙地利用扭秤装置测出了万有引力常量G。
8.哥白尼
尼古拉·哥白尼（1473—1543）是15—16世纪的波兰天文学家、数学家、教会法博士、牧师。日心说的创立者，近代天文学的奠基人。
9.布鲁诺
乔尔丹诺·布鲁诺（Giordano Bruno，1548—1600），意大利思想家、自然科学家、哲学家和文学家。他勇敢地捍卫和发展了哥白尼的太阳中心说，并把它传遍欧洲，被世人誉为是反教会、反经院哲学的无畏战士，是捍卫真理的殉道者。
10.瓦特
詹姆斯·瓦特（James Watt，1736—1819）是英国著名的发明家，是第一次工业革命时的重要人物。1776年制造出第一台有实用价值的蒸汽机。以后又经过一系列重大改进，使之成为“万能的原动机”，在工业上得到广泛应用。他开辟了人类利用能源新时代，标志着工业革命的开始。后人为了纪念这位伟大的发明家，把功率的单位定为“瓦特”（简称“瓦”，符号W）。
11.达尔文
查尔斯·罗伯特·达尔文是英国生物学家、进化论的奠基人。出版《物种起源》，提出了生物进化论学说，从而摧毁了各种唯心的神造论以及物种不变论。除了生物学外，他的理论对人类学、心理学、哲学的发展都有不容忽视的影响。恩格斯将“进化论”列为19世纪自然科学的三大发现之一（其他两个是细胞学说、能量守恒转化定律），对人类有杰出的贡献。
12.爱迪生
爱迪生是人类历史上第一个利用大量生产原则和电气工程研究的实验室来进行从事发明专利而对世界产生重大深远影响的人。他发明的留声机、电影摄影机、电灯对世界有极大影响。他的发明共有两千多项，在美国拥有1328项专利。
13.爱因斯坦
阿尔伯特·爱因斯坦（1879—1955）是犹太裔物理学家。他于1879年出生于德国乌尔姆市的一个犹太人家庭（父母均为犹太人），1900年毕业于苏黎世联邦理工学院，入瑞士国籍。1905年，获苏黎世大学哲学博士学位，爱因斯坦提出光子假设，成功解释了光电效应，因此获得1921年诺贝尔物理奖。同年，创立狭义相对论，1915年创立广义相对论。
思考与练习
1.什么是文化素养？
2.为什么要提高中小学教师的文化素养？
3.提高教师文化素养的途径和方法有哪些？
4.教师的人文素养指的是哪些素养？
5.什么是艺术鉴赏素养？如何在教学中运用艺术鉴赏的规律？
6.科学素养的含义是什么？我国中小学教师的科学素养存在哪些问题？
7.提高教师科学素养的途径和方法？
实践练习
选择阅读一部中外文学名著，分析作者的写作风格、人物性格等特点。写一篇内容赏析。不少于1000字。