試析科學(xué)本質(zhì)的FRA范式：結(jié)構(gòu)體系、要素內(nèi)涵與系統(tǒng)審視

科學(xué)本質(zhì)（NatureofScience，NOS）作為科學(xué)素養(yǎng)的核心組成要素之一，已成為諸多國家科學(xué)課程文件與國際組織政策報告的基本共識，得到了充分認(rèn)可［1］。提高學(xué)生與教師對于科學(xué)本質(zhì)的理解已經(jīng)從一個理想目標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)的關(guān)鍵組成部分。當(dāng)前被科學(xué)課程文件普遍接受，科學(xué)本質(zhì)研究與實踐領(lǐng)域大量引用的是一種名為“共識范式”（ConsensusParadigm）的版本。該范式將NOS定位為科學(xué)認(rèn)識論和科學(xué)社會學(xué)，亦即科學(xué)作為一種認(rèn)識方式或科學(xué)知識發(fā)展所內(nèi)嵌的價值觀和信念。具體包含如下七要素：科學(xué)知識的經(jīng)驗性（包括觀察與推論的區(qū)別）；科學(xué)理論和定律的區(qū)別；科學(xué)知識的創(chuàng)造性和想象性；科學(xué)知識的理論負(fù)載性；科學(xué)知識的社會與文化嵌入性；科學(xué)方法的迷思；科學(xué)知識的暫定性［2］。近年來，該范式因其存在的諸多問題而遭受一系列批評，出現(xiàn)了前所未有的范式危機［3］。批評者認(rèn)為，共識范式在理論體系上存在模糊本體論、二元認(rèn)識論、機械還原方法論、同質(zhì)項目規(guī)范性列表體系的問題，其所開發(fā)的評價工具存在語境缺失、低階化導(dǎo)向、勞動密集、學(xué)科適應(yīng)性差、廣度有限與關(guān)聯(lián)性不足的問題［4］。批評者主張運用“哲學(xué)上更復(fù)雜的方法和對當(dāng)代科學(xué)實踐的更真實觀點”建立一個更具包容性、復(fù)雜性、開放性、整體性的NOS替代性框架。諸多方案中，家族相似性范式（familyresemblanceapproach，F(xiàn)RA）最為耀眼［5］。本文從結(jié)構(gòu)體系、要素內(nèi)涵與系統(tǒng)審視三方面對FRA范式進行了全面闡釋與系統(tǒng)審視，以期為我國NOS教育理論與實踐提供借鑒，推動其不斷向前發(fā)展。1FRA范式及其結(jié)構(gòu)體系該范式最初由Irzik與Nola于2011年提出。他們運用家族相似性方法論，將科學(xué)的認(rèn)知維度分為活動、認(rèn)知目標(biāo)與價值觀、方法、方法論規(guī)則與產(chǎn)品四個方面。其中，活動包括觀察、實驗、收集和分類數(shù)據(jù)、提出問題等；特定分支目標(biāo)包括建立解釋和進行預(yù)測；價值觀包括經(jīng)驗的充分性、一致性、簡潔性等；方法包括歸納、演繹、溯因推理、統(tǒng)計方法和數(shù)據(jù)挖掘；方法論規(guī)則包括構(gòu)建假設(shè)、不臨時修改理論等；科學(xué)產(chǎn)品包括假說、定律、理論、模型等［6］。二人在隨后論著中，對其進行了改進：將“科學(xué)作為一個認(rèn)知系統(tǒng)與一個社會制度系統(tǒng)”區(qū)別開來，后者涉及科學(xué)實踐的社會、文化、政治、倫理和商業(yè)等方面，分為專業(yè)互動、知識認(rèn)證和傳播系統(tǒng)、科學(xué)精神與社會價值觀四類。Erduran與Dagher兩人則進一步拓展、深化了FRA框架：將科學(xué)活動替換為認(rèn)知性科學(xué)實踐；重新將其科學(xué)教育語境化以使其運用于科學(xué)教育研究與實踐；將社會制度系統(tǒng)進一步拓展，增加社會組織和互動、政治權(quán)力結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟體系三類別。這樣便建構(gòu)出一個2維度11類別的同心圓模型的FRA范式［7］。家族相似性是該范式極具特色的方法論。它是由維特根斯坦為解決哲學(xué)界長期爭論的普遍性問題而提出的思想方法論，其主要內(nèi)涵可概括為：諸多事項并不存在完全相同性，而僅具有交叉重疊的家族相似性或局部相似性［8］。通過這種局部相似性諸環(huán)節(jié)得以連結(jié)在一起。某成員在某些方面與該類的某個或某些成員具有某種或某些相似性，而這種相似性不一定存在于其他成員之間。因此，共識范式所謂的適用于所有分支領(lǐng)域的整體性與籠統(tǒng)性的NOS特征是一種迷思。因為有些特征是科學(xué)分支領(lǐng)域很大程度上共享的，有些則共享程度有限，有些則根本不共享?？茖W(xué)各分支領(lǐng)域既具相似性，又具差異性。各分支領(lǐng)域不具有NOS作為整體和一般領(lǐng)域的共通特征，而僅具有一串相關(guān)的家族相似特征?？茖W(xué)分支領(lǐng)域與其他分支至少共享一個或多個（而不是所有）NOS特征，任一分支領(lǐng)域只具有部分NOS特征，而非全部。科學(xué)各分支在各維度及其各類別構(gòu)成要素上均具有家族相似性，正是由于這種家族相似性，科學(xué)各分支領(lǐng)域才得以稱之為科學(xué)。相較而言，共識范式則以普遍共同特征來劃定科學(xué)邊界，聲稱只有全部具備7個NOS特征的領(lǐng)域才是科學(xué)大家族成員，才是科學(xué)的，否則就是偽科學(xué)。FRA范式兼顧了科學(xué)學(xué)科間的NOS差異性和相似性，并提供了一種連貫方法，通過該方法可捕捉到NOS的領(lǐng)域一般與特定方面，既包含認(rèn)知系統(tǒng)維度，又囊括社會制度系統(tǒng)維度。前者包含認(rèn)知目標(biāo)和價值觀、科學(xué)實踐、方法和方法論規(guī)則與科學(xué)知識4類要素；后者包含專業(yè)活動、科學(xué)精神、社會認(rèn)證和傳播、科學(xué)的社會價值觀、社會組織和互動、政治權(quán)力結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟體系7類要素。這些類別要素不是獨立與排他的，而是以動態(tài)互動方式相互關(guān)聯(lián)，共同構(gòu)成了一個FRA同心圓，直觀表征出科學(xué)的整體、多樣、包容、動態(tài)圖景。且各維度之間、各類要素之間的邊界是松散的（用虛線表示），以表明無論要素在FRA同心圓上的位置如何，均彼此影響，具體如圖1所示（虛線表示各象限空間要素的邊界松散性，可相互流動；同心圓表示科學(xué)是一個整體、動態(tài)、連貫、包容系統(tǒng)）。鑒于該體系模型的廣泛影響力，業(yè)已成為國際科學(xué)界公認(rèn)的共識范式的替代范式之一，本文所指的FRA范式即特指該模型，其各要素內(nèi)涵闡釋如下。2要素內(nèi)涵2.1認(rèn)知目標(biāo)與價值觀目標(biāo)和價值觀影響科學(xué)家的科學(xué)實踐與認(rèn)知建構(gòu)?？茖W(xué)事業(yè)的基礎(chǔ)是堅持一套指導(dǎo)其認(rèn)知建構(gòu)與科學(xué)實踐的目標(biāo)與價值觀。這些目標(biāo)和價值觀通常是內(nèi)隱的，包括準(zhǔn)確性、客觀性、一致性、懷疑主義、合理性、簡潔性、證據(jù)充分性、預(yù)測性、可檢驗性、新穎性、有效性、邏輯性、可行性和解釋力、開放性、復(fù)現(xiàn)性等。2.2科學(xué)實踐將科學(xué)活動替換為科學(xué)實踐不僅僅是一個術(shù)語轉(zhuǎn)換與偏好問題，更重要的是對科學(xué)活動如何成為認(rèn)知本質(zhì)的重新認(rèn)識［9］?！皩嵺`”即認(rèn)知實踐，實踐與知識的產(chǎn)生密不可分，而非孤立的活動，是為了認(rèn)知（理解、預(yù)測、協(xié)調(diào)理論與證據(jù)）、指向認(rèn)知、關(guān)聯(lián)認(rèn)知而實踐的。如分類實踐不僅可用于組織現(xiàn)有關(guān)系，亦可在更廣泛的理論框架內(nèi)預(yù)測新的關(guān)系與解釋相關(guān)問題。如門捷列夫根據(jù)周期律對元素分類成功預(yù)測了鎵等元素。分類是經(jīng)驗的有意義聚集，可在探究的初級階段以形成性方式發(fā)現(xiàn)、分析及促進知識生成，它以特定結(jié)構(gòu)（如層次結(jié)構(gòu)和集合）進行操作［10］。分類是認(rèn)知目標(biāo)導(dǎo)向的科學(xué)實踐，在學(xué)校中忽視分類的認(rèn)知維度，多是由于沒有將其置于廣闊的理論背景和認(rèn)知目標(biāo)框架中，如周期表分類是基于周期律理論。實驗被定位為科學(xué)實踐而非傳統(tǒng)的程序操作活動。科學(xué)實驗不是一套既定程序。科學(xué)家經(jīng)常為了解決研究問題而發(fā)明新程序和技術(shù)。確定恰當(dāng)?shù)膶嶒灣绦蚺c數(shù)據(jù)、模型、理論一樣，亦是科學(xué)家的重點關(guān)注對象。這種對實驗的重新定位，是為了將其從目前在學(xué)?？茖W(xué)中的無意識和程序性地位提升為基于認(rèn)知標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)實踐。以實驗中的技術(shù)革新為例，人們傾向于將實驗知識的產(chǎn)生視為理所當(dāng)然，并將重點放在理論上。然而，科學(xué)與技術(shù)發(fā)展緊密相連，實驗不僅運用技術(shù)工具，亦會改造、革新技術(shù)。且在當(dāng)代科學(xué)實驗中，科學(xué)家多不會基于理論與定律機械展開，而是基于當(dāng)下問題情境靈活進行，這已為科學(xué)實踐哲學(xué)研究所揭示——很多探索性實驗結(jié)果的得出，并非事先設(shè)想到的，而是在多種要素作用下涌現(xiàn)出來的。工程技術(shù)對實驗的影響愈益顯著，很多前沿理論，如果沒有大型精密的工程技術(shù)儀器協(xié)助，是很難產(chǎn)生的［11］。而且，科學(xué)實踐不僅指向認(rèn)知（認(rèn)知實踐），亦指向社會文化（話語實踐），即具有社會性與文化性，三者（其中調(diào)查實踐又分為觀察、分類和實驗等；認(rèn)知實踐包括解釋、建模和預(yù)測等；話語實踐包括論證和說服等）相互作用，相輔相成。更為重要的是，科學(xué)實踐內(nèi)部各要素并非彼此孤立，而是相互關(guān)聯(lián)。2.3方法與方法論規(guī)則幾十年來，“唯一的科學(xué)方法”在教師群體與教科書作者群體中有著頑強生命力?！拔ㄒ坏目茖W(xué)方法”的缺陷之一在于它傳達了一種錯誤觀念——即認(rèn)為存在一種統(tǒng)一的從事可信科學(xué)研究所必需的跨學(xué)科的科學(xué)實踐方法，而不使用實驗方法的科學(xué)家不可能獲得可信的知識。在這種邏輯下，自然科學(xué)中的歷史研究常被視為不如運用實驗法的科學(xué)研究。但當(dāng)實驗不足以提供充分證據(jù)甚至無法進行實驗時，這種“唯一的科學(xué)方法”就很有問題。變革師生“唯一的科學(xué)方法”迷思的最佳途徑是在具體學(xué)科內(nèi)容下，展開對科學(xué)方法的多樣性反思，并將這種反思置于主張、證據(jù)和解釋的動態(tài)關(guān)系中。天文課上的學(xué)生可能能夠較易理解天文學(xué)家無法實驗的原因（不能在太空中操縱天體）。但物理與生物課堂上的情景與此大相徑庭，生物課上，他可能會對實驗證據(jù)在自然選擇理論中所起的有限作用而感到困惑——他可能無法理解為什么不對研究對象直接進行實驗操縱，卻求助于非實驗或觀察數(shù)據(jù)。即使告訴他自然選擇理論中具有歷史因素，亦不能使其撥云見日。因為這需要了解歷史數(shù)據(jù)的獲得、解釋方式及其與其他非歷史數(shù)據(jù)的關(guān)系。2.4科學(xué)知識科學(xué)知識以理論、定律和模型（theories，lawsandmodels，TLM）三種形式及其相互作用構(gòu)成的TLM整體進行表征。依據(jù)一定標(biāo)準(zhǔn)，可將其劃分為不同層次。就理論而言，存在中心、前沿與邊緣三種層次。中心理論是主流科學(xué)的核心，如物理學(xué)中的相對論與牛頓運動定律；前沿理論亦是主流科學(xué)的核心成分，但受到對立解釋的挑戰(zhàn)，如冷聚變理論；邊緣理論則是開始進入科學(xué)的起點理論，隨著時間推移，可能會亦可能不會上升到其他兩水平理論。模型通常被界定為對源域與目標(biāo)域的關(guān)系表征。目標(biāo)域即待解釋的未知物體與現(xiàn)象；源域即有助于理解目標(biāo)域的熟悉的物體與現(xiàn)象。教師可在課堂討論中適時地引入TLM的不同分類，以幫助學(xué)生澄清與克服相應(yīng)迷思。TLM與FRA一致，兼具領(lǐng)域一般性與特定性。前者強調(diào)不同學(xué)科如何借助一套連貫理論、定律和模型來解釋學(xué)科相關(guān)現(xiàn)象，即所有科學(xué)分支領(lǐng)域均是在理論、定律和模型的家族相似上發(fā)展起來的，如表1所示?？茖W(xué)知識的這種連貫框架試圖超越將理論、定律及模型彼此孤立的信息碎片學(xué)習(xí)（即學(xué)?？茖W(xué)教學(xué)鮮少促進學(xué)生對各形式知識間的相互聯(lián)系與協(xié)調(diào)理解），而聚焦于不同形式知識的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)關(guān)系。領(lǐng)域特異性要求尊重學(xué)科的特殊結(jié)構(gòu)，盡管所有科學(xué)學(xué)科均依賴于特定理論、定律和模型，但其精確性是特定的，彼此具有很大不同。以科學(xué)定律為例，化學(xué)定律與物理學(xué)定律即有很大不同。元素周期律指出，元素的性質(zhì)存在周期性，由元素的原子序數(shù)排列間隔控制，僅是定性與近似的，而非牛頓運動定律那般精確化與數(shù)學(xué)公理化。哲學(xué)家們常將物理學(xué)作為范式科學(xué)，以物理定律為科學(xué)定律建立了一套普遍且量化的標(biāo)準(zhǔn)，但這種狹隘的定律標(biāo)準(zhǔn)僅適用于簡單系統(tǒng)，對于化學(xué)、材料學(xué)和氣象學(xué)等更復(fù)雜科學(xué)系統(tǒng)并不適用。這就說明一條定律既可數(shù)學(xué)化表征，亦可近似和定性表征。明確定律的性質(zhì)及其在不同科學(xué)領(lǐng)域的相似與差異性，對科學(xué)教育大有裨益。如教科書應(yīng)引出周期律的近似性，并將其模式作為一個實例進行具體說明，著重聚焦其與學(xué)生熟悉的其他定律的區(qū)別。在物理和化學(xué)比較背景下，引入定律本質(zhì)，提高學(xué)生的NOS理解水平。2.5科學(xué)社會制度體系主要包括專業(yè)活動、科學(xué)精神、社會認(rèn)證與傳播、社會組織與互動、政治權(quán)力結(jié)構(gòu)與經(jīng)濟體系7類要素。所謂專業(yè)活動包括出席會議、發(fā)表研究成果、課題申請等。讓學(xué)生模仿性參與科學(xué)家的社會活動有助于培養(yǎng)其“說”和“做”科學(xué)方面技能，交流發(fā)現(xiàn)、回應(yīng)他人不同觀點，從而建立、修正自己觀點?？茖W(xué)精神即共同體互動及其應(yīng)秉持的制度性態(tài)度與規(guī)范，包括開放、自由、倫理性、環(huán)保、誠實、無私、有組織的懷疑主義等。社會認(rèn)證與傳播即科學(xué)家所得成果需經(jīng)共同體審查與評價后方可發(fā)表與傳播［12］。社會價值觀包括環(huán)境與社會效益。尊重環(huán)境與自由既是科學(xué)精神，亦是科學(xué)社會價值觀。而社會效益則是科學(xué)研究獲得公眾支持的必要條件?？茖W(xué)家的互動包括科研組織內(nèi)部互動及外部互動兩種。前者以職業(yè)階段（如學(xué)生、博士后等）、就業(yè)狀況（專職與兼職、員工與非員工）和經(jīng)費來源、組織等級的差異進行，并導(dǎo)致科學(xué)家建立彼此信任關(guān)系——誰的結(jié)果可信？誰更愿意合作？后者則關(guān)注科學(xué)研究與企業(yè)、政府等組織聯(lián)系與合作。全球化背景下，科學(xué)研究目的、過程與結(jié)果越來越受外部背景制約。科學(xué)是一種價值無涉與中立事業(yè)的傳統(tǒng)敘事話語面臨質(zhì)疑。實際上，科學(xué)與技術(shù)均與政府和國家緊密相連。從伽利略將望遠(yuǎn)鏡銳化以更好地識別遙遠(yuǎn)敵艦以及海森堡對希特勒科學(xué)計劃的貢獻均窺見科學(xué)服務(wù)于國家壓迫、恐嚇和殖民的身影。學(xué)生需要理解這些關(guān)系，并對科學(xué)知識的濫用具有批判意識，在不損害科學(xué)理性的同時，意識到科學(xué)知識生產(chǎn)可能導(dǎo)致的政治后果［13］?？茖W(xué)家的科學(xué)實踐和科學(xué)資源分配由經(jīng)濟力量調(diào)節(jié)。世界各地政府均有相應(yīng)管理機構(gòu)，如美國國家科學(xué)基金會為從事科學(xué)研究的大學(xué)和研究機構(gòu)提供研究經(jīng)費，從而影響科學(xué)研究性質(zhì)。為了實施研究，科學(xué)家需在符合資助機構(gòu)和共同體標(biāo)準(zhǔn)與期望范圍內(nèi)進行。作為分配資源的關(guān)鍵組織，他們多是國家主管的中央機構(gòu)，負(fù)責(zé)依據(jù)與公共政策目標(biāo)的相關(guān)性而對研究項目賦予優(yōu)先次序，評價與判定所提交申報的優(yōu)劣。科學(xué)研究并不游離于經(jīng)濟體系之外，而是深受其影響。科學(xué)研究與企業(yè)管理相似，科學(xué)家群體組織方式與企業(yè)組織方式類似，科學(xué)家亦需財務(wù)規(guī)劃與生產(chǎn)產(chǎn)品，并通過出售專業(yè)知識與技術(shù)專利等研究結(jié)果追求利潤，科學(xué)研究的商業(yè)化日益顯現(xiàn)［14］。3系統(tǒng)審視作為替代方案的FRA范式，在當(dāng)前國際科學(xué)本質(zhì)范式更替浪潮中呈現(xiàn)勃勃生機。我們自然應(yīng)該以開放的心態(tài)擁抱并全面系統(tǒng)深入學(xué)習(xí)，但同時亦應(yīng)具有批判眼光，看到其問題所在，繼而才能為我所用。整體而言，F(xiàn)RA理論體系表現(xiàn)出一種與共識范式相對的異質(zhì)類目啟發(fā)性復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)體系樣態(tài)。所謂異質(zhì)即指其體系要素并非像共識范式僅指向單一認(rèn)知性與領(lǐng)域通用性維度，而是兼顧社會制度、實踐、認(rèn)知等多種維度及各分支學(xué)科的差異與多樣。所謂類目即指FRA體系基本單位是11個更加上位、宏觀、更具概括性范疇，而非（如共識范式）7條NOS微觀特征陳述。所謂啟發(fā)性即指其目的在于通過開放性的11個類目，為師生提供思考的框架與路標(biāo)指南，以便其根據(jù)具體學(xué)科情境自主靈活選擇以生成相關(guān)成果，培養(yǎng)與提高其高階科學(xué)素養(yǎng)，而不是像共識范式以7條特征界定與規(guī)范科學(xué)，使師生淪為灌輸與記憶工具而脫離于科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)與提高。所謂復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)即指FRA體系的11個異質(zhì)類目相互滲透、相互作用、相互關(guān)聯(lián)（包括類目內(nèi)關(guān)聯(lián)與類目間關(guān)聯(lián)）下構(gòu)成了整體、連貫、復(fù)雜的動態(tài)體系，而非像共識范式那樣是由7條簡單、零散、線性關(guān)聯(lián)的陳述命題構(gòu)成的靜態(tài)、孤立的清單列表。綜合而言，F(xiàn)RA理論框架表現(xiàn)出與同質(zhì)、片面、籠統(tǒng)、表淺、孤立、零散、靜態(tài)的共識范式完全相對的異質(zhì)、全面、細(xì)致、清晰、整體、連貫、動態(tài)特征。這種獨特優(yōu)勢可以使FRA范式彌補共識范式的理論及應(yīng)用短板，如基于FRA范式開發(fā)的課程與教材評價工具能夠有效克服共識范式評價工具所存在的學(xué)科適應(yīng)性差、廣度與關(guān)聯(lián)性有限和深度不足問題。通過兼顧學(xué)科差異性與關(guān)聯(lián)性實現(xiàn)學(xué)科適應(yīng)性的飛躍。這種學(xué)科適應(yīng)性不僅體現(xiàn)在可深入評價課程文件與教材中的要素覆蓋度，亦可有效評價其要素關(guān)聯(lián)度。前者關(guān)注課程文件FRA類別要素的存在與否及其數(shù)量，后者注重NOS的認(rèn)知維度要素與社會制度維度要素關(guān)聯(lián)。且不僅可對同一學(xué)科課程文件與教科書NOS類目關(guān)聯(lián)進行整體評價，亦可深至某一學(xué)科課程文件或教科書的局部主題的NOS類目關(guān)聯(lián)表征進行評價。如教科書的某一內(nèi)容主題（如遺傳學(xué)主題）或某一教科書組織要素（如正文部分、欄目、探究活動部分或習(xí)題部分）。以及不同國家和地區(qū)的課程文件與教科書的NOS類目關(guān)聯(lián)性表征比較研究。與此同時，F(xiàn)RA范式亦存在如下兩方面問題。一是科學(xué)哲學(xué)理論基礎(chǔ)缺失。早在Irzik與Nola將維特根斯坦的家族相似性思想轉(zhuǎn)譯為NOS方法論之時，即埋下未解難題——類別劃分、類別組織方式及類別與具體NOS特征命題陳述的聯(lián)系均缺乏明確理論依據(jù)。與共識范式相比，雖然這些類目及其闡釋的確更為復(fù)雜、全面，但卻無法看出類別要素劃分、彼此組織方式及類別要素與命題陳述之間的必然聯(lián)系——為什么是且必然是這些類別及陳述？如何由一種類別關(guān)聯(lián)其他類別？又如何根據(jù)這些類別得到那些具有明確指向的NOS命題陳述？這其中必然的聯(lián)系何在？FRA范式研究者本應(yīng)作出回答，卻在缺乏充分依據(jù)下，匆匆給出它們，似乎社會與認(rèn)知兩維必然能夠得出這些類別及其命題闡釋。在此，F(xiàn)RA與共識范式存在同樣問題，它成為了自己所批判的對象。這消減了該范式的理論說服力和應(yīng)用效力——因為實際科學(xué)教學(xué)中最具指導(dǎo)意義的是具體確定的NOS命題陳述而非其概念性的維度與類別要素，不明確給出類別組織方式及類別與命題陳述聯(lián)系方式，教師與學(xué)生就無法將其運用于NOS教學(xué)上，更無法將其納入課程教材與評價體系，最終FRA將可能變成一種被束之高閣的理論“花瓶”，研究者所倡導(dǎo)的科學(xué)教學(xué)變革圖景便無從談起，科學(xué)課堂上的共識范式戲碼將繼續(xù)上演。二是其要素外延邊界模糊，易被泛化