目前我国的科学教育专业正处于蓬勃发展与不断探索的过程中，2001~2004年，教育部批准设置科学教育专业的高等学校就已达46所，近年来更呈上升趋势。对这样一个新专业的建设迫切需要理论上的思考和观念上的明晰。例如，科学教育专业的建设如何体现人才培养的理念、目标；在从小学、中学到大学、研究生的整体教育中，科学教育处于怎样的基础地位；在我国目前教育资源尚未得到根本改善，仍有多数学生高中毕业即结束学业的情况下，科学教育在这一阶段又必须具有独立性和完整性，那么，科学教育在这一阶段的独立地位和独特功能如何体现？同时，就目前的情况而言，我们还面临着专业建设理念、课程教材建设以及如何与中小学科学教育实践联系等方面的实际问题。因此，对上述问题进行学理上的思索具有重要的理论意义和迫切的现实意义。
　　
　　一、培养目标重心的变化
　　
　　在第三次全教会上，我国政府更为明确地提出要全面实施素质教育，立足于提高全民族科学素质的大目标，加强中小学生科学素质的培育。从世界范围来看，中学阶段科学教育的目标也都被确定为提高人的科学素质，即培养具有科学素质的人。

　　科学素质有四个核心因素，即：其一，对科学技术的理解，包括理解科学技术的性质、概念、原理、过程；其二，对科学、技术、社会三者关系的理解；其三，科学的精神和态度；其四，运用科学技术解决日常生活及社会问题的能力，包括运用科学方法的能力、判断和决策的能力、与他人合作交流的能力、自我补充和继续学习的能力。

　　笔者认为，科学素质的培育是教育的整体行为和系统工程，它需要将素质教育的理念贯彻在教育的整体系统中，并在这一观念和目标的前提下调整结构，以使教育在整体上实现素质教育的功能和效果。科学教育作为教育整体系统中的组成部分之一，承载着科学素质教育的理念和理解科学的具体目标。

　　理解科学是科学素质的基础组成部分，占据相当重要的地位。对科学的理解是由四个部分组成的，包括对科学本质的理解，对科学过程的理解，对科学方法的理解和对科学对象的理解。

　　对科学本质的理解有助于区别科学与非科学、科学与伪科学，是科学素质的基础组成部分。科学的划界标准是意在把科学与非科学或反科学，科学与形而上学区分开来，其划界标准显示了科学与非科学或反科学，科学与形而上学的本质区别，成为科学判断的重要依据。在逻辑经验主义看来，科学是使由观察和实验中得到的经验事实逻辑系统化的语言系统或命题系统。命题是否有意义确立了一种界限，凡是能够最终诉诸经验的、被经验所证实的命题就是有意义的，否则就是无意义的。逻辑经验主义用这一标准把科学与非科学区分开来。逻辑经验主义之后，英国著名科学哲学家波普尔用证伪替代了证实。可检验性是科学的必要条件，不具备这个条件就不是科学。但是，单单具备这个条件还不能成为科学。科学之所以为科学，不仅仅是在于其具有经验上的可检验性，还在于科学形成了内在一致的逻辑上完备的理论体系。相比之下，社会历史学派倒是更加看重后者。例如该学派的代表人物库恩就曾提出，有无范式是科学与非科学、前科学的划界标准。范式是科学成熟的标志，任何一门学科在它尚未形成共同的范式之前，它并不是科学的，而只有形成统一范式之后，方由前科学发展成为科学。库恩的范式，其核心就是科学理论。由此可见，科学作为对自然界的现象——本质结构的反映，其知识系统具有经验知识——理论的结构，而科学判据则具有经验——理论的二元结构。对科学本质的正确认识是理解科学的首要条件。

　　对科学过程的理解展开了三个维度，首先知识是个过程，真理也是过程。其二，这个过程是个探索的过程，没有必然的成功之路，没有程式化的科学发现的逻辑。其三，通过科学史案例的教学可为学生“再现”从科研选题开始的科学研究的全过程。理解科学的过程有利于培育学生的探究意识，培养学生的探究能力，激发学生的创新潜能。

　　科学方法有两类：经验方法和逻辑方法。按层次可划分为一般方法（原则方法），一般科学方法，具体科学方法。科学方法是自然科学的重要组成部分，自然科学的重大进步往往是来自研究方法的创新，科学研究方法的教育是能力素质培养不可缺少的组成部分。

　　理解自然科学研究的对象——自然界是科学研究的最终目标，也是学习的根本目的。人类从事科学研究的目的就是要获得对自然界的总体理解。自然界是个整体，它是作为一个整体而存在和被认识的。自然的齐一性决定了人类认识的整体性，不从整体上来理解自然，或者没有获得对自然的整体性观点，就达不到对自然的真正认识。自然科学是一个整体，限于人类自身认识能力的不足和对自然认识的局限性，才形成了各分支学科。由于各分支学科都是从各自不同的侧面形成的对自然界的认识，因此，它们所提供的自然图景是孤立的、不完整的。要使学生形成对自然界的真正理解，就要培育整体的自然观，而科学教育的综合课会承担起这一使命。

　　科学教育的目标构成了科学素质培养的核心，而且有着更加具体的内容，这门学科在现代教育体系中理应发挥重要的作用。

二、教育范式的转变
　　
　　科学教育目标的实施导致了教育范式的转变，这种转变是由两方面的因素决定的，首先是理解科学的角度发生了变化，其二是理解科学的方式发生了变化。

　　现代科学教育是指以物理、化学、生物学和地质学等自然学科为主体构成的并涉及技术、环境科学、生命科学及科学史在内的综合性科学技术教育体系。从科学和技术的整体出发，理解科学，认识各分支学科。20世纪40年代到60年代，随着系统科学的兴起和发展，使人类认识世界的思维方式发生了变化，也使人类理解科学的角度有了转变。西方科学是现代科学的楷模，它不仅带来了科学认识的宏大成就，更以其贯穿的方法、精神和思维方式影响着人类。古希腊以来，西方科学鲜明的分析式的思维方式是从局部出发，寻求对局部的详细、精确的认识，并期待在充分认识局部的基础上形成对整体的认识。这种思维方式带来了西方科学研究的精确性和严密性，达到了极高的成就。但是，随着20世纪人们对复杂性客体的研究，这种分析式的思维方式的局限性开始显露出来。

　　随着系统科学的建立，系统方法作为一种新的思想方法随之确立起来。20世纪60年代以来，人们开始用系统的眼光来看待科学。科学社会学的兴起使人们开始在更广阔空间——科学、技术与社会的大系统来研究科学、理解科学。从系统角度来看科学，注重的角度是系统的整体性和系统要素的相关性。与分析的思维方式相比，整体的思维方式更具有辩证性。

　　现代科学的发展也导致了人们理解科学的方式发生了变化，从关注科学的静态结构到关注科学认识的过程。

　　自然科学确立以来，科学观问题的研究经历了静态结构观——动态发展观——合理进步观的变化过程。从培根以来，一直到逻辑经验主义，科学观的研究主要是集中于对科学活动的“已完成的产品”从事静态的分析。逻辑经验主义从理性的视角出发对科学给予静态的描述，并以归纳法为基本方法对科学知识的增长作出了说明。在这样一幅科学的图景中，科学知识一经证实即成为真理，知识是真理的集合，知识因积累而变得丰富，科学犹如支流汇成江河，是以连续的方式、积累的模式进步的。在科学观的核心问题由科学知识的静态结构转向科学知识的动态发展的过程中，波普尔作出了重要的历史贡献。他第一个提出了科学发展的动态模式，为科学观的研究指出了不同于逻辑经验主义的新方向。波普尔的工作，其意义是十分重大的，正如图尔敏（S.Toulmin）所指出的，“什么时候真正以发展的态度对待不断变化的科学理论组织问题，什么时候哲学探索就有某种新方向。这一步，将迫使人们从一个更广阔的历史背景上看待一切关于科学的理论结构和命题系统问题。在这种新关系中，自然科学不再是静态的形式结构，而是具有某种标准思想程序或动向的理性事业。”对什么是科学以及科学结构的理解构成了科学静态研究的主要内容，考察科学的演变和进步则构成了科学动态研究的主要内容。这两个方面的研究对于理解科学来说都是必需的。科学的静态研究通过结构从形式上描绘出科学的某些重要特征，而科学的动态研究则从其结构关系的变化上展现出科学演变的某些规律性。

　　科学教育的目标是理解科学，20世纪以来科学的迅猛发展使得我们理解科学的角度和方式都发生了变化。这种变化导致了原有教育模式和观念的变化，不仅使教育的范围由限制在单一的科学范围内的知识和方法的培养，逐渐转变为多学科的高度融合，而且从动态角度展现的科学，极有利于学生探究意识、探究能力的培育和创新潜能的激发。