綜合理科為科學教育帶來什麽？

摘要：本文從PISA評估中上海奪冠入手，介紹國際間六十年代以來科學教育的課程設置情況。作者指出，以各科學分支組合在一起的綜合理科代替物理、化學和生物的分科課程，大大降低了科學教育在基礎教育中的比重；在世界範圍內對科學教育造成了長期而根本性的損害，是教育史上一次嚴重的矯枉過正。綜合理科的性質與結構，決定了其師資之嚴重不足；也決定了它無法勝任為理工科奠定基礎的功能。作者呼籲恢復初中階段物理、化學和生物作為主幹課程的分科設置，將綜合科學課程作為選修課，重振科學教育。

一、PISA結果引人深思

國際學生學業素養評估（PISA）中，中國上海自2009年參與以來，連續兩屆在數學、閱讀和科學全部三個領域拔得頭籌。其他名列前茅的，多為東亞國家或地區。具體到科學測試結果，表1清楚地顯示出呈階梯狀分布的各國成績。上海高高在上，比第二名高出26和25分，比OECD平均高出74和79分；其次為香港、芬蘭和新加坡；韓國和加拿大分別位於第三、第四層級。至於美國，則處於國際平均水平。

表1.PISA2009和2012年科學成績

PISA測試和其他國際評估與競賽顛覆了西方教育優於東方的成見，起到了為中國和東方基礎教育正名的作用。

半個世紀以來西方基礎教育大踏步倒退，已是不爭的事實。尤為嚴重的是數學和科學領域。西方年輕人科學知識之貧乏令人吃驚。例如，年、月、日以及四季的形成，很多人不了解；牛頓三定律，歐姆定律等，明白的人更是寥寥無幾。

數學與科學教育的成敗決定一個國家的科技與經濟命運。眼下西方科技人才的短缺已引起普遍的憂慮。據報道，英國商界領袖發起一項運動，呼籲高中學生選擇科學、數學等‘困難’科目。在美國，許多美國人因數學和科學水平不夠，無法擔負起高技能工作。專家指出，‘許多（美國）企業說他們有很多的（職位）空缺，就是找不到合適的（美國）人來做這些工作。’在競爭激烈的經濟中，企業只好僱用外來人才，或遷移到其他國家設廠。

不錯，由於提供了寬鬆自由的環境，國際間頂尖人才大多仍出自西方。然而，一個國家的教育若荒廢了大多數，其前途能不令人擔憂？雖然中國教育同樣存在嚴重問題：智育至上的傾向和沉重的學業負擔，學生獨立性和創新能力的不足，等等；但同一時期的中國教育畢竟培養出了大量人才，為科技與經濟發展提供了取之不竭的雄厚人力資源。

筆者在國內讀了碩士，曾在大學、中學執教；在加拿大拿到博士學位後，又在卑詩省講授數學、物理近二十年。兩種不同教育體系下讀書和教書的經歷，給了筆者第一手資料，得以切實了解東、西方不同的教育，特別是對加拿大近年來的教育衰敗有着切膚的感受。

迄今為止，西方對其基礎教育問題的檢討集中在師資水平、教學管理、教材深度、社會和家長對教育重視與否以及學生自身的努力程度等較為軟性的層面。

中國大陸何以能夠在基礎教育中勝出？不但遠超西方，與名列前茅的東亞國家或地區亦拉開了距離？個中緣由，社會文化的深層次因素固然起着長期的、潛移默化的作用；然而這樣一些軟性因素不足以解釋高達數十、一百分的差距。筆者認為，教育制度和課程設置和標準上的不同，更為直接、更硬性地造成了今日的結果。

本文探討的，是其中一項極其重大的科學教育改革舉措——以各科學分支組合在一起的綜合理科（Integrated Science， 或Comprehensive Science）代替物理、化學和生物的分科課程。這一課程設置已實行半個世紀，極大地改變了世界各國的科學教育。

那麽，綜合理科為科學教育究竟帶來了什麼呢？

一. 中學科學課程設置概況

小學階段的科學課程，稱為‘自然’或‘科學’，當然是綜合性的；沒有疑義。中學最後兩年，理科仍然以傳統的分科設置占據主導地位，亦不成問題。分歧在於中間階段，即國內初二、初三和高一（大致14-16歲）的理科，應當分科還是綜合？綜合理科指的主要是這一階段的課程，一般含物理、化學、生物和地球/空間科學四大部分。

綜合理科由聯合國教科文組織所倡導，上世紀六十年代開始推行，至八十年代獲得了長足的發展。據報道，1978年，各種綜合理科課程的數目已達130種之多。如今在全球範圍內，綜合理科早已取代傳統的物理、化學和生物的分科設置，占據統治地位。不但歐美國家，東亞的新加坡、韓國、香港、台灣和日本也都引入綜合理科。只有中國大陸，由於與國際接軌較晚，仍然實行分科設置。事實上世紀之交以來，中國教育部也曾以綜合理科作為教改方向，大力推行；只因遭遇基層與廣大教師的抵制而未能大面積實施。

為了比較，我們先來看一看中國大陸的理科設置。中學物理從初二開始，至高三畢業共學五年。化學由初三開始，共學四年；內容安排均由淺入深，循序漸進，扎紮實實奠定基礎。生物學科的安排與之類似。具體到上海，儘管作為試點，名義上也曾引入綜合理科，但只限於六、七年級，作為由科學啟蒙到科學入門的過渡；八年級開始仍然分別設置物理、化學、生物等課程。

下面以美國和加拿大為例，介紹西方理科設置的具體情況，及綜合理科在其中的地位與作用。

美國採用6-2-4學制，即小學六年，初中兩年，高中四年（相當於中國大陸的初三加高中）。小學與初中理科屬於綜合類型。高中四年，兩類課程均有提供。國家和各州科學教學大綱對理、化、生和地/空科學各部分內容與目標分別作了規定，但未規定具體課程安排；從而給學校和學生以極大的選擇自由。美國課程的特點是門類多多，非常靈活。畢業要求至少三門理科課程。但與中國大陸的四或五年相比，美國中學理、化、生的分科課程，每科只設置兩年。理工類學生高中階段通常前兩年選修綜合理科，後兩年拿分科課程。或者第一年拿綜合課程，第二、三年修分科課程，最後一年拿AP課程。

加拿大的學制是7+5。小學七年，中學五年（八至十二年級），沒有嚴格的初、高中之分。相對美國而言，加拿大科學課程的設置較為整齊劃一，儘管教育也是由各省管轄，聯邦不設教育部。加拿大八、九、十年級均開設綜合理科（稱為‘科學’），為必修課。十一、十二年級才提供分科課程，而且均為選修。中學畢業要求很低，兩年中只需修一門分科課程即可畢業。

綜合理科的內容，從筆者所在的不列顛哥倫比亞省的課程標準（表2）可見一斑。為讀者獲得較為全面具體的了解，十一和十二年級的物理課程內容列於表3。

從表2看出，加拿大八至十年級綜合理科涉及學科較多，但不存在實質上的‘學科綜合’，不過是組合拼裝型的課程而已。

對比表2和表3可見，科學課中涉及的物理內容不多，故物理11必須包羅萬象；而且一年內從機械運動講到相對論，內容之多，跨度之大，學生很難接受。蜻蜓點水，走馬觀花，套公式做題，是學生普遍的學習狀態。這樣的課程設置之違反科學，顯而易見；與中國大陸形成鮮明對照。

物理對人邏輯思維能力的培養訓練其他科目難以企及。PISA測試15歲學生的科學素養。中國參與評估的學生（多為初三）已經在專業教師指導下，學習了將近兩年物理，一年化學；而其他國家的學生（在加拿大為九年級）不過接觸了一些科學常識，且其中的物理部分大多是由對之一知半解的教師所講授。中國上海奪冠而且領先其他國家兩、三年，不奇怪。

在卑詩省講授十一和十二級物理多年，筆者深知物理是加拿大學生最感困難的學科。選修物理課的學生因而少之又少，大致15-20%。

表2. 加拿大卑詩省中學綜合理科設置與內容

表3. 加拿大卑詩省高中物理內容

香港、新加坡、韓國等雖然也引入了綜合理科，但與美、加不同，他們的綜合理科要麽學習年限較短而分科較早，要麽綜合課程的設計照顧到學科的系統完整性，接近於分科課程。這當是其科學評估成績排名靠前的原因。

本文討論的，是加、美等西方國家實行的，典型的綜合理科。

二. 綜合理科對科學教育的根本性損害

綜合理科的設立，乃因應科技與教育發展的結果。現代科技的發展，邊緣學科、交叉學科的出現，人類社會共同面臨的環境、能源、人口等重大問題，呼喚新的課程，以涵蓋傳統課程涉及不到的知識領域和研究方法。另一方面，教育向全民和大眾性質的轉化，使傳統理科科目過多過深的問題日益突出，不適合就業類和文科類學生；也驅動了為這些學生設計綜合性課程的嘗試。

綜合理科的設立亦涉及對認知過程和知識結構的考慮。一些綜合理科課程可以圍繞實際問題來設計，利於培養學生探索和應用知識的能力。知識結構方面，克服分科課程帶來的學科間的隔膜，綜合理科更強調和希望展現學科之間的聯繫與共同本質。

基於上述理由，適當地發展綜合理科有其必要性。

但中外教育史上多次改革的失敗說明，改革不等同於進步。事實上，改革常常是在兩極之間徘徊：精英與大眾，質量與公平，知識與能力，基礎與創新，分科與綜合，集權與放權，等等。而成功的關鍵在於找到兩者之間的平衡。改革務須謹慎。歷史上多年形成的東西有其優勢和存在價值，未經認真嚴格的論證、辯論和試驗就輕易放棄，很容易出亂子。

綜合理科已引入半個多世紀，它取代了理、化、生等基礎分科課程而成為科學課程的主幹；不但面向就業類和文科類學生，同時承擔着為理工科學生奠定學業基礎的重要任務。PISA評估揭示的各國學生科學素養之低下，將驚人的事實真相擺到世人面前，令人不能不質疑綜合理科究竟為科學教育帶來了什麽。它果真改進了科學教育，抑或恰恰相反？

筆者認為，以綜合理科取代分科課程是教育史上一次嚴重的矯枉過正；對科學教育造成了根本性的損害。

為什麽這樣說呢？

首先是科學教育的地位與比重問題。綜合理科的引入，將理、化、生三門課程合併成一門，大大減少了科學教育的課時，將時間讓位於文科或其他選修課，以及學生休閒玩樂。PISA等國際評估中西方國家科學成績之所以慘不忍睹，首先在於科學被其他課程與活動所淹沒，得不到足夠的投入。科學教育在西方基礎教育中的比重，早已今非昔比；它無法承載宏大精深的各學科基本內容，令學生學不到人生所需要的基礎科學知識及科學素養。

科學教育究竟應該占怎樣的比重，儘管仍然是一個尚待解決的研究課題；但世界各國正在吞咽長期輕忽科學教育的苦果，則是無法否認的現實。

第二，師資問題。足夠的合格師資乃課程設置的前提條件。然而以中學教師的知識結構和學業水準，是否有能力承擔綜合理科教學？看一看表2便知，只有極少數教師可能掌握科學課所包括的各科內容。事實上，教師們是在一知半解的狀態下走上講台的。本人接手的大多數十六至十八歲學生，全部學過八至十年級的科學課程，卻連其中的勻速直線運動，歐姆定律等簡單基本的概念和公式都不清楚。十一級物理幾乎一切從頭開始，這就是綜合理科物理部分的教學效果，反映出師資的物理水平。生物部分的效果可能好一些，畢竟難度不同，而且是很多任課教師的專業特長。

鑑於現有師資只接受過單一專業的訓練，中國大陸考慮在師範院校設立科學教育本科專業，來培養綜合理科所需要的通曉各科的師資。但這難道就現實？幾年內將基本的理、化、生及地球與空間科學學到手，達到可以自如授課的程度；對學生資質和學業基礎的要求是非常高的；能夠作到的只怕不多。

在科學尚不發達的時代，科學教育確是以綜合理科的形式進行的。然而發展至今，每一門學科都包含信息量極大的一個知識網絡；沒有人可以再作到無所不知，無所不能；中學綜合理科作為主幹課程早已失去了存在的土壤。

師資問題其實很好解決，恢復從前的分科教學即可。現在的做法，現成的師資不得用其所長，一些教師卻不得已講授自己一知半解的東西。半個世紀實行下來，幾代人被耽誤了。

第三，課程性質。從綜合理科的性質和結構來看，無法為理工科學生奠定必要的基礎。只要對課程稍有了解，便知綜合理科講授的知識是描述性、常識性的，屬於科學普及一類；很少概念的深入理解和公式的推導應用，與奠定學業基礎的要求相距甚遠，甚至南轅北轍。另外，各分科課程均構成有機的整體，具有內在邏輯性；利於學生紮實、系統、完整地掌握知識；綜合課程又哪裡具有這樣的功能呢？

初中階段是學生邏輯思維、智力開發的黃金時代，錯過了一生都難以彌補。由於以綜合理科作為基礎課程，後續的物理、化學和生物每科只安排兩個學年，而真正意義上的學科學習這時方才開始。孩子年齡已大，時間太短，尤其對物理學科來說問題更為嚴重。學生如何能夠切實掌握知識，獲得像樣的訓練，成就科技人才？

事實上，由於缺少合格師資，綜合理科非但達不到為理工科奠定基礎的目的，即使作為科學普及也十分勉強。

再來看一看引入綜合理科對認知過程的考慮——人們聲稱分科課程不利於培養科學探索和創新能力。然而，以組合拼裝式的綜合理科取而代之難道就能解決問題？須知學生創新能力的不足並非分科課程的結果，問題出在教材結構和教學方法。物理、化學等自然學科，是完美的理論體系；即一個結果，科學家們當年艱苦的探索過程隱藏在背後。教學中須將探索過程找回來，讓學生也試一試；即實施引路式的教學，探索式的學習；從而培養學生的興趣和創新能力。然而一般教材編寫和教師授課，大多從抽象的定義和定理出發，學生失去了探索性思維的學習機會。

由於教學上的缺陷而改變課程，藥方開錯了。當然，某些綜合科學課程圍繞實際問題展開教學，對於學生探索與創新能力的培養是大為有益的。這樣一些課程的價值應予充分肯定。

知識結構方面。綜合——分科——再綜合，是一個人知識結構的形成過程。第一個綜合是較為感性的，初等的；小學的‘自然’或‘科學’即屬於此一類型。第二次綜合是理性的、成熟的，以廣博的知識作為基礎。也就是說，真正的綜合是建立在分科基礎之上的，沒有分科的科學知識何來綜合？

顧名思義，‘綜合理科’可以設置在分科學習完成，或起碼開始之後，作為輔助性、提高性的選修課，以期建立不同學科之間的聯繫，探索其共同本質。但作為科學主幹課程，必須扎紮實實，為大廈夯實根基。綜合理科無法起到這樣的作用。

四、結束語

需要再次強調，科學和數學教育成敗決定一個國家的科技與經濟命運。由於教育對社會影響存在一個滯後期，一項錯誤的教育政策往往經過很長時期，在造成了嚴重後果之後才為人們所認識。六十年代起世界各國以綜合理科代替理、化、生基礎科學課程，就是一項這樣的錯誤政策；儘管筆者相信當初並非沒有反對的聲音。綜合理科實施時間之長，範圍之廣，後果之嚴重，很少其他教育政策可以相比。

筆者相信，西方國家要恢復科學教育的元氣，必須取消初中階段作為主幹的綜合理科課程，恢復理、化、生分科設置。可以設計輔助和提高性質的綜合科學選修課；對於某些就業類和文科類學生，可學習數學課程分不同檔次的做法，為他們設計年限較短、淺顯實用的科學課程。

對於中國，筆者希望本文能夠使人認清用綜合理科代替理、化、生各科的危害。實踐是檢驗真理的標準。對西方的教育體制、政策和各種做法，需考察其實際效果。國內一些人學習西方，倡導綜合理科，甚至以之為理科教育的發展方向；原因之一是對國外教育缺乏切實了解。國內研究的信息來源，一為各種文獻資料，二是出國考察見聞；缺少最重要的實踐檢驗和親身體驗，因而帶有盲目性。上世紀二十年代中國照搬美國的學分制與綜合中學制度，十年後即在全國一片反對聲中收場。希望在綜合理科的問題上，不要再走彎路。

作者：加拿大博雅教育學會會長   沈乾若  2014年2月第一稿，2015年3月修改

北京大學物理系畢業，北京航空航天大學工學碩士，加拿大西蒙菲沙大學數學博士

中國大陸和加拿大數十年大、中學教學及辦學經驗

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