综合理科为科学教育带来什么？
BCbay网友沈乾若来稿：本文从PISA评估中上海夺冠入手，介绍国际间六十年代以来科学教育的课程设置情况。作者指出，以各科学分支组合在一起的综合理科代替物理、化学和生物的分科课程，大大降低了科学教育在基础教育中的比重；在世界范围内对科学教育造成了长期而根本性的损害，是教育史上一次严重的矫枉过正。综合理科的性质与结构，决定了其师资之严重不足；也决定了它无法胜任为理工科奠定基础的功能。作者呼吁恢复初中阶段物理、化学和生物作为主干课程的分科设置，将综合科学课程作为选修课，重振科学教育。
一、PISA结果引人深思
国际学生学业素养评估（PISA）中，中国上海自2009年参与以来，连续两届在数学、阅读和科学全部三个领域拔得头筹。其他名列前茅的，多为东亚国家或地区。具体到科学测试结果，表1清楚地显示出呈阶梯状分布的各国成绩。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；其次为香港、芬兰和新加坡；韩国和加拿大分别位于第三、第四层级。至于美国，则处于国际平均水平。
表1.PISA2009和2012年科学成绩
PISA测试和其他国际评估与竞赛颠覆了西方教育优于东方的成见，起到了为中国和东方基础教育正名的作用。
半个世纪以来西方基础教育大踏步倒退，已是不争的事实。尤为严重的是数学和科学领域。西方年轻人科学知识之贫乏令人吃惊。例如，年、月、日以及四季的形成，很多人不了解；牛顿三定律，欧姆定律等，明白的人更是寥寥无几。
数学与科学教育的成败决定一个国家的科技与经济命运。眼下西方科技人才的短缺已引起普遍的忧虑。据报道，英国商界领袖发起一项运动，呼吁高中学生选择科学、数学等‘困难’科目。在美国，许多美国人因数学和科学水平不够，无法担负起高技能工作。专家指出，‘许多（美国）企业说他们有很多的（职位）空缺，就是找不到合适的（美国）人来做这些工作。’在竞争激烈的经济中，企业只好僱用外来人才，或迁移到其他国家设厂。
不错，由于提供了宽松自由的环境，国际间顶尖人才大多仍出自西方。然而，一个国家的教育若荒废了大多数，其前途能不令人担忧？虽然中国教育同样存在严重问题：智育至上的倾向和沉重的学业负担，学生独立性和创新能力的不足，等等；但同一时期的中国教育毕竟培养出了大量人才，为科技与经济发展提供了取之不竭的雄厚人力资源。
笔者在国内读了硕士，曾在大学、中学执教；在加拿大拿到博士学位后，又在卑诗省讲授数学、物理近二十年。两种不同教育体系下读书和教书的经历，给了笔者第一手资料，得以切实了解东、西方不同的教育，特别是对加拿大近年来的教育衰败有着切肤的感受。
迄今为止，西方对其基础教育问题的检讨集中在师资水平、教学管理、教材深度、社会和家长对教育重视与否以及学生自身的努力程度等较为软性的层面。
中国大陆何以能够在基础教育中胜出？不但远超西方，与名列前茅的东亚国家或地区亦拉开了距离？个中缘由，社会文化的深层次因素固然起着长期的、潜移默化的作用；然而这样一些软性因素不足以解释高达数十、一百分的差距。笔者认为，教育制度和课程设置和标准上的不同，更为直接、更硬性地造成了今日的结果。
本文探讨的，是其中一项极其重大的科学教育改革举措——以各科学分支组合在一起的综合理科（Integrated Science， 或Comprehensive Science）代替物理、化学和生物的分科课程。这一课程设置已实行半个世纪，极大地改变了世界各国的科学教育。
那么，综合理科为科学教育究竟带来了什么呢？
二、中学科学课程设置概况
小学阶段的科学课程，称为‘自然’或‘科学’，当然是综合性的；没有疑义。中学最后两年，理科仍然以传统的分科设置占据主导地位，亦不成问题。分歧在于中间阶段，即国内初二、初三和高一（大致14-16岁）的理科，应当分科还是综合？综合理科指的主要是这一阶段的课程，一般含物理、化学、生物和地球/空间科学四大部分。
综合理科由联合国教科文组织所倡导，上世纪六十年代开始推行，至八十年代获得了长足的发展。据报道，1978年，各种综合理科课程的数目已达130种之多。如今在全球范围内，综合理科早已取代传统的物理、化学和生物的分科设置，占据统治地位。不但欧美国家，东亚的新加坡、韩国、香港、台湾和日本也都引入综合理科。只有中国大陆，由于与国际接轨较晚，仍然实行分科设置。事实上世纪之交以来，中国教育部也曾以综合理科作为教改方向，大力推行；只因遭遇基层与广大教师的抵制而未能大面积实施。
为了比较，我们先来看一看中国大陆的理科设置。中学物理从初二开始，至高三毕业共学五年。化学由初三开始，共学四年；内容安排均由浅入深，循序渐进，扎扎实实奠定基础。生物学科的安排与之类似。具体到上海，尽管作为试点，名义上也曾引入综合理科，但只限于六、七年级，作为由科学启蒙到科学入门的过渡；八年级开始仍然分别设置物理、化学、生物等课程。
下面以美国和加拿大为例，介绍西方理科设置的具体情况，及综合理科在其中的地位与作用。
美国采用6-2-4学制，即小学六年，初中两年，高中四年（相当于中国大陆的初三加高中）。小学与初中理科属于综合类型。高中四年，两类课程均有提供。国家和各州科学教学大纲对理、化、生和地/空科学各部分内容与目标分别作了规定，但未规定具体课程安排；从而给学校和学生以极大的选择自由。美国课程的特点是门类多多，非常灵活。毕业要求至少三门理科课程。但与中国大陆的四或五年相比，美国中学理、化、生的分科课程，每科只设置两年。理工类学生高中阶段通常前两年选修综合理科，后两年拿分科课程。或者第一年拿综合课程，第二、三年修分科课程，最后一年拿AP课程。
加拿大的学制是7+5。小学七年，中学五年（八至十二年级），没有严格的初、高中之分。相对美国而言，加拿大科学课程的设置较为整齐划一，尽管教育也是由各省管辖，联邦不设教育部。加拿大八、九、十年级均开设综合理科（称为‘科学’），为必修课。十一、十二年级才提供分科课程，而且均为选修。中学毕业要求很低，两年中只需修一门分科课程即可毕业。
综合理科的内容，从笔者所在的不列颠哥伦比亚省的课程标准（表2）可见一斑。为读者获得较为全面具体的了解，十一和十二年级的物理课程内容列于表3。
从表2看出，加拿大八至十年级综合理科涉及学科较多，但不存在实质上的‘学科综合’，不过是组合拼装型的课程而已。
对比表2和表3可见，科学课中涉及的物理内容不多，故物理11必须包罗万象；而且一年内从机械运动讲到相对论，内容之多，跨度之大，学生很难接受。蜻蜓点水，走马观花，套公式做题，是学生普遍的学习状态。这样的课程设置之违反科学，显而易见；与中国大陆形成鲜明对照。
物理对人逻辑思维能力的培养训练其他科目难以企及。PISA测试15岁学生的科学素养。中国参与评估的学生（多为初三）已经在专业教师指导下，学习了将近两年物理，一年化学；而其他国家的学生（在加拿大为九年级）不过接触了一些科学常识，且其中的物理部分大多是由对之一知半解的教师所讲授。中国上海夺冠而且领先其他国家两、三年，不奇怪。
在卑诗省讲授十一和十二级物理多年，笔者深知物理是加拿大学生最感困难的学科。选修物理课的学生因而少之又少，大致15-20%。
表2. 加拿大卑诗省中学综合理科设置与内容
香港、新加坡、韩国等虽然也引入了综合理科，但与美、加不同，他们的综合理科要么学习年限较短而分科较早，要么综合课程的设计照顾到学科的系统完整性，接近于分科课程。这当是其科学评估成绩排名靠前的原因。
本文讨论的，是加、美等西方国家实行的，典型的综合理科。
三、综合理科对科学教育的根本性损害
综合理科的设立，乃因应科技与教育发展的结果。现代科技的发展，边缘学科、交叉学科的出现，人类社会共同面临的环境、能源、人口等重大问题，呼唤新的课程，以涵盖传统课程涉及不到的知识领域和研究方法。另一方面，教育向全民和大众性质的转化，使传统理科科目过多过深的问题日益突出，不适合就业类和文科类学生；也驱动了为这些学生设计综合性课程的尝试。
综合理科的设立亦涉及对认知过程和知识结构的考虑。一些综合理科课程可以围绕实际问题来设计，利于培养学生探索和应用知识的能力。知识结构方面，克服分科课程带来的学科间的隔膜，综合理科更强调和希望展现学科之间的联系与共同本质。
基于上述理由，适当地发展综合理科有其必要性。
但中外教育史上多次改革的失败说明，改革不等同于进步。事实上，改革常常是在两极之间徘徊：精英与大众，质量与公平，知识与能力，基础与创新，分科与综合，集权与放权，等等。而成功的关键在于找到两者之间的平衡。改革务须谨慎。历史上多年形成的东西有其优势和存在价值，未经认真严格的论证、辩论和试验就轻易放弃，很容易出乱子。
综合理科已引入半个多世纪，它取代了理、化、生等基础分科课程而成为科学课程的主干；不但面向就业类和文科类学生，同时承担着为理工科学生奠定学业基础的重要任务。PISA评估揭示的各国学生科学素养之低下，将惊人的事实真相摆到世人面前，令人不能不质疑综合理科究竟为科学教育带来了什么。它果真改进了科学教育，抑或恰恰相反？
笔者认为，以综合理科取代分科课程是教育史上一次严重的矫枉过正；对科学教育造成了根本性的损害。
为什么这样说呢？
首先是科学教育的地位与比重问题。综合理科的引入，将理、化、生三门课程合并成一门，大大减少了科学教育的课时，将时间让位于文科或其他选修课，以及学生休闲玩乐。PISA等国际评估中西方国家科学成绩之所以惨不忍睹，首先在于科学被其他课程与活动所淹没，得不到足够的投入。科学教育在西方基础教育中的比重，早已今非昔比；它无法承载宏大精深的各学科基本内容，令学生学不到人生所需要的基础科学知识及科学素养。
科学教育究竟应该占怎样的比重，尽管仍然是一个尚待解决的研究课题；但世界各国正在吞咽长期轻忽科学教育的苦果，则是无法否认的现实。
第二，师资问题。足够的合格师资乃课程设置的前提条件。然而以中学教师的知识结构和学业水准，是否有能力承担综合理科教学？看一看表2便知，只有极少数教师可能掌握科学课所包括的各科内容。事实上，教师们是在一知半解的状态下走上讲台的。本人接手的大多数十六至十八岁学生，全部学过八至十年级的科学课程，却连其中的匀速直线运动，欧姆定律等简单基本的概念和公式都不清楚。十一级物理几乎一切从头开始，这就是综合理科物理部分的教学效果，反映出师资的物理水平。生物部分的效果可能好一些，毕竟难度不同，而且是很多任课教师的专业特长。
鉴于现有师资只接受过单一专业的训练，中国大陆考虑在师范院校设立科学教育本科专业，来培养综合理科所需要的通晓各科的师资。但这难道就现实？几年内将基本的理、化、生及地球与空间科学学到手，达到可以自如授课的程度；对学生资质和学业基础的要求是非常高的；能够作到的只怕不多。
在科学尚不发达的时代，科学教育确是以综合理科的形式进行的。然而发展至今，每一门学科都包含信息量极大的一个知识网络；没有人可以再作到无所不知，无所不能；中学综合理科作为主干课程早已失去了存在的土壤。
师资问题其实很好解决，恢复从前的分科教学即可。现在的做法，现成的师资不得用其所长，一些教师却不得已讲授自己一知半解的东西。半个世纪实行下来，几代人被耽误了。
第三，课程性质。从综合理科的性质和结构来看，无法为理工科学生奠定必要的基础。只要对课程稍有了解，便知综合理科讲授的知识是描述性、常识性的，属于科学普及一类；很少概念的深入理解和公式的推导应用，与奠定学业基础的要求相距甚远，甚至南辕北辙。另外，各分科课程均构成有机的整体，具有内在逻辑性；利于学生扎实、系统、完整地掌握知识；综合课程又哪里具有这样的功能呢？
初中阶段是学生逻辑思维、智力开发的黄金时代，错过了一生都难以弥补。由于以综合理科作为基础课程，后续的物理、化学和生物每科只安排两个学年，而真正意义上的学科学习这时方才开始。孩子年龄已大，时间太短，尤其对物理学科来说问题更为严重。学生如何能够切实掌握知识，获得像样的训练，成就科技人才？
事实上，由于缺少合格师资，综合理科非但达不到为理工科奠定基础的目的，即使作为科学普及也十分勉强。
再来看一看引入综合理科对认知过程的考虑——人们声称分科课程不利于培养科学探索和创新能力。然而，以组合拼装式的综合理科取而代之难道就能解决问题？须知学生创新能力的不足并非分科课程的结果，问题出在教材结构和教学方法。物理、化学等自然学科，是完美的理论体系；即一个结果，科学家们当年艰苦的探索过程隐藏在背后。教学中须将探索过程找回来，让学生也试一试；即实施引路式的教学，探索式的学习；从而培养学生的兴趣和创新能力。然而一般教材编写和教师授课，大多从抽象的定义和定理出发，学生失去了探索性思维的学习机会。
由于教学上的缺陷而改变课程，药方开错了。当然，某些综合科学课程围绕实际问题展开教学，对于学生探索与创新能力的培养是大为有益的。这样一些课程的价值应予充分肯定。
知识结构方面。综合——分科——再综合，是一个人知识结构的形成过程。第一个综合是较为感性的，初等的；小学的‘自然’或‘科学’即属于此一类型。第二次综合是理性的、成熟的，以广博的知识作为基础。也就是说，真正的综合是建立在分科基础之上的，没有分科的科学知识何来综合？
顾名思义，‘综合理科’可以设置在分科学习完成，或起码开始之后，作为辅助性、提高性的选修课，以期建立不同学科之间的联系，探索其共同本质。但作为科学主干课程，必须扎扎实实，为大厦夯实根基。综合理科无法起到这样的作用。
四、结束语
需要再次强调，科学和数学教育成败决定一个国家的科技与经济命运。由于教育对社会影响存在一个滞后期，一项错误的教育政策往往经过很长时期，在造成了严重后果之后才为人们所认识。六十年代起世界各国以综合理科代替理、化、生基础科学课程，就是一项这样的错误政策；尽管笔者相信当初并非没有反对的声音。综合理科实施时间之长，范围之广，后果之严重，很少其他教育政策可以相比。
笔者相信，西方国家要恢复科学教育的元气，必须取消初中阶段作为主干的综合理科课程，恢复理、化、生分科设置。可以设计辅助和提高性质的综合科学选修课；对于某些就业类和文科类学生，可学习数学课程分不同档次的做法，为他们设计年限较短、浅显实用的科学课程。
对于中国，笔者希望本文能够使人认清用综合理科代替理、化、生各科的危害。实践是检验真理的标准。对西方的教育体制、政策和各种做法，需考察其实际效果。国内一些人学习西方，倡导综合理科，甚至以之为理科教育的发展方向；原因之一是对国外教育缺乏切实了解。国内研究的信息来源，一为各种文献资料，二是出国考察见闻；缺少最重要的实践检验和亲身体验，因而带有盲目性。上世纪二十年代中国照搬美国的学分制与综合中学制度，十年后即在全国一片反对声中收场。希望在综合理科的问题上，不要再走弯路。
作者：加拿大博雅教育学会会长 沈乾若 2014年2月第一稿，2015年3月修改
北京大学物理系毕业，北京航空航天大学工学硕士，加拿大西蒙菲沙大学数学博士
中国大陆和加拿大数十年大、中学教学及办学经验
电话：（604）430-1150 电子邮件：sharonqshen@gmail.com
