科学素养的基本内涵——三维模式
现代社会是一个民主化社会，每个人的命运和整个人类社会、整个国家的命运联系在一起，每个公民都有一定的社会责任和权利，不能被排除于社会事务之外。而现代社会更是一个科学技术高度发达的社会，无论是公民的个人生活还是社会生活，都离不开科学技术，这就要求公民必须具备基本的科学素养，使个体能把握自己的命运，过上负责任的幸福生活，同时在涉及到人类社会和国家命运时，能发表自己的看法，并采取合乎理性的行动。因此，中国新一轮课程改革把目标定位于“提高全体学生科学素养”上。
科学素养最早是由美国学者赫德（P.D.Hurd）在1958年提出的，表示个人所具备的对科学的基本理解。关于科学素养，人们基于各自的理解，从不同角度对其内涵进行了各种各样的阐述。本文拟采用因素分析法揭示12种国内外有代表性的科学素养定义中的基本因素，并提出一个科学素养的三维模式。 科学素养的定义
本文选取了比较有代表性的关于科学素养的12种定义，在这些定义中，有国内外政府机构、民间组织及研究者给出的，有经过梳理分析得来的，也有通过对报刊杂志的统计得来的，还有的是课程标准中的和用于测试调查的。
佩拉等的理解早在1960年代，佩拉(M.O.Pella)和他的同事仔细而系统地挑选了1946年到1964年之间的100种报刊文章。他们在这些文章中检索了各种与科学素养有关的主题的出现频率，作为社会公民应该具备科学素养的“参照物”，并归结出科学素养的内容：科学和社会的相互关系；知道科学家工作的伦理原则；科学的本质；科学和技术之间的差异；基本的科学概念；科学和人类的关系。
肖瓦尔特的描述性定义肖瓦尔特（V.M.Showalter）在总结1950年代末到1970年代初有关科学素养的文献后，对具有科学素养的人提出了一个描述性定义：明白科学知识的本质；在和环境交流时，能准确运用合适的科学概念、原理、定律和理论；采用科学的方法解决问题，作出决策，增进对世界的了解；和世界打交道的方式与科学原则一致；明白并接受科学、技术和社会之间的相关性；对世界有更丰富、生动和正面的看法；具有许多和科学技术密切相关的实用技能。
米勒的科学素养三维模型美国国际科学素养促进中心主任米勒（J.Miller）教授为了便于大规模科学素养调查，提出了科学素养概念的三维模型，它包括三个维度：对科学原理和方法（即科学本质）的理解；对重要科学术语和概念（即科学知识）的理解；对科技的社会影响的意识和理解。现在，许多国家公民科学素养的调查都按照米勒模型进行问卷设计。
克洛普弗的定义美国学者克洛普弗（L.E.Klopfer）定义的科学素养包括五个方面：了解重要的科学事实、概念、原则和理论；有关科学知识应用于日常生活情境中的能力；具有利用科学探究过程的能力；理解科学性质的一般原理和关于科学、技术与社会的相互作用；具有明智的对待科学的态度以及对与科学有关的事物的兴趣。
国际经济合作与发展组织的理解国际经济合作与发展组织（Organization for Economic Co-operation and Development, OECD）也提出了对科学素养的理解，认为“科学素养是运用科学知识，确定问题和作出具有证据的结论，以便对自然世界和通过人类活动对自然世界的改变进行理解和作出决定的能力”，“包括运用科学的基本观点理解自然世界并作出相应决定的能力”和“确认科学问题、使用证据、作出科学结论并就结论与他人进行交流的能力”。
美国“2061计划”对科学素养的定义。美国科学促进协会（American Association for the Advancement of Science, AAAS）发起的“2061计划”对科学素养的定义是：“熟悉自然界，尊重自然界的统一性；懂得科学、数学和技术相互依赖的一些重要方法；了解科学的一些重大概念和原理；有科学思维的能力；认识到科学、数学和技术是人类共同的事业，并认识到它们的长处和局限性。同时，还应该能够运用科学知识和思维方法处理个人和社会问题”，“科学素养可以增加人们敏锐地观察事件的能力、全面思考的能力、以及领会人们对事物所作出的各种解释的能力。此外，这种内在的理解和思考可以构成人们决策和采取行动的基础。”
与其他的理解区别较大的是，“2061计划”强调了数学在科学素养中的重要作用。
国际学生科学素养测试大纲的科学素养测试模型国际学生科学素养测试大纲（Programmer for International Student Assessment, PISA）提出的由三
个方面组成的科学素养测试模型为：科学的基本观点，内容包括生命与保健科学，地球与环境科学，技术中的科学；科学实践的过程，重点是获取证据、解释证据并在证据的基础上进行科学活动的进程，包括确认科学问题、寻找证据、作出结论、与他人就结论进行交流、表明所了解的科学基本观点；科学场景，主要选自人们日常生活中的科学问题，而不是学校教室、实验室的科学实践或专业科学家的工作。
霍德森的定义美国学者霍德森（D.Hodson）把科学素养分为三个维度：学习科学知识，即学习科学概念和科学理论；理解科学，即理解科学的本质和科学方法，意识到科学和社会之间相互作用的复杂性；做科学，即参与科学探究和问题解决，并培养相关的技能。
《美国国家科学教育标准》的描述性定义1995年美国公布了历史上第一部《国家科学教育标准》，它虽没有对科学素养给出概念性定义，但给出了描述性定义：所谓有科学素养是指了解和深谙进行个人决策、参与公民事务和个人及文化事务、从事经济生产所需的科学概念和科学过程。此外，还包括一些特定门类的能力„„有科学素养意味着一个人对日常所见所历的各种事物能够提出、发现和回答因好奇心而引发的一些问题，意味着一个人已有能力描述、解释甚至预言一些自然现象，能读懂通俗报刊刊载的科学文章，能参与就有关结论是否有充分根据的问题所作的社交谈话，能识别国家和地方决定所赖以为基础的科学问题并提出有科学技术根据的见解，能根据信息源和产生此信息所用的方法评估科学信息的可靠程度，能提出和评价有依据的论点并恰如其分地运用从这些论点得出的结论。
中国科技部等五部门的理解为了更好地推进21世纪青少年科学技术普及工作，2000年中国科学技术部连同教育部、中宣部、中国科协和共青团中央五个部门组织了有关专家，根据中国青少年科普活动实际状况，制定了《2001～2005年中国青少年科学技术普及活动指导纲要》和《2001～2005年中国青少年科学技术普及活动内容与目标》。两份文件都将科学素养理解为：科学态度；科学知识、技能；科学方法、能力；科学行为、习惯。
中国教育部制定的《科学（7～9年级）课程标准》的定义在21世纪基础教育课程改革中，科学（3～6年级）、科学（7～9年级）、生物、物理和化学等
科学学科的课程标准对科学素养的理解基本相似。《科学（7～9年级）课程标准》认为，科学素养包括：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（Science, Technology and Society, STS）。
梁树森和谷秀娥的报刊统计梁树森和谷秀娥采用报刊检索法，分析了2001年中国两份比较有影响的报纸《教育文摘周报》和《大众科技报》，收集了与科学素养有关的信息并进行分类统计，他们发现，与科学素养有关的因素包括：科学能力（35.38%）；科学态度（19.03%）；思想道德（16.64%）；科学精神（15.00%）；科学知识（7.53%）；身体健康（4.97%）；美育（1.46%）。 科学素养基本因素的分析
为了确定科学素养的基本因素，首先采用因素分析法对上面12种定义进行因素分解，统计出各因素出现的频次，并把出现频次较高的因素（以出现频次占总次数2/3以上为标准）作为科学素养的基本因素。
通过简单分析，把各种科学素养定义中的因素分为八个类目：科学知识、科学方法、科学过程、科学技能、STS、科学态度、科学本质和其他。在归类时，由于各个定义中的习惯用语有所不同，所以需作一些说明。例如，科学探究“指的是科学家们用以研究自然界，并对此研究获得的证据提出种种解释的多种不同的途径。亦指学生们用以获取知识、领悟科学的思想观念和领悟科学家们研究自然界所用方法而进行的各种活动。”因此，它实际上包含科学方法、科学技能和科学过程。如果各种科学素养的定义中出现科学探究，就可以认为这个定义中包括科学方法、科学技能和科学过程等因素。另外，中国教育界一直把科学技能和科学能力区分开来，把技能看作是简单的能力，往往是操作性的；而把能力看作是对各种技能的综合运用，往往是思维性的。西方国家往往统一用技能（skill）来表示，只是区分出低端技能（low-order skills）和高端技能（high-order skills），前者对应于技能，后者则对应于能力。此外，科学精神是中国特有的说法，国际上通用的科学本质一词与科学精神的内涵基本相同，所以把科学精神归于“科学本质”类目中。其他因素的归类方法与此类似。
因素分析结果表明，各类目中出现频次超过八次（即2/3以上）的有科学知识、科学方法、科学技能、科学本质和STS，说明人们对科学素养内涵的理解有惊人的相似性，因此，完全可以把这五个因素看作是科学素养的基本因素。 科学素养的三维模式
上面的分析结果表明，科学知识、科学方法、科学技能、科学本质和STS是科学素养的基本因素，而这些因素之间存在着关联程度紧密与松散之别，比如，作为科学研究成果的科学知识属于“结果性因素”，注重知识之间的逻辑关系，容不得知识“断档”，与其他四个因素的联系比较松散；科学方法和科学技能以及与科学研究的过程有关的因素属于“过程性因素”，两者联系较为紧密，仅知道如何做（有方法）但不会做（没有技能）是无法进行科学研究的，而仅会做（有技能）但不知道如何做（没有方法）也不行；STS和科学本质则属于“思想性因素”，两者实际上都是对科学的理解：科学本质是指从科学自身的角度对科学的理解，而STS是从与社会、技术相互作用的角度对科学的理解，所以两者的联系非常紧密。
鉴于科学素养的五个基本要素之间关联紧密程度的不同，可以把它们分为三个维度：一是科学知识维度；二是科学技能方法维度，包括科学方法和科学技能两个因素；三是科学观念维度，包括科学本质和STS。因此，科学素养就是由科学知识、科学技能方法和科学观念三个维度构成，这就是本文提出的科学素养三维模式。
参考文献：
[1] DeBoer G E. A History of Ideas in Science Education: Implication for Practice. New York: Teachers College Press, 1991
[2] Miller J D. Daedalus, 1983, 112 (2): 29
[3] Klopfer L E. Scientific Literacy. In: Husen T, Poatlethwaite T N, ed. The International Encyclopedia of Education: Research and Studies v8.Oxford: Pergamon Press, 1985. 4478
[4] 中国科学技术协会中国公众科学素养调查课题组. 2001年中国公众科学素养调查报告. 北京：科学普及出版社，2002. Ⅱ; Ⅳ
[5] 美国科学促进协会. 科学素养的基准. 中国科学技术协会译. 北京：科学普及出版社，2001.Ⅹ; Ⅻ; 247
[6] Hodson D. International Journal of Science Education, 1992, 14(5): 541
[7] 美国国家研究理事会. 美国国家科学教育标准. 戢守志等译. 北京：科学技术文献出版社，1999. 28; 30
[8] 科学技术部, 教育部, 中宣部, 中国科协, 共青团中央编著. 2001～2005年中国青少年科学技术普及活动指导纲要. 北京：北京师范大学出版社, 2001
[9] 梁树森, 谷秀娥. 学科教育, 2003,1