超越建構主義科學教育觀

約翰遜F·奧斯本 著；張紅霞 孫志鳳 編譯

（原載：《全球教育展望》，2004年第7期）

一、為什麼認識論如此重要

科學之所以能夠在學校的課程中贏得一席之地，在於其對人類知識和實踐具一種獨特的文化上的貢獻。因此，任何關於科學教育的理論基礎和實際意義的探討都必須首先考慮這項文化事業的特殊目的和意圖。

Ogborn認為科學教育能夠提供對五個方面問題的答案：(1) 我們所知道的是什麼？（本體論問題）；(2) 我們怎樣知道？（認識論問題）；(3) 為什麼會發生？（因果問題）； (4) 我們的知識有什麼用？（技術問題）；(5) 我們怎樣交流上述這些問題？（交流問題）。

Hodson從另一個角度將科學教育目標分為三個維度——學科學、做科學、思考科學。Millar則認為科學教育的目的是：學習有關的科學知識、學習這些科學知識產生的過程、學習這些科學知識的社會建構方式。所有這些觀點有一個共同之處，即相信對於科學認識論的知識和理解是科學教育的基礎。科學課如果不重視科學家的知識獲取方法，將很可能導致學生不能理解科學家的理性態度。

這種觀點必然要求教師應該具有一定的科學認識論知識，即科學性質的知識。儘管確實像波普爾、庫恩、費耶阿本德和拉卡托斯所指出的那樣，已有的關於科學性質的理論都不完美，至今還沒有一個絕對共認的統一的科學方法論，但這並不意味著，沒有統一方法的實踐就是非理性的實踐。科學有多種多樣的方法；科學教育重要的是，要增進學習者對科學用以證明自己知識的可靠性的方法的理解能力。這是因為，如果科學教育是為了培養批判性思考能力，使學習者能夠分析、辨別無數的基於科學的或偽科學的陳述的話，孩子們便需要學會一整套的智力工具，其中之一就是理解科學家們是運用怎樣的程序以保證其知識的可信度和有效性的。如此而言，諸如實驗比較的方法、變數的確定與控制、合理假說的提出、誤差來源識別及其測量、一個理論區別於另一個理論的判據、重複實驗的可能性，以及求平均值方法等等都是用來區分科學與偽科學的工具。一種科學教育，如果未能顧及這些方面，或關心的是另一種殘缺的認識論，這在智力上相當於給孩子們榔頭，但不給釘子。

以上關於科學教育的認識論的觀點是基於Matthews的觀點：「科學影響一個社會的思維和推理方式；它影響作為理性爭論的公認模式的認同。它通過強調對證據的關心、強調理性過程和公開討論，增進公眾的智慧。總之，科學精神推進理性、批判性思維和客觀性。它注重證據，主張判斷一個觀點的根據，不是依靠個人或社會的利益，而是依靠世界自身的性質。」

註：原文為Beyond Constructivism. Science Education 80(1): 53-82(1996).

【作者簡介】Jonson F. Osborne，英國倫敦大學皇家學院教授、科學教育專家；張紅霞，南京大學教育科學與管理系教授；孫志風，南京大學教育科學與管理系講師。

二、建構主義認識論

傳統的認識論的含義是，某人A能夠給出一種陳述P，是因為，第一，P是關於世界的一種真實解釋或描述；第二，A相信P；第三，A具有足夠的理由相信P。在這裡，知識區別於觀點，以及知識必須經過從證據進行推理的步驟；這是科學理性的基礎。

而激進建構主義則公然背離上述認識論基礎。格拉斯費爾德提出，建構主義認識論是一種對「知識必須是對現實的反映」傳統哲學的解構的嘗試。在他那裡，真理被「可行性」的概念取代了。格拉斯費爾德承認這是一個「徹底的轉變」，對他來說，「知識總是建構活動的結果，所以不能被傳遞給一個被動接受者」。因而知識僅存在於認知主體的心中，而不可以在諸如書本以及其它傳統人類知識庫里發現知識，因為那些知識只不過代表一些可以被進行各種解釋的符號。因此，他認為，沒有認知的主體就沒有知識。

許多建構主義言論的核心，似乎都在逃避「絕對真理」的概念，絕對真理就是指精確地甚至是部分真實地對世界的反映。例如Tobin說過：「我們構建一個重力模型是可行的，因為模型符合我們觀察，但是無論它多麼美妙，這個模型終不能被認為是一個絕對真理」。而且他還說：「我們根本不能說明我們的模型是否趨近於絕對的客觀世界」。他們的認識論僅僅是要求：知識是可行的；所謂「可行」是指它與其它形式的理解相一致，或與經驗相符、沒有矛盾。因而真理就變成了一種守信的行動；知識便以實用主義的有效性作判據，就是看它能否起作用。總之，作為真理，只要能夠滿足如下條件即可：與經驗相符、邏輯一致、能夠被社會所接受。

這種觀點存在許多認識論上的問題。首先，它以二元論為基礎：知識要麼是真理要麼是謬誤；由於我們從未曾獲得絕對真理，所以一切知識都只是主觀的、瞬時的和不確定的；這裡沒有中間狀態，沒有能夠達到人類理解頂峰的漸近方法。他們否認人類的認識在不斷地進步與提高，因而用「難以最好」趕走了「可以更好」。科學家的工作僅僅是迷失在經驗的海洋中去尋找那些「可行」的知識。好的理解僅僅是更「可行」一些，更符合經驗一些，而不必更接近於客觀世界；我們並不需要更接近於物理世界的客觀事實。

顯然，激進建構主義的立場基本上是工具主義的。工具主義將理論僅僅看成是描述現象、聯結一系列事件與另一系列事件的便利工具。理論被看成是與現實世界無必然聯繫的有用的虛構體。哪種理論更有利於計算與預測，它就比其它的理論更好。

然而，工具主義面臨的一個意想不到的難題是：這些「虛構的理論」有一個預測事物的習慣，而且由於技術上的進步，預測越來越準確。如凱庫勒的苯環結構理論可以被電子顯微鏡觀測出；麥克斯韋的動力場結構可由赫茲實驗得到證實；愛因斯坦對輻射的受激現象的預測已轉化為我們今天常見的技術產品。

建構主義的立場基本上與後現代主義者Rorty的哲學思想相類似。他認為：「實在與我們對它的描述是別無二樣的」。這種觀點，對於普通人而言是正確的，因為對同一事件或同一觀察，經常會有多種解釋。但是在科學上，我們的語言受實在限制；科學具有確定的方法論，而且具有可以用來判定對立的理論孰是孰非的共同規則，從而拒絕具有明顯錯誤的不完整的理論。

但是對兒童來說，他又是如何來判斷一個科學家的描述更「可行」呢？怎樣讓孩子理解確實存在一個實在，而且我們有完善的理論方法去證明它的存在、這種方法要比日常的推理更有解釋力？建構主義恰恰就是不能回答這個問題：一種理論為何比另一種理論更「可行」。Tobin只是隱約地認識到一些理論比另一些更「美妙」，但是不能闡述辨別它們的可能的或必須的標準。他曾經提出：「知識的可行性不僅對個體而言，而且必須在其行為發生的社會背景中也要可行。所以，可行性也是與那些行動的目標相關聯的。」這裡他把可行性的概念從個人擴展到了社會的視角，然而，仍然沒有具體提出決定「可行性」的任何標準。

因而，建構主義一個根本的認識論缺陷是：它沒有考慮理論判斷標準問題，沒有闡明判別一個理論為什麼優於另一理論的原理。科學變成一種由社會協商而產生的意義和概念，而不是一個不斷受實踐支持或檢驗的過程。那麼，孩子的通常錯誤概念，如太陽繞著地球轉，完全滿足了激進建構主義認識論的判據：是可行的、說得通的、符合經驗的。孩子們這樣的概念也許是一種課堂與操場上的社會協商的產物。那麼怎樣才能發現它的缺陷呢？對科學家而言，一種理論之所以是成功的，因為它提供了與實際經驗一致的解釋，還具有超出歸納邏輯範圍的邏輯上的一致性。一種理論如果能夠使從前的理論更精練化，從而提高人類認識的水平，同樣會被認可。

三、社會建構主義

社會建構主義把科學教育描繪成一種文化適應的過程。在這過程中，一種文化中有志向的新手向他的導師學習，在參與有關活動中，經由一種話語被引入到知識共同體中。學習被看成是一種文化學徒機制；認知是在特定的、具體的文化環境中發生的，學習不能獨立於學習的環境之外。對於這一點現在沒有什麼爭議。如果真的像當代著名哲學家哈爾所說的那樣，「科學代表了在嚴格道德規範下進行理性合作的典範」，那麼在一個語境下儘可能逼真地學習和重複科學工作，是應該受到讚揚的。但目前學校的教學過程常常不是如此，而是早已變成一套完全不同於科學家實踐的一些活動。在社會建構主義理論中所遺漏的正是對於引導科學共同體實踐的規則的理解。他們提出一種模糊的認識論：「知識指示了那些產生自己、或使用自己的情境……知識是被產生它們的活動和環境所做的編碼，並與活動和環境相聯結」。至於如何「編碼」，以及如何與活動「相聯結」等認識論過程的問題從未被討論過。

他們還認為限制科學想像力的不是自然本身，而是人類的能力及其文化和智慧的結晶：概念工具。從根本上講，這裡混淆了話語的客體與話語的表達。這兩者不是同一事物；前者是客觀存在，且可以經常在概念工具的幫助下得到體驗，後者則是一種社會協商的產物。

社會建構主義把世界描繪成一種充滿奇特符號的存在物，例如原子、電子、離子、場、基因以及染色體，它們只是被進化論、或者原子核模型組織了起來，但從根本上講，它們並沒有什麼屬於真理的東西。Lemke甚至認為，學習科學好比學習一門外語：「如果你學習一門外語比別人難，這主要是因為這些語言與你懂的母語比別人更不相似；或者該語言所表達的經驗你很不熟悉。科學有它自己獨特的風格、主題、以及實踐技能。從它的形式上講，這些並不比其它任何學科更複雜與困難，只是與我們熟知的東西相比，不那麼習慣。」

Lennke進一步擴展道：每一種所謂關於「事實」的陳述，實際上是一種對某種目的有用的看似真實的陳述；理論和假設實際上正是如此，都是為某種目的的一種陳述。這又是一種工具主義的科學觀，其錯誤仍然不在於將科學看成為一個社會建構的產物，而在於混淆了知識的產生方式與科學研究的對象。Lemke的觀點似乎是說：學習科學與學習語言所面臨的問題沒什麼不同，而且區別這兩類知識的特點僅僅是它們陳述的內容和形式，而不是它們獲得知識的途徑和方法；學習科學就是學慣用它的語言去表達，而且兩者之區別不在於各自表達的對象，而在於描述的方式。顯然，社會構建主義者的基本錯誤是，科學理論不是描繪世界的，而是建構世界的。

對於實在論者，甚至溫和的實在論者，這樣的觀點是難以接受的。科學家干預、操縱、測量世界；他們的語言與話語作用是有限的，這個限制不是來之於他們的想像能力或文化條件，而是他們所能從真實世界收集來的證據。因為即使我們想要我們喜歡的那樣的結果，我們還是不能那樣去建構；因而是自然構建了我們的話語，而不是相反。話語只起參考的作用，而理論的真實性是由對知識的重複檢驗來實現。

四、建構主義教學論

建構主義的許多早期的研究對教師日常教學工作具有重要意義。也許正是在於方法上，建構主義具有最大的教育價值。建構主義鼓勵教師與課程開發者們去改變自己過去的看法，如認為學生的認知是非理性的，而實際上孩子們是有一定理論能力的認知者。這種看法有兩點意義，一是鼓勵孩子們去澄清並清晰闡述他們自己的理解；第二，在形成性評價過程中，要求教師確切掌握學生的需求。

另一方面，建構主義者非常正確地把注意力轉向了學習者，並且提出了學習者本人應對自己的學習負責；正是在學習者內心深處，新的概念和思想才被理解和形成。在學習過程中，只有當學習者是個積極的參與者，這樣的理解和形成過程才能發生。因此，建構主義的教學論特別關注那些能產生和獲得知識的課堂活動項目。這些活動的內容主要是圍繞一個主題、以小組的形式在一套結構化的練習中，進行表述與推理。許多早期的課程開發項目成功地使用了小組討論和海報製作活動形式，使作為科學教育的基本內容的社會建構過程得到體現。後期課程開發工作發現了大量的鼓勵學生積极參与的結構化的課堂教學技術。此外，從建構主義的角度而進行的實證研究還給我們提供了孩子們學習科學的思維方式和困難的廣泛而詳盡的知識。

不過，如果作為基本理論，建構主義存在許多缺陷。首先，與實證研究的發現相反，建構主義理論未能預測或探討怎樣將其應用於科學教育的內容或過程的設計，也未曾提出過任何可以用實踐來驗證的具體的命題或建議。例如，「元認知」是用來描述由積極的學習而產生的一種思維形式。然而由於缺乏能夠充分描述這種認知活動的理論模型，因而不可避免地導致了比原問題更加難以回答的問題的產生。所有的學生都能進行元認知活動嗎？還是只有一些呢？是否存在一個臨界的年齡，低於它的孩子就不能進行元認知？所有的元認知活動都是有益的嗎？大多數有關出版物都非常武斷地認為：元認知是天生的好事。事實上已有許多研究發現，在青春期前很少有孩子具有元認知能力。因此，當我們肯定元認知及孩子們應該積極主動學習的觀點的同時，應該清楚，上述這些缺陷使得建構主義作為普遍的理論基礎，就值得懷疑了。

其次，認知內容問題不可避免要被提及。也就是說：「元認知是關於什麼的？」對教師與課程開發者而言，他們需要組織、編排材料以形成連貫一致的關於科學的導論，選擇那些對學生有激發作用但又不是要求過高的內容。但是，作為基本原理，建構主義對科學教育的貢獻沒有超過我們熟知的奧蘇貝爾的高論。教學內容的取捨還涉及到這樣一個問題，奧蘇貝爾和凱利心理學理論基礎都沒能夠提出一個具體的指導：什麼內容可以、什麼內容不可以被選進課程內容中。經常被引用的奧蘇貝爾的言論實際上與一個精闢的常識性認識別無二樣。至於建構主義的成功之處，無非是提醒教師們，孩子們是有觀點、有理論的，他們的已有思考是形成新概念的基礎。

對建構主義更嚴厲的批評是，它沒能清晰地提出一個機制：個體究竟是如何發展新的建構去認識世界的；個體在轉譯他們的感知覺時所利用的觀點是從哪裡來的呢？以類比與隱喻為例，作為擴展思維與觀點、重組我們頭腦中的符號表達承載工具，他們在教學中的作用究竟體現在哪裡呢？例如，觀察一團煙霧的布朗運動，在觀察之前，學生必須從教師那裡先得到一個「建構」，它使學生對自己從前的感知性觀念建立意義。否則，普遍出現的問題就會是，學生的注意力集中於顯微鏡里的非主要因素。

建構主義科學教育著作所忽略的內容正是在於回答這些問題：怎樣幫助個體形成新的觀點與概念、怎樣對過去經驗進行重新解釋、怎樣培養進行超越常識性推理的能力等。事實上，Driver自己曾指出：「理論模型與科學規範不能經由孩子們的課堂活動來『發現』，它們需要教師來呈現。幫助孩子們把獲得的實踐經驗同化到可能的新思維方式中，這樣的引導還是需要的。」

面對教學內容取捨的理論問題，我們只能認為建構主義者採取了逃避的態度。取而代之的是，他們推舉一種個性化的方法，即必須為學習者提供一個使他們的理解得到具體化的機會，這個機會必須通過起關鍵作用的概念衝突事件來完成，而且由此可以產生出吸引人的、具有智力挑戰的、富有成就感的新思想或觀點。不過這些策略雖然對教師的教學技巧有所幫助，但不是教學技巧的全部內容。

作為一個完整的基礎理論，要從所有方面考慮對特定的學生而言，是否具有承擔符號操作的認知工具，是否存在與年齡相關的發展過程。一些科學教育者認為，內容的編排次序可能是其中最重要的問題。但是激進的、或社會建構主義的工具主義認識論，不能看出對客觀實體進行理論描述的複雜性、困難性及其奧妙；不能看出對那些「理想化」的、不能為感覺與經驗所支持的東西，如能量，進行反思與抽象的價值。「知識都是由個人建構的」這句名言，實際上它只不過是簡單的，不言而喻的陳詞濫調，而知識建構過程的操作層面上的問題才是複雜的、重要的和需要認真研究的。對於整個有關概念的複雜性，以及孩子們認知建構上是否存在一個限制性問題，建構主義理論完全忽略了。

最後，建構主義理論幾乎一致地認為，知識是由個體製造、生產與創造的，因此對傳授式教學全盤否定。然而，事實上科學的認識論與用什麼方法來學習科學之間沒有必然的聯繫，因為那樣「就像說非要寫詩歌才能學習詩歌一樣」。兩者之間最多也只有部分聯繫。

建構主義認為，對知識持客觀主義觀點會導致把教的過程看成為講授的過程、學的過程看成是記憶與複述的過程。也許這種現象今天確實存在，而且存在於許多地方，但這並不應該必然導致建構主義的做法。客觀主義與死記硬背兩者之間沒有必然的、邏輯的聯繫。因而，科學的本質沒有必要強加於對科學的教與學的本質上，因為前者是關於科學的性質的哲學問題，而後者是關於用最好的方法去教育非科學家們的教育學問題。

此外，正像傳統的、客觀主義的教師們經常不注意去組織安排學習過程以使之呈現積極的方式，建構主義教學法的提倡者們沒有認識到展示及示範的作用。教師們被要求應該「協商」、「促進」、「合作建構」、「調節」、「社會化」、「提供經驗」、「引人」、「提供科學的文化工具」，但絕不能講授。這裡需要有一個理智的清醒的認識，即建構主義的科學觀沒有解決任何關於科學怎樣教的問題。這就像推斷客觀主義一定意味著說教法的錯誤一樣，認定相信建構主義就意味著所有的知識都必須通過協商才能獲得也是一個謬誤。對講授方法的否定只是證實了我們的一個猜測，即建構主義在對待客觀知識這個概念上遇到了麻煩——每個學生所建構的東西只要「有意義」或「可行」即可。這就是說，重要的是「建構」這個行動，而不是其產物。

而且，從學生學習特點來講，大量關於學習模式研究證明：沒有唯一、有效的教學方法。在科學教育中僅僅強調概念發展過程不能適合於所有學生。相反，科學教育「應該發展多種教學方法，以專門適合於不同的學生和不同的教學目的。」因此，唯一合理的科學教育的態度是，將科學教育看成是有機的、非定論的過程，因為在這個過程中，每個人的認知過程和影響因素是獨特的。

簡言之，建構主義作為教學論的基礎性理論體系似乎存在著明顯的問題。通過強化其優點而無視其弱點，建構主義已經取得了統領所有理論的桂冠，但實際上它充其量也只能是對科學教育做出了部分貢獻。

五、科學家究竟在做什麼

我們的出發點是，科學教育應該討論的問題，不僅是科學家的實踐，還應包括科學家共同體廣泛持有的科學信仰；其中一點是，科學是獨特的、不同於其它學問的東西，科學家是根據一整套的實驗、證明和同行評審的過程建立他們的知識的。在科學家中存在一個共認的檢驗知識可靠性的標準。因此說，大多數建構主義者的科學觀是不能反映大多數科學家的情況的。

孩子們在日常生活中獲得現實存在的自信，是來之於在接觸和干預周圍環境過程中獲得的肢體運動感覺。正像孩子們一樣，科學家在接觸和干預的過程中，產生對原本為猜想的科學理論的客觀性的自信。隨著顯微鏡下細胞被不斷地觀察和操作、或原子加速器和原子泡沫室中的粒子被發現和檢測，我們對這些科學實在物的客觀存在的相信程度和對它們的了解不斷增長。

但是，科學家的思想和觀點受制於自然界已經選定的自己的行為方式。因而，作為科學家認識論的組成部分的科學方法，便成為產生上述用來貯藏、反映科學信息的「地圖」。這張地圖由許多人對同一個區域、從不同的途徑在繪製。科學家對他們所描繪事物的客觀性的自信，來之於大家在各自的工作中所形成的實踐程序和觀點上的共識，正是這種研究人員之間的聯繫使科學不同於其它形式的知識。這並不是說科學為其它學科提供了道德意義上的楷模，而只是說它提供了客觀的關於真實世界的知識。儘管這些知識是不完整的、簡化的、有限的，但它通過許多人創造性的努力、形成新的假說、進行新的實驗而不斷增長。科學家提出的觀點或理論最初可能只是個人建構，或是歷史上偶然文化事件的產物而且非常粗淺，但以後通過不斷實驗的過程，更多的知識被獲得，這些「地圖」的細部就出現了；而且不都是像波粒二像性那樣抽象的知識，更多的是像電子、艾滋病毒這樣具體的東西。

六、重溫實在論

如上所述的科學實踐過程與性質，不僅與典型的科學家的觀點一致，還與溫和的實在論的認識論一致。溫和的實在論反對過去那種「極端的實在論」，即認為「判定一個理論陳述的正確與否的標準，在於世界是什麼樣子」。

哈爾提出在我們生存的世界中有三類實體，它們不是任何單一的理論範式就能夠進行全面描述的。第一類實體的理論適用於對宏觀物體的分類與預測，這些物體具有可被觸知的特點。典型的第一類理論是經典的機械運動理論—限於日常經驗領域。月亮、眼睛、一張椅子、一眼泉水都是典型的第一類理論所涉及的實體。這樣，科學認知和話語的意義直接與所涉及的客體相連、被客體所固定。

第二類實體的理論所反映的對象不能直接被感知，只能通過儀器才能了解，如細菌和病毒，因而它們被稱為「圖像實體」。但是這些實體和它們的行為，在藉助於技術裝備的條件下，總是能夠被觀察或具有被觀察的可能。所有這類實體是一個物理系統的「一種反映」的產物，而對於這些實體的行為模式的詳細認識，在「反映」形成的最初，是沒有被觀察到的。在第二類理論的話語中，第一類理論的描述對象起到本體論意義上的基礎作用，但其用於討論的話語更多地通過使用隱喻和比喻類的表述來實現。

最後，有關第三類實體的理論所描寫的對象是「理論實體」，所謂理論實體是指沒有直接的證據能證明它們的存在，如夸克粒子和黑洞，相應的描述往往是數學的。這類物體超越了人的所有可能的經驗範圍，但高新技術手段仍然能夠使其被觀察到，這樣，它們的本體論意義上的存在性，便歸於第二類理論問題。例如，在電子顯微鏡發明之前，病毒是不能被觀察到的，當時病毒一定是典型的第三類理論實體，而這類似於今天物理學家進行的粒子物理學研究的情形。關於這些物體的知識同樣依賴於對隱喻以及數學語言的運用。

正如Matthews指出的那樣：「溫和的實在論已經足夠能說明問題了，它與建構主義是不相容的。」溫和的實在論有限的命題有這樣幾條：有一個本體論上的實在世界；科學理論是人類試圖對這個實在世界的描述；科學理論將被證據證明或修改；科學理論在不斷地提高其對實在世界描述的準確性。

哈爾的科學知識觀與目前的科學教育中兩個問題有關。第一，由於許多當代科學理論都屬於第三類科學理論，因而有一種很自然的傾向將第一、二類的理論所描述的對象給遺忘了，而它們正是第三類理論形成的基礎。例如關於黑洞和恐龍的帶有猜測性的討論導致這樣一種錯覺，以為所有的科學理論都不過是一種不需要客觀存在基礎的高談闊論。兩個最著名的來之於科學社會學家對科學的攻擊都是基於第三類世界中的科學家的工作。一個是關於對夸克粒子的認識，另一個是關於TRF荷爾蒙的分子結構的確定。因而他們得出了這樣一個結論，即所有科學理論都是一種需要建構一個理論實體的活動，而且這種理論實體是難以被證實的。但實際上這裡的誤解是把工作在第三類世界的科學家的科學探索前沿的工作看成了常規的、標準的科學。

第二，在科學教育中，我們往往把第三類世界的實體，如「能量」，從本體論意義上移到了第一類實體中，同時沒有認真考慮在將能量這樣不可捉摸的東西看成了具體的、不證自明的東西的時候所帶來的不可避免的問題。十幾年來的關於「能量」教學的爭論說明了這一點。一種觀點認為對於18歲以下的孩子來講，這個概念太難太抽象，另一種觀點認為「能量」可以被包含在初等教育的課程中。

對科學教育的教師而言，更重要的是，哈爾的理論提供了一個前後一致的科學認識論，它更符合第一線的科學家的實踐，也為教師開發一個科學課程提供了一個初步的理論基礎上。孩子們運用第一類世界的宏觀物體的經驗，可以構造對物理世界和生物世界的解釋圖式，儘管這種解釋是零零碎碎的、缺乏理論系統的直覺的力學和直覺的生物學。如果是這樣的話，早期的科學教育應該立足於建立和擴展孩子們的宏觀世界的經驗，並將科學家的語言和理論框架向孩子們介紹，使其能運用它們去概括他們自己的經驗並用科學家的眼光去解釋他們的感知。

這種教學方法強調廣泛的日常宏觀現象的觀察活動。如液體可以「消失」、也可以「重現」，科學家稱這種性質叫「蒸發」與「凝結」；所有動物都有吸進氧氣、呼出二氧化碳的機制；彈簧和橡皮筋可以拉長，而且它們的拉長的方式有共同之處。因此，這個教育階段的主要目標是增進孩子們的科學語言，並用科學語言向孩子們展示，所有的現象並不是各自完全不同的，而是具有隱含的普遍性的原理。而且，這種教學方法更強調在觀察的活動之前進行理論描述的引導，而不是妄想讓孩子們通過對他們自己的數據的解釋，自發地發現科學的解釋。

在這個階段之後，科學教育的內容可以轉向考察那些只有工具性證據的理論實體，即哈爾的第二類世界實體。這些內容的學習需要建立粒子模型進行探究，如顯微鏡學上的證據與植物的內部構造；人體內部的構造；帶電物體的特徵；太陽系的特徵等等。所有這些實體的本體論意義上的存在性都是來之於工具性的證據。但是，所有這些存在都可以通過運用直接的比較和比喻與孩子們熟悉的第一類世界的宏觀物體發生關聯，建立模型和表述。

第三類世界的實體是那些沒有工具性證據的人類心靈的抽象產物。中子和夸克粒子是典型的例子。更通俗的例子還有：速度、加速度、電流、電容、能量、及分子生物學理論都是這種抽象物。這些概念只有在對第一、第二類世界的物體的真正的理解的基礎上才能產生。例如，「速度」的概念是在孩子們對「運動時間」和「空間」測量的基礎上才建立起來的，後兩者都是第一類世界的實體；電流的概念是來源於孩子們對燈泡發亮現象及其原因的觀察的基礎。因此從認知上講，這些抽象概念更具難度，因為它需要對想像的事物及其符號進行操作的能力。很顯然，我們不會去選擇那些包括狹義相對論、量子力學、分子生物學及化學鍵的電子構造的內容進人課程，因為我們知道，在孩子們接受大量的其它的事實性和理論的信息之前，這些知識是難以理解的。

從這個意義上講，哈爾的科學觀為開發一個能夠反映科學的結構和過程的課程提供了基本的形式和邏輯基礎。溫和的實在論的認識論堅持認為，知識的正確性靠實在本身去驗證，這避免了建構主義的相對主義陷阱。更重要的是，實在論使課程開發者知道怎樣選擇課程內容，而建構主義恰恰沒有給出關於某種內容可以被選進、或不能選進課程的理由。