第一章-科學(xué)史與科學(xué)教育

第一章

科學(xué)史與科學(xué)教育近年來，國際科學(xué)教育界已形成共識，即大力提倡把科學(xué)史納入到科學(xué)課程中，這實際上是國際科學(xué)教育界已經(jīng)認識到歷史的科學(xué)在科學(xué)教育過程中對提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要性。琉璃工坊出品以往，科學(xué)教師認為科學(xué)史的主要作用在于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，因而在科學(xué)教學(xué)中插入一些科學(xué)史內(nèi)容，即所謂的給科學(xué)知識包上“糖衣”的作法。目前，我國科學(xué)教育界也認識到科學(xué)史在科學(xué)教育中的作用，在全日制義務(wù)教育科學(xué)（7—9年級）課程標準（實驗稿）中已把科學(xué)史納入內(nèi)容標準，在教學(xué)實踐中科學(xué)史教育也得到了不同程度地加強。但是，離理想目標還有不小差距，究其原因，一方面，應(yīng)試教育的頑疾沒有得到徹底根治；另一方面，科學(xué)教師本身科學(xué)史素養(yǎng)的缺失；還有很重要的一點，就是對科學(xué)史教育功能認識不到位，沒有從提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的高度來系統(tǒng)認識。琉璃工坊出品科學(xué)史融入科學(xué)教學(xué)的教學(xué)論價值1從歷史的維度把握科學(xué)的本質(zhì)①理解所有的科學(xué)觀念都不是最終真理，在原則上都要進行改進，但一些基本概念已經(jīng)經(jīng)過大量的實驗證實，在未來不可能有大變化;②科學(xué)家通過觀察、實驗、理論模型和數(shù)學(xué)模型來構(gòu)建和檢驗對自然界的解釋，當遇到與已有的解釋不一致的新的實驗證據(jù)時，就要改變關(guān)于自然界的概念;琉璃工坊出品③在研究過程中，如果缺乏大量實驗性和觀察性證據(jù)，科學(xué)家們對同一現(xiàn)象做出不同的解釋是正常的，不同的科學(xué)家可能會公布不同的實驗結(jié)果，或者從同樣的數(shù)據(jù)中得出不同的結(jié)論，但科學(xué)家會認識到分歧并努力消除分歧;④對已公布的科學(xué)研究成果加以評價，包括審查過程、檢驗證據(jù)、找出錯誤推理，對同樣的觀察結(jié)果提出不同的解釋。琉璃工坊出品2.有利于學(xué)生正確認識科學(xué)的人文內(nèi)涵一旦讓學(xué)生了解科學(xué)的起源和發(fā)展，科學(xué)就會顯示出它的人文性，而且極富人文內(nèi)涵。所以，把科學(xué)史融入學(xué)科教學(xué)，可以促使學(xué)生更好地理解、評價、欣賞科學(xué)事業(yè)，激發(fā)其探究科學(xué)的熱情、勇氣與欲望，培養(yǎng)其堅忍不拔的意志品質(zhì)。琉璃工坊出品科學(xué)史為科學(xué)教育與人文教育的融合搭建了一座橋梁。琉璃工坊出品3.培養(yǎng)學(xué)生的批判精神科學(xué)的懷疑批判精神是一種理性探索精神，它對于現(xiàn)有的認識都要問一個為什么，都要追根溯源，看看是否有科學(xué)依據(jù)，依據(jù)是否允分，有沒有內(nèi)在的邏輯矛盾，決不是盲目地崇拜或迷信，而是努力尋求新的突破，為創(chuàng)新開辟道路?？茖W(xué)史融入學(xué)科教學(xué)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的懷疑批判精神，因為科學(xué)進步的歷史就是科學(xué)懷疑的歷史，就是科學(xué)家不斷克服錯誤、追求真理的歷史。琉璃工坊出品科學(xué)史在科學(xué)教育中研究的熱點HPS教育是對“科學(xué)史(HistoryofScience)、科學(xué)哲學(xué)(PhilosophyofScience)和科學(xué)社會學(xué)(SociologyofScience)”教育的簡稱。HPS教育旨在于擴展科學(xué)教育的視野和科學(xué)教育的內(nèi)容，提倡從科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)社會學(xué)視角理解科學(xué)，篩選、編排科學(xué)教育內(nèi)容，以期使科學(xué)教育能真正地、有效地、全面地提高國民的科學(xué)素養(yǎng)。琉璃工坊出品在西方教育史中，最早提出將科學(xué)史融入科學(xué)教育的是法國哲學(xué)家、社會學(xué)家孔德。1895年馬赫提倡將科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)融入科學(xué)教育之中。1922年法國著名物理學(xué)家、教育家郎之萬在一次演講中，專門論述了科學(xué)史的教育價值的問題，著重分析了歷史觀點在科學(xué)教學(xué)上所能夠和應(yīng)該起到的作用，以及歷史觀點在將來從事科學(xué)教育工作的師資的培養(yǎng)上的重要性。

HPS引入科學(xué)教育的歷史琉璃工坊出品(一)從大學(xué)課程項目到中學(xué)課程項目的個別關(guān)注二戰(zhàn)后，哈佛大學(xué)校長科南特（J.B.Contant）在大學(xué)生的通識教育中用案例教學(xué)法（編入8個科學(xué)史事例）實施科學(xué)史教育。20世紀60年代，哈佛大學(xué)的科學(xué)史教授霍爾頓和一些教育學(xué)家、中學(xué)教師參與了“哈佛物理教學(xué)改革計劃”（HarvardPhysicsProject），開發(fā)了《改革物理學(xué)教程》（TheProjectPhysicsCourse，簡稱PPC）。琉璃工坊出品美國HPS教育實踐一覽表琉璃工坊出品（二）共同體平臺的形成與課程文件的關(guān)注1989年，美國科學(xué)促進協(xié)會（AAAS，1989）發(fā)表題為《普及科學(xué)——美國2061計劃》的總報告（共12章）。繼《2061計劃》之后，1994年美國“國家研究委員會”通過了《國家科學(xué)教育標準》。其中“科學(xué)的歷史與本質(zhì)”這一部分，將科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)的教育貫穿在從小學(xué)到高中的教育過程中。在大陸，科學(xué)教育研究起步相對較晚，較早關(guān)注HPS教育在科學(xué)教育中應(yīng)用的有劉兵、魏冰、丁邦平等。2001年教育部頒布的《全日制義務(wù)教育科學(xué)（7-9年級）課程標準（實驗稿）》中同樣提出了明確的觀點，在內(nèi)容標準的“科學(xué)技術(shù)與社會”領(lǐng)域，科學(xué)史是三大主題之一。HPS引入科學(xué)教育的歷史琉璃工坊出品(三)作為國際理科教育研究熱點的系統(tǒng)化與精細化研究

1994年澳大利亞科學(xué)哲學(xué)教授邁克爾·馬修斯（MichaelR.Matthews）出版了專著《科學(xué)教學(xué)：科學(xué)史和科學(xué)哲學(xué)的角色》（ScienceTeaching:TheRoleofHistoryandPhilosophyofScience）美國的《2061計劃》（1989），《科學(xué)素養(yǎng)的基準》（1993）和《國家科學(xué)教育標準》（1996），加拿大一些省新編的科學(xué)課程（1991），英國國家課程的科學(xué)部分（1988），荷蘭的PLON課程（1988），挪威的核心課程（1994），丹麥的科學(xué)技術(shù)課程（1990），以及西班牙的新課程中，都對HPS的課程與教學(xué)有著明確的要求。

HPS引入科學(xué)教育的歷史琉璃工坊出品馬修斯(1994)1.促進學(xué)生對于科學(xué)的概念與方法，得到更好的理解；2.透過科學(xué)史對于歷史的研究，可以連結(jié)學(xué)生的思考與科學(xué)的發(fā)展進程；3.科學(xué)史在本質(zhì)上是具有價值的，在科學(xué)或文化上是重要的歷史插曲，如科學(xué)革命、進化論，盤尼西林的發(fā)現(xiàn)等，所有的學(xué)生都應(yīng)該熟悉；4.認識科學(xué)史可以用來了解科學(xué)的本質(zhì)；5.科學(xué)史可以抵消在科學(xué)教材或是課程里常發(fā)現(xiàn)的科學(xué)主義或是獨斷主義；6.透過檢視科學(xué)家們的活動歷程，科學(xué)史使得科學(xué)更為人性化，而為學(xué)生所接受；7.科學(xué)史呈現(xiàn)了與其他學(xué)科之間的連結(jié)的關(guān)系，展現(xiàn)了人類成就整合并且互相依賴的本質(zhì)。HPS融入科學(xué)課程的教育價值琉璃工坊出品傅麗玉（1996）1.兒童科學(xué)概念發(fā)展與科學(xué)史的發(fā)展雷同、平行；2.科學(xué)史可使科學(xué)教育具人文思想之文化價值；3.科學(xué)史使學(xué)生了解科學(xué)對人類生活的貢獻；4.科學(xué)史有助于學(xué)習(xí)科學(xué)方法；5.科學(xué)史有助于培養(yǎng)良好的公民；6.科學(xué)史有助于學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的了解；7.科學(xué)史用于教學(xué)中使學(xué)生從不同的觀點來看

科學(xué)的不同方面；8.科學(xué)史可幫助學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)概念。HPS融入科學(xué)課程的教育價值琉璃工坊出品HPS教育的特點1.以科學(xué)的基本史料為基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)展很大程度上是科學(xué)知識積累的過程，這個過程包括科學(xué)概念的產(chǎn)生、科學(xué)假說的證實與證偽、科學(xué)理論的演化、科學(xué)事實的獲取以及科學(xué)發(fā)現(xiàn)的人文因素等等。HPS教育強調(diào)科學(xué)基本史料的重要性，側(cè)重于用歷史的觀點分析科學(xué)事業(yè)，使公眾能夠按照科學(xué)真正的發(fā)生方式來理解科學(xué)。琉璃工坊出品在科學(xué)發(fā)展的自然進程里，科學(xué)的基本史料有助于填補科學(xué)知識與歷史的空缺。目前的科學(xué)教育在科學(xué)史層而普遍重視內(nèi)史，尤其是側(cè)重于對科學(xué)“正面形象”的宣傳，對科學(xué)史上的錯誤理論或者被證偽的假說沒有給予正確的評價。同時，過分強調(diào)科學(xué)家們的非邏輯思維在科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程中的作用。凱庫勒由于夢的啟發(fā)而提出苯的環(huán)形結(jié)構(gòu)阿基米德在洗澡時產(chǎn)生了靈感而提出浮力定律琉璃工坊出品公眾通過學(xué)習(xí)科學(xué)的基本史料，可以梳理科學(xué)知識從起源到至今的發(fā)展脈絡(luò)、獲得科學(xué)本身的內(nèi)在邏輯;通過對產(chǎn)生科學(xué)知識內(nèi)在要素與外部根源的歸納分析，可以掌握科學(xué)的發(fā)展進程與發(fā)展規(guī)律?？茖W(xué)基本史料正是科學(xué)方法與科學(xué)精神的最集中的載體。實驗方法、演繹方法、假說方法、黑箱方法以及科學(xué)的懷疑精神、批判精神、探索精神等等，均蘊涵在具體的科學(xué)事實之中。公眾對科學(xué)基本史料的把握程度，決定了公眾對科學(xué)的理解程度，也就決定了科學(xué)的傳播速度。琉璃工坊出品2.重視對科學(xué)作哲學(xué)思考HPS教育十分強調(diào)從哲學(xué)層而來分析科學(xué)及科學(xué)研究事業(yè)的重要性，強調(diào)科學(xué)的形而上學(xué)基礎(chǔ)?？茖W(xué)不僅僅是貝爾納所言的一種知識體系，科學(xué)如今已發(fā)展成為一種文化，或是文化的一種特殊形式。科學(xué)及其社會應(yīng)用一直都不是價值無涉的，對科學(xué)尤其是科學(xué)的技術(shù)化應(yīng)用作價值判斷，是自科學(xué)誕生以來的爭論熱點。于是，在20世紀中后期形成了一種繼分析哲學(xué)之后的新的哲學(xué)流派——科學(xué)哲學(xué)?？茖W(xué)哲學(xué)強調(diào)對科學(xué)本性的理性分析或是對科學(xué)概念、科學(xué)話語的哲學(xué)思辨。琉璃工坊出品建立哲學(xué)在科學(xué)教育中的隱喻與影響機制，可以增強公眾在思考科學(xué)時的多元性或批判性分析，這是HPS教育的主要目標之一。懷疑精神與批判精神對科學(xué)事業(yè)至關(guān)重要，也可以說是科學(xué)的精神氣質(zhì)。懷疑與批判的前提是思考與思辨，這正是HPS教育強調(diào)的科學(xué)的哲學(xué)思維。所以說，公眾的哲學(xué)素養(yǎng)是科學(xué)素養(yǎng)的一個重要方面，哲學(xué)從某種程度上講就是科學(xué)的邏輯。琉璃工坊出品3.以建構(gòu)理論為理論背景HPS教育以社會建構(gòu)論為理論背景，將科學(xué)放在社會大系統(tǒng)中，強調(diào)社會因素諸如政治、經(jīng)濟、文化、信仰甚至是宗教以及個人的情感因素等等在科學(xué)發(fā)展過程中的地位與作用。傳統(tǒng)科學(xué)觀認為科學(xué)知識是客觀的，來自于人類的理性與經(jīng)驗，是對預(yù)先給定的自然秩序的揭示;基于HPS理念的科學(xué)觀是一種弘揚相對主義的科學(xué)知識觀，否定科學(xué)知識的純粹客觀性，認為知識是相對的，是人們制造或建構(gòu)的結(jié)果。HPS教育堅持這種“科學(xué)知識的社會建構(gòu)”觀點，認為既有的科學(xué)知識不過是人們對客觀世界的一種相對的、暫時的解釋，而科學(xué)知識具有相對性與暫時性特征的原因在于科學(xué)概念、科學(xué)假說科學(xué)理論的產(chǎn)生要受到社會因素的影響。琉璃工坊出品4.從重視科學(xué)實證知識的傳播過渡到理解科學(xué)本質(zhì)科學(xué)教育固然以傳播科學(xué)知識為主，但又不僅局限如此，還包括科學(xué)精神科學(xué)方法、科學(xué)態(tài)度、科學(xué)情感、科學(xué)價值觀、科學(xué)倫理觀等等，這些都蘊涵在HPS教育強調(diào)的對科學(xué)本質(zhì)的理解上。HPS教育作為一種新的科學(xué)教育范式強調(diào):理解科學(xué)尤其是理解科學(xué)的本質(zhì)應(yīng)該是科學(xué)教育的價值追求。HPS教育企圖從歷史、哲學(xué)、社會學(xué)、文化、價值觀等多角度向公眾全方面宣傳科學(xué)、解讀科學(xué)，公眾對科學(xué)的理解從過去浮于科學(xué)的表面到深入到科學(xué)的本質(zhì)，科學(xué)本身無等級之分，而科學(xué)的技術(shù)應(yīng)用卻有好壞優(yōu)良的差異，科學(xué)與技術(shù)也不能一體化到可以簡稱為“科技”的地步。琉璃工坊出品

5.從培養(yǎng)科學(xué)精英過渡到培養(yǎng)有科學(xué)素養(yǎng)的公眾

理解科學(xué)并不只是少數(shù)科學(xué)家的任務(wù)，更重要的是要讓普通大眾能夠理解科學(xué)與科學(xué)的本質(zhì)，這樣才能更好地促進科學(xué)傳播、發(fā)展科學(xué)事業(yè)。但科學(xué)教育并不是一開始就指向普通大眾，而是為了培養(yǎng)能夠為社會帶來更多貢獻或更高價值的少數(shù)科學(xué)精英。HPS教育扭轉(zhuǎn)了科學(xué)教育的價值取向，以培養(yǎng)有科學(xué)素養(yǎng)的公眾為主要特征與目標。琉璃工坊出品互動式歷史小故事萬達西等人發(fā)展了互動式歷史小故事的一個基本流程，包括：1.選取一個科學(xué)家個人趨向給與小故事的作者與讀者；2.獲取一個關(guān)于選取科學(xué)家多面向歷史觀點；3.選擇一個科學(xué)家生命的中心事件引導(dǎo)出科學(xué)本質(zhì)的觀點（或一個特殊的科學(xué)）；4.以標準格式方式撰寫小故事，并以檔案方式存檔；5.讓學(xué)生參與其中，并以個人的觀點預(yù)測整個故事的發(fā)展與結(jié)局；6.以引導(dǎo)的方式訴說接續(xù)故事，以及討論非科學(xué)者的觀點與當今科學(xué)的相關(guān)處。HPS融入科學(xué)課程的教學(xué)模式琉璃工坊出