（课程与教学论专业论文）踏寻科学的足迹——以科学史为载体的教学个案研究.pdf

摘要 面对国民普遍缺乏科学素养的现状，我国的基础教育受到了严峻的挑战， 而利学教育则义4 i 容辞地担当起培养学生科学素养的重任。本课题从科学史的角 度发，展丌了以科学史为载体的教学案例研究，希望通过科学史教学能够对学 生科学素养的养成，产生积极、良好的作用。 存从研究前的准备到教学设计，继而实施科学史教学并进行问卷调查的过 程中，笔者深切地体会到科学教育中各因素间的相互作用，对科学史教学产生了 自己的理解，并对其提出了建设性意见。 本研究主要采用质性研究的方法，成文共分六个部分。第一部分是导占， 论述了本课题研究与写作的缘起和背景，以及研究意义，并简要介绍了研究使用 的方法与工具。第二部分是文献综述，对本研究的理论背景利实践基础进行了详 细的阐述，为研究提供了丰厚的二t 壤。第三部分记录的是本研究在准备阶段，笔 者对两位来自重点高中的科学教师进行的访谈，由此，我们对科学教师对科学史 教学的价值观感有了一定把握。第四部分和第五部分是本文的重点，科学史教学 研究案例。第四部分记叙了笔者与教师共同设计科学史教学的过程及理论依据， 也就调查问卷的设计进行了简要的介绍。第五部分为科学史教学实录，并且就调 查问卷的结果作了详细的报告。在第六部分中，笔者对全文进行了小结，得出结 论，将科学史教学的案例进行推，“，并提出了建议。 关键词：科学教育科学史教学科学素养案例研究 a b s t r a c t d u et ot h es i t u a t i o nl h a tm o s tc i t i z e n s l a c kt h es c i e n t i f i c c o m m o ns e r s e ，t h ep r i m a r ye d u c a t i o nf a c e sg r e a tc h a l l e n g i n gi n c h i n a t h es c i e n t i f i ce d u c a t i o nm u s tt a k et h er e s p o n s i b i l i t yt oc r e a t e s t u d e n t s s c i e n t i f i cq u a l i t yt h i sp r o j e c tf o c u s e do nr e s e a r c h ，w h i c h b a s e do nt h ec a s es t u d yo fs c i e n c eh i s t o r ya sac a r r i e r f r o mt h e s c i e n t i f i ch i s t o r y sv i e w h o p e f u l l y , i tw i l lh a v ep o s i t i v ee f f e c to nt h e c r e a t i n go fs t u d e n t s s c i e n t i f i cq u a l i t y t h r o u g h t h ep r e p a r i n ga n dd e s i g n i n go ft h ep r o j e c t ，a l s ot h e s u r v e y a b o u ts c i e n t i f i c h i s t o r ye d u c a t i o n ，t h e a u t h o rr e a l i z e dt h a tt h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e nd i f f e r e n tf a c t o r so fs c i e n t i f i ce d u c a t i o na n d m a d ec o n s t r u c t i v es u g g e s t i o n so ni t t h i sp r o j e c tt o o kt h ew a yo fq u a l i t yr e s e a r c h t h ep a p e ri sd i v i d e d i n t os i x p a r t s f i r s tp a r t i st h ei n t r o d u c t i o n w h i c hi n t r o d u c e st h e r e a s o na n db a c k g r o u n do ft h i s p r o j e c t t h es e c o n dp a r t i st h e r e v i e wo fr e l a t e dp a p e r s i tc l a d f yt h ec o n c e p t sa n d f e a s i b i l i t yo ft h i s p r o j e c t t h et h i r dp a r ti st h e n t e r v i e w w i t ht w oh i g hs c h o o it e a c h e r s w h i c h h e l p u st o g e t t h ev a l u ev i e wo ft h es c i e n t i f i c h i s t o r y e d u c a t i o nt h ef o u r t ha n df i f t hp a r t sa r et h ek e yp o i n t so ft h i sp a p e r ： c a s e s t u d y o ft h es c i e n t i f i c h i s t o r y e d u c a t i o n t h ef o u r t h p a r t r e c o r d st h ep r o c e d u r ea n dt h e o r e t i cb a c k g r o u n df o rt h ed e s i g n i n g o ft h es c i e n t i f i c h i s t o r ye d u c a t i o n 1 n o t h e rw o r d s t h i s p a r t d e s c r i b e st h ed e s i g no ft h es u r v e yb r i e f l y t h ef i f t hp a r ti st h ei i v e r e c o r d i n g o ft h es c i e n t i f i c h i s t o r y e d u c a t i o n 1 ta l s o r e p o r t st h e r e s u l t so ft h es u r v e yi nd e t a i l i nt h es i x t hp a r t ，t h ea u t h o r g i v e st h e c o n c l u s i o nb ys u m m a r i z et h i sw h o l ep a p e r f ta l s oj n c l u d e st h e s u g g e s t i o n so nh o w t os p r e a dt h es c i e n t i f i ch i s t o r ye d u c a t i o n k e yw o r d s ：s c i e n c ee d u c a t i o n ，i n s t r u c t i o no fs c i e n c eh i s t o r y s c i e n c eq u a l i t y ，c a s es t u d y 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名：互建道日期：邀：址 学位论文授权使用声明 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆被查阅。有权将学位论文的内容编入有关数据库进 行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在 解密后适用本规定。 学位论文作者签名：石薅薅 导师签名：专雅岫 日期：淦匹：51 f 6日期：型：! ：丛 夏蛙蛙硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 夏志芳教授 华东师范大学 主席 课程与教学系 吴刚平教授 华东师范大学 课程与教学系 孔企半副教授 华东师范大学 课程与教学系 踏寻科学的足迹 以科学史为载体的教学个案研究 “熟悉历史是一个人的教育里面的最重要因素，是他终生终世的眼目。” 一一夸美纽斯 第一部分前言 一、缘起与背景 改革开放以来，科学技术的强大威力已经被我国国民切身地体察到了，步 入新世纪，人们的生活更是越来越多的被高科技充斥着。人们对科技的追求和依 赖，将知识经济的发展推向了高潮，“科教兴国”、“科学技术是第一生产力”、“综 合国力的竞争主要是科学技术的竞争”等号召充斥了大街小巷和穷乡僻壤，也深 深地铭刻在教育者的心头。然而，这种表面上的热闹，掩盖着一个基本事实，那 就是国民科学意识的普遍性艨胧。在科技发展的同时，也出现了一种既向往科学， 又不了解科学的国民意识，因此也滋长了“科学万能”、“唯科学主义”等偏激的 思想，危害着科学技术的正常生长。这种危害突出地表现在伪科学可以堂而阜之 地与政治权力、经济大腕相结合，甚至以“科学前沿”的面目出现。 究其根源，这都是因为我们科学素养水平落后于现代科技的进步，我们的 科学教育中缺少了培养相应的人文精神的环节。纵观全球，各国的基础教育都发 生变革，而科学课程改革的洪流亦在不断壮大，我们很有必要趁着这股改革的大 潮，寻求一条综合的道路，融人文与科学于一体，让科学教育中充满人文关怀， 让科学素养在学生们的心中扎根发芽。 在当代科学教育发展的步伐中，科学素养涵盖了六个范畴：概念性知识、 科学的理智、科学的伦理、科学与人文、科学与社会、科学与技术。其中，“科 学与人文”是科学素养的内涵。克洛普弗( l e o e k l o p f e r ) 将科学素养的要素 列述为以下三点：( 1 ) 理解科学的主要概念与原理；( 2 ) 理解科学探究的过程；( 3 ) 理解科学与一般文化的相互作用。1 可见，这三个要素也涵盖了现代科学素养的 全部范畴。 我们过去的教育过分重视学术造成了教学内容社会适切性的丧失，当我们 意识到这一点后，便竭力发展s t s 课程，强调科学、技术、社会的相互联系，倡 导科学探究。因此，研究性学习、综合实践活动等等课程内容成为了当下课程改 革的中心。然而，不管如何重视学问及探究方式，这些终究不是生活的全部，也 不能构成教育的整体。科学与人文的相互作用，必须通过另一条途径来理解。在 1 转哼f 庸丽芳：科学教育忧思，由英国、美国、加拿大科学教育0 f 发的思考载 h t t p ：w w w p e pc o r n c n 2 0 0 4 0 6 c a 4 9 1 2 4 9h i m 本研究中，笔者从科学史入手，研究如何利用科学史教学为科学教育服务，帮助 学生理解科学人文的关系，培养当代学生的科学素养。 一、研究惹义 “科学史有什么用? 科学史教学又能发挥什么作用? ”说句心里话，我挺 害怕直而这些问题，其实就连许多科学史研究者都不愿意回答。科学史的“用处” 决非两句话可以解释清楚，从比较功利的角度来看，科学史好像是“无用”的。 在西方的大学里，一直有科学史这门专业，近年来在我国的个别大学也丌设了这 门专业，但无疑都是很冷门的。通常情况下，它既无助于获取奖学金或申请科研 经费，也不能靠它找到高薪的工作。更何况，在诺贝尔奖获得者中，也没有人是 因科学史研究而有所成就的。所以从这个意义上，我们可以说科学史与功利无关。 一旦我们跳出了功利的束缚，问题就变得单纯明了得多了。科学史的萌芽 大约出现在两千年前，古希腊时代的某些科学著作中就涉及了相关的历史人物、 著作或事件，这些文化遗产受到了西方众多学者的喜爱；而中国古代的一些科学 史研究工作也是不容忽视的，这些研究即使在今天也具备了相当的价值。从严格 意义上讲，二十世纪初，科学史作为一门现代的、专业化的学科，终于得到了社 会的承认，并且建立起自身的价值标准和研究目的。 科学史有什么用呢? 从感性的角度看，科学史的价值在于让我们从科学发展 的历史中回顾科学，我们将更加着迷于科学的人性光辉，我们看到科学的每一步 进程都展现了人在探索自然的过程中所表现出来的求实精神，创新精神，追求规 律和秩序的审美精神。从理性的角度看，法国著名物理学家、科学史家、科学哲 学家皮埃尔迪昂( d i o r ，1 8 6 1 1 9 1 6 ) 将科学史的价值阐释为认知价值、方法价 值、教学价值和平衡价值等四个方面1 。在他看来，科学史是一项很有意义、很 有价值的事业，在科学认知结构中发挥着无可替代的作用。要发展科学，我们必 须首先f 确、深入地理解科学，必须理解它的起源和沿革。其次，人类古老而连 续的科学传统，孕育出许许多多的科学方法，而科学史作为历史研究方法，它在 给出历史的同时也对理论作出了逻辑分析，用更精确、更有序的表达来演绎完成 了观察所揭示的定律。再者，科学史的教学价值不容忽视，本研究将着重论证科 学史教学的意义。最后，科学史是一个平衡器，它能使科学家在诸多对立、竞争 的思潮、时尚、观念、方法等因素之间，保持必要的张力和微妙的平衡，它或迟 或早总会把一切事物和人控制在其真实大小的范围内，从而避免陷入某一片面的 极端而不能自拔。 科学史教学的意义是本研究的立足点。科学史属于文理交叉性边缘学科，它 皮埃尔迪昂著：物理学理论的目的和结构，北京，商务印书馆，1 9 9 8 年版。 p a g e2o f 5 0 沟通了文与理的诱岸，特别是在以学科为碡础的教f f 背景之下，科学史敦学以其 独特的视角在现代人j 的素质教育中，有着其他任何一门学科都无法替代的重 要性。特别是在自然科学的教育中，任何缺少科学史教学的学科教育都是不完整 的。科学史教学不仅可使科学课程的教学变得生动有趣，可明确科学概念的历史 由来，帮助学生了解科学的本质，建构合理的知识结构，还可以树立人性的科学 家形象，使学生对科学家以及工作更有兴趣，更重要的是科学史教学在培养现代 人的科学素养方面发挥着极大的作用。这主要表现在科学史教学能培养学生的科 学方法和批判精神，优化学生的心理素质，陶冶学生的道德情操等。 马修斯( m a t t h e w s ) 在科学教学：科学史与科学哲学的角色一书中充 分的表述出科学史教学的价值。他指出：“科学史可以提升学生对科学概念的了 解。科学史连贯了学生自我思考的过程与科学原理发展过程的相似性。科学理论 的演化性及革命式的开创性让学生了解之后，对其往后的学习有很大的助益。藉 由科学史可以提升学生对科学本质的了解。科学史阐述了科学原理发展的过程， 适时提醒学生真正的科学本质。因为大部份教科书之中只描述科学原理之发展结 论，省略了其发展过程，导致学生误认为科学是具权威性而不可挑战，科学知识 是累积性而不容怀疑的。科学史描述了科学家的生活及那个时代的社会背景，人 性化的学习内容可以让学生较愿意致力于学习科学家的思考过程。另一方面，也 使抽象单调的科学概念，成为较为社会化、生活化的课程内容。透过科学史的教 学，学生较易了解不同科学概念之间以及不同学科之间的相关性。换句话说，科 学史可以衬托出不同科学领域成就之问高度的相依性。1 这些话强调了科学史的 教学功能，并充分阐明了科学史教学在科学教育中的重要价值。 除了以上马修斯的结论之外，s o l o m a n ，d u v e e n ，s c o t ，和m c c a r t h y 等人也 都曾经指出，理化教学若能适当的融入科学史，可能会给学生带来许多好处：( 1 ) 增进科学概念的学习成效；( 2 ) 提升学习科学的兴趣及动机；( 3 ) 增加对科学哲学 的了解；( 4 ) 促成一般学生对科学的良好态度；( 5 ) 了解科学与社会及日常生活间 的相关性2 ， 再者在科学史教学的过程中除了学生受益之外，老师也会有所收获。j a m e s h w a n d e r s e e 就曾提出，科学史可以帮助老师了解到以前的科学家在发展一个 科学概念时，也曾经产生过许多错误的概念，而且这些错误的概念可能与现在的 学生在学习过程中所拥有的错误概念类型相似。因此，教师们通过比较就能更容 易发现学生们在学习时的困难所在3 。 前人已经从理论上说明了科学史教学的强大功能和重要价值，我们现在所 m a t t h e w s ，s c i e n c e t e a c h i n g ：t h er o l eo f h i s l o r ya n dp h i l o s o p h yo f s c i e n c e ，1 9 9 4 ， 2 转弓f 林焕祥：闰醵入科学史的多元化教学，教育韶台湾省中等学校教师研习会民国8 9 年5 月台湾。 3 许良荣、李用英：科学史舟科学教学的角色与功能，载科学教育月刊第1 7 9 期，台湾。 p a g e 3o f 5 0 研究的就是如何在科学教育中运用科学史教学。科学史教学不是一般性的对科学 史料的陈诉，而是代表着更现代化、更人性化的教学方式改革。以科学史为载体， 搭建科学与人文的桥梁，科学教育可以将科学与人文完美地结合，将学生的科学 素养提高到更高的水平。通过研究者和教师的不懈努力，通过科学史教学实践的 研究，我相信科学教育可以走得更远。 三、方法与工具 本研究主要采用的是质的研究方法。在教学的自然情境下采用多种途径收 集资料，与研究对象展开对话，然后归纳、整理、分析，进而回答本研究开展之 前提出的问题。 之所以选用质的研究方法，是因为质的研究注重个人的体验，研究者捕捉 到研究对象的主观体验，将他们的感受和思想呈现出来，从不同的角度研究和了 解他们。笔者相信，只有在与教师的交流过程中，才能更好地理解真实的教育， 才能营造出健康的教学研究氛围，实实在在地对教学进行探讨。从以往的经验看 来，笔者也比较容易与学生进行沟通，亦可以做一个好的聆听者，所以，质的研 究方法非常适合笔者以及本研究。 本研究前期访谈的对象分别来自重庆和上海两市的重点中学，而研究案例 中的教师及其所带班级则选择在上海中学。笔者在选择这些重点中学的时候，既 有其自身便利因素的考虑，也考虑到重点中学教师的先进性。对科学史等具有明 显边缘色彩的教育内容，重点中学的教师相对较容易接受，也愿意改进。 另外，本研究还向参与研究的班级发放了“关于科学史学习”的调查问卷， 运用统计软件s p s s 对所得数据作了统计分析，并对开放问题进行逐条输入。 p a g e 4o f5 0 第二部分文献综述 一、科学教育的发展 回顾2 0 世纪中小学科学教育，不难发现，它大体经历了科学知识科学 方法科学素养三个历程。 2 0 世纪初的科学教育等同于科学知识的教育，它关注科学事实、科学概念、 科学定律、科学原理的传递，因为这些知识符合斯宾塞“为完满生活作准备”的 价值标准。教师讲授、实物演示、学生读书是科学知识教学的主要方法，考核也 是以知识记忆的多寡为评分标准的。在此时的社会中，认为科学知识可以为学生 提供未来生产、生活所需要的一切，因此斯宾塞的“科学知识最有价值”可以视 为这一时期科学教育的最高理念。 2 0 世纪6 0 年代以后，科学教育的情况到了有了很大的改变，人们不再将它 等同于科学知识的教育，科学方法的重要性r 益凸现。这一进步部分是缘于人们 对科学方法在科学知识形成中的重要意义有了比较清楚的认识。人们意识到，一 部自然科学史就是自然科学研究方法的发展史：其次，科学知识的陈旧率加速， 与其掌握各种具体知识，还不及掌握科学方法来得持久。“方法比知识更重要” 成为科学教育中的新格言。 2 0 世纪最后的二十多年里，科学教育又出现了以科学素养的培养为最高宗 旨的发展趋势。科学素养概念的内涵远比科学知识、科学方法丰富，尽管后者仍 是科学素养的重要组成部分。科学素养概念的提出是基于科学技术高速发展及其 给人类生产生活带来的巨大影响，同时也是缘于人类日益增长的征服自然的能力 和欲望使人类居住的地球环境目益恶化所敲响的警钟。 与科学知识，科学方法相比，科学素养的人文色彩明显加强，科学教育不 再是“无情无义”的了，教育的新格言变为“还教育的另一半”，这种转变为世 纪之交的科学教育开辟了新的视野。如何培养当代学生的科学素养与科学精神， 亦成为科学教育的首要问题。正是在这样的背景下，科学史的教育价值才突显出 来。 二、科学史的教育功能 ( 一) 科学史教学完善学生的知识结构 虽然科学史的优势并不在于介绍科学知识，但科学史教学必然涉及基本概 念、基本理论等，包括科学概念、科学命题、科学假说和科学理论等等的来龙去 脉。科学史不仅帮助我们嘹解科学概念产生的情境，也可提供我们对于科学概念 的学习顺序的判断。因此，科学史教学首先有助于学生对科学概念和科学本质的 理解。对于一些较抽象的科学概念，要理解它们并不容易，但如果从它的来源看， p a g e 5o f 5 0 又町能是相当具体的。从科学史的角度来了解科学概念产生和演变的过秤，把它 们与特定的科学事件或科学家联系起来，更容易理解和掌握。随着科学技术的加 速发展，新兴学科已f i 太可能再像经典学科一样，经过漫长的历史发展，逐渐演 化出各自的基本概念。新兴学科的基本概念常常是通过移植相关学科领域内较为 成熟的科学概念，使之与欲解决的科学问题相联系、充实、改造而成。对于这些 概念，必须结合科学史才能深入理解。 其次，有利于对科学知识整体的把握。爱因斯坦曾指出：“科学结论几乎以 完成的形式出现在读者面前，读者体验不到探索和发现的喜悦，感觉不到思想 形成的生动过程，也很难达到清楚地理解全部情况”。让学生们从自己的经验中 体会到科学的逻辑严密性，普遍性及经济合理性，他们对理论的理解才更加深刻。 科学史使人们了解科学理论中的概念和原理是如何被提出来的包括针对什 么问题? 解决了什么问题? 留下了什么问题? 科学史也使人们对科学的认识不 只停留在作为现成结论的知识片断，而是进一步认识到科学的整体性，使对科 学理论的逻辑结构及其历史发展的认识达到辩证的统一，从而加深对科学知识 的理解。 基础教育阶段强调科学史教育有助于让学生建立起良好的知识结构和学习 习惯，从而在日后的学习中能够从容面对更深更广的内容。 ( 二) 科学史教学能激发学生的学习兴趣 科学史科学可以增强自然科学教学的趣味性，它把某些科学理论与非常有 意思的历史故事相联系，使学习该理论变得更生动，更具吸引力。不过我们必须 注意到，有些历史故事往往传说的成分很大，很难肯定是真实的科学历史事件。 比如牛顿在个炎热的午问躺在一棵苹果树下思考行星运动的规律，结果一个熟 透了的苹果掉下来打中了他，使他茅塞顿开，发现了万有引力定理；瓦特在他外 祖母家度假，有一天他偶尔发现烧水壶的壶盖被沸腾的开水所掀动，结果发明了 蒸汽机，等等。这类科学传奇故事诱发了学生对神奇的科学世界的向往，但对于 学习理科课程并没有什么太大的帮助。相反地，传奇故事往往强调夸大了科学发 现的偶然性和机遇性，在课堂教学中除了博学生一笑之外，反而使他们忽略了科 学发现的真实历史条件和科学工作的极端艰苦性。如果教师只是在这种意义上进 行科学史教学，那么，这是对科学史教学的一种贬值。增加课堂生动性只是科学 史教学的一个方面，更重要的方面则是要理解科学本身。 因此，我们更应该关注如何呈现科学家们研究工作的真实面，树立人性的 科学家形象。k l o p f e r w a s t s o l 3 ( 1 9 5 7 ) 1 认为适当地选取科学史教学的素材，能 增加学生对于科学家及其 ：作的兴趣和鉴赏。o l d r o y d ( 1 9 7 7 ) 2 也认为利用科学史 2 转引科学史，载h t t p ：p e i c j j ht c e c l ut w s c i - e d u e d u 一1 3h t m p a g e6 0 f 5 0 教学，有下列几项优点：( 1 ) 般说来，科学理论的历史发展大多相对应于该理 论的逻辑结构，例如没有原子的观念，就不可能介绍电子、质子、中子的发现； ( 2 ) 由科学史可以了解科学家面对问题的思考或实验探究的历程，有助于学生领 悟解决问题的方法；( 3 ) 适当的科学史例子，可帮助学生领悟科学家创造的过程； ( 4 ) 让学生了解科学家所产生的科学理论是持续的改变着，也因而使学生能开阔 心胸，接受错误。 ( 三) 科学史教学弘扬科学精神，传播科学思想，培养创新精神 在我们的教科书中众多的新概念、新术语、新公式、新定律面前，学生逐渐 形成了“这就是真理，必须学习它，记住它”的观念。久而久之，科学被神圣化、 教条化。人们可以不知道这个理论从何而来，为什么会是这样，但却相信它是真 理，因为这就是科学。这种态度明显与科学精神格格不入，但是在科学教育中， 这样的态度又相当普遍。学生不知道一个理论源于哪些问题，有多少种解决问题 的方案，以及为什么人们选择了其中一种并称之为科学理论：他们也不知道这种 理论不是绝对真理，并非万古不变的教条，不会提出任何异议。在以灌输知识为 目的的教学过程中，教育者不自觉地剥夺了学生的怀疑和批判精神，使得大多数 学生对科学理论永远怀着一种崇敬心情。 然而，科学发展正是需要正确的科学精神。萨顿认为，科学精神比科学给 人类带来的物质利益更宝贵，它是“科学的生命”，是科学活动的灵魂1 。真正 的科学家传播一种在思想上独立思考、有条理地怀疑的科学精神，传播一种在人 类生活中相当宝贵的协作、友爱和宽容精神，是最富有人性的。真实的人性的科 学家形象只有在科学史中才能得到恢复。在优秀科学家身上，科学精神往往体现 得比较充分，他们是树立科学精神的典范，他们的成长史、奋斗史，就是一部科 学精神的活教材。因此，通过科学史教学，让学生了解科学家成才和取得成就的 过程，能够给他们以科学精神的生动教育，让他们深刻地体会到光是欣赏和赞美 我们的祖先们是不够的，我们必须继承他们最好的传统和科学精神。这无疑是培 养学生科学精神的一条有效的途径。 科学史教学在传播科学思想方面也有其独特之处。科学史教学是了解科学 活动的最好方法，它告诉人们科学思想的逻辑行程和历史行程。那些对科学发展 作出重要贡献的科学家，都具有自己独特的科学思想和见解，这些思想体现在科 学家对其研究领域的思考、理解和认识中，以及对他的创造性工作的阐释中，体 现在一代或几代科学家群体对有关科学理论的论述中，体现在不同学派、不同观 点的争论中。这些杰出人物和重要学派的思想观念，影响着科学理论的形成和发 展，具有重要的科学价值。我们可以利用科学史案例进行科学慝想的直观教学， 美 乔治萨顿著：科学史和新人史主义，北京，华夏出版社，1 9 8 9 年3 月。 p a g e7o f5 0 尤其足利用科学发现的过程，甚至是利用科学活动中的失误作为教学的资源。从 这点来看，科学史教学是其它教学形式无法比拟的。 创新精神和能力的培养是项极为庞大和复杂的系统工程。然丽，离j f 继 承就无法创新，继承不是目的而是手段，通过继承达到创新才是我们的目的。科 学史教学教会学生继承传统，从而培养学生的好奇心和怀疑精神，倡导独立思考 和独创精神，鼓励学生发挥自己的科学想象力。我们相信通过科学史教学，将更 有助于学生们创新精神和能力的养成。 ( 四) 科学史教学搭建科学与人文的桥梁 我们的科学也许是伟大的，而我们的无知却更大一些。即使我们的科学比 现在再发达百倍，如果缺少了人文的支持，我们的生活依然不可能更加美好， 甚至还可能变得更糟。一旦科学失去了人性，便会成为可怕的危害，而化解这一 危害的唯一办法就是在科学教育的过程中，搭建起科学与人文的桥梁，使科学人 性化。科学史教学担负着这一重大责任。 有些学生可能有这样一种错误的观念：他们轻视科学史，认为古代科学所 有最好的东西已经被提取出来，吸收并入了现代科学之中，其余的都没有必要再 知道了。然而在我们真实的科学教育中，这种观点是站不稳的。我们有必要让学 生们认识到教科书上的知识理论也是暂时的、不可靠的，必须定期地予以修改。 而这些修改正是依据科学史来完成的。 此外，人类意识的进步并不只表现在正确的历史中，那些曾经阻碍历史进 程的倒退、突然停顿以及各种各样的灾难和错误的历史往往更加有意识。这些曾 经的迷失不仅能够帮助我们更好地评价真理的进步，还能帮助我们避免将来发生 类似的错误。我们希望学生理解，科学上的错误具有一种相对的性质，今天的真 理明天或许要被重新考虑，在谁能保证昨天的错误明天会不会变成近似的真理 呢! 科学处于经常进步之中，不断引入新观点，曾经被忽视的某种思想以后可能 被认为是非常重要和富有成果的。某些不为人知的事实可与某种新理论联系起 来，从而忽然变为非常引人注目。历史研究的结果常常迫使我们景仰尊敬那些在 他们自己的时代被误解、被轻视的人们。正确的历史本来是有限，而错误的历史 却无穷无尽。通过科学史教学，科学教育才能对科学事实和科学思想不停地起着 净化作用。 科学与人文从来不是对立的两面，只是科学的发展速度太快，将人文层面 的认知撇于身后。幸而现在，我们意识到了这点，我们借助科学史教学重建科学 与人文之间的平衡，将科学融入到文化中去，让科学发展的脚步行得更加稳健有 力。 三、国外科学史教学 p a g c8o f 5 0 美圉国家科学教育标准1 是国外科学教育的标准参照读物。其中坩5 - 8 年级的基本概念和原珲科学史部分作了如下阐述：i 许多个人对科学传统作出了 贡献。学习其中的某些典范人物可以进一步理解科学研究，理解作为人类奋斗目 标的科学，理解科学的本质及科学与社会之问的关系。2 从历史观点看，科学是不 同文化背景的不同个人的实践活动。综观诸多民族的历史就可以发现，那些成就 斐然的科学家和工程师都看成是对本民族文化作出最杰出贡献的人。3 跟随科学 史的足迹可以发现，科学创新人物要打破当时被普遍接受的观念得出我们今天认 为理所当然的结论是多么的困难。 科学教师利用某些科学史事例，学生实际参与科学研究的经验，案例研究 和生动的历史花絮，帮助学生理解科学探究的本质，科学知识的本质和科学与社 会之间的相互影响。 标准中要求9 1 2 年级的所有学生应该具备以下历史观点：l _ 在历史上， 形形色色的文化都对科学知识和技术发明作出了贡献。数百年前，现代科学开始 在欧洲迅速发展。在过去的二百年间，科学对西方和非西方的工业化作出了巨大 贡献。然而，其他非欧洲文化也发展了科学概念，也通过技术解决了人类的许多问 题。2 通常，科学中的变革是作为对现有知识的微小修改出现的。科学和工程的 同常工作导致拉我们对世界的理解和我们满足人类需要和抱负的能力的渐进式 进步。通过研究科学家个体，研究他们的日常工作和他们在自己的研究领域推动 科学知识进步的努力，可以学到许多关于科学内部运作和科学本质的知识。3 偶 尔也会有对科学和社会具有长远影响的科学和技术进步出现。这类进步的例子包 括：哥白尼革命，牛顿力学，相对论，地质学时间尺度，板块构造地质学，原子理论， 核物理学，生物进化论，生命起源理论，工业革命，分子生物学，信息与通信，量子 理论，星系宇宙，医学与保健技术。4 科学解释的历史观点说明，科学知识如何随 时间的推移发生变化，而且几乎始终是建立在先前知识的基础上。 标准借助历史从各个角度详细阐述了科学探究，科学的本质和从不同历 史和文化视角所见的科学，认为学习科学史可以帮助改善学生对科学的一般理 解。此外，在另一部科学素养的基准2 中，对“科学的历史与本质”也有相似 的观点，但有趣的是，基准不赞成低年级学生学习简化的科学史，认为简化史可 能会混淆科学与历史，使学生们的深入学习变得困难。 仍然以美国为代表，科学史教学目前面临着两个问题3 。 其一是教科书的问题。学生如果想了解什么是科学? 科学家在干什么? 科 学对人类的影响及其人文性? 科学史就是设计教科书不可缺少的成分。教科书中 1 n a t i o n a lr e s e a r c hc o u n c i l ，n a t i o n a ls c i e n c ee d u c a t i o ns t a n d a r d s ，w a s h i n g t o n d c ：n a t i o n a la c a d e m yp r e s s ， 1 9 9 6 2 f 美j 美圆科学促进i 办会著，中国科学技术协会译：科学素养的基准* ，卜海，科学普及出版社，2 0 0 1 。 3 转引自陈小鸥：科学史应该被定为x 级吗? 中、荚科学课程中科学史教育。 p a g e9o f 5 0 科学史的内容大多编写得过于简单，用插图和课后小资料介绍，以只期及科学家 名字表示某个理论的发现。如果教科书只是单纯地呈现科学假说、事实、理论的 一种“最终形式”的设计，就会出现危险：( 1 ) 将简化科学理论结构，减少与其 他理论之间的互动，使学生认为所有的科学知识或理论均有相同的角色、地位； ( 2 ) 将科学理论孤立于社会、文化之外，使学生认为科学是科学家独立运作的产 物；( 3 ) 会使学生对科学的本质没有下确的认识，误以为所有科学的研究过程具 有一致性、科学知识具有绝对性的对错、科学知识是一种线性累积的过程。因此， 科学史取向的教科书成为解决这一问题的关键。然而，又必须考虑到其可能产生 的负作用，女l ：l k a u f f m a n ( 1 9 9 1 ) 指出教科学史可能让学生觉得科学家是非理性的， 这对于学生不是一个好的榜样，若只谈科学史的“光明面”，又会扭曲了事件的 真相1 。 b a u e r ( 1 9 9 2 ) 看到科学史具有很大的教学潜力，他认为在学习课本中的科学 知识时，学生往往对科学活动的本质产生误解，因为他们只能从书上学到相应的 成功的科学2 。我们现在的科学谋也仍然停留在这一层度。在课本中，我们甚至 很难看到不成功的科学案例，因此，有许多科学事实就这样被遗弃了。 其二是科学史教学中的问题。加拿大科学人文协会近三年的研究表明：科 学史教学进入科学教育，能使学生更好的了解科学的本质，但不是所有的科学史 教学都有正面的影响，有的关于科学本质的内容用外在的直接教学更有效。科学 史教学对学生知识概念的转变有积极影响，能提高学生对科学内容的理解。但是 这些都是小范围内的研究，而且缺乏复制性，因此都不是绝对性的。对大多数科 学教师来讲，科学教学是以教科书为中心的，科学最后完成的产品的介绍，他们 认为自己的任务是传播“正确认识论情境”下的产品，注意到是“我们知道了什 么”胜过“我们如何知道”。尽管他们承认概念的发展值得重点考虑，但是一切 都还是以课程内容为基础的考试为重。 因此，在目前的科学教育中，科学史教学还没有得到普及。科学教师基于 科学史的教学只能算讲授科学史，面不是真正意义上的科学史教学。科学史教学 不是简单科学史料的堆砌陈述，而应该注重如何仿真科学家的实验过程，通过角 色扮演经历科学家的辩论，并思考科学家的假设及实验等。科学史教学不仅应该 讲述更多科学家辩论、提出假设和设计实验的具体细节，更应该提供学生自己讨 论和动手实验的机会。 四、我国科学教育的情况 中国古代学术有个最大的特点，那就是综合。儒家文化是中国古代的主流 2 转引科学史，载h t t p ：h p e ic j j h t ce d u t w s c i e d u e d u 一1 3h t m p a 萨l o o f 5 0 文化，儒学中胡i 包含着自然科学的内容，这就是所谓的“大人文学问”。在人类 文化发展史上，像中国传统学问的大人义状况，是绝无仅有的学术现象。中囤传 统的大人文学问以人格修养为内核，以天人合一，体用台一、知行合一、情境合 、道器合一等思想和命题涵盖了各种学科。其极大的包容性使人文、社会、自 然等领域的所有学科最终都在人文学问中化而为一。 然而，这种综合的学问也随着历史的推移而时起时伏。在中国的近代史上， 严复是最早系统地阐述德智体全面发展教育思想的人。而且他特别重视科学教 育，强调学校课程应以科学教育为核心。而1 9 2 2 年新学制( 壬戌学制) 受杜威 的影响，将民主与科学、尊重人的个性发展带入课程。初中科学课程采用混合制， 自然科学为一门课，教学形式分为两种，一种是三门理科教材( 物、化、生) 分 别编写；一种是三门科目混合成一门理科，合编为一本教材。其实，我国现阶段 的理科教育也不外乎这两种形式。值得一提的是，壬戍学制在高中增设了科学概 论课，包括科学发达史、当代科学大势、科学精神和科学方法等。我们可以说， 这几门课就是我国最初的科学史教育课程。 之后，从1 9 2 2 年至1 9 4 8 年，科学课程一直处于时分时合的状况之中，但 总的看来，又是以分科为主。其实，自近代自然科学课程开设以来，分科制与合 科制便是初中教学计划中不断争议的问题。这实质上也反映了社会的发展、教育 思潮和课程思想的演变。但是我们必须明白，分科科学课程的开设，并不是历史 的倒退，它也是中国科学教育的进步表现。 无独有偶，中国的教育不是独立于世界的。联合国教科文组织在1 9 7 2 年一 次合作会议上对综合理科提出如下定义：“凡是科学概念和原理的陈述显示出科 学思想在根本上的一致，而避免过早地或不适当地强调各个科学领域的区别的教 学方式，都可以认为是综合理科教学。”由此我们看到，综合理科已经成为科学 教育的主体，而综合的教育方法也必然成为研究者追逐的目标。 综合理科课程强调研究的客观对象的整体性，其目标指向知识的扩大和整 合，能力的培养和提高，以及知情意行的协调发展。如果将科学史教育的特点与 综合理科课程的特点相对照，我们可以欣慰地想象，科学史教育也许能够为我们 的综合理科教育( 即科学教育) 带来不小的惊喜。 近年来，我国的哲学工作者，主要是自然辩证法领域的教学研究人员也对 科学史的研究产生了兴趣。当然也有人撰写了这方面的讲义和教材。历史学界、 科学技术界也都有人注意到科学史的研究，并做了大量工作。f 是这样，科学通 史以及各学科史的研究也露出了新的气象。但是，这门学科在我国还处于初创阶 段，在教育中的份量更是轻之又轻，所以我们只有多借鉴前人，借鉴国际科学史 教育的发展经验和历程，才能稳步建设我国具有人文色彩的科学教育。 p a g e i io f 5 0 第三部分投石问路：理科教师对科学史教学的价值观感 这部分采用访谈的方法，关注的是理科教师的教学态度和对科学史教学 的内心感受。教师是活跃在教学一线的灵魂人物，我们的研究必须建立在他们的 支持和帮助之上，因此，教师的观点从一方面决定了研究的价值，更直接影响到 研究的开展。所以，在进入课章之前，我首先对理科教师进行了次访谈，对研 究的可行性进行预测。 、经验教师的智慧 在计划访谈时，我首先想到的便是我的高中化学教师李老师。李老师 是一个很有思想，真正关心教育的经验教师，在我读书的时候就很喜欢他，所以 我相信访谈他一定会有大收获。于是，我利用寒假的时间进行了我的第一次访谈。 我先跟李老师取得了联系，向他述说了我的研究计划，并提出访谈的要求。 李老师是欣然接受的，地点就在他的家里。我跟李老师彼此早已熟识，因此在访 谈当同，我们说好先谈正事，坐定后就开门见山直奔主题。 我首先询问了李老师对我进行科学史教学研究的看法，想知道他是否肯定 科学史教学的意义。 李老师第一句话就充分表明了他对这项研究的支持，他说：“科学史教学当 然是有意义的。我们一直说鉴古通今，不就很好的说明了史学研究的意义么! 在科学教育中，科学史的作用应该会很大。别的科目我先不谈，就说我们化学， 化学史是师范生必修的一门课。老师了解化学史，对教学的帮助很大。通过历史 故事，我们能使课堂生动；通过化学家的研究历程，我们还能预料到学生的思维 动向。大致地知道了你们在想什么，我们就好控制课堂教学的节奏啦，就知道什 么地方要重点提出来，什么地方要引导你们不要走弯路。这是在我化学这门课里 面的情况，我想在其它科学里，包含像物理、生物，还有地理，这些课里面也是 一样的。我觉得科学史的教学意义是毫无疑问的。我们上课，就应该接触更广的 内容，让学生知道得多一点儿。” “那么，课本里关于科学史的内容是怎么呈现的呢? ”我问 “课本里面，现在的课本跟你们那时候用的也差不了多少，科学小故事啊、 元素发现的历史啊，这些都属于课外阅读、补充资料的内容。” “您觉得这种形式好么? ” “好不好，这倒不好说。书里头化学家的故事啊，元素的发现啊，都是一 个一个的像小故事一样的。以前也没怎么细想，如果细想想呢，这个所谓的科学 史吧，就算涉及到一点儿当时的社会，也总是醉翁之意不在酒，在于宣传献身精 神，进行思想教育。我总觉得，这个科学史的选材，还有很大的改进空间。不过， 这也可能是我当老师当得不够好，没能体会到它更深的意义什么的。” “您觉得科学史的选材还有待改进，那您觉得关于科学家的不当行为，应 该出现在课本罩吗? 应该让学乍们知道吗? ” “这个我觉得是有必要的。科学家也是人，是人就不会完美。如果你书上 把科学家写得跟个神似的，那就麻烦大了。而且，我觉得现在的学生，年青人 都喜欢带人味儿的东西。你看看他们的偶像什么的，不都加上一条什么邻家女孩、 阳光男孩之类的，反而是太过于完美的事物吧，它不贴近生活，不真实，那才真 没人对它感兴趣，看了也觉得没意思。” “如果写上这些，您认为它不会影响学生的科学信念吗? ” “科学信念是什么? 科学信念就等于不犯错误了么? 这谁说的! 科学信念 需要体现的是科学发展的最真实的面貌，一种由错误到修正错误，到再发现错误， 再去修正，一直一直循环下去的，这样一个过程。对科学家的不当行为遮遮掩掩， 这是伪科学啊! 科学信念可不是指真理。这在以前倒可能真的有考虑的必要，从 前是真理至上的；不过现在不同了，大家都开始讲民主、讲批判，还有什么经验 呀，建构主义呀等等( 我点头，笑了笑说是的。) 这大