第一章-科学史与科学教育

第一章

科学史与科学教育近年来，国际科学教育界已形成共识，即大力提倡把科学史纳入到科学课程中，这实际上是国际科学教育界已经认识到历史的科学在科学教育过程中对提高学生科学素养的重要性。琉璃工坊出品以往，科学教师认为科学史的主要作用在于提高学生的学习兴趣，因而在科学教学中插入一些科学史内容，即所谓的给科学知识包上“糖衣”的作法。目前，我国科学教育界也认识到科学史在科学教育中的作用，在全日制义务教育科学（7—9年级）课程标准（实验稿）中已把科学史纳入内容标准，在教学实践中科学史教育也得到了不同程度地加强。但是，离理想目标还有不小差距，究其原因，一方面，应试教育的顽疾没有得到彻底根治；另一方面，科学教师本身科学史素养的缺失；还有很重要的一点，就是对科学史教育功能认识不到位，没有从提高学生科学素养的高度来系统认识。琉璃工坊出品科学史融入科学教学的教学论价值1从历史的维度把握科学的本质①理解所有的科学观念都不是最终真理，在原则上都要进行改进，但一些基本概念已经经过大量的实验证实，在未来不可能有大变化;②科学家通过观察、实验、理论模型和数学模型来构建和检验对自然界的解释，当遇到与已有的解释不一致的新的实验证据时，就要改变关于自然界的概念;琉璃工坊出品③在研究过程中，如果缺乏大量实验性和观察性证据，科学家们对同一现象做出不同的解释是正常的，不同的科学家可能会公布不同的实验结果，或者从同样的数据中得出不同的结论，但科学家会认识到分歧并努力消除分歧;④对已公布的科学研究成果加以评价，包括审查过程、检验证据、找出错误推理，对同样的观察结果提出不同的解释。琉璃工坊出品2.有利于学生正确认识科学的人文内涵一旦让学生了解科学的起源和发展，科学就会显示出它的人文性，而且极富人文内涵。所以，把科学史融入学科教学，可以促使学生更好地理解、评价、欣赏科学事业，激发其探究科学的热情、勇气与欲望，培养其坚忍不拔的意志品质。琉璃工坊出品科学史为科学教育与人文教育的融合搭建了一座桥梁。琉璃工坊出品3.培养学生的批判精神科学的怀疑批判精神是一种理性探索精神，它对于现有的认识都要问一个为什么，都要追根溯源，看看是否有科学依据，依据是否允分，有没有内在的逻辑矛盾，决不是盲目地崇拜或迷信，而是努力寻求新的突破，为创新开辟道路。科学史融入学科教学，有利于培养学生的怀疑批判精神，因为科学进步的历史就是科学怀疑的历史，就是科学家不断克服错误、追求真理的历史。琉璃工坊出品科学史在科学教育中研究的热点HPS教育是对“科学史(HistoryofScience)、科学哲学(PhilosophyofScience)和科学社会学(SociologyofScience)”教育的简称。HPS教育旨在于扩展科学教育的视野和科学教育的内容，提倡从科学史、科学哲学、科学社会学视角理解科学，筛选、编排科学教育内容，以期使科学教育能真正地、有效地、全面地提高国民的科学素养。琉璃工坊出品在西方教育史中，最早提出将科学史融入科学教育的是法国哲学家、社会学家孔德。1895年马赫提倡将科学史与科学哲学融入科学教育之中。1922年法国著名物理学家、教育家郎之万在一次演讲中，专门论述了科学史的教育价值的问题，着重分析了历史观点在科学教学上所能够和应该起到的作用，以及历史观点在将来从事科学教育工作的师资的培养上的重要性。

HPS引入科学教育的历史琉璃工坊出品(一)从大学课程项目到中学课程项目的个别关注二战后，哈佛大学校长科南特（J.B.Contant）在大学生的通识教育中用案例教学法（编入8个科学史事例）实施科学史教育。20世纪60年代，哈佛大学的科学史教授霍尔顿和一些教育学家、中学教师参与了“哈佛物理教学改革计划”（HarvardPhysicsProject），开发了《改革物理学教程》（TheProjectPhysicsCourse，简称PPC）。琉璃工坊出品美国HPS教育实践一览表琉璃工坊出品（二）共同体平台的形成与课程文件的关注1989年，美国科学促进协会（AAAS，1989）发表题为《普及科学——美国2061计划》的总报告（共12章）。继《2061计划》之后，1994年美国“国家研究委员会”通过了《国家科学教育标准》。其中“科学的历史与本质”这一部分，将科学史与科学哲学的教育贯穿在从小学到高中的教育过程中。在大陆，科学教育研究起步相对较晚，较早关注HPS教育在科学教育中应用的有刘兵、魏冰、丁邦平等。2001年教育部颁布的《全日制义务教育科学（7-9年级）课程标准（实验稿）》中同样提出了明确的观点，在内容标准的“科学技术与社会”领域，科学史是三大主题之一。HPS引入科学教育的历史琉璃工坊出品(三)作为国际理科教育研究热点的系统化与精细化研究

1994年澳大利亚科学哲学教授迈克尔·马修斯（MichaelR.Matthews）出版了专著《科学教学：科学史和科学哲学的角色》（ScienceTeaching:TheRoleofHistoryandPhilosophyofScience）美国的《2061计划》（1989），《科学素养的基准》（1993）和《国家科学教育标准》（1996），加拿大一些省新编的科学课程（1991），英国国家课程的科学部分（1988），荷兰的PLON课程（1988），挪威的核心课程（1994），丹麦的科学技术课程（1990），以及西班牙的新课程中，都对HPS的课程与教学有着明确的要求。

HPS引入科学教育的历史琉璃工坊出品马修斯(1994)1.促进学生对于科学的概念与方法，得到更好的理解；2.透过科学史对于历史的研究，可以连结学生的思考与科学的发展进程；3.科学史在本质上是具有价值的，在科学或文化上是重要的历史插曲，如科学革命、进化论，盘尼西林的发现等，所有的学生都应该熟悉；4.认识科学史可以用来了解科学的本质；5.科学史可以抵消在科学教材或是课程里常发现的科学主义或是独断主义；6.透过检视科学家们的活动历程，科学史使得科学更为人性化，而为学生所接受；7.科学史呈现了与其他学科之间的连结的关系，展现了人类成就整合并且互相依赖的本质。HPS融入科学课程的教育价值琉璃工坊出品傅丽玉（1996）1.儿童科学概念发展与科学史的发展雷同、平行；2.科学史可使科学教育具人文思想之文化价值；3.科学史使学生了解科学对人类生活的贡献；4.科学史有助于学习科学方法；5.科学史有助于培养良好的公民；6.科学史有助于学生对科学本质的了解；7.科学史用于教学中使学生从不同的观点来看

科学的不同方面；8.科学史可帮助学生学习科学概念。HPS融入科学课程的教育价值琉璃工坊出品HPS教育的特点1.以科学的基本史料为基础科学的发展很大程度上是科学知识积累的过程，这个过程包括科学概念的产生、科学假说的证实与证伪、科学理论的演化、科学事实的获取以及科学发现的人文因素等等。HPS教育强调科学基本史料的重要性，侧重于用历史的观点分析科学事业，使公众能够按照科学真正的发生方式来理解科学。琉璃工坊出品在科学发展的自然进程里，科学的基本史料有助于填补科学知识与历史的空缺。目前的科学教育在科学史层而普遍重视内史，尤其是侧重于对科学“正面形象”的宣传，对科学史上的错误理论或者被证伪的假说没有给予正确的评价。同时，过分强调科学家们的非逻辑思维在科学发现过程中的作用。凯库勒由于梦的启发而提出苯的环形结构阿基米德在洗澡时产生了灵感而提出浮力定律琉璃工坊出品公众通过学习科学的基本史料，可以梳理科学知识从起源到至今的发展脉络、获得科学本身的内在逻辑;通过对产生科学知识内在要素与外部根源的归纳分析，可以掌握科学的发展进程与发展规律。科学基本史料正是科学方法与科学精神的最集中的载体。实验方法、演绎方法、假说方法、黑箱方法以及科学的怀疑精神、批判精神、探索精神等等，均蕴涵在具体的科学事实之中。公众对科学基本史料的把握程度，决定了公众对科学的理解程度，也就决定了科学的传播速度。琉璃工坊出品2.重视对科学作哲学思考HPS教育十分强调从哲学层而来分析科学及科学研究事业的重要性，强调科学的形而上学基础。科学不仅仅是贝尔纳所言的一种知识体系，科学如今已发展成为一种文化，或是文化的一种特殊形式。科学及其社会应用一直都不是价值无涉的，对科学尤其是科学的技术化应用作价值判断，是自科学诞生以来的争论热点。于是，在20世纪中后期形成了一种继分析哲学之后的新的哲学流派——科学哲学。科学哲学强调对科学本性的理性分析或是对科学概念、科学话语的哲学思辨。琉璃工坊出品建立哲学在科学教育中的隐喻与影响机制，可以增强公众在思考科学时的多元性或批判性分析，这是HPS教育的主要目标之一。怀疑精神与批判精神对科学事业至关重要，也可以说是科学的精神气质。怀疑与批判的前提是思考与思辨，这正是HPS教育强调的科学的哲学思维。所以说，公众的哲学素养是科学素养的一个重要方面，哲学从某种程度上讲就是科学的逻辑。琉璃工坊出品3.以建构理论为理论背景HPS教育以社会建构论为理论背景，将科学放在社会大系统中，强调社会因素诸如政治、经济、文化、信仰甚至是宗教以及个人的情感因素等等在科学发展过程中的地位与作用。传统科学观认为科学知识是客观的，来自于人类的理性与经验，是对预先给定的自然秩序的揭示;基于HPS理念的科学观是一种弘扬相对主义的科学知识观，否定科学知识的纯粹客观性，认为知识是相对的，是人们制造或建构的结果。HPS教育坚持这种“科学知识的社会建构”观点，认为既有的科学知识不过是人们对客观世界的一种相对的、暂时的解释，而科学知识具有相对性与暂时性特征的原因在于科学概念、科学假说科学理论的产生要受到社会因素的影响。琉璃工坊出品4.从重视科学实证知识的传播过渡到理解科学本质科学教育固然以传播科学知识为主，但又不仅局限如此，还包括科学精神科学方法、科学态度、科学情感、科学价值观、科学伦理观等等，这些都蕴涵在HPS教育强调的对科学本质的理解上。HPS教育作为一种新的科学教育范式强调:理解科学尤其是理解科学的本质应该是科学教育的价值追求。HPS教育企图从历史、哲学、社会学、文化、价值观等多角度向公众全方面宣传科学、解读科学，公众对科学的理解从过去浮于科学的表面到深入到科学的本质，科学本身无等级之分，而科学的技术应用却有好坏优良的差异，科学与技术也不能一体化到可以简称为“科技”的地步。琉璃工坊出品

5.从培养科学精英过渡到培养有科学素养的公众

理解科学并不只是少数科学家的任务，更重要的是要让普通大众能够理解科学与科学的本质，这样才能更好地促进科学传播、发展科学事业。但科学教育并不是一开始就指向普通大众，而是为了培养能够为社会带来更多贡献或更高价值的少数科学精英。HPS教育扭转了科学教育的价值取向，以培养有科学素养的公众为主要特征与目标。琉璃工坊出品互动式历史小故事万达西等人发展了互动式历史小故事的一个基本流程，包括：1.选取一个科学家个人趋向给与小故事的作者与读者；2.获取一个关于选取科学家多面向历史观点；3.选择一个科学家生命的中心事件引导出科学本质的观点（或一个特殊的科学）；4.以标准格式方式撰写小故事，并以档案方式存档；5.让学生参与其中，并以个人的观点预测整个故事的发展与结局；6.以引导的方式诉说接续故事，以及讨论非科学者的观点与当今科学的相关处。HPS融入科学课程的教学模式琉璃工坊出