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(lái)，國(guó)際科學(xué)教育界已形成共識(shí)，即大力提倡把科學(xué)史納入到科學(xué)課程中，這實(shí)際上是國(guó)際科學(xué)教育界已經(jīng)認(rèn)識(shí)到歷史的科學(xué)在科學(xué)教育過(guò)程中對(duì)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(rèn)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(shí)包上“糖衣”的作法。目前，我國(guó)科學(xué)教育界也認(rèn)識(shí)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(jí)）課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)稿）中已把科學(xué)史納入內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)，在教學(xué)實(shí)踐中科學(xué)史教育也得到了不同程度地加強(qiáng)。但是，離理想目標(biāo)還有不小差距，究其原因，一方面，應(yīng)試教育的頑疾沒(méi)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(diǎn)，就是對(duì)科學(xué)史教育功能認(rèn)識(shí)不到位，沒(méi)有從提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的高度來(lái)系統(tǒng)認(rèn)識(shí)。琉璃工坊出品科學(xué)史融入科學(xué)教學(xué)的教學(xué)論價(jià)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(jìn)行改進(jìn)，但一些基本概念已經(jīng)經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，在未來(lái)不可能有大變化;②科學(xué)家通過(guò)觀察、實(shí)驗(yàn)、理論模型和數(shù)學(xué)模型來(lái)構(gòu)建和檢驗(yàn)對(duì)自然界的解釋，當(dāng)遇到與已有的解釋不一致的新的實(shí)驗(yàn)證據(jù)時(shí)，就要改變關(guān)于自然界的概念;琉璃工坊出品③在研究過(guò)程中，如果缺乏大量實(shí)驗(yàn)性和觀察性證據(jù)，科學(xué)家們對(duì)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(huì)公布不同的實(shí)驗(yàn)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(huì)認(rèn)識(shí)到分歧并努力消除分歧;④對(duì)已公布的科學(xué)研究成果加以評(píng)價(jià)，包括審查過(guò)程、檢驗(yàn)證據(jù)、找出錯(cuò)誤推理，對(duì)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(rèn)識(shí)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(huì)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(píng)價(jià)、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(jiān)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(duì)于現(xiàn)有的認(rèn)識(shí)都要問(wèn)一個(gè)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(méi)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(kāi)辟道路。科學(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?yàn)榭茖W(xué)進(jìn)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(cuò)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(diǎn)HPS教育是對(duì)“科學(xué)史(HistoryofScience)、科學(xué)哲學(xué)(PhilosophyofScience)和科學(xué)社會(huì)學(xué)(SociologyofScience)”教育的簡(jiǎn)稱。HPS教育旨在于擴(kuò)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(huì)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(guó)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(guó)哲學(xué)家、社會(huì)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(guó)著名物理學(xué)家、教育家郎之萬(wàn)在一次演講中，專門(mén)論述了科學(xué)史的教育價(jià)值的問(wèn)題，著重分析了歷史觀點(diǎn)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(diǎn)在將來(lái)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(xiàng)目到中學(xué)課程項(xiàng)目的個(gè)別關(guān)注二戰(zhàn)后，哈佛大學(xué)校長(zhǎng)科南特（J.B.Contant）在大學(xué)生的通識(shí)教育中用案例教學(xué)法（編入8個(gè)科學(xué)史事例）實(shí)施科學(xué)史教育。20世紀(jì)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(jì)劃”（HarvardPhysicsProject），開(kāi)發(fā)了《改革物理學(xué)教程》（TheProjectPhysicsCourse，簡(jiǎn)稱PPC）。琉璃工坊出品美國(guó)HPS教育實(shí)踐一覽表琉璃工坊出品（二）共同體平臺(tái)的形成與課程文件的關(guān)注1989年，美國(guó)科學(xué)促進(jìn)協(xié)會(huì)（AAAS，1989）發(fā)表題為《普及科學(xué)——美國(guó)2061計(jì)劃》的總報(bào)告（共12章）。繼《2061計(jì)劃》之后，1994年美國(guó)“國(guó)家研究委員會(huì)”通過(guò)了《國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》。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(guò)程中。在大陸，科學(xué)教育研究起步相對(duì)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(jí)）課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)稿）》中同樣提出了明確的觀點(diǎn)，在內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)的“科學(xué)技術(shù)與社會(huì)”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(guó)際理科教育研究熱點(diǎn)的系統(tǒng)化與精細(xì)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(guó)的《2061計(jì)劃》（1989），《科學(xué)素養(yǎng)的基準(zhǔn)》（1993）和《國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》（1996），加拿大一些省新編的科學(xué)課程（1991），英國(guó)國(guó)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(duì)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(jìn)學(xué)生對(duì)于科學(xué)的概念與方法，得到更好的理解；2.透過(guò)科學(xué)史對(duì)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(jìn)程；3.科學(xué)史在本質(zhì)上是具有價(jià)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(jìn)化論，盤(pán)尼西林的發(fā)現(xiàn)等，所有的學(xué)生都應(yīng)該熟悉；4.認(rèn)識(shí)科學(xué)史可以用來(lái)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(dú)斷主義；6.透過(guò)檢視科學(xué)家們的活動(dòng)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(jià)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(jià)值；3.科學(xué)史使學(xué)生了解科學(xué)對(duì)人類生活的貢獻(xiàn)；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(duì)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(diǎn)來(lái)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(jià)值琉璃工坊出品HPS教育的特點(diǎn)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(shí)積累的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程包括科學(xué)概念的產(chǎn)生、科學(xué)假說(shuō)的證實(shí)與證偽、科學(xué)理論的演化、科學(xué)事實(shí)的獲取以及科學(xué)發(fā)現(xiàn)的人文因素等等。HPS教育強(qiáng)調(diào)科學(xué)基本史料的重要性，側(cè)重于用歷史的觀點(diǎn)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(lái)理解科學(xué)。琉璃工坊出品在科學(xué)發(fā)展的自然進(jìn)程里，科學(xué)的基本史料有助于填補(bǔ)科學(xué)知識(shí)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(duì)科學(xué)“正面形象”的宣傳，對(duì)科學(xué)史上的錯(cuò)誤理論或者被證偽的假說(shuō)沒(méi)有給予正確的評(píng)價(jià)。同時(shí)，過(guò)分強(qiáng)調(diào)科學(xué)家們的非邏輯思維在科學(xué)發(fā)現(xiàn)過(guò)程中的作用。凱庫(kù)勒由于夢(mèng)的啟發(fā)而提出苯的環(huán)形結(jié)構(gòu)阿基米德在洗澡時(shí)產(chǎn)生了靈感而提出浮力定律琉璃工坊出品公眾通過(guò)學(xué)習(xí)科學(xué)的基本史料，可以梳理科學(xué)知識(shí)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(guò)對(duì)產(chǎn)生科學(xué)知識(shí)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(jìn)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(shí)驗(yàn)方法、演繹方法、假說(shuō)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(yùn)涵在具體的科學(xué)事實(shí)之中。公眾對(duì)科學(xué)基本史料的把握程度，決定了公眾對(duì)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(duì)科學(xué)作哲學(xué)思考HPS教育十分強(qiáng)調(diào)從哲學(xué)層而來(lái)分析科學(xué)及科學(xué)研究事業(yè)的重要性，強(qiáng)調(diào)科學(xué)的形而上學(xué)基礎(chǔ)。科學(xué)不僅僅是貝爾納所言的一種知識(shí)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?？茖W(xué)及其社會(huì)應(yīng)用一直都不是價(jià)值無(wú)涉的，對(duì)科學(xué)尤其是科學(xué)的技術(shù)化應(yīng)用作價(jià)值判斷，是自科學(xué)誕生以來(lái)的爭(zhēng)論熱點(diǎn)。于是，在20世紀(jì)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)。科學(xué)哲學(xué)強(qiáng)調(diào)對(duì)科學(xué)本性的理性分析或是對(duì)科學(xué)概念、科學(xué)話語(yǔ)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(jī)制，可以增強(qiáng)公眾在思考科學(xué)時(shí)的多元性或批判性分析，這是HPS教育的主要目標(biāo)之一。懷疑精神與批判精神對(duì)科學(xué)事業(yè)至關(guān)重要，也可以說(shuō)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(qiáng)調(diào)的科學(xué)的哲學(xué)思維。所以說(shuō)，公眾的哲學(xué)素養(yǎng)是科學(xué)素養(yǎng)的一個(gè)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(huì)建構(gòu)論為理論背景，將科學(xué)放在社會(huì)大系統(tǒng)中，強(qiáng)調(diào)社會(huì)因素諸如政治、經(jīng)濟(jì)、文化、信仰甚至是宗教以及個(gè)人的情感因素等等在科學(xué)發(fā)展過(guò)程中的地位與作用。傳統(tǒng)科學(xué)觀認(rèn)為科學(xué)知識(shí)是客觀的，來(lái)自于人類的理性與經(jīng)驗(yàn)，是對(duì)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(yáng)相對(duì)主義的科學(xué)知識(shí)觀，否定科學(xué)知識(shí)的純粹客觀性，認(rèn)為知識(shí)是相對(duì)的，是人們制造或建構(gòu)的結(jié)果。HPS教育堅(jiān)持這種“科學(xué)知識(shí)的社會(huì)建構(gòu)”觀點(diǎn)，認(rèn)為既有的科學(xué)知識(shí)不過(guò)是人們對(duì)客觀世界的一種相對(duì)的、暫時(shí)的解釋，而科學(xué)知識(shí)具有相對(duì)性與暫時(shí)性特征的原因在于科學(xué)概念、科學(xué)假說(shuō)科學(xué)理論的產(chǎn)生要受到社會(huì)因素的影響。琉璃工坊出品4.從重視科學(xué)實(shí)證知識(shí)的傳播過(guò)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(shí)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(jià)值觀、科學(xué)倫理觀等等，這些都蘊(yùn)涵在HPS教育強(qiáng)調(diào)的對(duì)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(qiáng)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(jià)值追求。HPS教育企圖從歷史、哲學(xué)、社會(huì)學(xué)、文化、價(jià)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(duì)科學(xué)的理解從過(guò)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(wú)等級(jí)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(jiǎn)稱為“科技”的地步。琉璃工坊出品

5.從培養(yǎng)科學(xué)精英過(guò)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(jìn)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(kāi)始就指向普通大眾，而是為了培養(yǎng)能夠?yàn)樯鐣?huì)帶來(lái)更多貢獻(xiàn)或更高價(jià)值的少數(shù)科學(xué)精英。HPS教育扭轉(zhuǎn)了科學(xué)教育的價(jià)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(biāo)。琉璃工坊出品互動(dòng)式歷史小故事萬(wàn)達(dá)西等人發(fā)展了互動(dòng)式歷史小故事的一個(gè)基本流程，包括：1.選取一個(gè)科學(xué)家個(gè)人趨向給與小故事的作者與讀者；2.獲取一個(gè)關(guān)于選取科學(xué)家多面向歷史觀點(diǎn)；3.選擇一個(gè)科學(xué)家生命的中心事件引導(dǎo)出科學(xué)本質(zhì)的觀點(diǎn)（或一個(gè)特殊的科學(xué)）；4.以標(biāo)準(zhǔn)格式方式撰寫(xiě)小故事，并以檔案方式存檔；5.讓學(xué)生參與其中，并以個(gè)人的觀點(diǎn)預(yù)測(cè)整個(gè)故事的發(fā)展與結(jié)局；6.以引導(dǎo)的方式訴說(shuō)接續(xù)故事，以及討論非科學(xué)者的觀點(diǎn)與當(dāng)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