科学元勘与科学教学改革的两种模式

      一、引言

      北京大学科学哲学学者刘华杰博士把科学学诸学科统称为“科学元勘”(science studies)，主要包括科学哲学、科学史和科学社会学等学科。（注：刘华杰：《科学元勘中SSK学派的历史与方法论述评》，《哲学研究》2000年第1期.）无独有偶，近年来西方科学教育界也杜撰了一个缩写词HPS（即history,philosophy and sociology of science，科学史、科学哲学和科学社会学），二者所指恰好暗合。把科学史、科学哲学和科学社会学的有关内容纳入中小学科学课程中以期提高学生对科学本质的理解，培养他们的科学精神和创新能力，是当前国际科学教育研究与改革中一个前沿性课题。

      20世纪80年代以来，国际科学教育研究对HPS的关注也反映在当代各个发达国家科学课程与教学改革中。美国在《2061计划》(1989)、《科学素养的基准》(1993)和《国家科学教育标准》(1996)中，加拿大一些省的科学课程中(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)，以及西班牙的新科学课程中，都对HPS的课程与教学有着的明确要求。（注：Matthews,M.R.(1998).The nature of science and science teaching.In B.J.Fraser and K.G.Tobin(eds.),International Handbook ofScience Education,p.981.）科学史和科学哲学的课程已成为培养理科教师课程的一部分。在美国有些学区，学完这门课才能取得教师证书。西班牙和丹麦最近也为理科师范生开设了这门必修课。

      笔者在《HPS教育与科学课程改革》（《比较教育研究》2000年第6期）一文中对各国何以在科学教育改革中都强调HPS教育作了论述，本文则探讨怎样把科学史、科学哲学和科学社会学纳入课程与教学中。下面具体评述科学元勘与科学教学改革的两种新模式。

      二、孟克与奥斯本的融合模式

      1997年，英国伦敦大学国王学院的科学教育学者孟克(M.Monk)和奥斯本(J.Osborne)联袂在《科学教育》杂志上发表了《把科学史和科学哲学融入课程中：一个教育学的发展模式》一文。（注：Monk,M.&Osborne,J.(1997).Placing the history and philosophy of scienceon the curriculum:A model for the development of pedagogy.Science Education 81.p.408.）在总结历史经验与教训的基础上，结合当前关于科学课程改革的新观点（如建构主义学习观），他们提出了把HPS融入科学课程与教学中的新模式。其理论基础特别注重两点：一是学生的已有知识和经验（通常叫做儿童的“选择性框架”或“儿童的科学”），二是“我们如何认知”这一重要的认识论问题。同时，这个课程与教学模式还充分考虑到教师在课堂教学中关注的两个重要任务，即促进学生对科学概念的理解与课堂管理。

      这一模式（见图1）假设，学习的课题是科学史上某一个科学家曾经研究过的自然现象，如落体的变化、植物从哪里获得食物或燃烧现象，等等。教学共有6个阶段。

      图1　科学教学过程模式（注：Ibid.）

      

      在第一个阶段，教学以一个演示开始，教师让学生的注意力集中于某一现象上，由此产生一个需要解决的问题。例如：你们能否预测这两个一大一小的石头往下放时哪个先落到地面？一根铁条在空气里燃烧过后是变重了呢还是变轻了？你能说说在没有土壤而只在自来水里生长的植物，其重量会发生怎样的变化吗？

      一开始向学生揭示的自然现象必须是以往科学家们在历史上进行理论研究的一个象。因此，并非所有的题目都适宜于这种教学。但在教学中有了这种解决问题的探究性学习，正如马赫所言，它们将使学生切身感受到什么是科学发现，并在他们头脑里扎根。

      在第二阶段里引出学生的观念。应当用各种有效的方法把学生关于这一自然现象的观念搜集起来，如采用回答、概念图(concept map)、词语联想、绘画、讨论等等方式。采用这些教学策略时还可以加上小组学习的方式，因为小组学习可让更多的学生有机会积极参与。在这个阶段，教师对学生提出的所有观念都应当采取不加判断的态度，鼓励他们自由地提出各种不同的观点。同时，教师也要鼓励学生提出证据支持自己的观点。为此，可以采取一种叫做“课堂脑风暴”的方法（即由发散性思维产生各种各样观点的方法），使学生各抒己见，畅所欲言。

      鼓励学生提出各种观念及其解释能够充分发挥语言的作用，由此调动和激发学生积极地和创造性地思考。这就使学生感到，科学家的作用不仅在于发现所谓“科学事实”，而且要通过他们创造性的想象建构它们。因此，这个模式提供了一种机制，超越了把科学教育等同于传授最终的知识产品的传统教学方式。

      在第三阶段学习历史时，教师需要进行以下工作：(1)介绍早期科学家关于这一现象思考的例子，作为供学生考虑的又一个观点；(2)提供当时经济—社会—政治状况的背景信息；(3)举例说明当时其他科学家不同的观点；(4)引导学生讨论或探索这些信息或其他支持这种历史观点的背景情况；(5)按日期和事件简要地总结历史上的研究。教师可以口头讲述，也可以通过课本或多媒体材料让学生在小组里积极学习。学习历史当然要与前面选择的要进行学习和研究的自然现象有关，是教师经过仔细考虑的、适合于教学需要的科学故事。例如，盖伦关于血液的性质和目的观念、范·赫尔蒙特关于植物营养的困惑、亚里士多德关于自由落体的思想，等等。为什么古代科学家有那种想法？每个科学故事都可以提供给学生思考的机会。这种科学故事创造了一个探究科学思想的情境，学生认识到古人并不是因为愚蠢才产生错误的观念，而是受当时得到资料和收集资料的技术手段的限制，或者受不同观念影响的结果。