借鑒歐盟HIPST計(jì)劃實(shí)現(xiàn)物理學(xué)史的教育價(jià)值

王 全

（南通大學(xué)理學(xué)院，江蘇 南通 226019）

HPS學(xué)科的建立與發(fā)展過程是人類探索科學(xué)本質(zhì)的過程，是HPS學(xué)者逐步探索其教育價(jià)值的過程.科學(xué)教育研究者認(rèn)識到HPS學(xué)科的教育價(jià)值，然而在科學(xué)教育實(shí)施過程中由于課程資源、教師素質(zhì)、科學(xué)課堂文化等因素的制約，導(dǎo)致HPS的教育價(jià)值難以實(shí)現(xiàn).歐盟為此實(shí)施History and Philosophy in Science Teaching Project（簡稱 HIPST計(jì)劃），［1］其目的旨在開發(fā)并實(shí)施在科學(xué)教學(xué)中滲透科學(xué)史和科學(xué)哲學(xué)的教學(xué)案例、教學(xué)策略.本文擬對HIPST案例開發(fā)策略和案例教學(xué)策略進(jìn)行探討，以期對我國物理課程與教學(xué)改革提供借鑒.

1 HIPST案例的開發(fā)策略

科學(xué)史是人類孜孜不倦追求物質(zhì)世界本質(zhì)的歷史，是人類觀念世界與物質(zhì)世界不斷發(fā)生碰撞、沖突、重建的歷史.在科學(xué)課程實(shí)施過程中，科學(xué)史被誤用的典型現(xiàn)象是用當(dāng)下的觀點(diǎn)對歷史上發(fā)生的事件進(jìn)行解釋（例如在“力和運(yùn)動(dòng)”主題教學(xué)過程中，總是批判亞里士多德的觀點(diǎn)），而沒有回歸到歷史發(fā)生的“時(shí)空”中探討科學(xué)家認(rèn)識物質(zhì)世界的“本真”.HIPST計(jì)劃旨在讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)發(fā)展歷程中的一些重要的科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，包括科學(xué)史上的一些著名的實(shí)驗(yàn)，科學(xué)家對科學(xué)實(shí)驗(yàn)的解釋，科學(xué)家之間的論爭，從而讓學(xué)生理解科學(xué)知識的形成過程，掌握科學(xué)研究的一般方法，體會(huì)科學(xué)本質(zhì)觀教育.HIPST開發(fā)的案例密切圍繞某一科學(xué)主題，通過描述科學(xué)史上與該主題密切相關(guān)的科學(xué)家的系列研究活動(dòng)，充分展示科學(xué)家之間的思維沖突，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)沖突的原因，探究解決沖突的辦法，從而貫徹科學(xué)本質(zhì)_觀教育.

盡管一線的科學(xué)教師認(rèn)識到科學(xué)史的教育價(jià)值，但是由于缺乏具體、可操作的案例，導(dǎo)致課程資源的匱乏，因此，HIPST計(jì)劃采用共生策略（Symbiotic Strategy）開發(fā)具體的案例.基于共生策略所開發(fā)的案例具有明確的線索，所描述的是與主題密切相關(guān)的科學(xué)概念的產(chǎn)生與發(fā)展的歷史過程，凸顯科學(xué)思想和科學(xué)方法的演變過程，注重滲透符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的科學(xué)本質(zhì)觀教育.

HPS教育的研究人員和一線科學(xué)教師自發(fā)構(gòu)成案例開發(fā)共同體，一線教師欣賞HPS的教育價(jià)值，對HPS內(nèi)容感興趣，具有強(qiáng)烈的愿望將HPS內(nèi)容融入到科學(xué)課程的實(shí)施，研究人員熟悉某一科學(xué)主題的歷史發(fā)生與發(fā)展過程，知曉科學(xué)家圍繞這一主題開展的論爭及其科學(xué)家的科學(xué)實(shí)踐，期望自己的研究成果能夠運(yùn)用于基礎(chǔ)教育科學(xué)課程的實(shí)踐，有意愿實(shí)現(xiàn)HPS的教育價(jià)值，共同體成員之間相互吸引與合作，相互補(bǔ)充與促進(jìn)，相互聯(lián)系與依賴，能夠?yàn)榘咐_發(fā)提供最優(yōu)化的路徑，研究人員與一線教師能夠相互適應(yīng)，共同開發(fā)適合科學(xué)課程實(shí)施的教學(xué)案例，共同踐行在科學(xué)教育中滲透HPS內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)HPS的教育價(jià)值.

基于共生策略，德國的HIPST案例開發(fā)團(tuán)隊(duì)由3位HPS教育研究人員和5位一線教師組成，彼此相互欣賞、合作，緊密圍繞相關(guān)主題開發(fā)案例.［2］團(tuán)隊(duì)成員在分享利用HPS資源進(jìn)行科學(xué)本質(zhì)觀教育的觀念基礎(chǔ)上，通過彼此協(xié)商遴選出需要開發(fā)的主題，一線教師要確認(rèn)這些主題對學(xué)生而言是有趣的，有足夠的時(shí)間實(shí)施，HPS教育研究人員要確認(rèn)這一主題具有豐富的科學(xué)史內(nèi)涵，能夠充分彰顯科學(xué)本質(zhì)觀教育.根據(jù)所確定的主題，一線教師收集業(yè)已存在的課程資源，而研究人員收集案例研究的學(xué)術(shù)成果，共同體成員每月集中研討所收集資源的教育價(jià)值，并從教學(xué)實(shí)踐的角度重構(gòu)案例，在重構(gòu)的過程中一線教師從課程實(shí)踐的角度監(jiān)控理念的適用性和案例的可操作性，而研究人員從科學(xué)史的角度監(jiān)控案例中歷史發(fā)生和發(fā)展的過程是明晰的，避免落入輝格式（whiggish）的歷史敘述.

例如在“電、磁吸引”的案例中，［3］德國的案例開發(fā)團(tuán)隊(duì)首先回顧電力、磁力的發(fā)展史，重點(diǎn)介紹吉爾伯特（W.Gilbert）生活的時(shí)代背景、所做的系列實(shí)驗(yàn)以及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想，提出要讓學(xué)生理解“電吸引”與“磁吸引”之間的區(qū)別和聯(lián)系就必須讓學(xué)生經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究的過程、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、反思實(shí)驗(yàn)結(jié)果.為了提升學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)觀的理解，案例關(guān)注科學(xué)家為什么要研究這一科學(xué)主題、研究的方式、研究過程中為什么要進(jìn)行科學(xué)的記錄、推理在科學(xué)進(jìn)程中的角色；案例注重分類的思想，認(rèn)為分類是人類認(rèn)識世界的重要工具，在新科學(xué)產(chǎn)生之時(shí)，由于缺乏理論指引，只有通過大量的實(shí)驗(yàn)從而進(jìn)行科學(xué)的分類；案例注重實(shí)驗(yàn)日記（lab diary）的價(jià)值，認(rèn)為實(shí)驗(yàn)日記是同行辯護(hù)的工具，是證明自己實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)思想的文件，是確保實(shí)驗(yàn)研究的真實(shí)性、過程性、思想性，也為后繼研究奠定基礎(chǔ).為了加強(qiáng)對教學(xué)實(shí)踐的指導(dǎo)性，案例不僅詳細(xì)描述了教學(xué)內(nèi)容目標(biāo)、科學(xué)探究目標(biāo)和科學(xué)本質(zhì)觀目標(biāo)，還對學(xué)生可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤概念和學(xué)習(xí)障礙進(jìn)行詳盡描述，教學(xué)過程的指導(dǎo)采取實(shí)驗(yàn)日記的形式，指引學(xué)生通過閱讀重構(gòu)的吉爾伯特實(shí)驗(yàn)日記思考如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)對電、磁吸引的對象、作用力的大小、作用力時(shí)間的長短、實(shí)驗(yàn)環(huán)境等方面進(jìn)行分類，從而正確理解“電、磁吸引”.

2 HIPST案例的教學(xué)策略

在教學(xué)過程中通過講解、閱讀科學(xué)史的教學(xué)方式雖然能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，但舍棄了科學(xué)史的科學(xué)本質(zhì)觀教育價(jià)值，也難以幫助學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng).利用科學(xué)史進(jìn)行科學(xué)課程的教學(xué)，不僅要把科學(xué)知識看成是深受社會(huì)經(jīng)濟(jì)、文化影響的過程，還要把科學(xué)知識看成是科學(xué)家孜孜不倦獲取真理的動(dòng)態(tài)形成過程，相信科學(xué)知識的歷史發(fā)生和發(fā)展的過程能夠指引學(xué)生理解當(dāng)前的科學(xué)知識，教師不僅要把科學(xué)本質(zhì)觀的思想融入教學(xué)實(shí)踐，也要讓學(xué)生體驗(yàn)到科學(xué)演進(jìn)的實(shí)踐性、批判性、反思性，從關(guān)注科學(xué)內(nèi)容本身轉(zhuǎn)向關(guān)注科學(xué)內(nèi)容的形成與發(fā)展過程，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知與元認(rèn)知能力、創(chuàng)造力、反思性思維能力的發(fā)展.HIPST案例的教學(xué)是將科學(xué)本質(zhì)觀與科學(xué)探究完美結(jié)合，注重實(shí)驗(yàn)在科學(xué)課程教學(xué)的價(jià)值，教師呈現(xiàn)教學(xué)主題和適合學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的系列活動(dòng)，這些活動(dòng)滲透科學(xué)史內(nèi)容，是科學(xué)家曾經(jīng)經(jīng)歷的科學(xué)研究活動(dòng)的再現(xiàn)，學(xué)生根據(jù)這些再現(xiàn)并結(jié)合自身的能力設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、收集證據(jù)，對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋、得出結(jié)論并反思實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法，教師全程支持、幫助、促進(jìn)學(xué)生的探究活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行解釋，所采用的教學(xué)策略主要有基于科學(xué)史的探究、創(chuàng)意寫作、角色扮演等.［4］

2.1 基于科學(xué)史的探究策略

科學(xué)教育提倡基于學(xué)生為中心的科學(xué)探究活動(dòng)，那么如何設(shè)計(jì)科學(xué)探究活動(dòng)是擺在教師面前的實(shí)際問題，HIPST計(jì)劃認(rèn)為科學(xué)家曾經(jīng)經(jīng)歷的科學(xué)研究活動(dòng)能夠?yàn)楫?dāng)下的探究式教學(xué)設(shè)計(jì)提供幫助，讓學(xué)生身臨歷史情境，像科學(xué)家一樣經(jīng)歷探究過程，為了幫助學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究，教師需要對歷史過程進(jìn)行解構(gòu)，搭建好一系列的腳手架，在學(xué)生探究困難之處提示科學(xué)家是如何逾越這一困難的，引導(dǎo)學(xué)生反思科學(xué)探究本身.

在課題引入時(shí)，通過介紹與課題密切相關(guān)的歷史背景或者是科學(xué)家之間的爭論來激發(fā)學(xué)生的興趣、喚醒學(xué)生原有認(rèn)知、引發(fā)學(xué)生思考，從而提出有價(jià)值的問題；在實(shí)驗(yàn)探究設(shè)計(jì)過程中，以實(shí)驗(yàn)日記的形式簡要介紹科學(xué)家曾經(jīng)經(jīng)歷的實(shí)驗(yàn)研究活動(dòng)，部分活動(dòng)基于學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)采取留白的形式讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)，在學(xué)生易于出現(xiàn)困難的地方采用幫助卡的形式呈現(xiàn)科學(xué)家是如何解決這一困難，學(xué)生所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)探究程序需要與科學(xué)家的研究程序進(jìn)行比較，從中進(jìn)行修正與反思，以獲得與科學(xué)家相類似的、合理的探究程序；在實(shí)驗(yàn)探究過程中，學(xué)生就像科學(xué)家一樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、獲取數(shù)據(jù)、分析論證、自我解釋；在反思階段，思考實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的具體方法、解決問題的相關(guān)策略、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及其過程的不足以及可以改進(jìn)的方案，同時(shí)從科學(xué)本質(zhì)觀層面對探究活動(dòng)進(jìn)行反思.

2.2 創(chuàng)意寫作策略

寫作是一種交流思想的工具，科學(xué)家寫作的目的在于發(fā)現(xiàn)問題、解決問題（呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果）、做出推論，便于反思、評估、交流，屬于創(chuàng)造性勞動(dòng).斯托達(dá)特（Stoddart）認(rèn)為，科學(xué)學(xué)習(xí)和語言表達(dá)學(xué)習(xí)之間呈現(xiàn)彼此互惠、協(xié)同作用的關(guān)系.［5］學(xué)生在科學(xué)學(xué)習(xí)過程中進(jìn)行創(chuàng)意寫作不僅能起到與科學(xué)家寫作相類似的功能，同時(shí)有利于學(xué)生進(jìn)行自我解剖、反思，有利于學(xué)生形成科學(xué)概念、掌握科學(xué)規(guī)律，有利于學(xué)生理解科學(xué)本質(zhì)觀.［6］

HIPST的創(chuàng)意寫作策略要求學(xué)生在經(jīng)歷科學(xué)主題學(xué)習(xí)后撰寫嵌入科學(xué)史的實(shí)驗(yàn)日記、實(shí)驗(yàn)評論、向科學(xué)家撰寫書信等形式進(jìn)行交流、反思，學(xué)生在創(chuàng)意寫作中與科學(xué)家對話、與當(dāng)下的科學(xué)實(shí)踐對話、與自己的內(nèi)心對話，從而建立起個(gè)體對科學(xué)主題的理解，為自己的科學(xué)發(fā)現(xiàn)歷程留下痕跡，加深對科學(xué)本質(zhì)觀的理解.實(shí)驗(yàn)日記不僅能忠實(shí)記錄發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程，還能將科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)與當(dāng)下學(xué)習(xí)者的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對比分析，從而深入理解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思想、方法；實(shí)驗(yàn)評論能夠加深對科學(xué)家實(shí)驗(yàn)與學(xué)習(xí)者實(shí)驗(yàn)的理解，能夠區(qū)分兩種實(shí)驗(yàn)之間異同點(diǎn)，能夠促進(jìn)實(shí)驗(yàn)證據(jù)支持個(gè)體觀點(diǎn)的深刻理解；向科學(xué)家撰寫書信不僅能夠用科學(xué)語言來闡述自己的主張，同時(shí)展示科學(xué)運(yùn)作的一般方式、方法，促進(jìn)學(xué)生反思性思維能力的發(fā)展.

2.3 角色扮演策略

角色扮演是一種以學(xué)生為中心的教學(xué)策略，在科學(xué)教學(xué)過程中要求學(xué)生模擬科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)研究、交流、辯論的過程或模擬研究對象的物理過程.角色扮演能夠幫助學(xué)生深刻理解科學(xué)概念、交流思想方法、開展邏輯推理、促進(jìn)合作學(xué)習(xí)，同時(shí)促進(jìn)學(xué)生表達(dá)、交流、反思能力的提升.麥克沙利（G.Mc-Sharry）和瓊斯（S.Jones）認(rèn)為，科學(xué)教育中的角色扮演有類比、隱喻和模擬3種類型.［7］例如學(xué)生通過做類似廣播操的方式理解光的反射、折射規(guī)律（類比），學(xué)生通過光是粒子還是波的辯論理解光的波粒二象性（隱喻），學(xué)生通過模擬貝多芬創(chuàng)作《第九交響曲》的過程理解聲音能夠在固體中傳播（模擬）.

HIPST認(rèn)為角色扮演能夠幫助學(xué)生更好地理解科學(xué)本質(zhì)，學(xué)生在角色扮演中能夠進(jìn)一步厘清科學(xué)家之間爭論的焦點(diǎn)、原因和解決策略，對科學(xué)家的歷史境遇感同身受.例如通過學(xué)生表演托勒密的地心說和哥白尼的日心說模型（類比），理解模型之間的差異，感受科學(xué)的簡潔美，體會(huì)科學(xué)與宗教的關(guān)系；通過學(xué)生扮演亞里士多德、伽利略、牛頓等歷史人物來呈現(xiàn)各自對“力和運(yùn)動(dòng)”之間關(guān)系的具體主張、邏輯推理過程（隱喻），彼此之間進(jìn)行辯論，感受科學(xué)家內(nèi)稟觀念，體會(huì)實(shí)驗(yàn)、數(shù)學(xué)和人的思維三者密切結(jié)合的科學(xué)研究方法；學(xué)生通過經(jīng)歷與法拉第研究電磁感應(yīng)定律的類似過程（模擬），感受科學(xué)家探索的艱辛歷程，體會(huì)證偽主義科學(xué)哲學(xué)思想.

3 HIPST計(jì)劃的啟示

HIPST計(jì)劃從注重科學(xué)知識本身的習(xí)得轉(zhuǎn)向歷史地、多維地審視科學(xué)的進(jìn)程，按照科學(xué)發(fā)生和發(fā)展的本來面貌邏輯地展開科學(xué)課程的教學(xué)，旨在提高學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的理解.HIPST將系統(tǒng)化、專門化的科學(xué)知識體系“還原”成科學(xué)家探索物質(zhì)世界的系列活動(dòng)，讓學(xué)生追尋科學(xué)家的足跡建構(gòu)自己對科學(xué)的理解，在科學(xué)實(shí)踐過程中“化合”成對科學(xué)本質(zhì)的正確理解.HIPST計(jì)劃對當(dāng)前基礎(chǔ)教育物理課程改革具有以下啟示.

3.1 研究物理實(shí)驗(yàn)“原型”，理解物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)

物理學(xué)史上科學(xué)家曾經(jīng)做過的相關(guān)實(shí)驗(yàn)是物理課程教學(xué)實(shí)驗(yàn)的“原型”之一，物理課程的實(shí)施離不開對物理實(shí)驗(yàn)“原型”的把握，物理實(shí)驗(yàn)“原型”是物理學(xué)研究共同體長期進(jìn)行物理研究活動(dòng)過程中文化積淀的產(chǎn)物，既包含豐富的具體物理知識，也具備純粹的產(chǎn)生物理知識的方法，還具備豐富的科學(xué)精神.對物理實(shí)驗(yàn)“原型”的本質(zhì)把握有利于理解、重構(gòu)、實(shí)施當(dāng)前物理課程的教學(xué)，有利于學(xué)生物理知識的建構(gòu)、物理方法的形成及其物理文化的塑造，對物理課程的教學(xué)產(chǎn)生原創(chuàng)性、規(guī)范性和穩(wěn)定性影響.物理教育共同體要對物理實(shí)驗(yàn)“原型”進(jìn)行梳理、概括，厘清“原型”的本質(zhì)、特征，探討“原型”的歷史背景、設(shè)計(jì)思路、教育價(jià)值，研究物理實(shí)驗(yàn)“原型”對當(dāng)下物理課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)的啟示作用，從而理解物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)的本質(zhì).

3.2 挖掘物理學(xué)史的教育價(jià)值，提升科學(xué)探究設(shè)計(jì)水平

科學(xué)探究是當(dāng)前物理課程改革的核心議題，然而在實(shí)踐層面存在兩方面的問題：首先是物理教師自身鮮有科學(xué)研究的體驗(yàn)，難以真正設(shè)計(jì)出符合科學(xué)實(shí)踐本來面貌的科學(xué)探究教學(xué)流程；其次物理教育的重要目標(biāo)之一是幫助學(xué)生理解科學(xué)本質(zhì)，物理教師自身對科學(xué)本質(zhì)理解的缺乏導(dǎo)致所設(shè)計(jì)的教學(xué)活動(dòng)本身經(jīng)常違背科學(xué)本質(zhì)，因此有必要對物理教師進(jìn)行科學(xué)探究方面的培訓(xùn)，可以通過研究物理學(xué)史來理解科學(xué)探究，可以通過引領(lǐng)教師研究中學(xué)經(jīng)典物理實(shí)驗(yàn)以提高探究性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力.［8］一線教師在研讀物理學(xué)史的過程中能夠充分理解科學(xué)本質(zhì)，能夠彌補(bǔ)自身科學(xué)研究體驗(yàn)的缺乏，能夠提升科學(xué)探究設(shè)計(jì)水平.

3.3 構(gòu)建物理課程改革聯(lián)合體，共同提高課程改革質(zhì)量

基于標(biāo)準(zhǔn)的物理課程改革是自上而下的改革，課程改革專家制定出物理課程標(biāo)準(zhǔn)，教材專家根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)編寫教材，一線教師通過個(gè)體解讀教材實(shí)施教學(xué)，雖然在課程培訓(xùn)過程中課程改革專家、教材專家、一線教師能夠匯聚在一起共同商討課程改革，但一線教師往往處于被動(dòng)接受的地位，而課程改革專家、教材專家難以經(jīng)常性深入教學(xué)一線，所以形成了各自為政、相互割裂的局面.當(dāng)前的物理課程改革已經(jīng)邁向了深水區(qū)，一線教師亟需課程、教材專家的跟蹤性指導(dǎo)，而課程、教材專家需要實(shí)踐檢驗(yàn)、反思課改的理念，所以三者之間可以形成“共生”聯(lián)合體，針對一線教學(xué)客觀存在的問題從理論與實(shí)踐兩方面進(jìn)行反思、改進(jìn)，共同開發(fā)課程資源、教學(xué)策略，并進(jìn)行實(shí)施、評價(jià)、改進(jìn)，共同提高物理課程改革的質(zhì)量.

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