為小學(xué)科學(xué)教育融入科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)教育

周榮庭

科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會(huì)學(xué)為科學(xué)教育提供了非常重要的資源，不僅有助于學(xué)生增進(jìn)科學(xué)知識(shí)，樹立科學(xué)觀念，培養(yǎng)科學(xué)判斷能力，理解科學(xué)本質(zhì)和科學(xué)研究方法，還是溝通科學(xué)與人文文化，提高學(xué)生科學(xué)興趣，提升學(xué)生綜合文化素養(yǎng)的有效手段。小學(xué)科學(xué)教育中應(yīng)當(dāng)融入科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會(huì)學(xué)教育。

科學(xué)和科學(xué)方法有它的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也有局限性。在后現(xiàn)代語(yǔ)境下，尤其是工業(yè)社會(huì)充分發(fā)展以后，人們對(duì)科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)發(fā)生了轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)教育也隨之遭遇危機(jī)。這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的教育認(rèn)為科學(xué)總是能夠幫助人們解決問(wèn)題，創(chuàng)造新的生活環(huán)境理念。所以，從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，一種新的科學(xué)教育范式應(yīng)運(yùn)而生，即科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會(huì)學(xué)相結(jié)合的教育（簡(jiǎn)稱“HPS教育”）。

科學(xué)史研究科學(xué)和科學(xué)知識(shí)的發(fā)展史，包括自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)的歷史。例如，燃素等科學(xué)概念的產(chǎn)生與拋棄，地心說(shuō)等科學(xué)假說(shuō)的證實(shí)與證偽，原子結(jié)構(gòu)模型等科學(xué)理論的演化，都屬于科學(xué)史的研究范疇。把科學(xué)史和科學(xué)課結(jié)合起來(lái)，學(xué)生可以了解到眾多的“科學(xué)故事”，如體會(huì)科學(xué)概念的產(chǎn)生和拋棄、科學(xué)假說(shuō)的對(duì)立與真?zhèn)?、結(jié)構(gòu)模型的設(shè)定與演繹。又如，早在原始社會(huì)人們就開(kāi)始有了關(guān)于自然界的知識(shí)，獲得了制造工具、人工取火、編織衣物、交通工具和飼養(yǎng)家畜等12件技術(shù)發(fā)明。這些科學(xué)歷史是教師需要充分了解的，然后將其有機(jī)地結(jié)合進(jìn)小學(xué)科學(xué)課程中，使學(xué)生產(chǎn)生不同的新認(rèn)識(shí)。

科學(xué)哲學(xué)是對(duì)科學(xué)本性的理性分析，是對(duì)科學(xué)概念、科學(xué)話語(yǔ)的哲學(xué)思辨，例如科學(xué)對(duì)人類發(fā)展的影響利弊。我們看西方的哲學(xué)史，就相當(dāng)于看西方的科學(xué)史和宗教史的變化，從中可以看出人們對(duì)科學(xué)知識(shí)的構(gòu)建，例如個(gè)人教育背景與科學(xué)成就之間的關(guān)系。

科學(xué)社會(huì)學(xué)主要討論科學(xué)處在社會(huì)大系統(tǒng)中，社會(huì)因素在科學(xué)發(fā)展過(guò)程中的地位和作用。從廣義上講，科學(xué)社會(huì)學(xué)關(guān)注社會(huì)因素，諸如政治、經(jīng)濟(jì)、文化、信仰、宗教、個(gè)人情感等在科學(xué)發(fā)展過(guò)程中的地位和作用。這樣科學(xué)社會(huì)學(xué)還關(guān)注在一定背景中建立起來(lái)的科學(xué)，以及科學(xué)與社會(huì)的互動(dòng)，如三角函數(shù)和航海活動(dòng)之間的互動(dòng)。

科學(xué)素養(yǎng)在當(dāng)今的教育中占據(jù)非常重要的地位，提高公民的科學(xué)素養(yǎng)具有重要的意義，小學(xué)課程必須考慮到讓公民改善生活質(zhì)量，增強(qiáng)參與社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的能力，提升參與建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家的能力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)社會(huì)全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)的發(fā)展。學(xué)生不僅要進(jìn)行知識(shí)的學(xué)習(xí)，還要開(kāi)展科學(xué)探究。《小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中提出科學(xué)素養(yǎng)是指“了解必要的科學(xué)技術(shù)知識(shí)及其對(duì)社會(huì)與個(gè)人的影響，知道基本的科學(xué)方法，認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì)，樹立科學(xué)思想，崇尚科學(xué)精神，并具備一定的運(yùn)用它們處理實(shí)際問(wèn)題、參與公共事務(wù)的能力”。

因此，認(rèn)識(shí)科學(xué)歷史、了解科學(xué)哲學(xué)是提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)所需，也是科學(xué)教育的重要環(huán)節(jié)。小學(xué)科學(xué)課標(biāo)在科學(xué)態(tài)度總目標(biāo)中明確要求學(xué)生要有好奇心，保持質(zhì)疑精神和批判精神，還要學(xué)會(huì)與他人合作;在科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)與環(huán)境總目標(biāo)中又提出，學(xué)生要“初步了解所學(xué)的科學(xué)知識(shí)在日常生活中的應(yīng)用。初步了解人類活動(dòng)對(duì)自然環(huán)境、生活條件及社會(huì)變遷的影響;了解社會(huì)需求是推動(dòng)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力;了解科學(xué)技術(shù)已成為社會(huì)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要推動(dòng)力量。初步了解在科學(xué)技術(shù)的研究與應(yīng)用中，需要考慮倫理和道德的價(jià)值取向;熱愛(ài)自然，珍愛(ài)生命，具有保護(hù)環(huán)境的意識(shí)和社會(huì)責(zé)任感”。這里所講的內(nèi)容與科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)與科學(xué)社會(huì)學(xué)教育的內(nèi)容是一致且相合的，是可以對(duì)應(yīng)起來(lái)的。課標(biāo)中的科學(xué)態(tài)度（探究興趣、實(shí)事求是、追求創(chuàng)新、合作分享）對(duì)應(yīng)科學(xué)哲學(xué);科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)與環(huán)境（科學(xué)技術(shù)與日常生活的聯(lián)系、科學(xué)技術(shù)與社會(huì)發(fā)展的聯(lián)系、人類與自然和諧相處）對(duì)應(yīng)科學(xué)社會(huì)學(xué);科學(xué)史中的歷史科學(xué)故事可以作為教育的載體。因此我們應(yīng)該詳細(xì)探討小學(xué)科學(xué)教育與科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會(huì)學(xué)教育的結(jié)合。

在小學(xué)科學(xué)教育中開(kāi)展科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會(huì)學(xué)教育

講科學(xué)故事是將二者結(jié)合的良好策略

如何把科學(xué)內(nèi)容講好，使小學(xué)科學(xué)教育和科學(xué)史，科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)社會(huì)學(xué)教育二者更好地結(jié)合？講故事就是一個(gè)非常好的策略。把科學(xué)內(nèi)容當(dāng)成故事講，讓學(xué)生覺(jué)得這是他們生活當(dāng)中必不可少的一個(gè)資源，在生活中學(xué)習(xí)體會(huì)科學(xué)歷史和科學(xué)哲學(xué)。

科學(xué)故事實(shí)際上應(yīng)該是一個(gè)中性的概念，是人圍繞科學(xué)所展開(kāi)的活動(dòng)。故事的要素有人物、活動(dòng)和背景。故事可以發(fā)生在不同的歷史空間（如歷史上的或者當(dāng)下的），也可以是不同的故事主體（如科學(xué)家的或?qū)W生個(gè)人的）。教師可以直接講述歷史科學(xué)故事，針對(duì)某個(gè)理論妥善選擇科學(xué)史上科學(xué)家的思考、研究動(dòng)機(jī)及出現(xiàn)的謬誤，也可以通過(guò)歷史對(duì)話呈現(xiàn)不同時(shí)代的科學(xué)家對(duì)同一自然現(xiàn)象的不同觀點(diǎn)。當(dāng)然，還可以把一些化學(xué)家作品和精美的儀器展現(xiàn)出來(lái)，結(jié)合這些生動(dòng)的形象把故事策劃好。

一個(gè)典型的科學(xué)史故事案例就是原子結(jié)構(gòu)模型的發(fā)現(xiàn)。作為老師的湯姆孫首先提出原子模型應(yīng)該是棗糕模型，可是他的學(xué)生盧瑟福卻說(shuō)： “老師，我覺(jué)得不是棗糕！”經(jīng)過(guò)一番研究，1911年盧瑟福提出了行星原子模型。但是這個(gè)模型仍有不足之處，后來(lái)歷史重演，盧瑟福的學(xué)生玻爾說(shuō)：“老師，棗糕和行星都不對(duì)！”1913年，玻爾提出了玻爾原子模型。

從這個(gè)科學(xué)歷史故事當(dāng)中，學(xué)生可以了解到科學(xué)知識(shí)是如何一步一步構(gòu)建的，科學(xué)技術(shù)如何與社會(huì)發(fā)展互動(dòng)，引發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的思考，培養(yǎng)學(xué)生基于證據(jù)和推理發(fā)表自己見(jiàn)解的意識(shí)，使學(xué)生養(yǎng)成樂(lè)于傾聽(tīng)不同的意見(jiàn)、不迷信權(quán)威、實(shí)事求是、勇于修正與完善自己觀點(diǎn)的好習(xí)慣。從這個(gè)科學(xué)歷史故事當(dāng)中，學(xué)生還可以體會(huì)到一種科學(xué)哲學(xué)觀點(diǎn)——吾愛(ài)吾師，吾更愛(ài)真理。學(xué)生在了解這些科學(xué)歷史故事后，可以根據(jù)興趣選擇探究，進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的證實(shí)或證偽，如此課標(biāo)中的科學(xué)態(tài)度總目標(biāo)就與科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會(huì)學(xué)教育結(jié)合起來(lái)，一起融入史料和學(xué)生的探究活動(dòng)中。

探究式教學(xué)模式

科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會(huì)學(xué)的教學(xué)模式遵循演示現(xiàn)象引出觀念學(xué)習(xí)歷史設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)科學(xué)觀點(diǎn)和檢驗(yàn)總結(jié)評(píng)價(jià)的過(guò)程，具有有機(jī)融合、問(wèn)題探究、主動(dòng)構(gòu)建、基于情景的特點(diǎn)。它將歷史的、哲學(xué)的和社會(huì)的要素融入教學(xué)過(guò)程當(dāng)中，促使學(xué)生思考在當(dāng)時(shí)的條件下科學(xué)家們?yōu)槭裁磿?huì)得出這樣的認(rèn)知，同時(shí)允許對(duì)實(shí)驗(yàn)有不同的解釋，最后結(jié)合現(xiàn)代的科學(xué)觀點(diǎn)及其社會(huì)影響，使學(xué)生產(chǎn)生整體的認(rèn)識(shí)。

比如電解定律，科學(xué)家們對(duì)它的認(rèn)識(shí)發(fā)生過(guò)很大的變化。達(dá)拉第提出電解定律“只有當(dāng)電流通過(guò)電解質(zhì)溶液時(shí)，電解質(zhì)才發(fā)生分解”，拉烏爾通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)“測(cè)定凝固點(diǎn)的水溶液并未通過(guò)電流，但鹽分子依舊離解了”，阿倫尼烏斯指出“電解質(zhì)分子在溶液中離解成正負(fù)離子，不是因?yàn)橥姟?，今天主流觀點(diǎn)是完善的水化理論。根據(jù)這一科學(xué)歷史，學(xué)生可以以問(wèn)題為導(dǎo)向進(jìn)行探究學(xué)習(xí)。水溶液中是否存在離子？電離過(guò)程是否需要通電？學(xué)生可以選擇不同的觀點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，最后使自己的科學(xué)故事與科學(xué)家的歷史故事得以攜手。教師也可以通過(guò)不同的方式呈現(xiàn)這些科學(xué)歷史故事。

新媒體技術(shù)使學(xué)習(xí)科學(xué)有趣起來(lái)

隨著技術(shù)手段的多樣化和進(jìn)步，一些科學(xué)故事用新媒體手段可以更好地展現(xiàn)出來(lái)。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)新媒體研究院在這方面作了很多嘗試。例如：科普繪本《消失的世界》借助增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)將一些已經(jīng)從地球上消失的生物在屏幕上復(fù)活，展現(xiàn)在孩子們眼前，孩子們可以和書中的古生物一起玩耍、合影; “天工百煉”APP把中國(guó)古籍《天空開(kāi)物））中非常復(fù)雜的技術(shù)，通過(guò)精彩的畫面展現(xiàn)出來(lái)，使古籍在新技術(shù)環(huán)境中重獲新生，同時(shí)學(xué)生通過(guò)移動(dòng)APP的交互技術(shù)更容易理解古人的智慧; “美麗化學(xué)”網(wǎng)站采用3D建模與渲染技術(shù)將古籍上記載的平面圖像精美還原，用一種吸引人的方式將波義耳、普利斯特里、拉瓦錫等12位著名化學(xué)家的15套重要化學(xué)反應(yīng)裝置的美麗和神奇，通過(guò)數(shù)字技術(shù)和媒體傳遞給大眾。

（本文根據(jù)作者在2018中國(guó)青少年科技輔導(dǎo)員協(xié)會(huì)年會(huì)“科技教育的新視野”分論壇上的演講整理 文字整理：秦麗雪）