學(xué)科文化理論視域下的HPS教育

易娜伊 郭桂周

摘 ? 要 自20世紀(jì)80年代以來，HPS教育（科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會(huì)學(xué)教育）成為理科教育的重要研究領(lǐng)域與教學(xué)方式。本世紀(jì)初，耶路撒冷大學(xué)的伊戈?duì)枴べだ淌谔岢隽藢W(xué)科文化理論，該理論一方面從文化的視角重新闡釋科學(xué)，提出了新的科學(xué)結(jié)構(gòu)及其發(fā)展觀，另一方面為HPS教育的展開提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，為HPS課程的開發(fā)指明了方向。

關(guān)鍵詞?學(xué)科文化理論 ?HPS教育 ?科學(xué)革命 ?理論基礎(chǔ)

一、學(xué)科文化理論提出的背景

自20世紀(jì)中葉C.P.斯諾發(fā)表《兩種文化》以來，科學(xué)與人文之間的隔離與沖突成為全球范圍內(nèi)亟待解決的重要課題。為了從理論上彌合科學(xué)與人文，諸多學(xué)者從科學(xué)的人文性的角度對(duì)這個(gè)問題展開了探索，提出了“科學(xué)文化”這一概念，科學(xué)文化主要包含兩種取向：一種取向主張從整個(gè)人類文化的背景中考察科學(xué)文化，認(rèn)為科學(xué)本身就是一種文化，或者說科學(xué)在其發(fā)展的過程中逐漸成為人類的一種文化[1];另一種取向認(rèn)為，科學(xué)文化是支撐科學(xué)研究與發(fā)展的文化基礎(chǔ)，即科學(xué)自身內(nèi)在的、固有的文化屬性，也就是科學(xué)的文化（culture of science）[2]。而伊戈?duì)枴べだ↖gal Galili）則從科學(xué)學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)的角度對(duì)科學(xué)的文化屬性進(jìn)行了闡釋與建構(gòu)。

每一門基礎(chǔ)科學(xué)（例如物理、化學(xué)和生命科學(xué)等）不僅試圖描繪整個(gè)世界，在某種程度上他們也創(chuàng)造了屬于自身的虛擬世界?？茖W(xué)的虛擬世界，即科學(xué)的精神氣質(zhì)、科學(xué)價(jià)值、科學(xué)本質(zhì)以及自身規(guī)則等。面對(duì)客觀的自然世界，科學(xué)家們通過接納某一理論而拒斥其他理論，從而使某些理論、觀點(diǎn)屬于某一個(gè)學(xué)科（disciplinary），其他理論、觀點(diǎn)被拒斥于這門學(xué)科之外或者處于這一學(xué)科的邊緣地帶。但是如何區(qū)分學(xué)科知識(shí)與非該學(xué)科知識(shí)呢？伽利利認(rèn)為，學(xué)科的話語結(jié)構(gòu)（structure of discourse）也就是該學(xué)科的話語的層級(jí)及其內(nèi)在有機(jī)聯(lián)系的方式構(gòu)成了某一學(xué)科區(qū)別于其他學(xué)科的標(biāo)志[3]。

伽利利認(rèn)為，科學(xué)知識(shí)具有如下特征：呈現(xiàn)了一種話語結(jié)構(gòu);解釋自然，而不是僅僅描述自然;通過特定規(guī)則選擇初來的爭(zhēng)取的理論;由幾個(gè)基礎(chǔ)理論組成;有其自身的倫理、規(guī)范、價(jià)值和精神。因此他認(rèn)為每一類科學(xué)知識(shí)都呈現(xiàn)了一種文化，也就是學(xué)科文化（Discipline Culture）[4]。由此，伽利利提出了他的學(xué)科文化理論。

二、學(xué)科文化理論的主要內(nèi)容

1.學(xué)科文化的內(nèi)在結(jié)構(gòu)

伽利利認(rèn)為，每一個(gè)科學(xué)學(xué)科都有一個(gè)類似于生物學(xué)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)（見圖1），它由三部分構(gòu)成：

（1）內(nèi)核（nucleus）。內(nèi)核定義了學(xué)科文化的本質(zhì)（identity），并且包含了自我再生產(chǎn)的規(guī)則。內(nèi)核包括特定理論的范式、理論的核心概念與基本原理、本體論（比如理想的模型）與認(rèn)識(shí)論（比如知識(shí)生產(chǎn)和確證的規(guī)則）[5]。

（2）主體（body）。與內(nèi)核相一致的理論、主張構(gòu)成了學(xué)科知識(shí)的主體，因此主體包括所有常規(guī)科學(xué)知識(shí)，這些知識(shí)都是建立在內(nèi)核的基礎(chǔ)上，是對(duì)內(nèi)核的應(yīng)用：已解決問題、成功解釋的現(xiàn)象、面對(duì)不同情境的算法、實(shí)驗(yàn)的結(jié)果以及建立在這些理論基礎(chǔ)上的實(shí)驗(yàn)儀器等[6]。主干與內(nèi)核共同構(gòu)成了一般意義上的學(xué)科知識(shí)。

（3）外緣（periphery）。外緣的內(nèi)容非常多，可能來自于過去（歷史上的觀點(diǎn)）、現(xiàn)在（科學(xué)家及學(xué)習(xí)者迷思概念中的可供選擇的思想）和未來（那些會(huì)在將來超越內(nèi)核主張的理論）[6]。它包括與內(nèi)核的基本原則沖突的知識(shí)、觀念，可供選擇的解釋，可供選擇的認(rèn)識(shí)論，還有那些應(yīng)用現(xiàn)有理論不能解釋的問題和現(xiàn)象。這些內(nèi)容對(duì)于內(nèi)核的基本主張帶來了挑戰(zhàn)，同時(shí)也為內(nèi)核發(fā)展與重建提供了契機(jī)與動(dòng)力[5]。

2.不同學(xué)科文化的關(guān)系

不同的科學(xué)學(xué)科文化的區(qū)別在于內(nèi)核存在本質(zhì)差異，但是不同學(xué)科或者理論之間也可能存在交叉，這種交叉一般出現(xiàn)在主體或者外緣部分（見圖2），如在經(jīng)典力學(xué)與相對(duì)論力學(xué)的核心思想內(nèi)核不同或者說這兩種文化不可通約，但是在某種條件下（宏觀低速）它們也存在一定程度的交叉。而量子力學(xué)也可以通過限定量子數(shù)轉(zhuǎn)化為宏觀經(jīng)典力學(xué)。

同時(shí)，科學(xué)學(xué)科（例如物理學(xué)）并非單一學(xué)科文化或者說學(xué)科亞領(lǐng)域組成，而是由多個(gè)學(xué)科文化構(gòu)成的（包括力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)等），這些學(xué)科文化之間的關(guān)系非常復(fù)雜，它們之間具有某種家族相似性（family similarity）并且它們之間彼此是互補(bǔ)的。科學(xué)學(xué)科的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并非靜態(tài)的，而是在不同學(xué)科文化之間持續(xù)發(fā)生著對(duì)話（見圖3）。例如經(jīng)典力學(xué)與熱力學(xué)有著不同的理論假設(shè)、理論體系與應(yīng)用范疇，但是它們通過統(tǒng)計(jì)力學(xué)聯(lián)系到一起。

3.學(xué)科文化理論對(duì)科學(xué)革命的解釋

伽利利指出，表面上看來，每一次科學(xué)革命都相當(dāng)于符號(hào)革命：誕生新的概念，同時(shí)賦予舊的概念以新的含義，最終導(dǎo)致一個(gè)新的理論代替了原有舊的理論。但是，從學(xué)科文化理論的角度來看，當(dāng)科學(xué)理論遇到與之不一致的理論或者觀點(diǎn)的時(shí)候，它并不是完全拒斥它，而是將它置于邊緣的位置。當(dāng)發(fā)生科學(xué)革命時(shí)，某種處于邊緣的理論或者觀點(diǎn)成為內(nèi)核，而原來處于內(nèi)核位置的理論觀點(diǎn)則成為科學(xué)學(xué)科文化的外緣。因此，科學(xué)革命的過程并不是一種新的理論出現(xiàn)的過程，而是其整個(gè)學(xué)科結(jié)構(gòu)重構(gòu)的過程。

科學(xué)發(fā)展史是極其復(fù)雜的，不斷產(chǎn)生新的發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生新的解釋，科學(xué)發(fā)展并不像我們所認(rèn)識(shí)的那樣一種正確的觀點(diǎn)出現(xiàn)顛覆了原來錯(cuò)誤的觀點(diǎn)，而往往是具有顛覆性的觀點(diǎn)早已經(jīng)存在于學(xué)科文化內(nèi)部。例如，在近代物理學(xué)史上，伽利略首先提出了力是物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的原因，成為牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律的發(fā)端;但實(shí)際上，類似觀點(diǎn)早在公元6世紀(jì)就已經(jīng)存在，亞歷山大城的約翰·菲洛普納斯在對(duì)亞里士多德的《物理學(xué)》評(píng)注時(shí)就認(rèn)為，介質(zhì)與其說是運(yùn)動(dòng)的推動(dòng)者，不如說是運(yùn)動(dòng)的阻礙者[7]。但是他的觀點(diǎn)并未被認(rèn)可，因?yàn)樵诋?dāng)時(shí)來說既缺乏足夠的證據(jù)也缺乏相關(guān)理論的支撐，從而長期處于學(xué)科文化的外緣地帶。但是到了十七世紀(jì)，經(jīng)過伽利略、牛頓等同時(shí)代諸多物理學(xué)家的努力，牛頓第一定律顯示出了更強(qiáng)的解釋能力，從而使牛頓第一定律走向中心，成為內(nèi)核，而原來處于中心位置的亞里士多德理論并沒有消失，而是成為牛頓運(yùn)動(dòng)定律這一學(xué)科文化的外緣。從學(xué)科文化理論的角度來看，科學(xué)革命的過程實(shí)際上是兩種不同的學(xué)科文化持續(xù)對(duì)話并最終導(dǎo)致學(xué)科的結(jié)構(gòu)重構(gòu)的過程。新的學(xué)科文化更有解釋力和預(yù)見性。

三、HPS教育的學(xué)科文化闡釋

1.科學(xué)史教育價(jià)值的學(xué)科文化闡釋

根據(jù)學(xué)科文化理論，伽利利將科學(xué)史內(nèi)容分為兩種知識(shí)類型，分別是“知識(shí)類型I”和“知識(shí)類型II”（見圖4），知識(shí)類型I包括學(xué)科文化的內(nèi)核和主干，而知識(shí)類型II指的是學(xué)科文化的外緣。知識(shí)類型I非常重要并且非常豐富，但是很容易被等同為經(jīng)典的、已經(jīng)被證明為正確的科學(xué)學(xué)科知識(shí)，因此許多理科教科書呈現(xiàn)了脫離歷史情境的概念、原理與機(jī)械工具，這種科學(xué)知識(shí)呈現(xiàn)方式固然使教科書呈現(xiàn)的學(xué)科知識(shí)幾乎很少存在著知識(shí)性錯(cuò)誤，但是卻缺乏趣味性。伽利利指出，從教學(xué)的效果來看，知識(shí)類型I并非是學(xué)習(xí)學(xué)科知識(shí)最根本的內(nèi)容。知識(shí)類型II中的知識(shí)類型往往被認(rèn)為是錯(cuò)誤的甚至可能導(dǎo)致學(xué)習(xí)者的認(rèn)知混亂，將這些內(nèi)容引入課堂被認(rèn)為是為學(xué)生人為制造學(xué)習(xí)障礙。伽利利對(duì)于以上問題進(jìn)行了回應(yīng)，他指出：

（1）科學(xué)知識(shí)具有爭(zhēng)議性是科學(xué)知識(shí)的根本特征。將歷史上的爭(zhēng)論引入理科課堂教學(xué)能夠?qū)㈧o態(tài)的、教條性的知識(shí)灌輸轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)態(tài)的知識(shí)選擇過程，為我們提供了一個(gè)合適且真實(shí)的科學(xué)形象。

（2）不同思想間的爭(zhēng)論使科學(xué)更富有吸引力?？茖W(xué)爭(zhēng)論的過程是科學(xué)自我修正、比較分析與公平競(jìng)爭(zhēng)的過程，相當(dāng)多的青少年對(duì)于這樣鮮活的科學(xué)更感興趣，他們作為初學(xué)者可以參與其中，而不僅僅是消費(fèi)者和知識(shí)傳播的終點(diǎn)。

（3）錯(cuò)誤概念與學(xué)生的前概念具有相似之處，解釋錯(cuò)誤概念被替代的過程有利于轉(zhuǎn)變學(xué)生錯(cuò)誤的或者說樸素的前概念。

（4）人的學(xué)習(xí)非常復(fù)雜，不同于電腦下載程序，它實(shí)際上在多種可能中通過對(duì)比、認(rèn)知建構(gòu)與重構(gòu)。知識(shí)類型II呈現(xiàn)了原有理論的重要觀念，盡管這些既有理論被證明是錯(cuò)誤的，如亞里士多德關(guān)于運(yùn)動(dòng)的觀念、布里丹的沖力理論，這些觀念、理論來源于經(jīng)典力學(xué)的外緣，為學(xué)習(xí)者創(chuàng)設(shè)了合適的學(xué)習(xí)空間。

這樣，伽利利就從學(xué)科文化理論的角度確證了科學(xué)史在科學(xué)教育中的教育價(jià)值，從而為應(yīng)用科學(xué)史進(jìn)行科學(xué)教學(xué)提供了理論基礎(chǔ)。

2.科學(xué)哲學(xué)教育意義的學(xué)科文化解讀

科學(xué)哲學(xué)注重從哲學(xué)的角度對(duì)科學(xué)進(jìn)行考察，包括科學(xué)活動(dòng)與科學(xué)理論?？茖W(xué)哲學(xué)為科學(xué)理論提供了哲學(xué)解釋與概念意義?？茖W(xué)課程都是基于對(duì)科學(xué)的理解組織的（見圖5），因此科學(xué)哲學(xué)決定了科學(xué)課程的內(nèi)容并提供了某種特定的科學(xué)世界觀。從學(xué)科文化理論的視角來看，科學(xué)哲學(xué)決定了某種學(xué)科文化內(nèi)核的基本要素，闡述了它的本體論與認(rèn)識(shí)論基礎(chǔ)，因此科學(xué)哲學(xué)決定了科學(xué)文化的內(nèi)核。如17世紀(jì)的科學(xué)革命之前，許多科學(xué)家或者說哲學(xué)家認(rèn)為只有相互接觸的物體才能產(chǎn)生力的相互作用，但是牛頓的萬有引力作用原理（包括之前的開普勒行星運(yùn)動(dòng)三大定律）引入了力的遠(yuǎn)距離相互作用，從而將笛卡爾的接觸相互作用置于外緣的位置。同時(shí)，這兩種本體論之間的張力導(dǎo)致激進(jìn)的概念轉(zhuǎn)變：“場(chǎng)”的概念的提出。

科學(xué)哲學(xué)不再是傳統(tǒng)意義上外在于科學(xué)的，而是成為科學(xué)文化內(nèi)在的一部分，并且是非常核心的一部分。由于科學(xué)是歷史發(fā)展的，科學(xué)學(xué)科文化本身也隨之發(fā)展變化，科學(xué)學(xué)科文化的變化本質(zhì)上在于內(nèi)核的變更，而內(nèi)核的變更從本質(zhì)上是科學(xué)哲學(xué)的變遷，這樣就將科學(xué)哲學(xué)與科學(xué)史聯(lián)系起來。學(xué)科文化理論不僅確立了科學(xué)哲學(xué)在科學(xué)文化中的重要地位，同時(shí)將科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)聯(lián)系起來。

這樣，學(xué)科文化理論為基于科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)的科學(xué)教育即HPS教育提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，為HPS 教育的展開提供了必要條件。

參考文獻(xiàn)

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[7] 郭桂周，于海波.“牛頓第一定律”物理學(xué)史辨[J].物理教師，2012（11）.

[作者：易娜伊（1985-），女，湖南湘潭人，湘潭大學(xué)外國語學(xué)院講師，博士;郭桂周（1982-），男，河北滄州人，湖南師范大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院講師，博士。]

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