將HPS教育融入小學科學課程的實踐研究

摘?要：《義務教育小學科學課程標準》要求小學科學教育注重培養(yǎng)學生的科學態(tài)度，這與HPS教育所提倡的理念相吻合。本文從科學史、科學哲學、科學社會學三個維度切入，研究HPS教育融入小學科學課程的實踐，以《人工智能讀本》為案例。經(jīng)研究，我國小學科學課程還需要在教育資源、教師質(zhì)量、應用場景等方面加以改進，使HPS教育更好地融入小學科學教育。

關鍵詞：HPS教育;小學科學;人工智能

隨著我國教育的迅猛發(fā)展，作為科學教育重中之重的小學科學教育逐漸開始被大眾所關注，所以探索小學科學教育的新思路已成為教育改革的關鍵之一。多年來，我國不斷借鑒發(fā)達國家的教育改革理念與經(jīng)驗，并進行本土化研究，促進我國教育發(fā)展。

一、研究背景

HPS教育作為西方20世紀80年代盛行的理論，引入中國已有20余年。作為極其受歡迎的教育理念，憑借著自身優(yōu)勢在中國教育課程改革中占據(jù)了一席之地，也為中國科學教育提供了新思路。

（一）HPS的概念界定

HPS的提出源自科學內(nèi)部對科學反思和科學外部人員對科學本質(zhì)認識的思考。最初，HPS指的是科學史（History?of?Science）和科學哲學（Philosophy?of?Science）兩大學科領域，但在20世紀90年代科學建構論流行后，科學社會學與科學知識社會學被引入科學教育，HPS逐漸演化成科學史（History?of?Science）、科學哲學（Philosophy?of?Science）和科學社會學（Sociology?of?Science）三者的統(tǒng)稱[1]：科學史即研究科學（包括自然科學和社會科學）和科學知識的歷史;科學哲學則是對科學本性的理性分析，以及對科學概念、科學話語的哲學思辨，比如科學這把“雙刃劍”對人類社會的影響;科學社會學則討論科學處在社會大系統(tǒng)中，社會種種因素在科學發(fā)展過程中的地位和作用，這包括了政治、經(jīng)濟、文化、技術、信仰等因素[2]。在國外，德國科學家和史學家馬赫最早提倡HPS教育，突出強調(diào)哲學與歷史應用至科學教學中的作用。我國HPS相關研究開始晚且研究規(guī)模較小，首都師范大學的丁邦平教授認為HPS融入科學課程與教學是培養(yǎng)學生理解科學本質(zhì)的一個重要途徑[3]。

（二）HPS教育理念融入小學科學課程的必要性

運用科學史、科學哲學等進行教學是目前國際上小學科學教育改革的一種新趨勢。2017年，教育部頒布的《義務教育小學科學課程標準》標志著我國科學教育步入了新階段，其不僅要求達成科學知識、科學探究的相應目標，也要養(yǎng)成相應的科學態(tài)度，思考科學、技術、社會與環(huán)境的融洽相處。該標準提出了“初步了解在科學技術的研究與應用中，需要考慮倫理和道德的價值取向，提倡熱愛自然、珍愛生命，提高保護環(huán)境意識和社會責任感”。HPS教育與小學科學課程的結合是教學內(nèi)容由知識到能力再到素養(yǎng)的過程，是小學科學教育的新維度，改變了小學科學課程的教學環(huán)境。將科學課程中融入HPS教育的內(nèi)容，可以幫助學生理解科學本質(zhì)，研究科學知識是如何產(chǎn)生的，科學對社會的多方面影響以及科學和科學方法的優(yōu)、缺點等。當《小學課程標準》將科學態(tài)度和價值觀視為科學教育的有機組成部分時，小學科學課程就有望成為HPS教育的天然載體，同時為小學科學課程滲透HPS教育提出了挑戰(zhàn)。目前，我國小學科學課程雖已有部分設計融入了HPS教育理念，但該融入過程仍停留在表面，融入程度低，融入方式單一。所以，研究HPS教育理念融入小學科學課程十分有必要。

（三）HPS教育理念融入小學科學課程的可行性

縱觀國內(nèi)外已有的研究，將HPS教育融入小學科學課程可分為基于傳統(tǒng)課堂模式的正式教育課程和基于科技館、研學機構等的非正式教育課程。由皖新傳媒、中國科學技術大學先進技術研究院新媒體研究院、中國科學技術大學出版社三方通力合作、聯(lián)合打造的《人工智能讀本》系列叢書自出版以來已發(fā)行八萬套，在安徽省多個市區(qū)的小學得以應用，是青少年人工智能教育上的一次全新探索。該套叢書分三年級至六年級共四套，涵蓋了16個人工智能前沿研究領域知識點，每一節(jié)課都設有場景引入、讀一讀、看一看、試一試4個模塊。小學《人工智能讀本》作為闡述新興科技的讀本，以親切的場景對話和可愛幽默的插畫等形式吸引了眾多小學生的興趣，不僅可作為學?？茖W課讀本，也可以應用于課外場景。本文則以小學《人工智能讀本》為例，對HPS教育進行初步摸索與實踐，以期對小學科學教育帶來教益。

二、HPS教育理念融入小學科學的典型案例

《人工智能讀本》作為HPS教育理念融入小學科學實踐的典型案例，側重引導學生多維度、科學辯證地認識人工智能，內(nèi)容包括機器學習、決策職能和類腦智能，以及人工智能的不同發(fā)展階段，帶領學生思考人工智能帶來的倫理問題以及其他挑戰(zhàn)，培養(yǎng)學生正確的世界觀、人生觀和價值觀。本研究將以《人工智能讀本》六年級第四單元“人工智能倫理與其他挑戰(zhàn)”為例，分析HPS教育理念融入小學科學的實踐。

（一）科學史：提升課程趣味性

小學科學教育作為培養(yǎng)具有科學素養(yǎng)公眾的重要步驟，提升過程的趣味性則十分重要。過去傳統(tǒng)的小學科學教育注重知識的傳遞而忽略了學習過程，填鴨式教學導致學生失去對科學的興趣與探索欲，不利于公民科學素養(yǎng)的整體提高。而科學史作為研究科學（包括自然科學和社會科學）和科學知識的歷史，已經(jīng)逐漸滲透到科學教育中來?？茖W史常常介紹科學家的事跡，某一知識誕生所面臨的困難和曲折過程，而將科學史融入課程可以帶學生重回知識誕生的時刻，切身體會科學。讀本作為在小學科學教育中不可或缺的工具，利用科學史內(nèi)容，以敘事方式可以將科學哲學與科學社會學的思想融入教學過程中，在讀本中融入歷史，可以提升課程趣味性，幫助學生更加容易探求科學本質(zhì)，感受科學家不懈努力、敢于質(zhì)疑的精神，提升科學素養(yǎng)。例如《人工智能讀本》六年級第四單元“人工智能倫理與其他挑戰(zhàn)”引入部分即以時間順序展開，介紹人工智能的發(fā)展與面臨的困境。在“看一看”中機器人索菲亞是否可以結婚的故事不僅為本章節(jié)提供了豐富的內(nèi)容，提升了課程的趣味性，而且還融入了科學與哲學，引發(fā)讀者對于人工智能的思考。

（二）科學社會學：提升課程社會性

科學社會學是研究一切科學與社會之間的聯(lián)系與影響，包含科學對社會的影響和社會對科學的影響?？茖W是一種社會活動，同時也受到政治、經(jīng)濟、文化等多方面影響，比如蒸汽機的誕生表明科學促進社會的發(fā)展。在科學教育的課堂中融入科學社會學不僅可以幫助學生理解科學問題，還可以通過介紹科學與社會之間的復雜關系，培養(yǎng)學生靈活、批判看待科學問題的思維能力。如六年級第四單元“人工智能倫理與其他挑戰(zhàn)”中，在介紹個人與技術的基礎上引入了政府和環(huán)境這兩個要素，使學生在更宏觀的背景下，獲得這樣一種認知：環(huán)境與技術之間有一把“雙刃劍”，個人與技術、政府與技術之間是相互促進的主客體關系。《人工智能讀本》并不全是說教性質(zhì)的文字，在“試一試”中的辯論賽環(huán)節(jié)讓同學通過親身實踐，更加了解人工智能對于社會的多方面影響。通過對于科技是一把“雙刃劍”這一事實的了解，同學們可以更好地將學習知識與社會的背景聯(lián)系在一起，深刻體會科學中的人文素養(yǎng)，增強社會責任感。

（三）科學哲學：提升課程思辨性

以往研究發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)學科教材中關于科學史和科學社會學內(nèi)容較多而且呈顯性，而對于科學哲學的融入內(nèi)容不夠，且不鮮明。[3]科學哲學融入科學教育無疑可以提升學生的思辨性，幫助學生建立起對于科學正確而全面的認識。例如，《人工智能讀本》六年級第四單元“人工智能倫理與其他挑戰(zhàn)”中，引入人工智能倫理，通過介紹人工智能面對的挑戰(zhàn)、人工智能的具體應對策略，讓小學生了解人工智能技術發(fā)展的同時也要重視可能引發(fā)的法律和倫理道德問題，明白人與人工智能之間的關系以及處理這些關系的準則。通過“讀一讀”先讓學生明白倫理概念，再用一幅畫讓學生思考在算法的發(fā)展下，人類與機器人的關系如何定義，向?qū)W生傳遞樹立人類與人工智能和諧共生的技術倫理觀。通過這種方式，可以幫助學生逐步建立完整的科學觀，全面且思辨地看待科學，提升學生思辨性，進而提升科學素養(yǎng)。

三、HPS教育理念融入小學科學課程的實踐建議

《人工智能讀本》作為一套理論與實踐相結合，具有知識性與趣味性的兒童科普讀物，著重引導小學生培養(yǎng)科學創(chuàng)新意識，提升人工智能素養(yǎng)，產(chǎn)生求知探索欲望。但《人工智能讀本》作為HPS融入小學科學課程的初始，仍存在教育資源不充分、內(nèi)容結合較淺等不足，為了將HPS教育更好融入小學科學課程，可從以下三方面加以改進。

（一）開發(fā)HPS教育資源

HPS教育需要教育資源的支撐。HPS教育資源來源廣泛，無論是學生的現(xiàn)實生活，還是歷史資料，都可以提供契機和靈感?！度斯ぶ悄茏x本》中收集了大量與人工智能相關的故事和現(xiàn)實案例，都可以作為教育資源，從各個角度達到科普的目的。在新媒體時代，進行HPS教育資源開發(fā)時，應當注意借助最新的信息與通信技術增強資源的互動性，如互動多媒體技術、虛擬現(xiàn)實技術、增強現(xiàn)實技術、科學可視化技術等。在傳統(tǒng)的科學課堂教學中，主要是通過圖片文字講解，實驗演示及互動來開展。這種形式對于現(xiàn)實中能接觸到的實驗內(nèi)容，如常見的動植物、可操作的物理化學實驗等，比較容易開展。而對于地球與宇宙科學領域的知識，或者一些已經(jīng)不存在的動植物，則只能通過圖片視頻進行展示，不容易進行實驗展示。通過虛擬現(xiàn)實技術、增強現(xiàn)實技術等，則可以虛擬出世界萬物，如不易操作的物理化學實驗、已消失的動植物等都可以通過虛擬現(xiàn)實的手段得以呈現(xiàn)。這些技術或能使教學內(nèi)容變得生動形象，或通過營造沉浸感以使學生有更佳的情境體驗，或讓學生與教學資源進行交互從而自定義內(nèi)容，服務于學生科學素養(yǎng)提升的終極目的。

（二）對小學科學教師進行培訓

HPS教育的關鍵是從社會、歷史、哲學等角度對自然科學內(nèi)容進行重新編排，并不是將大量的內(nèi)容或?qū)W科知識簡單相加，這對教師能力也提出了更高要求。目前，人工智能教學領域常常出現(xiàn)“學生不會學、老師不會教”的狀況，《人工智能讀本》作為內(nèi)容翔實有趣的讀本可以彌補一部分缺失。但與此同時，也需要提升教師的教學能力與知識儲備。HPS教育理念不僅僅針對歷史中的科學人物，所有的學生主體也是歷史中的主體，他們也身處于社會中，并且對于生活中的各種科學現(xiàn)象有著自己的思考。所以教師身為引導者，需要注意到學生的思考，深入挖掘，鼓勵他們對所思內(nèi)容進行反思并付諸實踐?？茖W史和科學哲學應當成為科學教師教育項目中的一部分，這能讓科學教師更好地理解他們的社會責任。為此，對職業(yè)科學教師進行HPS培訓便是必要的。

（三）多場景開展小學科學教育

科學素養(yǎng)不是空洞的，它來自學生的認識體驗，并從中獲得生動、具體的理解和收獲?！度斯ぶ悄茏x本》作為方便攜帶的讀本，不僅可以在小學科學課堂中作為教材使用，也可以應用在其他場景，如研學旅行、科技館等場所。課堂學習只是小學科學教育中的一個環(huán)節(jié)，家庭、科技館等也可以進行科學教育。例如，科技館與博物館可以以科學家和歷史科學儀器為主題舉辦展覽，展覽中融入HPS教育理念，學生在參觀和學習過程中學習有關科學內(nèi)容。一些歷史上大型的科學實驗，學校教室或?qū)嶒炇覠o法滿足條件，但在大型的場館中可以實現(xiàn)。例如，研學旅行作為目前科學教育中最受歡迎的方式之一，已被納入學校教育教學計劃，列為中小學生的“必修課”，正逐漸成為學生獲得科學知識的另一個途徑。研學旅行作為一種集知識性、教育性、趣味性和娛樂性為一體的旅游形式，通常伴隨著知識教育的過程，包括科學知識的普及，所以也是開展小學科學教育的重要場所。在該場景下，運用《人工智能讀本》等新興手段進行科學教育往往取得事半功倍的效果。

結語

目前，HPS教育理念已經(jīng)積極嘗試運用到小學科學教育中，包括學校內(nèi)的正式學習以及學校外如科技館、博物館、研學旅游中的非正式學習之中。其中，科技史以時間維度為線索創(chuàng)造豐富資源的同時也可以提升課程趣味性;科學社會學以科學與社會之間的相互關系幫助學生理解科學本質(zhì)，提升科學素養(yǎng);科學哲學則以哲學的視域?qū)徱暱茖W的誕生提升學生思辨能力。未來，HPS教育結合小學科學則需要更深入，在資源開發(fā)、教師培訓以及應用場景等方面加以改進，為提升國民科學素養(yǎng)做出努力。

參考文獻：

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[2]張晶.HPS（科學史，科學哲學與科學社會學）：一種新的科學教育范式[J].自然辯證法研究，2008，24（9）：8387.

[3]丁邦平.HPS教育與科學課程改革[J].比較教育研究，2000（06）：612.

[4]趙思瑩.基于HPS教育理念的高中物理教材研究[D].山東師范大學，2018.

作者簡介：羅玉婷（1996—?），女，漢族，安徽合肥人，碩士研究生在讀，研究方向：科學傳播。