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标题 科学史教育中的学科立场与实践取向
范文 孟献华+倪娟






摘要：通过教育思想和实践的历史回顾，提出科学史在学科教学中可以起到理解学科方法、形成学科思想、认识学科社会本质等作用，以理论陈述和案例呈现的方式，从内容选取的目标、原则方面全面阐述基于科学史进行教学设计的核心观念。
关键词：科学史教育；化学方法；化学思想；化学与社会
文章编号：1005–6629（2016）4–0019–05 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
1 引言：科学史教学设计的取向
关于科学史教学的应用层次，存在着从低到高的三种不同类型：（1）包装性质。科学史内容是以附加形式进入教学，先讲一段化学知识，然后呈现一段有关的历史人物生平；（2）融入式教学。有选择性地展示一些易于学生理解、能够促使学生探究的材料和问题，学生与历史上的科学家一起探讨相关主题、掌握有关知识；（3）基于历史的教学。借鉴科学发展中获得理论的方法，重建教学单元主题呈现的顺序和方式，体现学科的思想或知识发展内涵。
文献表明，“目前的教科书与教学方法不能帮助学生达成良好的科学素养，有时反而是一种妨碍！它们强调寻求答案更甚于问题的发现，强调记忆忽视批判思考，强调零星知识的记忆而非理解，强调精确的复述而非思考”[1]。教科书中对化学理论的这种描述方式，导致教师也倾向于将化学学习简单化为文科式的记忆、应用数学公式解题或是以标准的程序获得化学定律。如：
几千年前自然哲学家们就已经具有了物质不灭思想，第一次接触化学的初中生也已经初步具有了守恒观念，不会提出质量是否改变的假说。这样的探究问题，无论是于化学学科结构的说明还是学生思考的激发，都没有什么真实意义。这种利用历史的教学，只是将化学家与化学公式、定律并列在一起，无法揭示出古代朴素观念演化为现代科学概念的过程。化学史在课堂上仅仅起到“为历史而历史”的作用，学生知道的只是化学事实和化学家之间的偶然联系。
2 溯源：科学史的教育价值
科学史在学校理科教学中的价值究竟有哪些，教学内容的选取和编排如何达到理想中的效果？我们可从科学史进入理科课程的发展历程，探寻其不同课程传统中的作用，以便形成完整的化学史教学价值的认识。
2.1 科学史教育的历史发展
科学进入正式的课程领域是18世纪的事，但早期的科学课程注重对学生官能的训练，目标指向学生知识的准确记忆和应用，教学中采用大量和古典人文学科学习相似的记忆方法。所以，早期学校教育的科学课程面临了内容偏难、学习方法单一、缺乏人的本性关怀等指责[2]。
针对上述问题，教育者们认为引入科学的历史能够赋予科学教育人文性的特点，科学家们也逐渐把对科学方法的理解作为科学教学的首要任务，以此体现科学教育的特殊性。19世纪末，如德国物理学家马赫（Mach）提出：“每一个年轻学生都要切身体验一些数学和科学的发现，这样教师就能够使少数有影响的、简明易懂的科学思想在学生头脑中生根，促成学生思想的成熟发展。[3]”英国科学促进会的科学教育纲领文件也认为：“如果希望无论在学校还是将来走出学校后的学生们，能够将科学视为一种乐趣而不是负担，一条行之有效的路径就是通过科学史的教学，让他们在各种科学发现的传记中体验到科学的成功与失败，以及人类获取自然知识的艰辛历程。[4]”
20世纪初的科学教育所强调科学进步对社会发展起到的作用，从以往的注重个人智力发展转向关注社会发展对个人的需要。教育家杜威强调科学史在学生科学精神形成上的作用，认为科学史呈现了人类克服对自然无知的努力，能够防止学生盲目遵从权威的倾向，有利于促进社会民主的进步[5]。1944年美国国家教育协会报告《面向全体美国青年的教育》（Education for All American Youth）建议，除了必要的专门学科知识，应该向学生介绍有关科学在人类进步中所起的作用、对人类和外部世界的科学理解以及对历史上的科学家主要研究经历的正确看法[6]。
20世纪中期发端于美国的理科课程现代化运动，出现了大量以科学史为内容开发理科课程的研究，如《哈佛实验科学中的案例研究》（Conant，1948）、《物理科学概念和理论导论》（Holton，1952）、《科学史案例》（Klopfer，1956）。这些课程主要采用施瓦布（Schwab）、布鲁纳（Bruner）的科学探究教学理论和学科课程结构体系，通过历史上科学家的研究活动展示科学探究的步骤、形成整体的学科知识结构，即科学史在教学中起到理解科学归纳法的作用[7]。
20世纪80年代以来，国际科学教育的重点由精英教育转向普通教育，科学教育倾向于通过学习科学历史、科学哲学、科学与社会等内容使公众了解科学的本质。如英国科学教育协会（Association for Science Education）资助的课程《社会背景中的科学》（Science in its Social Context）中，每一个主题都加入了历史视角，因为“历史上曾经发生的各种事件，能够让我们很好地反思社会和技术的作用，同时有助于认清我们现在面临的各种危机”[8]。
综上所述，随着科学教育的发展，科学史在其中所起的作用或教育目标，经历了从早期科学知识实用性认识到科学方法的掌握，再到近年来对以“科学本质”为题的综合性理解。
2.2 科学史价值建立的维度
上述概览可以看出，科学史内容引入学校科学教育，应重点关注三个方面问题，即：对科学在人类文化地位中的反思，在不同历史环境中理解科学知识和科学方法，从历史角度阐述科学技术的社会功能及其对当代社会问题的解决。
2.2.1 科学史中的精神价值
自然科学研究的真正目的是为了更深刻和更全面地理解整个自然界，这和对美和善的渴望一样，属于人类的特征。科学知识是以累积性和进步性为特征的，科学史无疑最能够说明这些进步的因素。对于学生而言，通过学科知识的发展演化能够体会科学知识的逻辑严密性、普遍性和合理性，就会欣赏到某一理论中蕴含的学科思想与精神追求，防止形成教条主义。
2.2.2 科学史中的社会价值
科学知识、科学方法和科学与社会的相互应用是一个整体系统，具备基本科学素养的公民，既要懂得科学知识与科学方法，又要理解科学技术作用的多元目的。只有了解科学知识逐渐发展的历史过程，才能够把新的知识不断加入原有课程，并以连贯而灵活的方式使其有机地结合起来，充分理解科学在历史上和现代生活中的重要性，从而打破将科学与人文学科截然区别开来甚至互相对立的传统[9]。
2.2.3 科学史中的方法论价值
基于科学史的科学教育，尤其需要关注科学理性的批判精神。因为科学的历史触及著名学者的生平和科学思想逐渐演进，其生动的科学观点提出和寻求支持性证据过程，正是科学教学中的历史内容能够给予学生在科学知识、科学方法、科学思想方面的最直接启示。
3 科学史的教育实践：基于化学内容的分析
具体到化学发展史在学科教学中的应用价值，并不是所用的历史内容都适合作为教学的材料或知识形成的叙述。基于化学史的教育目标，应该更多体现在学科发展中存在的固有规律、学科教学的认知价值和化学发展的本质等方面，即提供学习者关于本学科发展的内部说明是其首要任务。在选择相关的教学内容和发掘其中蕴含的教育教学价值时，应重点考虑的因素如图1所示。

3.1 作为学科理论体系历史形成过程的说明
化学历史内容的选择和呈现，应首先侧重于对人类自然界认识发展过程中重大事件的纵向描述，如重要科学观念形成或转变、具有学科核心意义的概念演化或革命性事件、对社会物质或精神方面产生重要影响的科学事件等（如表1）。美国《科学》杂志20世纪末提到11项化学史上重要理论成就[10]，更多显示了化学、物理和生物等自然学科的发展，既是一个人类群体不断共同探索外界物质世界的过程，又是一个促进自我思想观念突破原有藩篱、不断进化的过程。
3.2 作为应用层面的科学说明
化学学科起源可以追溯到人类对火的发现与使用，它是最为古老的自然科学，化学研究始终以促进人类文明进步、保证人与自然和谐相处、实现社会可持续发展为指向。化学教育必然具有培养基本科学素养的未来公民、传播准确的科学与技术知识、积极审视科学与社会关系的责任。以此为基点，通过化学发展史的学习促进学生理解化学对社会的作用，应在展示化学基础知识、学科逻辑思维和研究方法时，重点选择一些科技创新思路的提出和实现过程，因为这些重要问题的不断解决说明了科学对社会的正面作用。如关于合成氨工业的发展以及对社会的意义，可以从几个方面加以呈现（图2）。
教学设计包括的主要问题有：
①将空气中游离态氮元素变成化合态氮元素的化学原理是什么？有哪些重大意义？
②说出常见化肥的工业生产涉及的主要化学反应；

③如何正确看待化肥工业对人类社会发展的意义；
④说出合成氨工业对人类社会生活带来了哪些影响，如何对它进行评价？
3.3 作为科学家研究活动的历史
与科学有关的历史人物包括职业科学家、业余科学家、神学家以及工匠等，科学教育中究竟选择哪些科学家呈现他们的工作作为科学活动的说明，教育界尚难以给出具体划分标准。一般而言，可以是“那些对科学的贡献富有特色，足以与同行或者其他研究者具有显著差异的人”、“在历史上对自然现象做了原始研究的科学家，而且这些研究已经成为该领域的基础”[11]。
无论是化学教材的编写还是教学中对化学家个体的描述，都应该致力于从他们的研究工作里获取科学研究的方法、科学研究成果对社会发展乃至于人们的思想观念产生重大作用等方面，而不要过于注重与学科认识没有关系的、个别科学家独有的特殊性格。图3展示了探究微观物质世界时，科学家群体研究活动与成就的历时性互动场景，它能够很好地诠释科学理论与实验、知识与观念、个体与群体的相互影响、相互促进。
4 总结
化学乃至于科学的飞速发展影响着我们精神生活和物质生活的方方面面，促使人们希望对它的理解，从寻求对自然现象的解释演变为对人类社会的整体作用的掌握。由此，化学学科发展历史的教学也就可以发挥更为广泛深远的作用。
第一，通过化学史教育使学习者具备基本的科学素养，理解科学知识，掌握科学方法，形成科学精神，促进在智力、品德、情感等方面和谐发展及综合素质的全面提高。
第二，要借助于对学生智力有挑战性的科学问题解决，使科学教学过程成为科学活动的“简约复演”，从而在与科学大师的思想和精神的交流之中、在教师与学生的互动之中、在自然与社会的生动情境之中进行科学教学，学生在这一过程中也就成为活动的主体和发现者。
第三，基于学科发展史的教学离不开在于教师对本学科科学原理的准确掌握。只有如此，才能让学生通过对科学知识的理解亲近科学事业，而不是将科学历史用于呈现碎片化的内容，引发学生对学科学习的误解。

参考文献：
[1]美国科学促进协会.中国科学技术协会译.面向全体美国人的科学[M].北京：科学普及出版社，2001：78.
[2] HMSO： Report of the Committee Appointed by the Prime Minister to Inquiry into the Position of Natural Science in the Educational System of Great Britain（Thomson Report） Reports from Commissioners-5-Education. Governmental Publications， London， 1918.
[3] Mach， E. On Instruction in the Classics and the Science. In E. Machs Popular Scientific Lecture （1886/1943）.
[4] BAAS. Report on Science Teaching in Secondary School. London， 1917： 12.
[5]约翰·杜威.王承绪.民主主义与教育[M].北京：人民教育出版社，2005：246.
[6] From Hurd， P. D. Biological Education in American Secondary Schools 1800～1960.Washington， DC： American Institute of Biological Science， 1961： 38.
[7] Gagne， R. The Learning Requirements for Inquiry. Journal of Research in Science Teaching， 1963， （2）： 147.
[8] Association for Science Education. Science in its Social Context. http：//www.nationalstemcentre.org.uk/elibrary/ collection/255/science-in-a-social-context-siscon.
[9]乔治·萨顿.陈恒六等译.科学史与新人文主义[M].上海：上海交通大学出版社，2007：15.
[10]江玉安.化学史上的重大事件与化学科学发展的主要线索[J].化学教育，2009，（7）：74～76.
[11] Gavroglu， K. & Renn， J. Positioning the History of Science. Springer， 2007： 12～25.
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更新时间：2024/12/23 2:33:16