●专题研究科学史、科学哲学和科学教学魏冰[内容提要]在国际科学教育界,人们对科学史( Histor y)、科学哲学( philo so phy )和科学教学( Science teaching )——常一起简称为HPS①——在科学教育中的作用日益重视。

HPS教育的基本意图是,不但要让学生学习科学内容,还要让他们了解“科学的本质”( The Natur e of Scie nce)。

HPS有以下作用: ( 1)使科学密切联系个人、伦理、文化和政治因素,从而使科学人文化; ( 2)使课堂教学更富有挑战性和思考性,从而加强学生的批判性思维技能; ( 3)有助于更全面、准确地理解学科内容。

本文从课程改革、科学课程、科学哲学和科学教育三个方面介绍HPS的最新理论与实践。

[关键词]科学教学、科学哲学、科学史、HPS、科学课程、科学教育、科学本质课程改革中的HPS谈到HPS不可避免地要提到两个国家的科学课程,即英国的“国家科学课程”和美国的“2061计划”。

前者已在实施,后者是一组长期的、综合的科学课程改革方案。

这两项课程计划都不同程度地涉及到科学史和科学哲学。

在英国“国家科学课程”中HPS内容占5%左右。

英国国家课程署( N CC)在介绍这部分内容时说: “学生应该理解科学概念随时间而变化、发展的方式,理解这些概念及其应用是如何受到社会、伦理、精神和文化背景的影响的”。

②他们要求中小学学生能够: ①把基于科学事实的主张与没有基于科学事实的主张和论断区别开来;②思考特定的科学概念或理论是如何与其历史、文化背景相关联的;③学习一些科学争端的实例和科学概念的变化、发展方式。

1989年,美国科学促进会( AAAS)出版了一个题为“科学为所有的美国人”( Science fo r AllAmerica ns )的研究报告。

③该报告汇集了“2061计划”的第一阶段的研究成果。

报告要求学生应从三个方面理解科学的本质: 科学世界观、科学的探究方法、科学事业的性质。

报告的第一部分共有12章,其中有两章专门讨论科学史和科学哲学。

第一章题为“科学的本质”,内容包括: 科学的客观性、科学的可变性、区别科学和伪科学的方式、证据及其与理论证明的关系、科学方法、解释和预测、科学伦理、以及科学的社会组织等。

在第10章“科学史的透视”中,作者提出把科学史引入科学课程有两个原因: 其一,若没有具体的科学实例,关于科学发展和运作的概括将是空洞的; 其二,科学发展过程中的人物、历史对于我们继承文化遗产具有重要意义。

按照既能说明历史问题又具有显著文化特色的标准,文中选择了以下10个科学史事件作为范例: 行星地球、万有引力、相对论、地质时代、大地构造、物质守恒、放射性、核裂变、疾病性质、工业革命。

以上两个课程计划都认为HPS并不是主张科学内容由科学史或科学哲学代替,也不指望学生理解诸如实在论和工具主义这样的争论性问题,更不要求他们能详细列举多个原因说明为什么伽利略是正确的而红衣主教是错误的,而是要求学生从基本的科学事实中领悟科学的精神实质、科学发展的一般规律和科学家的特质。

总之,通过HPS给学生一个关于科学和—52 —一九九九年第三期比较教育研究①②③Nati onal Curriculum Cou ncil , Sci ence in thenati onal curriculum. York , 1988.Am erican As sociati on f or th e Advancementof Sci ence, Sci ence f or all Am erican. Wash -ing ton, 1989.也有人把HPS理解为科学史( hi st ory)、科学哲学( phil osophy)和科学社会学( soci ology)的简称,但从文献来看, 有关的研究多涉及前两者。

科学家的真实( authentic)印象,而不是神化了的或教科书式的印象。

科学课程中的科学史在英国,最早提倡科学史教育可追溯到1851年。

当时的英国科学促进会( BAAS)主席在一次演讲中呼吁: “我们要教给年轻人的,与其是科学结论不如是科学方法,更不如是科学史”。

BAAS在1917年的年会上再次提出,科学史教育是通融学校课程中人文科学和自然科学的良方。

直到本世纪六、七十年代,该协会还在其报告中多次敦促把科学史和科学哲学纳入科学课程中。

从实践方面来看,尽管在各个时期都有热心的科学教育工作者积极响应,也陆续设计了一些科学史教材,但总的说来,科学史教育没有形成大的气候。

有专家分析主要原因是,广大科学教师本身没有受到多少科学史和科学哲学教育。

正像BAAS六十年代一份报告指出的那样, “他们(科学教师)的行为和思维都是职业训练的结果,缺少对科学本质和目的的理解”。

这种情况一直延续到八十年代。

二战以后,美国的科学史教育首先在高等学校兴起,出现在供非理科大学生选修的自然科学课程中。

其间,影响力重大的人物是哈佛大学校长、著名教育家、化学家科南特( J. Co nant )。

科南特在大学生的通识教育中用案例教学法实施科学史教育获得了极大的成功。

他的一系列关于科学史教育的报告和教材在当时及以后相当长一段时间里成为畅销读物。

其中最著名的有“理解科学: 历史的方法”( 1947)、“实验科学史——哈佛案例(二卷)”( 1957)等。

科南特的理论和方法对六十年代的“哈佛物理课程”以及八十年代的“2061计划”都有极其重要的影响。

不仅如此,科南特对科学哲学的发展也有重大影响。

著名科学哲学家库恩( T. Kuhn)回忆道: “是科南特第一个把我引入科学史,并由此改变了我关于科学发展的本质的认识”。

①但是,高等学校的科学教育人文化趋向并未给当时的中等学校带来太大的影响。

六十年代发端于美国的理科课程现代化运动基本上未顾及科学史和科学哲学。

但有两个例外,它们分别是前文提到的“哈佛物理课程”和“生物科学课程研究”( BCCS)。

克洛普佛( L. Klo pfer )首次把科南特的案例教学法引入中等学校,开发了“哈佛物理课程”(高中生使用)。

该课程以科学史为线索展示了科学的文化和精神价值,为中等学校引入HPS教育塑造了一个典范。

实践证明该课程是成功的,在其鼎盛时期有15%的美国高中生使用这个课程。

但该课程没有充分考虑对教师的科学史和科学哲学培训,这在一定程度上影响了它的实际效果。

BCCS由美国著名的生物学家、哲学家和教育家施瓦布( J. Schw ab)主持设计。

该课程在教学方法上强调科学史实教育,以突出“作为探究的科学”这一教学思想。

施瓦布在BCCS的“教师手册”中写到: “作为探究的科学教学的本质是让学生理解在科学发现过程中,问题是怎样提出的,如何得到验证的,最后又是怎样得出结论的。

它还应当包括适当处理科学疑问和科学的不完整性。

还应提倡科学史,因为它关注的是人和事而不是概念本身。

科学探究有人文价值的一面”。

②科学哲学和科学教育1985年,美国“科学教育”杂志上的一篇文章“科学教育和科学哲学: 二十五年的互不往来”在科学教育界引起强烈反响。

作者认为,从五十年代末到八十年代初科学教育和科学哲学相互孤立地发展,即科学哲学家不关心科学教育问题,科学教育也不吸收科学哲学的新观点。

事实上,正是在这二十五年里科学哲学发生了急剧的变化,涌现了波普尔( K. Po oper )、库恩( T. Kuhn)、拉卡托斯( I. La ka tos)、费耶阿本德( P.Feyera be nd)、劳丹( L. Lauda n)等一批杰出的科学哲学家。

但是,这一时期科学教育界流行的科学哲学观却是“科学开始于简单的、无偏见的观察,观察是科学结论的坚实基础”。

这种典型的归纳主义科学观在科学课程中的表现是: “过分强调归纳方法,严重低估观察和理论之间的复杂关系,忽视科学团体验证、传播科学知识的活动”。

③上述观点不仅普遍存在于理科课程中,在当时的国家教育文件中也能发现它的踪影。

例如,美国教育政策委员会1966年颁布的“教育和科学精神”中关于科学教学目标有这样的表述: “对知识的渴求是学习的动力;数据和归纳是知识的形式。

对各种各样的通过尽可能精确的观察而获得的信息进行推导即得出结论”。

不仅如此,一些著名的教育学家、心理学家也—53 —比较教育研究一九九九年第三期①②③Hods on, D, Toward a phi losophi cally morevalid sci ence cu rriculum. Sci ence Educat ion,72, 19- 40, 1988.同注①。

Mat th ew s , M. , His tory, phil osophy, and sciencet eaching: The p resent rapproch ement.Science& Ed ucati on, 1, 11- 47, 1992.支持或默认这一观点。

著名的学习理论家、探究学习的倡导者加涅( R. Gag ne)也有类似的论述: “开始于仔细而系统的观察,进而设计所需的测量手段等一系列活动,清楚地区分了什么是观察到的,什么是推理而来的,最后得出合理的结论。

”①现代科学哲学研究表明,有些科学理论并不是归纳的结果,多数科学假说也不是由归纳而产生。

而且,观察需要理论,即理论渗透的观察。

其实,上述言论流行的时候正值归纳主义在科学哲学界全面退缩,而一些科学哲学著作已经出版,如汉森的“科学发现的模式”( 1958)、波普尔的“科学发现的逻辑”( 1959)、库恩的“科学革命的结构”( 1959)等。

遗憾的是,科学教育界对新的科学哲学观并未引起重视。

在科学观上对无偏见的观察的推崇使许多科学教育工作者对发现法( Discov ering Me tho ds )趋之若鹜。

有人认为发现法流行的原动力在于归纳主义关于科学方法的本质的见解与强调直接经验和个体探究的儿童中心观点的融和: “(发现法)看起来很完美;知识的逻辑和儿童心理在`发现’一词的迷惑下携起手来。

在教育学家看来,没有必要在传统的归纳- 经验主义以外去寻找对科学过程的解释。

”②但是,由于对归纳推理的严重依赖,发现法呈现了一个扭曲的、不适当的科学方法论的见解: 仔细、精确、彻底的观察, 准确地报告实验结果,识别各种规则和模式,然后得出结论——在“发现法”看来,这是科学家所使用的全部方法,通过这些方法学生就可以“发现”新的知识。

这个观点无论在哲学意义上还是心理学意义上都是错误的。

因为任何意义上的发现都需要先前的概念的支持,离开了头脑中原有的概念不可能指望有任何发现。

现在一般认为, “发现法”能合理地探索概念之间的关系,但不能确保新的概念和概念结构的形成。