基于科學史過程特質的對話教學

胡 緒

(西南大學教育學院,重慶 400715)

基于科學史過程特質的對話教學

胡 緒

(西南大學教育學院,重慶 400715)

將科學史用于科學教學能促進學生對科學知識的理解,激發他們參與科學探索的激情,從多方面整體提高學生的科學素養,同時,還能促進社會對科學的認識與理解。然而,當我們不再將科學史僅僅視作科學史料即結果(H1)而看作科學發展的進程即一種過程(H2)時,它蘊涵的兩個原理即科學史中有許多共同的利益有意識地相互傳遞與參加,以及科學史中的對話是和其他聯合方式有許多不同的和自由的接觸,它們能幫助我們解決怎樣進行科學教學。

科學史;過程;科學教學;課堂對話

經過長期的實踐證明,將科學史運用于科學教學能促進學生對科學知識的理解,激發他們參與科學探索的激情,從多方面提高他們的科學素養,同時,還能加深社會對科學的認識和理解。然而,科學史作為科學發展的時間與空間的統一能提供給科學教學的有益營養不只是其體現出的史料的價值。當我們在使用科學史時,要區別所說的科學史是一種科學史料即一種歷史結果(H1),還是科學發展的進程即一種過程(H2)。用前者來服務科學教學,它幫助我們解決的問題是“用什么來教學”。這主要有兩層含義:第一,直接進行科學史的教學;第二,利用科學史(H1)作為知識的“糖衣”,幫助學生對科學知識的理解。用后者(H2)指導教學,它能幫助我們解決“怎樣進行科學教學”的問題。

一、科學史(H2)有利于彰顯科學教學文化

科學史(H2)能幫助解決“怎樣進行科學教學”并不是偶然。美國實用主義哲學家杜威認為:“一個不懂科學史的人,就不知道人類是怎樣從常規和任性的行為,從迷信屈從自然和從魔術般地利用自然,到理智上做到沉著自制所進行的種種斗爭。”[1](246)奧地利物理學家、哲學家恩斯特·馬赫認為:“對一門科學發展的歷史進行探索極為必要,以免藏于其中的原理變成一套沒有得到完全理解的命令。”[2]在德國,德羅伊森、狄爾泰、梅涅克等哲學家,強調歷史是一門人文學科,一門精神學科。同樣地,科學史作為一門人文學科和精神學科,我們也需要對其中包含的“原理”進行探索并加以利用。

在現在科學課堂教學中,教學往往能從問題情境中開始,教師也會讓學生在課堂教學開始時了解科學方法等在學習科學中的價值,但是當學生真正開始進行探索性的學習時,交流和對話就停止了。傳統觀念將分享數據、想法等視作作弊行為的威脅使得學生在學習科學課程時嘗試分享觀念和通過集體的努力獲得結論的理想變為泡影。在這樣的課堂中,學生的對話對象就只有“知識權威”——教師。教師在有限的時間內將知識通過簡潔的單向傳遞方式輸送給學生,這使得科學教學方式回到了對一般的教學方式機械地使用上,科學教學本身應具有的文化特性被淹沒。與實踐中的矛盾現象相對立,美國學者舒爾曼(Shulman,Lee.S.)強調教師要形成自己的教學知識結構,其中一個重要的成分就是教學內容知識(Pedagogical Content Knowledge)。他認為:“教學內容知識是內容知識和教學法知識的特殊綜合體,是教師獨一無二的領域,也是他們對于教學法的有專業水準的理解。”[3]可見,“教學內容知識”要求教師在自己學科教學中形成特定的學科教學法——具有學科性質的教學方法。這實際上是要求教師根據學科知識的邏輯和文化內涵的特點形成相應的教學觀念、思想及培養出適當的教學行為。因此,對教學內容知識的追求使我們需要開始關注教學文化。

有學者認為“教學文化既有內容又有形式,包括為一定范圍內的教學組織或更大范圍內的教師群體所共享的態度、價值觀、信念、習慣、假設以及做事的方式等”。[4]如此即表明“教學內容知識”也指向建構相應的學科教學文化。在科學教學中,探索其學科教學內容知識及構建其獨特的教學文化對于提高教學效率和效果是必要的。因為,在問題所處的具有長久歷史的文化背景中尋找解決方法是可行的,否則,結果就會像讓西方人學會用筷子吃牛排和讓中國人學會用叉子吃稀飯一樣事與愿違。構建科學教學文化,我們就要關注科學本身發展過程中所體現出的精神實質,如思想、行為等文化概念,它們共同構成了科學教學文化所依賴的學科文化大背景。而科學史(H2)作為科學發展的歷程包含了科學文化的所有內涵,用其來指導怎樣進行科學教學是較合理的選擇。因此,我們還可以說科學史(H2)還可以起著論證科學教學方法是否合理的作用。當然,這些的前提是科學史為如何進行科學教學提供可行建議。

二、科學史(H2)的過程特質

科學的發展總是要跟隨著對歷史的描述和分析。[5]在古典時代和中世紀,通常的科學修習形式必須包括與更早思想家有關的內容。人們對古典著作加以批判評注和分析,以此作為新思想的出發點,并對人們當時關心的問題有所貢獻。伽桑狄認為宇宙萬物有兩個本原:物質和虛空。虛空的空間是不動的,不依賴物質的變化,物質則是不可分割的原子所組成。在他獲得結論的過程中他腦海里就會再現有關原子論歷史的方方面面,并且開始與早就去世的古希臘學者伊壁鳩魯進行一場討論。當一位希臘數學家打算解一道題時,很自然的方式便是從敘述那個特定的主題的歷史開始,人們認為敘述歷史是該問題的一個組成部分。這種敘述也是科學家在所研究的領域一種縱向的歷史性的對話。又如關于光的本性問題,在200多年的爭論史上關于微粒說與波動說從未停止過,直至愛因斯坦的光量子學說和德布羅意物質波假說的提出,才實現了波粒二象性的統一,以一種比較全面的認識代替了原來片面的認識。科學發展中體現出的這種爭論式的對話表明,“科學史就是科學共同體之間對話的歷史”。[6]

作為科學共同體之間對話的歷史,科學史(H2)具有以下主要特點:第一,科學史中的對話具有開放性。雖然科學研究屬于學術領域,而學者又擁有學術的“專利”,但這樣并不妨礙科學對話成為一個開放性的活動。對話雙方均以公開發表的報告、論文、著作、演講或以學術討論會等形式闡明自己的觀點。即使前人不在,后來的研究者同樣也會將自己的觀點和結論同他們的成果比較、對話。這種公開性必然導致科學探究對話不可能缺少激烈的爭論,因為,學者們各將自己的觀點和結論公之于眾,接受學術界的討論、評價與檢驗。但是,無論爭論多么的激烈,它卻是科學理性與學術自由精神的體現。第二,科學史上的對話具有群體性。在科學研究中,任何一個領域都很難是單獨個體的舞臺,每一個科學成果背后都有相應的科學研究群體,或者叫做科學共同體。貝克勒爾與居里夫婦在放射性領域的研究不僅打破了原子不可再分的陳舊觀念,而且促進了醫療事業的發展。在力學研究領域,卡諾、焦耳、開爾文等人的研究使得人們對于熱力學研究取得了豐碩而偉大的成果。在這些共同體中,他們對于科學有相似或共同的信仰,并在相應的領域建立了較穩定的理論體系,使得群體中的每個成員都能為共同體創造利益并享受利益。第三,科學史上的對話是反復爭論的過程。由于對話的開放性和群體性,以及由此而生的激烈的爭論使得對話會反復地進行。受理念和實踐資源的限制,在科學發展的每一個階段所得到的各種結論的真理性是相對的,隨著科學技術的發展,它們在不斷的反復中得到改正或完善。如前面提到的關于光的本質的研究,17世紀牛頓提出了微粒說并成功地解釋了光的直線傳播、光能投下清晰的影子及光的反射等現象。但是,同時代的胡克等人則提出了光的波動理論,因此而引起了持續近300年的大爭論,即科學史上著名的光的微粒說與波動說的論爭。在19世紀以前,牛頓的威望及波動說自身的不完善使微粒說處于優勢地位,但到了19世紀,托馬斯·楊的“雙縫干涉實驗”使光的波動說得到復興。不過“失勢”的一方并不自愿退出歷史的舞臺,20世紀初的物理學革命,特別是愛因斯坦提出的光粒子的形式使微粒說重獲新生。但是,這樣的反復爭論同樣也沒有使波動說失效,現代量子力學認為光是波動性和粒子性的統一,即有波粒二象性。到此關于光的本質的討論得到了一個較全面的結果,但是,歷史的經驗告訴我們這樣的結論也只是處于一個相對穩定狀態,其還必須經受反復不斷的對話與爭論。

科學史(H2)具有的上述三個特點讓我們看到其體現出的兩個原理:第一,科學史中的對話是科學共同體“和其他聯合方式有許多不同的和自由的接觸”[1](93)的重要方式;第二,科學史中的對話使得科學共同體內外有“許多共同的利益有意識地相互傳遞,共同參加”。[1](93)

三、科學史(H2)原理指導下的科學對話教學

要在科學本身的文化背景中找尋科學對話教學的方法,我們在教學中就主要依據上述兩條原理認真地對待以下兩個問題:第一,學生在科學教學中和其他同學以及教師的相互作用,充分和自由到什么程度?第二,學生在科學教學中“有意識地參與的利益有多少”?[1](93)

在科學教學中,課程標準一直是指導教學進行的指南針,它規定了不同年齡學生應學習的知識內容和應達到的科學素養的程度。對于這一事實,我們建議科學教學應起始于讓課程成為學生經驗的一部分。教學過程應開始于學生經驗同課程內容的心理聯結,因為我們既不能否定學生經驗世界中擁有的“前概念”,又不能否定學生的經驗同課程內容之間的距離。如果完全相信前者,我們在課堂教學中將失去對課程內容的控制;如果完全相信后者,我們又將對學生的經驗視而不見。因此,建立兩者之間的聯結就應該成為首先要考慮的事情。這種聯結也就是讓學生能用自己的經驗去解讀科學課程中的知識內容。例如,讓學生認識水的折射現象時,教師應允許學生對放入水杯中的筷子“彎折”的現象有各自的解釋。有的學生會說筷子被折斷了,有的會說筷子本身就是彎折的。當然,這些解釋都不是科學地解釋了折射現象,但是學生開始將要學的科學內容同自己的經驗相聯結了。當學生完成了這一步之后,他們同時就邁入了有意識地進行科學探究的門檻,因為他們也急切地想確定自己的解釋是否正確。

建立學生經驗同課程內容之間的聯結是群體中的個體行為,這個過程讓得到的經驗成為每個學生獨占的財富和資源。也許就此停止教學學生也能在自己的經驗世界中建立自己的理解,但是我們并不放心他們能最終達到科學的“理解”。對此,科學史上的激烈爭論對科學的促進作用使我們相信對話能讓他們的觀點趨于一致和真實。所以,我們的建議是讓學生在群體中自由地、充分地交流他們的經驗。通過對話讓學生發現彼此的解釋中的合理和不合理的成分,以便他們能重新審視自己的觀點。在關于折射的理解上,認為水使筷子彎折的學生會面臨來自筷子拿出杯子后仍是直的挑戰,同樣認為筷子本身就是彎的學生也會面臨同樣的問題。如此一來,他們就需要通過冷靜的思考來審視自己的解釋對這種現象的本質的反應程度到底如何。這里我們也不希望或是寄希望于學生能自己得到科學的解釋,但是這種經驗交流的重要性是讓學生體會對話是用來思考尋找一種科學的方法,并以這種方法來解決共同的困難,參與到這種共同的利益中。在教學中為了操作方便,小組對話是一種有效的方式。教師所做的就是提供充分的條件和寬松的環境讓學生能將自己所想充分地展示出來同其他兒童對話。因為,富有成果的對話需要參與者身處一個相互尊重的氛圍,以便他們能自由表達自己的觀點而不用擔心受到責難或奚落。只要大家可以心情舒暢地聆聽、陳述和表達,那么對話就能獲得理想的效果。因此,對于學生在對話中表現出的合理與錯誤,教師都不能不假思索地武斷干涉。這是自由對話的要求,也是由于一般而言我們對于錯誤中汲取的教訓都比順暢而得的經驗更記憶深刻。

小組內和小組間的討論并不能完全達到理解科學的目標,這樣我們就需要擴展對話的范圍:學生同教師之間的對話。學生同教師之間的對話同樣存在于以往的科學教學中,但是那時所謂的對話更多地是一種教師主宰式的單向的傳遞過程,教師并沒有關注學生的經驗,更不可能為學生的對話創造可能的環境和條件。在科學史中,當一位科學家或是一個群體有了新的知識時,他們最終通過與更多、更大的群體之間的對話得到認可或改進。在教學中,教師以其獨有的經驗和知識構成成為學生擴大對話的首選對象。因為,有關科學知識的好的討論需要教師的幫助。于是,教師也參與到了學生群體的利益中來,而且這種參與的自由與充分程度直接關系到學生對科學知識的理解。教師在這里要認真傾聽學生對于自己結果的討論,這樣課堂教學就打破了學生聽教師講結果的舊方式,讓學生在自由的、自覺的氛圍中獲得真知。這樣教師才使用了科學史(H2)蘊涵的倡導公開、自由的討論而讓學生參與到集體共享的利益中的原理。此外,教師還應將知識產生的歷史融入科學教學。如在科學史上科學家曾經對于折射這一現象作了怎樣的解釋,然后又是經歷了怎樣的探索才最終獲得真正的解釋。如此,科學史的“形”和“神”都應用到了教學中,也才能發揮其最大的教育功效。

對話與交流的最終結果是得到對教師和學生來說都是一致的結論,即“科學的”知識。即使我們承認知識的真理性具有相對性,但是這并不妨礙我們認為它們是我們對世界、自然更進一步和更全面的認識。因此,我們能夠接受成為穩定知識的結論。關于結論,一個關鍵的問題是要使對其“經驗性”的表述轉換為“科學的”表述,亦即把經驗融進科學理論體系。有如科學史上科學家以論文、書籍等形式呈現自己的成果,學生們也可以通過實驗報告等形式呈現對話的結果。這個過程主要是教師負責完成,他們首先要讓學生明白有穩定的體系對于科學知識的掌握、傳遞的重要性,然后對經驗進行“歸位”,使其科學的邏輯顯現出來。

我們的教學并沒有就此結束。科學史上存在反復爭論的事實告訴我們,科學同樣面臨不確定性的困擾和挑戰,亞里士多德的理論在兩千年后被伽利略推翻就是有力的證明。所以,教學中不能限制學生用行動來對對話的結果做檢驗,而且教師還應該主動地引導學生進行這樣的檢驗,這也是杜威和眾多探究教學研究者倡導的用行動來檢驗理論和知識的過程。對此過程我們應抱有寬容的心態,因為勇于接受挑戰,面對改變不盲目、不自滿、不自大、增強信心是有理智的人所必須的,也是養成學生使用科學方法的習慣所必要的。

當科學教學依據科學史(H2)的原理進行,我們看到了科學課堂教學在解放學生智力方面的努力。這不僅是科學教育的價值所在,而且也讓我們從另一個新的角度來看待科學史和科學教學的關系:由于科學史,我們更審慎地看待科學教育和教學,而不是僅僅用它作為“有形的”教學材料。

[1][美]杜威,王承緒.民主主義與教育[M].北京:人民教育出版社,1990.

[2][丹]赫爾奇·克拉夫,任定成.科學史學導論[M].北京:北京大學出版社,2005:10.

[3]Deborah,L.B.,Mark,H.T.,&Geoffrey,P.Content Knowledge for Teaching:What Makes It Special?[J].Journal of Teacher Education,2008,59(5):391.

[4]徐繼存,車麗娜.教學文化研究引論[J].天津市教科院學報,2004(4):20.

[5]王士平.科學的爭論[M].北京:科學出版社,1998:1.

[6]James,W.G.,&Kenneth,S.L.Democratic Science Teaching:A Role for the History of Science[J]..Interchange.1993,(24):29.

責任編輯:陳興安

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