科學史對學生的知識建構的意義

千百年來，科學先賢們為了探索未知的世界、擴大已知的領域所做的艱苦卓絕的工作，就像一部英雄們的史詩，激勵著人們去研究去探索。從教育的意義來說，把科學的史詩適當引入相關科學原理的學習中，將科學思想、科學方法很自然的融合在教學中，不僅能使學生更有興趣地學到知識，而且使學生掌握科學原理的同時，在潛移默化中學到科學研究中的研究方法。

科學史傳達給人們的科學思想、科學方法，對學習科學理論肯定是有益的。比如學習物理的過程中，，當我們為那些與前概念格格不入的觀念而煩惱時，如果了解一下這些科學原理建立的歷史過程，那么，接受與理解難懂的科學知識就變得容易多了。因為這些理論的建立者一開始并不是這樣想的，甚至是相反的想法，科學家們從開始發現奇怪的現象而產生質疑、提出假設、求證、得到結論也不是一帆風順的，而是充滿曲折和反復。

比如“行星運動三大定律”這一知識點，根據訪談結果，發現對于開普勒是如何想到行星會有那樣的運行規律，學生覺得這個定律如此“高大上”，由于它“太神奇了，太高深了”，而這樣偉大理論的獲得是如何完成的，我們有什么理由相信呢。事實上我們相信這個定律的科學性不是因為他是科學家，而是在真正的宇宙圖景建立以前，關于宇宙結構的認識已經在由不合理向合理的方向在轉變，那是經歷過艱難的曲折和反復、建立在論證、大量的觀測數據和理論計算、推理基礎上才得出的。如果適當融入這部分科學史實，行星運動的定律就變得不那么難以理解了，合乎常理了。所以，為了使學生更好理解行星運動定律的內容，須得引入宇宙結構的認識歷程：從希臘以亞里士多德和托勒密為代表的古典宇宙理論，倒退到中世紀原始而粗陋的宇宙圖景。又經歷歐洲第一次學術復興，亞里士多德的托勒密所倡導的希臘宇宙理論又重新回到人們的心中，建立了“地球居于宇宙中心”的理論。直到尼古拉·哥白尼在他的《天體運行論》中構建了“日心地動說”，哥白尼所構建的宇宙體系與當時的宗教思想和亞里士多德的物理思想相抵觸，遭到各方面的反對。天才觀測家第谷的出現，他雖然一方面反對哥白尼的理論，卻又一方面進行天文觀測，積累了大量觀測資料，使后來開普勒的研究宇宙新秩序成為可能，他將自己畢生的觀測資料留給開普勒，經過艱苦的歸納、整理、計算、推理，開普勒修正了哥白尼的理論，發現了火星繞太陽的運動的數據，指出行星不是沿圓軌道而是沿橢圓軌道運行，并且這個預測與觀測結果也吻合，進而總結出“行星運動三大定律”，為天空立法。當我們了解了以上宇宙圖景的建立過程，才能真正地理解開普勒的行星運動三大定律，建構起對宇宙太陽系圖景的理解。其探索過程中的科學方法、科學假設對學生們的影響也是有好處的。

與科學探究取得的結論和結果相比，有時科學探究的過程所提供給我們的科學方法要豐富得多，而這些方法正是新的課程改革形勢下我們期待學生們獲得的研究方法與能力。科學探究的過程能夠使我們看到科學真實的一面，更重要的是使學生理解在探索過程中，問題是如何提出的、如何建立假設的、這些假設是如何得到驗證、如何推翻假設、建立新的假設，重新找到證據，最終得出科學結論的過程。

美國著名的生物學家、哲學家和教育家施瓦布（J. Schwab）主持設計的“生物科學課程研究”課程（ BCCS）在教學方法上強調科學史實教育，以突出“作為探究的科學”的教學思想。他在BCCS的“教師手冊”中寫到：“作為探究的科學教學的本質是讓學生理解在科學發現過程中，問題是怎樣提出的，如何得到驗證的，最后又是怎樣得出結論的。它還應當包括適當處理科學疑問和科學的不完整性。還應提倡科學史，因為它關注的是人和事物而不是科學概念本身。因此，我們應當充分利用科學史在科學教育中所具有的功能。

在實際的教學過程中，我們既希望學生能學到知識，又期望他們能夠獲得技能，在時間的分配上，總是在前者所占的比例居多，科學史的引入大多只用來點綴，并沒有真正地幫助學生理解科學。比如學習“萬有引力”這一內容，教材對于牛頓本人的生平和家鄉做介紹，而不是把萬有引力發現之前的相關成就告訴學生；“自由落體定律“這一章節鎖涉及的科學史部分只是伽利略的生平、軼事，大多數學生是不可能知道伽利略是如何提出問題和建立假設的。這樣學生就很難在知識的學習和技能的獲得、探索發現上有更多的結合。從這個意義上來說，科學史不失為一種很好的橋梁，把知識的學習和探索發現更多地結合起來。

筆者認為新的課程改革背景下，在大眾化教育的時代，科學史可以帶給學生們的是領會科學的精神、掌握科學的研究方法、樹立合適的科學形象，從而在科學技術水平高度發達的這個時代下，引導他們理智地對待科學、以可持續發展的眼光利用科學、積極地生活。

（作者單位：通遼第五中學）