科學史教育中的學科立場與實踐取向

孟獻華+倪娟

摘要：通過教育思想和實踐的歷史回顧，提出科學史在學科教學中可以起到理解學科方法、形成學科思想、認識學科社會本質等作用，以理論陳述和案例呈現的方式，從內容選取的目標、原則方面全面闡述基于科學史進行教學設計的核心觀念。

關鍵詞：科學史教育；化學方法；化學思想；化學與社會

文章編號：1005–6629（2016）4–0019–05 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 引言：科學史教學設計的取向

關于科學史教學的應用層次，存在著從低到高的三種不同類型：（1）包裝性質。科學史內容是以附加形式進入教學，先講一段化學知識，然后呈現一段有關的歷史人物生平；（2）融入式教學。有選擇性地展示一些易于學生理解、能夠促使學生探究的材料和問題，學生與歷史上的科學家一起探討相關主題、掌握有關知識；（3）基于歷史的教學。借鑒科學發展中獲得理論的方法，重建教學單元主題呈現的順序和方式，體現學科的思想或知識發展內涵。

文獻表明，“目前的教科書與教學方法不能幫助學生達成良好的科學素養，有時反而是一種妨礙！它們強調尋求答案更甚于問題的發現，強調記憶忽視批判思考，強調零星知識的記憶而非理解，強調精確的復述而非思考”[1]。教科書中對化學理論的這種描述方式，導致教師也傾向于將化學學習簡單化為文科式的記憶、應用數學公式解題或是以標準的程序獲得化學定律。如：

幾千年前自然哲學家們就已經具有了物質不滅思想，第一次接觸化學的初中生也已經初步具有了守恒觀念，不會提出質量是否改變的假說。這樣的探究問題，無論是于化學學科結構的說明還是學生思考的激發，都沒有什么真實意義。這種利用歷史的教學，只是將化學家與化學公式、定律并列在一起，無法揭示出古代樸素觀念演化為現代科學概念的過程。化學史在課堂上僅僅起到“為歷史而歷史”的作用，學生知道的只是化學事實和化學家之間的偶然聯系。

2 溯源：科學史的教育價值

科學史在學校理科教學中的價值究竟有哪些，教學內容的選取和編排如何達到理想中的效果？我們可從科學史進入理科課程的發展歷程，探尋其不同課程傳統中的作用，以便形成完整的化學史教學價值的認識。

2.1 科學史教育的歷史發展

科學進入正式的課程領域是18世紀的事，但早期的科學課程注重對學生官能的訓練，目標指向學生知識的準確記憶和應用，教學中采用大量和古典人文學科學習相似的記憶方法。所以，早期學校教育的科學課程面臨了內容偏難、學習方法單一、缺乏人的本性關懷等指責[2]。

針對上述問題，教育者們認為引入科學的歷史能夠賦予科學教育人文性的特點，科學家們也逐漸把對科學方法的理解作為科學教學的首要任務，以此體現科學教育的特殊性。19世紀末，如德國物理學家馬赫（Mach）提出：“每一個年輕學生都要切身體驗一些數學和科學的發現，這樣教師就能夠使少數有影響的、簡明易懂的科學思想在學生頭腦中生根，促成學生思想的成熟發展。[3]”英國科學促進會的科學教育綱領文件也認為：“如果希望無論在學校還是將來走出學校后的學生們，能夠將科學視為一種樂趣而不是負擔，一條行之有效的路徑就是通過科學史的教學，讓他們在各種科學發現的傳記中體驗到科學的成功與失敗，以及人類獲取自然知識的艱辛歷程。[4]”

20世紀初的科學教育所強調科學進步對社會發展起到的作用，從以往的注重個人智力發展轉向關注社會發展對個人的需要。教育家杜威強調科學史在學生科學精神形成上的作用，認為科學史呈現了人類克服對自然無知的努力，能夠防止學生盲目遵從權威的傾向，有利于促進社會民主的進步[5]。1944年美國國家教育協會報告《面向全體美國青年的教育》（Education for All American Youth）建議，除了必要的專門學科知識，應該向學生介紹有關科學在人類進步中所起的作用、對人類和外部世界的科學理解以及對歷史上的科學家主要研究經歷的正確看法[6]。

20世紀中期發端于美國的理科課程現代化運動，出現了大量以科學史為內容開發理科課程的研究，如《哈佛實驗科學中的案例研究》（Conant，1948）、《物理科學概念和理論導論》（Holton，1952）、《科學史案例》（Klopfer，1956）。這些課程主要采用施瓦布（Schwab）、布魯納（Bruner）的科學探究教學理論和學科課程結構體系，通過歷史上科學家的研究活動展示科學探究的步驟、形成整體的學科知識結構，即科學史在教學中起到理解科學歸納法的作用[7]。

20世紀80年代以來，國際科學教育的重點由精英教育轉向普通教育，科學教育傾向于通過學習科學歷史、科學哲學、科學與社會等內容使公眾了解科學的本質。如英國科學教育協會（Association for Science Education）資助的課程《社會背景中的科學》（Science in its Social Context）中，每一個主題都加入了歷史視角，因為“歷史上曾經發生的各種事件，能夠讓我們很好地反思社會和技術的作用，同時有助于認清我們現在面臨的各種危機”[8]。

綜上所述，隨著科學教育的發展，科學史在其中所起的作用或教育目標，經歷了從早期科學知識實用性認識到科學方法的掌握，再到近年來對以“科學本質”為題的綜合性理解。

2.2 科學史價值建立的維度

上述概覽可以看出，科學史內容引入學校科學教育，應重點關注三個方面問題，即：對科學在人類文化地位中的反思，在不同歷史環境中理解科學知識和科學方法，從歷史角度闡述科學技術的社會功能及其對當代社會問題的解決。

2.2.1 科學史中的精神價值

自然科學研究的真正目的是為了更深刻和更全面地理解整個自然界，這和對美和善的渴望一樣，屬于人類的特征。科學知識是以累積性和進步性為特征的，科學史無疑最能夠說明這些進步的因素。對于學生而言，通過學科知識的發展演化能夠體會科學知識的邏輯嚴密性、普遍性和合理性，就會欣賞到某一理論中蘊含的學科思想與精神追求，防止形成教條主義。endprint

2.2.2 科學史中的社會價值

科學知識、科學方法和科學與社會的相互應用是一個整體系統，具備基本科學素養的公民，既要懂得科學知識與科學方法，又要理解科學技術作用的多元目的。只有了解科學知識逐漸發展的歷史過程，才能夠把新的知識不斷加入原有課程，并以連貫而靈活的方式使其有機地結合起來，充分理解科學在歷史上和現代生活中的重要性，從而打破將科學與人文學科截然區別開來甚至互相對立的傳統[9]。

2.2.3 科學史中的方法論價值

基于科學史的科學教育，尤其需要關注科學理性的批判精神。因為科學的歷史觸及著名學者的生平和科學思想逐漸演進，其生動的科學觀點提出和尋求支持性證據過程，正是科學教學中的歷史內容能夠給予學生在科學知識、科學方法、科學思想方面的最直接啟示。

3 科學史的教育實踐：基于化學內容的分析

具體到化學發展史在學科教學中的應用價值，并不是所用的歷史內容都適合作為教學的材料或知識形成的敘述。基于化學史的教育目標，應該更多體現在學科發展中存在的固有規律、學科教學的認知價值和化學發展的本質等方面，即提供學習者關于本學科發展的內部說明是其首要任務。在選擇相關的教學內容和發掘其中蘊含的教育教學價值時，應重點考慮的因素如圖1所示。

3.1 作為學科理論體系歷史形成過程的說明

化學歷史內容的選擇和呈現，應首先側重于對人類自然界認識發展過程中重大事件的縱向描述，如重要科學觀念形成或轉變、具有學科核心意義的概念演化或革命性事件、對社會物質或精神方面產生重要影響的科學事件等（如表1）。美國《科學》雜志20世紀末提到11項化學史上重要理論成就[10]，更多顯示了化學、物理和生物等自然學科的發展，既是一個人類群體不斷共同探索外界物質世界的過程，又是一個促進自我思想觀念突破原有藩籬、不斷進化的過程。

3.2 作為應用層面的科學說明

化學學科起源可以追溯到人類對火的發現與使用，它是最為古老的自然科學，化學研究始終以促進人類文明進步、保證人與自然和諧相處、實現社會可持續發展為指向。化學教育必然具有培養基本科學素養的未來公民、傳播準確的科學與技術知識、積極審視科學與社會關系的責任。以此為基點，通過化學發展史的學習促進學生理解化學對社會的作用，應在展示化學基礎知識、學科邏輯思維和研究方法時，重點選擇一些科技創新思路的提出和實現過程，因為這些重要問題的不斷解決說明了科學對社會的正面作用。如關于合成氨工業的發展以及對社會的意義，可以從幾個方面加以呈現（圖2）。

教學設計包括的主要問題有：

①將空氣中游離態氮元素變成化合態氮元素的化學原理是什么？有哪些重大意義？

②說出常見化肥的工業生產涉及的主要化學反應；

③如何正確看待化肥工業對人類社會發展的意義；

④說出合成氨工業對人類社會生活帶來了哪些影響，如何對它進行評價？

3.3 作為科學家研究活動的歷史

與科學有關的歷史人物包括職業科學家、業余科學家、神學家以及工匠等，科學教育中究竟選擇哪些科學家呈現他們的工作作為科學活動的說明，教育界尚難以給出具體劃分標準。一般而言，可以是“那些對科學的貢獻富有特色，足以與同行或者其他研究者具有顯著差異的人”、“在歷史上對自然現象做了原始研究的科學家，而且這些研究已經成為該領域的基礎”[11]。

無論是化學教材的編寫還是教學中對化學家個體的描述，都應該致力于從他們的研究工作里獲取科學研究的方法、科學研究成果對社會發展乃至于人們的思想觀念產生重大作用等方面，而不要過于注重與學科認識沒有關系的、個別科學家獨有的特殊性格。圖3展示了探究微觀物質世界時，科學家群體研究活動與成就的歷時性互動場景，它能夠很好地詮釋科學理論與實驗、知識與觀念、個體與群體的相互影響、相互促進。

4 總結

化學乃至于科學的飛速發展影響著我們精神生活和物質生活的方方面面，促使人們希望對它的理解，從尋求對自然現象的解釋演變為對人類社會的整體作用的掌握。由此，化學學科發展歷史的教學也就可以發揮更為廣泛深遠的作用。

第一，通過化學史教育使學習者具備基本的科學素養，理解科學知識，掌握科學方法，形成科學精神，促進在智力、品德、情感等方面和諧發展及綜合素質的全面提高。

第二，要借助于對學生智力有挑戰性的科學問題解決，使科學教學過程成為科學活動的“簡約復演”，從而在與科學大師的思想和精神的交流之中、在教師與學生的互動之中、在自然與社會的生動情境之中進行科學教學，學生在這一過程中也就成為活動的主體和發現者。

第三，基于學科發展史的教學離不開在于教師對本學科科學原理的準確掌握。只有如此，才能讓學生通過對科學知識的理解親近科學事業，而不是將科學歷史用于呈現碎片化的內容，引發學生對學科學習的誤解。

參考文獻：

[1]美國科學促進協會.中國科學技術協會譯.面向全體美國人的科學[M].北京：科學普及出版社，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]約翰·杜威.王承緒.民主主義與教育[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]喬治·薩頓.陳恒六等譯.科學史與新人文主義[M].上海：上海交通大學出版社，2007：15.

[10]江玉安.化學史上的重大事件與化學科學發展的主要線索[J].化學教育，2009，（7）：74～76.

[11] Gavroglu， K. & Renn， J. Positioning the History of Science. Springer， 2007： 12～25.endprint