為小學(xué)科學(xué)教育融入科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)教育

周榮庭

科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會學(xué)為科學(xué)教育提供了非常重要的資源，不僅有助于學(xué)生增進科學(xué)知識，樹立科學(xué)觀念，培養(yǎng)科學(xué)判斷能力，理解科學(xué)本質(zhì)和科學(xué)研究方法，還是溝通科學(xué)與人文文化，提高學(xué)生科學(xué)興趣，提升學(xué)生綜合文化素養(yǎng)的有效手段。小學(xué)科學(xué)教育中應(yīng)當融入科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會學(xué)教育。

科學(xué)和科學(xué)方法有它的優(yōu)點，同時也有局限性。在后現(xiàn)代語境下，尤其是工業(yè)社會充分發(fā)展以后，人們對科學(xué)本質(zhì)的認識發(fā)生了轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)教育也隨之遭遇危機。這是因為傳統(tǒng)的教育認為科學(xué)總是能夠幫助人們解決問題，創(chuàng)造新的生活環(huán)境理念。所以，從20世紀90年代開始，一種新的科學(xué)教育范式應(yīng)運而生，即科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會學(xué)相結(jié)合的教育（簡稱“HPS教育”）。

科學(xué)史研究科學(xué)和科學(xué)知識的發(fā)展史，包括自然科學(xué)和社會科學(xué)的歷史。例如，燃素等科學(xué)概念的產(chǎn)生與拋棄，地心說等科學(xué)假說的證實與證偽，原子結(jié)構(gòu)模型等科學(xué)理論的演化，都屬于科學(xué)史的研究范疇。把科學(xué)史和科學(xué)課結(jié)合起來，學(xué)生可以了解到眾多的“科學(xué)故事”，如體會科學(xué)概念的產(chǎn)生和拋棄、科學(xué)假說的對立與真?zhèn)?、結(jié)構(gòu)模型的設(shè)定與演繹。又如，早在原始社會人們就開始有了關(guān)于自然界的知識，獲得了制造工具、人工取火、編織衣物、交通工具和飼養(yǎng)家畜等12件技術(shù)發(fā)明。這些科學(xué)歷史是教師需要充分了解的，然后將其有機地結(jié)合進小學(xué)科學(xué)課程中，使學(xué)生產(chǎn)生不同的新認識。

科學(xué)哲學(xué)是對科學(xué)本性的理性分析，是對科學(xué)概念、科學(xué)話語的哲學(xué)思辨，例如科學(xué)對人類發(fā)展的影響利弊。我們看西方的哲學(xué)史，就相當于看西方的科學(xué)史和宗教史的變化，從中可以看出人們對科學(xué)知識的構(gòu)建，例如個人教育背景與科學(xué)成就之間的關(guān)系。

科學(xué)社會學(xué)主要討論科學(xué)處在社會大系統(tǒng)中，社會因素在科學(xué)發(fā)展過程中的地位和作用。從廣義上講，科學(xué)社會學(xué)關(guān)注社會因素，諸如政治、經(jīng)濟、文化、信仰、宗教、個人情感等在科學(xué)發(fā)展過程中的地位和作用。這樣科學(xué)社會學(xué)還關(guān)注在一定背景中建立起來的科學(xué)，以及科學(xué)與社會的互動，如三角函數(shù)和航海活動之間的互動。

科學(xué)素養(yǎng)在當今的教育中占據(jù)非常重要的地位，提高公民的科學(xué)素養(yǎng)具有重要的意義，小學(xué)課程必須考慮到讓公民改善生活質(zhì)量，增強參與社會和經(jīng)濟發(fā)展的能力，提升參與建設(shè)創(chuàng)新型國家的能力，進而實現(xiàn)社會全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)的發(fā)展。學(xué)生不僅要進行知識的學(xué)習(xí)，還要開展科學(xué)探究?！缎W(xué)科學(xué)課程標準》中提出科學(xué)素養(yǎng)是指“了解必要的科學(xué)技術(shù)知識及其對社會與個人的影響，知道基本的科學(xué)方法，認識科學(xué)本質(zhì)，樹立科學(xué)思想，崇尚科學(xué)精神，并具備一定的運用它們處理實際問題、參與公共事務(wù)的能力”。

因此，認識科學(xué)歷史、了解科學(xué)哲學(xué)是提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)所需，也是科學(xué)教育的重要環(huán)節(jié)。小學(xué)科學(xué)課標在科學(xué)態(tài)度總目標中明確要求學(xué)生要有好奇心，保持質(zhì)疑精神和批判精神，還要學(xué)會與他人合作;在科學(xué)、技術(shù)、社會與環(huán)境總目標中又提出，學(xué)生要“初步了解所學(xué)的科學(xué)知識在日常生活中的應(yīng)用。初步了解人類活動對自然環(huán)境、生活條件及社會變遷的影響;了解社會需求是推動科學(xué)技術(shù)發(fā)展的動力;了解科學(xué)技術(shù)已成為社會與經(jīng)濟發(fā)展的重要推動力量。初步了解在科學(xué)技術(shù)的研究與應(yīng)用中，需要考慮倫理和道德的價值取向;熱愛自然，珍愛生命，具有保護環(huán)境的意識和社會責(zé)任感”。這里所講的內(nèi)容與科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)與科學(xué)社會學(xué)教育的內(nèi)容是一致且相合的，是可以對應(yīng)起來的。課標中的科學(xué)態(tài)度（探究興趣、實事求是、追求創(chuàng)新、合作分享）對應(yīng)科學(xué)哲學(xué);科學(xué)、技術(shù)、社會與環(huán)境（科學(xué)技術(shù)與日常生活的聯(lián)系、科學(xué)技術(shù)與社會發(fā)展的聯(lián)系、人類與自然和諧相處）對應(yīng)科學(xué)社會學(xué);科學(xué)史中的歷史科學(xué)故事可以作為教育的載體。因此我們應(yīng)該詳細探討小學(xué)科學(xué)教育與科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會學(xué)教育的結(jié)合。

在小學(xué)科學(xué)教育中開展科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會學(xué)教育

講科學(xué)故事是將二者結(jié)合的良好策略

如何把科學(xué)內(nèi)容講好，使小學(xué)科學(xué)教育和科學(xué)史，科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)社會學(xué)教育二者更好地結(jié)合？講故事就是一個非常好的策略。把科學(xué)內(nèi)容當成故事講，讓學(xué)生覺得這是他們生活當中必不可少的一個資源，在生活中學(xué)習(xí)體會科學(xué)歷史和科學(xué)哲學(xué)。

科學(xué)故事實際上應(yīng)該是一個中性的概念，是人圍繞科學(xué)所展開的活動。故事的要素有人物、活動和背景。故事可以發(fā)生在不同的歷史空間（如歷史上的或者當下的），也可以是不同的故事主體（如科學(xué)家的或?qū)W生個人的）。教師可以直接講述歷史科學(xué)故事，針對某個理論妥善選擇科學(xué)史上科學(xué)家的思考、研究動機及出現(xiàn)的謬誤，也可以通過歷史對話呈現(xiàn)不同時代的科學(xué)家對同一自然現(xiàn)象的不同觀點。當然，還可以把一些化學(xué)家作品和精美的儀器展現(xiàn)出來，結(jié)合這些生動的形象把故事策劃好。

一個典型的科學(xué)史故事案例就是原子結(jié)構(gòu)模型的發(fā)現(xiàn)。作為老師的湯姆孫首先提出原子模型應(yīng)該是棗糕模型，可是他的學(xué)生盧瑟福卻說： “老師，我覺得不是棗糕！”經(jīng)過一番研究，1911年盧瑟福提出了行星原子模型。但是這個模型仍有不足之處，后來歷史重演，盧瑟福的學(xué)生玻爾說：“老師，棗糕和行星都不對！”1913年，玻爾提出了玻爾原子模型。

從這個科學(xué)歷史故事當中，學(xué)生可以了解到科學(xué)知識是如何一步一步構(gòu)建的，科學(xué)技術(shù)如何與社會發(fā)展互動，引發(fā)學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的思考，培養(yǎng)學(xué)生基于證據(jù)和推理發(fā)表自己見解的意識，使學(xué)生養(yǎng)成樂于傾聽不同的意見、不迷信權(quán)威、實事求是、勇于修正與完善自己觀點的好習(xí)慣。從這個科學(xué)歷史故事當中，學(xué)生還可以體會到一種科學(xué)哲學(xué)觀點——吾愛吾師，吾更愛真理。學(xué)生在了解這些科學(xué)歷史故事后，可以根據(jù)興趣選擇探究，進行科學(xué)實驗的證實或證偽，如此課標中的科學(xué)態(tài)度總目標就與科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會學(xué)教育結(jié)合起來，一起融入史料和學(xué)生的探究活動中。

探究式教學(xué)模式

科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會學(xué)的教學(xué)模式遵循演示現(xiàn)象引出觀念學(xué)習(xí)歷史設(shè)計實驗呈現(xiàn)科學(xué)觀點和檢驗總結(jié)評價的過程，具有有機融合、問題探究、主動構(gòu)建、基于情景的特點。它將歷史的、哲學(xué)的和社會的要素融入教學(xué)過程當中，促使學(xué)生思考在當時的條件下科學(xué)家們?yōu)槭裁磿贸鲞@樣的認知，同時允許對實驗有不同的解釋，最后結(jié)合現(xiàn)代的科學(xué)觀點及其社會影響，使學(xué)生產(chǎn)生整體的認識。

比如電解定律，科學(xué)家們對它的認識發(fā)生過很大的變化。達拉第提出電解定律“只有當電流通過電解質(zhì)溶液時，電解質(zhì)才發(fā)生分解”，拉烏爾通過實驗發(fā)現(xiàn)“測定凝固點的水溶液并未通過電流，但鹽分子依舊離解了”，阿倫尼烏斯指出“電解質(zhì)分子在溶液中離解成正負離子，不是因為通電”，今天主流觀點是完善的水化理論。根據(jù)這一科學(xué)歷史，學(xué)生可以以問題為導(dǎo)向進行探究學(xué)習(xí)。水溶液中是否存在離子？電離過程是否需要通電？學(xué)生可以選擇不同的觀點進行實驗檢驗，最后使自己的科學(xué)故事與科學(xué)家的歷史故事得以攜手。教師也可以通過不同的方式呈現(xiàn)這些科學(xué)歷史故事。

新媒體技術(shù)使學(xué)習(xí)科學(xué)有趣起來

隨著技術(shù)手段的多樣化和進步，一些科學(xué)故事用新媒體手段可以更好地展現(xiàn)出來。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)新媒體研究院在這方面作了很多嘗試。例如：科普繪本《消失的世界》借助增強現(xiàn)實技術(shù)將一些已經(jīng)從地球上消失的生物在屏幕上復(fù)活，展現(xiàn)在孩子們眼前，孩子們可以和書中的古生物一起玩耍、合影; “天工百煉”APP把中國古籍《天空開物））中非常復(fù)雜的技術(shù)，通過精彩的畫面展現(xiàn)出來，使古籍在新技術(shù)環(huán)境中重獲新生，同時學(xué)生通過移動APP的交互技術(shù)更容易理解古人的智慧; “美麗化學(xué)”網(wǎng)站采用3D建模與渲染技術(shù)將古籍上記載的平面圖像精美還原，用一種吸引人的方式將波義耳、普利斯特里、拉瓦錫等12位著名化學(xué)家的15套重要化學(xué)反應(yīng)裝置的美麗和神奇，通過數(shù)字技術(shù)和媒體傳遞給大眾。

（本文根據(jù)作者在2018中國青少年科技輔導(dǎo)員協(xié)會年會“科技教育的新視野”分論壇上的演講整理 文字整理：秦麗雪）