我國科學史融入科學教學實踐的回顧與展望

張春燕 李雁冰

[摘 要] 近年來，科學史在課堂中的重要作用已經得到教師的廣泛認同，以2010～2019年核心期刊中科學史教育功能與教學實踐相結合的文獻作為研究對象，從載文情況、載文內容、關鍵詞共現、社會網絡圖譜等4個方面進行統計，最終發現，近十年來科學史教育教學實踐研究仍以HPS（History Philosophy and Sociology of Science）模式作為科學史融入課堂的主要載體，結合多樣化的科學教學模式和教育技術，逐漸呈現出多元化的研究態勢。同時，現有的文獻欠缺科學史的科學教育功能與教學實踐相結合的效果考察研究，其研究內容也有待向縱深方向發展。

[關鍵詞] 科學史教育;科學教學;融入;統計分析

[中圖分類號] G42? [文獻標識碼] A? [文章編號] 1005-4634（2022）01-0087-06

0 引言

科學史發展之初，以科學本身內部發展的歷史為研究對象，即科學史內史;20世紀30年代，科學史研究開始重視外部社會文化因素對科學的影響，科學史外史誕生。薩頓作為科學史的奠基人，認為“科學史是獲取實證知識與人文素養的源泉”[1]，由此實現了科學與人文主義的偉大綜合。教育功能是科學史諸多功能中最重要的功能之一。一方面，科學史能夠激發學生對科學的興趣，使科學學習成為一種樂趣;另一方面，科學史能夠賦予科學教育人文性的特點，使學生能夠更好地理解科學概念，掌握科學方法，洞悉科學的本質，進而獲得科學素養的整體提升[2]。

何謂科學史教育？結合教學內容和學生實際情況，選擇與教學內容、目標相關的科學史內容，將科學的運作方式傳遞給學生，即為科學史教育[3]。通過對科學史的科學教育功能與教學實踐相結合的文獻進行統計分析，能夠明晰現階段我國將科學史融入科學教學的實際狀況。因此，本研究對2010～2019年中國知網核心期刊、CSSCI中收錄的科學史教育教學研究的文章進行統計分析，以揭示科學史教育在實踐研究中的特點及發展趨勢，促進我國科學教育中科學史教育的研究與實踐，并為我國基礎科學教育改革提供一定的參考。

1 數據來源及研究方法

1.1 數據來源

本研究將中國知網（CNKI）數據庫作為文獻樣本索引源。在文獻數據收集方面，選擇在高級檢索的期刊庫中以科學史、科學史教育、科學史教學、化學史、物理學史、生物學史等為主題詞和關鍵詞進行檢索。將文獻時間范圍界定在2010～2019年，文獻類型為核心期刊文章，通過高級檢索功能選擇并剔除無效文獻，最終共得到有效文獻210篇。

1.2 研究工具

BICOMB2.0作為文本挖掘的基礎工具，能夠對數據庫中的書目信息進行快速提取、準確提取關鍵字段并歸類存儲和統計，生成書目數據的共現矩陣，為進一步研究提供全面、準確、權威的基礎數據[4]。而UCINET6.0作為集成一維與二維數據分析的社會網絡數據分析的知名軟件，提供了大量的數據管理和轉化工具以及多種可視化分析法[5]。因此，利用BICOMB2.0（Bibliographic Item Co-occurrence Matrix Builder）提取關鍵詞并進行關鍵詞共現分析，利用UCINET6.0（University of California at Irvine Net work）進行社會網絡圖譜可視化分析，對科學史教育教學實踐研究展開文獻分析。

1.3 研究進程

本研究首先在中國知網（CNKI）數據庫中提取研究數據并進行統籌分析，剔除無效樣本，對最終研究數據進行載文情況和內容分析。其次，通過BICOMB2.0設定高頻關鍵詞并建構關鍵詞共現矩陣，對關鍵詞以及關鍵詞共現矩陣進行分析，初步探析科學史教育教學實踐的研究特點和態勢。最后，使用UCINET6.0對共現矩陣進行轉化和社會網絡分析，最終繪制社會網絡關系圖，對矩陣和圖譜進行深入分析，獲得科學史教育教學實踐研究的最終結論。

2 研究結果與分析

2.1 載文情況統計分析

我國科學史教育起步較晚，其價值的凸顯使得我國科學教育的目標發生轉向，科學史教育從最初的摸索階段進入創新的探索階段，本研究選取2010年至2019年作為科學史教育在科學教育教學中的實踐探索階段，即探索將科學史融入科學教學的有效路徑的階段。如圖1，這十年間在核心期刊發表的科學史教育教學類文章共210篇，可見2010～2019年是科學史教育教學研究的平穩發展時期，并且具有上升的趨勢，其中2019年以30篇為最多。僅從數量上分析，科學史教育教學類文章在整個科學史研究中所占比重較小，說明科學史在教育教學中的研究還有待進一步挖掘。

2.2 載文內容統計分析

科學史論文可劃分為科學史實類、科學史教育教學類以及其他類[6]。本研究探究科學史與教育的關系，探究科學史教育教學的實踐與研究，因此只對科學史教育教學類文章進行研究分析。依據科學史教學類文章內容，科學史教育教學類論文大體可以劃分為以下幾類：第一類是科學史教育功能和價值;第二類是科學史教育策略、方法和模式;第三類是科學史與教學設計;第四類是科學史與教材分析;第五類是科學史教育實踐與調查，包括科學史教育在中小學中的實踐與反思以及基于科學史的文獻統計;第六類是其他，包括科學史教育中的問題及啟示、會議報告等[7]。

2010～2019年，科學史與科學教育教學相融合的文獻中，科學史教育的策略、方法和模式探索以及與科學史相關的教學設計文章達到143篇，占總數的68%（見圖2），說明科學史教育教學類的文章著重探討科學史的教育模式、方法策略以及將方法策略和模式應用到實際教學的設計當中。與此同時，科學史教育教學類文章中科學史教育的策略方法探究以及利用科學史進行教學設計的論文在總體上呈現增長趨勢，尤其是2019年發表的文章中，其占據當年科學史教學類文章的86%。《基于核心素養的HPS教學實踐——以“甲烷”為例》強調化學史的整體性，基于“歷史線—活動線—知識線”，將內容知識鑲嵌于化學史背景中，并與社會生產生活相聯系，以培養學生的化學核心素養作為終極目標;《化學史融入中學化學課程“四線式”教學模式的建構》將“歷史線—探究線—知識線—應用線”貫穿于整個教學過程，與“三線式教學法”一脈相承，增加了“應用線”，強化了科學知識的實用性;《基于科學史和模型建構的“生物膜的流動鑲嵌模型”教學設計》，以生物膜的科學探索史為經線，以“水果”生物膜模型作為緯線，在多媒體教育技術的支持下，幫助學生理解生物膜流動鑲嵌的結構和功能。除此以外，項目導向、融合POE教學策略、“歷史—探究—反思”顯性教學、“歷史復演法”等都是科學史教育方法與策略在實際教學中模式探索的研究成果。

與此同時，有關科學史教育方法策略應用于實踐的效果調查和研究偏少，僅占文獻的3%。以《化學教育》期刊為例，該雜志重視化學史教育教學的實踐研究和現狀調查，其對化學史教學的實踐研究調查較充分。相關的典型文獻有《基于文獻分析的化學史教育教學現狀與建議》《化學史融入初中化學教學現狀的調查與對策研究》等。但總體上看，有關科學史教育應用于實踐的效果調查和文獻研究缺乏，科學史教育的文獻統計和調查不受重視，缺乏科學史教育效果在實際教學中的檢測研究與反思。

2.3 高頻關鍵詞統計分析

2.3.1 高頻關鍵詞提取

科學史教育被認為是理科教育變革中有效的的人文路徑，科學與人文的交融已然成為時代發展和追求之強音。表1為高頻關鍵詞輸出統計，通過提取分析不難發現，科學史教育教學類的研究主要集中在理科教學，即物理學史、化學史、生物學史應用于實際教學的教學設計是科學史教育教學類文章的主要表現形式。此外，理解科學本質即追求科學概念、定律、原理的理解及其發展的動態過程，追求對多樣科學方法認知與蘊涵的科學精神之感悟，上升為學生科學素養穩定內涵的一部分[8]。科學本質的理解是提升學生科學素養的根本，科學本質的理解和科學素養最終指向學生核心素養的培養，是核心素養在科學學習領域的集中體現。數據顯示，科學史教育與核心素養和科學本質之間的關系依然是科學史教育研究的重點，科學史能夠幫助學生擺脫灌輸式教育，從而理解科學知識的建構本質，在經歷科學知識的發生及其發展過程中認知自己的前概念并達到概念轉變的效果，在真實的科學探究環境中培養學生的核心素養。

2.3.2 高頻關鍵詞共現矩陣

高頻關鍵詞共現矩陣是建構知識圖譜進行研究和分析的基礎，利用Bicomb2.0生成關鍵詞共現矩陣（見表2）。矩陣中行、列為科學史教育教學類文獻中的高頻關鍵詞，數值為關鍵詞共同出現的次數，關鍵詞兩兩共同出現的頻數越大，兩個關鍵詞之間的關系越密切[9]。表2利用科學史、物理學史、化學史進行教學設計出現的頻次分別為10次、5次和6次，說明利用科學史進行教學設計在理科教學中是重要的教學研究主題。在教學設計中，集中探討科學史融入科學教學的模式應用、方法和手段，實現學生主體、教師主導的思維探索過程。現有的科學史教育的教學研究都涉及利用科學史培養學生的核心素養和幫助學生理解科學本質。學生對科學本質的理解以及核心素養的培養是科學史融入科學教學的主要目的所在。

2.4 關鍵詞網絡圖譜識別

為了更好地把握科學史與教育在教學實踐中的研究特點，凸顯其研究趨勢，將科學史教育教學類文獻的共詞矩陣分布導入Ucinet6.0，得到關鍵詞網絡分析圖譜。本研究的網絡圖譜選取頻數為3以上的關鍵詞進行分析，圖3展示了“科學史”“HPS教育”“教學設計”等核心關鍵詞構成的關系網絡。可視化圖譜分析能夠更深入地分析關鍵詞之間的內部關聯程度，在圖3中，方節點表示關鍵詞，點與點之間的連線表示關鍵詞之間的聯系，節點的大小表示該關鍵詞在整個研究中的地位，節點越大表明其影響力越大，研究的熱度越高;同時，連線越粗、節點之間的距離越近，表明兩者之間的研究關系越密切[10]。

從節點的大小來看，“科學史”統籌整個網絡圖譜，對其他關鍵詞的控制能力最強。在科學史教學實踐探索中，更加關注“物理學史”“化學史”“生物學史”的“教學設計”。“科學本質”和“核心素養”的節點較大，說明兩者也是科學史教學中關注的熱點。“科學探究”“教學模式”“教學策略”和“科學方法”在整個網絡圖譜中醒目，說明科學史融入科學教學的方法、策略正在不斷探索中。在科學史教學設計中，“自由落體運動”在科學史的案例探索中也是常被關注的對象。從整體上分析，圍繞科學史進行教育教學的研究集中在理科教學中，通過將科學史融入科學教學中，幫助學生理解科學本質的同時，培養學生的科學素養和核心素養。在方法和策略上，以HPS教育為主要教學模式，結合科學探究，通過讓學生親歷科學探究過程，掌握科學研究的策略和方法是科學史教育的研究傾向。

3 科學史教育教學研究的未來發展

3.1 結論

隨著科學史教育教學從理論走向實踐，科學史教學研究在2010～2019年十年的探索中，在取得一定成果的同時也逐漸形成了其研究特點，通過分析其在現有研究中的特點及存在的問題，能夠更加明晰科學史教學在科學教育中的真實現狀，為進一步改進和完善科學史融入科學教育的研究奠定基礎。

第一， 呈現多元的科學史教育教學研究態勢。從2010～2019年科學史融入科學教育的教學研究探索中，呈現出以HPS教育為主要展開形式，并結合科學探究，以實現理解科學本質、培養科學素養的教學目標的趨勢[11]。210篇研究文獻中，共有22篇HPS教育的研究，占據研究文獻的10%;以科學探究為主題展開的科學史教學為66篇，占研究文獻的31%。自HPS教育的浪潮席卷我國教育界以來，科學史的教育價值對彌補我國科學與人文的割裂問題是不可否認的。在現有的科學史教育的教學模式探索中，HPS教育模式依然是科學史融入科學教育的主要載體。在此模式的基礎上，科學家的傳記探索、角色扮演、探訪科學古跡、互動式歷史小故事等科學史融入科學課程的方式以同心圓的方式不斷被挖掘。此外，在科學史教育中融合情境教學、項目導學的教學形式在實際教學中也逐漸贏得教師的青睞;基于歷史—探究—知識—應用的“四線式”教學模式、基于“混合式”教學理念、基于科學史“元探究”的教學方法等多元的方法和策略也不斷涌現。不可否認，這些策略和方法的多元探索旨在更好地幫助學生理解科學的本質，提高學生的科學素養。

第二， 致力于與現代教育技術相融合的科學史教育實踐探索。隨著互聯網技術的高速發展，科學史融入科學教學的方式和手段日新月異，“互聯網+”的科學史融合模式將成為現代科學史教育發展的必由之路[12]。在科學史教育方法手段的應用上，Flash動畫、科學史視頻短片、科學史圖片等多媒體形式可展現科學史教學內容，豐富學生的視覺體驗;在經歷科學家的探究過程上，基于網絡的數字化信息系統實驗室、虛擬現實空間，使學生身臨其境，置身于科學家的探究環境，經歷科學家的實驗過程;在師生交流互動上，建立科學史網絡交流社區，教師收集課堂反饋意見，并鼓勵學生在社區發表自己對科學史的意見和看法，進行互動和交流。此外，“科學史翻轉課堂”“基于微信公眾平臺的科學史微課程”等基于現代教育技術的科學史課程開發也逐漸成為科學教育研究者的關注對象，科學史教育與數字互聯技術的融合將成為一種必然。

3.2 展望

科學史肩負著彌合科學教育和人文教育間鴻溝的使命，對于培養學生的科學精神和正確理解科學本質意義重大，為了使科學史教育適應未來科學教育的發展，科學史融入科學教育的教學實踐需要進行必要的革新。

第一， 科學史教學效果的考察研究有待加強。不可否認，科學史能夠促進學生科學知識的建構、激發學生的科學探究精神以及提高學生的科學素養。在我國，科學教育得到重視，在教育教學中的應用探索中也取得一定的成果。但是對于科學史教學模式、方法是否適用于實際教學[13]，學生的科學本質觀和科學素養是否得到有效提升，需要相應的研究支持。科學史教育教學效果也需要科學的評價體系支撐，科學史的教育功能從理論觀點到實踐探索之間需要增加一個考核環節[14]，從而推動科學史教育功能的實踐落實。

科學史融入科學教育的評價體系至關重要，需涵蓋對教師的教學評價和學生學的評價。教師的教學評價視角需要囊括兩個維度，即歷史維度和知識維度[12]。從歷史維度上，需要評價教師呈現的歷史材料是否緊扣教學內容、歷史史料是否客觀真實、史料是否突出呈現核心概念、史料的呈現方式等;從知識維度上，課堂內容的廣度和深度是否符合學生的認知水平、知識是否從史料的解讀和探索中獲得。此外，歷史和知識維度間的聯系也是評價標準之一。加納德的多元智力理論表明，不應該僅依靠紙筆測驗和量化測試來評估學生的學習，評價學生的學習成績應該采用多元的視角和多樣化的方法。科學史課堂中的學生評價，其評價體系可以在三維目標的評價體系中增加歷史的維度，即從歷史史料的視角理解學生的知識、基本實驗技能的掌握程度，以及對科學家情感、態度和價值觀的體會與感悟。

第二，科學史教學研究有待向縱深方向發展。科學史教育盡管在近年來越發受到重視，但是在實際的研究中，還存在著科學史教學研究淺顯等問題。內容上，主要集中在牛頓第一定律、原子的核式結構、自由落體運動等經典教學案例，而主動開發建立概念、規律的教學案例較少。例如，在本研究的研究文本中，以“牛頓第一定律”作為案例分析的文獻為10篇;“原子的核式結構”為6篇。科學史融入科學教學的方法策略的探討，也都是集中在傳統的經典案例探討上，缺乏更廣泛的科學史教學模式的應用探索。要想突破科學史教育的局限，獲得新的發展，在方法策略上，積極探尋新的科學史教育教學路徑且實現本土化，并能夠有效結合當地的教學特色，形成校本課程研究;在科學史內容的研究上，對科學課程中涉及的科學史內容、科學史教學模式進行深化解讀，主動開發探索科學史融入科學課程的教學研究，將科學史有效整合于科學課程中。

第三，肯定錯誤理論的教育價值。科學史是一部不斷被發現和被修正的歷史，是科學發展過程中的必然產物。錯誤理論并非憑空產生，與其所處的社會環境密切聯系，有著負價值和正價值兩重特性[15]。燃素說無法解釋物質燃燒后質量不減反增的實驗現象，哥白尼提出日心說之初為學界反對，布魯諾因反對地心說，捍衛哥白尼日心說被燒死，等等，都是錯誤理論帶來的負價值。同樣，錯誤理論的正價值是值得肯定的，燃素說的提出將人類從煉金術中解放出來，使得人類轉向研究物質的性質和變化;地心說作為世界上第一個行星體系模型，是世界上最早的假說—演繹體系，開創了構建精確性理論的先河。從本次研究結果來看，盡管教師將錯誤理論引入科學課堂，但其對于錯誤理論的價值認識依然存在很大的提升空間。因此，教師在進行科學史教育時，在對錯誤理論進行深刻的分析解讀后，引導學生充分肯定錯誤理論合理的思想方法，幫助學生進行恰當的價值選擇，形成正確的價值判斷。

4 結束語

將科學史融入科學教育教學中，依然是科學教育研究關注的內容。從現有的研究情況分析，科學教育工作者需要在充分融匯貫通現有的科學史教學實踐方法、理念的基礎上，結合現代教育技術，不斷探索科學史融入科學教學的創新路徑，并在實際教學探索中落實科學史教育功能的評價體系，幫助科學教師在科學史融入科學教學的實踐中獲得即時反饋，以期充分發揮科學史的育人價值。

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Review and prospect of integrating science historyinto science

teaching practice in China：visual analysis based on nearly

ten years of research

ZHANG Chun-yan，LI Yan-bing

（School of Teacher Education，East China Normal University，Shanghai200062，China）

Abstract

In recent years，the important role of the history of science in the classroom has been widely recognized by teachers.This visual analysis has been showed from 2010 to 2019 in core journals，with the research object of the history of science education in the combined with teaching practice of literature，from the social network graph papers content of those keywords co-occurrence four aspects such as statistics，showed that in the past ten years，HPS mode is still used as the main carrier to integrate the history of science into the classroom in the teaching practice research of the history of science.Meanwhile，the existing literature lacks scientific education function of history of science combined with teaching practice and the effect of the research，its research content also needs to develop in the direction of depth.

Keywords

history of science education;science teaching;fusion;statistical analysis

[責任編輯 馬曉寧]

[收稿日期] 2020-02-23

[基金項目] 華東師范大學第五屆大學生科研基金項目（ECNUFOE2019ZD041）

[作者簡介] 張春燕（1996—），女，廣東茂名人。碩士研究生，主要研究方向為科學與技術教育。

*[通信作者] 李雁冰（1964—），女，山東陽谷人。博士，教授，博士生導師，主要研究方向為課程與教學論、科學教育。