HPS教育課程改善

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一hps教育

HPS原先是科學史和科學哲學的英文縮寫詞但近年來有些科學教育專家把科學社會學也納入其中于是HPS就變成了科學史科學哲學和科學社會學HistoryPhilosophyandSociologyofScience的縮寫詞了[1]把科學史科學哲學和科學社會學的有關內容納入科學課程中以提高科學教育的質量是近年來國際科學教育界高度重視的一個課程理論課題科學史科學哲學和科學社會學是科學學sciencestudies的三個分支學科它們共同擔負起闡述科學的本質提高科學教育質量的使命很久以前一些著名科學家和教育家就倡導在科學教育中進行科學史科學本質或科學方法的教學但這個問題重新受到國際科學教育界的高度重視并以HPS教育的形式再次進入科學課程中則是近年來的事當前科學教育學者們關注科學史科學哲學和科學社會學對科學教育的作用與以往迥然的不同之處首先體現在其國際性上80年代末期成立的國際科學史科學哲學與科學教學研究小組迄今已舉辦了三次HPS與科學教學的國際會議。

1992年創辦的國際學術刊物科學與教育ScienceEducation專門刊登科學史科學哲學和科學社會學與科學教育有關的論文據統計在19881998年期間以科學史科學哲學和科學教學為主題在學術期刊上發表的論文計有300余篇19881992年期間有關的學術期刊出了6次專刊探討這個主題[2]由此可見HPS教育已成為國際科學教育研究中一個前沿性課題80年代末以來對HPS教育的關注也反映在一些國家科學課程與教學改革中美國的2061計劃1989科學素養的基準1993和國家科學教育標準1996加拿大一些省的科學課程1991英國國家課程中科學課程部分1988荷蘭中學物理PLON課程1988挪威的核心課程1994丹麥的科學技術課程1990以及西班牙的新科學課程等都對HPS課程與教學有明確的要求此外科學史和科學哲學課程也已成為上述國家培養理科教師課程的一部分在美國有些學區學完這門課才能取得教師證書西班牙和丹麥最近也為理科師范生開設了這門必修課國際科學教育改革為何都強調HPS教育呢它對提高科學教學質量有何助益呢要回答這些問題還得從科學教育史談起

二關于科學本質教學的歷史回顧

在國際科學教育文獻中科學精神scientificspirit一詞并不常見這似乎有點奇怪是否在現代科學興起的西方國家不注重科學精神呢答案當然是否定的其實西方學者對科學精神的理解大都蘊涵于科學的本質natureofscience這一術語中澳大利亞科學哲學家馬修斯M﹒R﹒Matthews在下面一段引文中雖然也提到科學精神一詞但仍把它囊括在科學本質的論述之中他寫道科學的本質很久以來就是理科教師和課程專家們所關心的問題自19世紀初期科學開始在學校課程中取得一席之地以來人們一直希望學生不僅要懂得科學而且要通過內化科學精神和懂得與欣賞科學的本質使科學教學對文化品質和個人生活產生有益的影響顯然要實現人們這一合理的長期存在的期望必須依靠教師和課程專家們理解科學方法和認識論即一些科學本質的知識[3]關于科學的本質在不同的歷史時期人們用不同的術語來表達并且受到不同學科理論的支持科學教育中對科學本質的執著追求經受了依據教育學哲學和心理學所作的批評并繼續不斷地傳授關于科學和科學研究的本質的假設這種探討。

自19世紀科學進入學校課程時起就不曾間斷過[4]19世紀末當英國科學教育家化學家阿姆斯特朗H.E.Armstrong大力倡導科學教育時就曾強調要使學生理解科學的本質不過在他看來科學的本質主要體現于科學方法之中19世紀末期德國哲學家兼科學家馬赫E.Mach也對學生明確提出了理解科學本質的要求他說每一個年輕學生都要切身感受一些數學和科學的發現并達到其最終的邏輯結果這種學習材料自然主要與科學名著選讀聯系起來這樣教師就可以使少數有影響的簡明易懂的科學思想在學生頭腦里生根使其深思熟慮[5]在美國杜威同樣表達了科學教育對人的啟蒙的希望科學教育的獨特作用不在于獲得盡可能多的科學知識而在于它可以改變人的自然傾向達到了這一目的則表明學生掌握了科學本質或具有科學精神在民主主義與教育一書中杜威寫道我們過早地接受他人意見和斷言的傾向我們對推遲判斷的厭惡情緒表明我們自然傾向于中斷檢驗的過程我們滿足于膚淺的和急功近利的應用科學是對這些自然傾向及其所帶來的惡習的防衛它是人為的即獲得的藝術而不是自發的是習得的而不是天生的這一事實表明科學在教育上具有獨特的極為重要的地位[6]差不多在杜威發表民主主義與教育的同時英國政府在一份題為教育中的自然科學的報告即湯姆遜報告中更為明確地提出在科學教學中應當進行科學史和科學哲學的教學報告指出需要把科學的主要成就及其取得這些成就的方法引進到教學中應當要有更多的科學精神而不是干巴巴的事實其方法是開設科學史課程科學史和科學哲學知識應當成為每個中學理科教師智慧的一部分[7]此外還值得一提的是70年前英國一位名叫維斯特威Westaway的皇家督學寫了一本論述科學方法教學的書在他看來一個成功的理科教師應當是這樣的人他知道自己的本門學科讀了大量其他學科方面的書籍知道如何教學能夠流暢地表達擅長操作精于邏輯具有哲學家的氣質熟悉科學史能夠與一群孩子一起坐下來給他們講解關于天才科學家如伽利略牛頓法拉第和達爾文的觀察和判斷誤差他們的生活和工作不僅如此他還是一個熱情洋溢的人對自己獨特的工作滿懷信心[8]。

以上幾段引文從不同側面說明了兩點：

1上述各國教育家對科學教育中的科學本質問題都是極為關注的從科學進入學校課程以來它就是科學教學始終追求的一個重要目標2科學教育僅僅強調傳授科學知識和發展學生的一般能力如我國長期以來所倡導的那樣是很不全面的科學教育要真正起到教育的作用而不僅僅是訓練的作用從根本上提高科學教育的質量就不能不讓學生深入理解科學的本質亦即注重科學精神的教育但是對科學本質的追求并不是一蹴而就的事因為人們對科學本質的認識不僅有不同的觀點而且在不斷深化例如60年代初期美國科學基金會NSF資助的科學課程改革項目把杜威和馬赫所關心的科學本質問題重新引入科學教育中這個時期推出的大多數科學課程都強調理解學科結構的重要性因而人們把學科結構等同于科學的本質1959年召開的伍茲霍爾會議闡述了這個觀點正如布魯納在教育過程一書中所指出的一門學科的課程是由其基本原理賦予學科結構的應當以對這些基本原理的最基本的理解為目標決定其課程未能弄清知識領域的廣泛的基本結構情境而教授具體課題和技能在若干重要意義上是不經濟的[9]約瑟弗施瓦布J﹒Schwab是芝加哥大學的教育家和哲學家也是主持編寫BSCS生物課程的主要人物他也強調教師理解科學概念結構的重要性1962年他就這個問題撰寫過一篇很有影響的論述探究學習與概念結構聯系的論文他說探究來源于概念結構正是通過這種概念結構我們才能夠提出有效的問題通過有效的問題我們才知道應當尋找什么資料做什么實驗取得這些資料一旦得到資料這種概念結構就會告訴我們如何解釋它們如何處置它們才能獲得知識最后知識本身還是以概念所提供的術語來形成的[10]此外這種把科學本質等同于概念和知識結構的思想也可以在魯賓遜J.T.Robinson的研究中發現魯賓遜響應布魯納和其他學者的號召把科學課程和教學建立在對科學本質的根本理解上他認識到要想吃羊肉就要先抓到羊要想教科學的本質就必須首先弄清楚什么是科學的本質他在斯坦福大學完成的博士論文中研究了具有哲學素養的科學家的著作尤其是馬基諾H﹒Margenau的著作目的在于豐富關于科學本質的主張魯賓遜認為在蘇聯人造衛星上天以后美國學校里充滿著科學工具以及包裝精美的實驗練習材料讓學生積極進行實驗活動并給他們提供充分的閱讀材料不再有啥問題[11]他的博士論文的出發點在于回答以下兩個問題1學生在進行了這些活動閱讀并討論了所讀的材料后是否真正提高了他們對科學的理解。

2科學本質的內容能夠被確定以便為選擇和組織納入科學課程的材料提供指導嗎顯然魯賓遜在回答他自己提出的這兩個問題時也把科學本質與科學結構當作一回事了這在當時以邏輯經驗主義為主流的科學哲學家中普遍如此不過科學史在魯賓遜的書中是找不到的他在探討科學本質時完全不提及科學史因此他在討論科學課程時也就沒有提到任何歷史事實這是由于他的邏輯經驗主義哲學使然當時專業哲學家普遍認為科學哲學可以不用參照科學史而進行研究這就不難解釋魯賓遜為何連科南特J.B.Conant關于科學史對理解科學本質重要性的有影響的著作都未提及了把科學史引入科學哲學并使其相互滲透聯為一體的學者首推美國著名科學史學家和科學哲學家庫恩T.S.Kuhn在庫恩之后科學史和科學哲學研究融為一體變得你中有我我中有你正如拉卡托斯所言沒有哲學的科學史是盲目的沒有歷史的科學哲學則是空洞的[12]但是即使在60年代科學課程現代化的黃金時期同時關注科學史和科學哲學的學者也寥寥無幾布魯納施瓦布魯賓遜克勞普福L.Klopfer.赫爾頓G.Holton盧瑟福F.J.Rutherford)等人為了改進科學教學認真地探討了科學史和科學哲學但大多數科學教育專家那時還未注意到這個方面所以那時科學教育與科學史和科學哲學彼此缺乏必要的聯系這種分離狀況直到80年代中期尚未完全改變1979年在美國科學哲學學會年會上埃尼斯R.H.Emlis對科學哲學和科學教學作了全面評述他說除了一些例外科學哲學家對于科學教育問題表現出明顯興趣的并不多[13]達西爾則在1985年發表的一篇題為科學教育與科學哲學25年互不相干的發展的論文中也指出西方國家在科學課程改革中由于有關學科之間缺乏交流而失去了良好的合作機會從而也失去了為科學課程改革提供堅實的理論基礎的機會。

三關于科學本質教學的經驗與教訓

從科學課程發展的角度看前面提到的西方科學教育專家編寫出了不少貫穿科學史或科學哲學思想的科學課程其中著名的課程和教材有科南特編寫的哈佛實驗科學案例研究1957施瓦布主編的BCSC生物課程1963克勞普福編寫的中學科學案例史1969盧瑟福等主編的哈佛設計物理學1970等等這些課程都體現了西方自由傳統的精神和原則然而盡管它們都是有益的嘗試但愿意使用它們的教師卻并不多正如克勞普福說的這些課程在科學教育大地上留下的痕跡并不多[14]為什么以往把科學史和科學哲學納入科學課程的改革都見效甚微呢這有多方面的原因：

第一以往的科學課程改革只顧及課程本身而對實施課程起關鍵作用的教師卻關注不多例如在60年代學科結構運動中只有少數參與新科學課程編寫的教師得到過培訓大多數理科教師都沒有機會學習和領會新科學課程與教學的理論至于職前教師教育更是很少了解當時進行的科學課程改革的實際狀況。

第二以往關于科學本質的教學實踐只是作為主流科學教育的一個附加的或補充的內容提供科學本質的內容是為了增加學生的文化知識或增強他們對人文知識的興趣然而由于多數理科教師缺乏這方面的知識背景或興趣他們往往忽視了這一附加的或補充的內容。

第三更重要的是對于大多數理科教師來說科學被看成是已經確立的知識體系充其量只需要作很少的論證因此他們主要關心的是傳授科學知識即關注我們所知道的what)而不是我們如何知道的how問題。

第四一些經驗性研究表明理科教師在教學過程中他們所考慮的教學重點不在科學本質方面霍德森D.Hodson對新西蘭理科教師的研究結果顯示教師的課題決策有三個方面按照其重要程度依次為1課題管理和組織原則2考慮概念獲得和概念發展3最后才是考慮到科學和科學活動的本質問題霍德森的結論是即使教師對科學和科學探究有清晰而連貫的觀點他們也未必始終如一地依據那些觀點來認真進行實驗教學[15]李德曼N.G.Lederman所做的一項相似的研究也證實教師的科學本質觀并不必然地影響其課堂實踐[16]。

總之這些經驗性研究表明理科教師首先考慮的是成功地管理課堂秩序其他考慮都在其次第五即使是標榜過程方法processapproach的革新的科學課程也存在著理論上的缺陷例如英國80年代中期推出的兩種注重科學過程的教材沃維克過程科學WarwickProcessScience和過程中的科學ScienceinProcess雖然都面向所有學生并且以培養學生的科學能力并把這些能力應用到解決日常問題為目的但顧及了科學過程或認知的規則卻忽視了知識內容或認知的意義所以孟克M.Monk和奧斯本J.Osborne批評這些課程從認識論上來看并不完整[17]總而言之無論是傳統的注重科學知識的科學課程還是一味強調科學過程的科學課程它們都未能解決好既使學生獲得知識又培養其能力的問題看來科學課程發展的辯證法應當是把內容知識和過程方法二者結合起來

四HPS教育在科學教育中的作用

由于科學史和科學哲學你中有我我中有你后來又有科學社會學的加盟使這三個學科對科學本質的研究水乳交融形成了HPS教育三位一體的格局那么HPS教育對科學課程改革到底有什么作用呢第一在科學課程中加入HPS教育的內容為原來非人文化dehumanizing的學校科學課程提供了人文化的因素這一主張在兩次世界大戰之后在西方國家尤其深入人心第二HPS教育可以起到溝通英國學者斯諾C.P.Snow所提出的兩種文化的作用因為HPS課程內容可以構成文理科學生學習的共同基礎第三把HPS教育納入科學課程中還有助于克服科學教育中的一些問題如學生缺乏學習科學的動機女生不愿學習科學公眾對科學的厭倦和冷漠態度以及對科學在歷史文化和社會中的地位理解不足等等第四尤其重要的是科學課程中有了HPS的內容可以使學生更好地把握科學本質使學生懂得科學究竟是什么科學知識是怎樣產生的科學在社會發展和進步中的作用科學和科學方法的優點與局限性等等只有對當代科學有了這樣全面的辯正的認識才能區分科學與非科學和偽科學才能驅散唯科學主義的迷霧正確認識科學技術對社會發展的推動作用為此當前西方大多數科學教育專家都認識到科學教育中不能沒有HPS的內容1995年李福F.Reif)提出的觀點最具有代表性他說通常物理學入門課程涉及很多題目但學生實際上所獲得的知識卻常常是名義上的nominal)而不是實用的functional如果學生要獲得基本的物理學知識就必須更好地理解高級思維過程就必須更明確地教這些高級思維過程如果人們想要極大地改進學生的物理學習也必須要改變學生關于科學本質的樸素觀念[18]。

如果說早期為數不多的關心科學本質的學者還只是針對理科學生的話那么80年代和90年代的科學教育學者提出HPS教育則是針對所有學生的這就反映了普及科學教育的時代要求在當前科學教育改革中有關科學本質的知識都寫進了科學素養的定義中正如梅奇椎(Y.Meichtry)所說的那樣在過去30年里文獻中所報告的科學素養的定義普遍強調理解科學本質的重要性[19]事實上90年代以來美國在科學教育改革中已經把理解科學的本質列入科學教學的目標之一。除了從提高科學教育質量方面需要重新重視科學本質問題外其他方面的學術問題也推動了科學教育必須關注科學本質問題例如在美國神創科學(CreationScience)與進化論的斗爭就必須對什么是科學本質?這一問題作出明確的回答[20]。

同樣當前關于多元文化科學的爭論也要求人們必須回答什么是科學的本質?與此同時女性主義者也對現代西方科學提出了挑戰和批評女性主義者指責在西方科學認識論中普遍存在著性別偏見他們要求科學教育改革的呼聲也使得科學本質問題在科學教育中不可回避尤其值得關注的是重新對科學本質問題的高度重視還與建構主義的興起密切相關建構主義對傳統的科學觀提出了嚴峻的挑戰這在建構主義的早期著作如諾福克(JDNovak)的教育理論一書中就表達得非常清楚在這本書1986年版的序言中諾福克說在哲學界哲學家們一致認為實證主義的認識論既不是一種有說服力的觀點也不是一種有創見的觀點現在正在興起的認識論觀點是建構主義它是建立在庫恩圖爾敏及其他人的思想之上的[21]英國建構主義科學教育學者里茲大學的迪瑞福(RMvg)也宣稱建構主義不把真理看作是感覺印象與現實世界之間的吻合而把它看作是我們的感覺印象與我們的觀念之間的吻合真理的權威性存在于我們每個人之中[22]作為當代西方科學教育的一個主流理論建構主義以其旗幟鮮明的科學本質觀影響著科學教育改革和實踐它把科學本質問題凸現于科學課程與教學之中旨在培養學生的理性懷疑精神和科技創新能力如果說以往只有少數科學課程注重在科學史和科學哲學內容中融入科學本質的討論而大多數科學課程只是以隱性課程的形式(例如教科書的內容教師的語言和教學行為等)承載著科學本質的教育任務的話那么建構主義則明確提出要在科學課程中進行顯性的科學本質教學用里茲大學教授李奇(JLeach)的話來說倘若認為發展學生對科學本質的理解是科學教育的一個確定目標而不是科學教育的潛在結果那么就必須找出我們所希望促進的科學本質的特性[23]。

五結束語

中國現代科學是本世紀初從西方引進的一個世紀以來現代科學已經在中國古老的大地上結出了輝煌的科技文明之果然而我們也必須清醒地看到中國科學和科學教育在21世紀的進一步發展還面臨著巨大挑戰正如中國科學院院長路甬祥所指出的那樣現代科學精神還沒有在中國扎根[24]從一定的意義上來說我國理科教師是否具備當代科學精神是否理解科學本質是關系到中國未來的科技能否趕超世界先進水平的根本性問題正是在此意義上研究HPS教育不僅是必要的而且是迫切的和必不可少的。