HPS教育课程改善

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一hps教育

HPS原先是科学史和科学哲学的英文缩写词但近年来有些科学教育专家把科学社会学也纳入其中于是HPS就变成了科学史科学哲学和科学社会学HistoryPhilosophyandSociologyofScience的缩写词了[1]把科学史科学哲学和科学社会学的有关内容纳入科学课程中以提高科学教育的质量是近年来国际科学教育界高度重视的一个课程理论课题科学史科学哲学和科学社会学是科学学sciencestudies的三个分支学科它们共同担负起阐述科学的本质提高科学教育质量的使命很久以前一些著名科学家和教育家就倡导在科学教育中进行科学史科学本质或科学方法的教学但这个问题重新受到国际科学教育界的高度重视并以HPS教育的形式再次进入科学课程中则是近年来的事当前科学教育学者们关注科学史科学哲学和科学社会学对科学教育的作用与以往迥然的不同之处首先体现在其国际性上80年代末期成立的国际科学史科学哲学与科学教学研究小组迄今已举办了三次HPS与科学教学的国际会议。

1992年创办的国际学术刊物科学与教育ScienceEducation专门刊登科学史科学哲学和科学社会学与科学教育有关的论文据统计在19881998年期间以科学史科学哲学和科学教学为主题在学术期刊上发表的论文计有300余篇19881992年期间有关的学术期刊出了6次专刊探讨这个主题[2]由此可见HPS教育已成为国际科学教育研究中一个前沿性课题80年代末以来对HPS教育的关注也反映在一些国家科学课程与教学改革中美国的2061计划1989科学素养的基准1993和国家科学教育标准1996加拿大一些省的科学课程1991英国国家课程中科学课程部分1988荷兰中学物理PLON课程1988挪威的核心课程1994丹麦的科学技术课程1990以及西班牙的新科学课程等都对HPS课程与教学有明确的要求此外科学史和科学哲学课程也已成为上述国家培养理科教师课程的一部分在美国有些学区学完这门课才能取得教师证书西班牙和丹麦最近也为理科师范生开设了这门必修课国际科学教育改革为何都强调HPS教育呢它对提高科学教学质量有何助益呢要回答这些问题还得从科学教育史谈起

二关于科学本质教学的历史回顾

在国际科学教育文献中科学精神scientificspirit一词并不常见这似乎有点奇怪是否在现代科学兴起的西方国家不注重科学精神呢答案当然是否定的其实西方学者对科学精神的理解大都蕴涵于科学的本质natureofscience这一术语中澳大利亚科学哲学家马修斯M﹒R﹒Matthews在下面一段引文中虽然也提到科学精神一词但仍把它囊括在科学本质的论述之中他写道科学的本质很久以来就是理科教师和课程专家们所关心的问题自19世纪初期科学开始在学校课程中取得一席之地以来人们一直希望学生不仅要懂得科学而且要通过内化科学精神和懂得与欣赏科学的本质使科学教学对文化品质和个人生活产生有益的影响显然要实现人们这一合理的长期存在的期望必须依靠教师和课程专家们理解科学方法和认识论即一些科学本质的知识[3]关于科学的本质在不同的历史时期人们用不同的术语来表达并且受到不同学科理论的支持科学教育中对科学本质的执着追求经受了依据教育学哲学和心理学所作的批评并继续不断地传授关于科学和科学研究的本质的假设这种探讨。

自19世纪科学进入学校课程时起就不曾间断过[4]19世纪末当英国科学教育家化学家阿姆斯特朗H.E.Armstrong大力倡导科学教育时就曾强调要使学生理解科学的本质不过在他看来科学的本质主要体现于科学方法之中19世纪末期德国哲学家兼科学家马赫E.Mach也对学生明确提出了理解科学本质的要求他说每一个年轻学生都要切身感受一些数学和科学的发现并达到其最终的逻辑结果这种学习材料自然主要与科学名著选读联系起来这样教师就可以使少数有影响的简明易懂的科学思想在学生头脑里生根使其深思熟虑[5]在美国杜威同样表达了科学教育对人的启蒙的希望科学教育的独特作用不在于获得尽可能多的科学知识而在于它可以改变人的自然倾向达到了这一目的则表明学生掌握了科学本质或具有科学精神在民主主义与教育一书中杜威写道我们过早地接受他人意见和断言的倾向我们对推迟判断的厌恶情绪表明我们自然倾向于中断检验的过程我们满足于肤浅的和急功近利的应用科学是对这些自然倾向及其所带来的恶习的防卫它是人为的即获得的艺术而不是自发的是习得的而不是天生的这一事实表明科学在教育上具有独特的极为重要的地位[6]差不多在杜威发表民主主义与教育的同时英国政府在一份题为教育中的自然科学的报告即汤姆逊报告中更为明确地提出在科学教学中应当进行科学史和科学哲学的教学报告指出需要把科学的主要成就及其取得这些成就的方法引进到教学中应当要有更多的科学精神而不是干巴巴的事实其方法是开设科学史课程科学史和科学哲学知识应当成为每个中学理科教师智慧的一部分[7]此外还值得一提的是70年前英国一位名叫维斯特威Westaway的皇家督学写了一本论述科学方法教学的书在他看来一个成功的理科教师应当是这样的人他知道自己的本门学科读了大量其他学科方面的书籍知道如何教学能够流畅地表达擅长操作精于逻辑具有哲学家的气质熟悉科学史能够与一群孩子一起坐下来给他们讲解关于天才科学家如伽利略牛顿法拉第和达尔文的观察和判断误差他们的生活和工作不仅如此他还是一个热情洋溢的人对自己独特的工作满怀信心[8]。

以上几段引文从不同侧面说明了两点：

1上述各国教育家对科学教育中的科学本质问题都是极为关注的从科学进入学校课程以来它就是科学教学始终追求的一个重要目标2科学教育仅仅强调传授科学知识和发展学生的一般能力如我国长期以来所倡导的那样是很不全面的科学教育要真正起到教育的作用而不仅仅是训练的作用从根本上提高科学教育的质量就不能不让学生深入理解科学的本质亦即注重科学精神的教育但是对科学本质的追求并不是一蹴而就的事因为人们对科学本质的认识不仅有不同的观点而且在不断深化例如60年代初期美国科学基金会NSF资助的科学课程改革项目把杜威和马赫所关心的科学本质问题重新引入科学教育中这个时期推出的大多数科学课程都强调理解学科结构的重要性因而人们把学科结构等同于科学的本质1959年召开的伍兹霍尔会议阐述了这个观点正如布鲁纳在教育过程一书中所指出的一门学科的课程是由其基本原理赋予学科结构的应当以对这些基本原理的最基本的理解为目标决定其课程未能弄清知识领域的广泛的基本结构情境而教授具体课题和技能在若干重要意义上是不经济的[9]约瑟弗施瓦布J﹒Schwab是芝加哥大学的教育家和哲学家也是主持编写BSCS生物课程的主要人物他也强调教师理解科学概念结构的重要性1962年他就这个问题撰写过一篇很有影响的论述探究学习与概念结构联系的论文他说探究来源于概念结构正是通过这种概念结构我们才能够提出有效的问题通过有效的问题我们才知道应当寻找什么资料做什么实验取得这些资料一旦得到资料这种概念结构就会告诉我们如何解释它们如何处置它们才能获得知识最后知识本身还是以概念所提供的术语来形成的[10]此外这种把科学本质等同于概念和知识结构的思想也可以在鲁宾逊J.T.Robinson的研究中发现鲁宾逊响应布鲁纳和其他学者的号召把科学课程和教学建立在对科学本质的根本理解上他认识到要想吃羊肉就要先抓到羊要想教科学的本质就必须首先弄清楚什么是科学的本质他在斯坦福大学完成的博士论文中研究了具有哲学素养的科学家的著作尤其是马基诺H﹒Margenau的著作目的在于丰富关于科学本质的主张鲁宾逊认为在苏联人造卫星上天以后美国学校里充满着科学工具以及包装精美的实验练习材料让学生积极进行实验活动并给他们提供充分的阅读材料不再有啥问题[11]他的博士论文的出发点在于回答以下两个问题1学生在进行了这些活动阅读并讨论了所读的材料后是否真正提高了他们对科学的理解。

2科学本质的内容能够被确定以便为选择和组织纳入科学课程的材料提供指导吗显然鲁宾逊在回答他自己提出的这两个问题时也把科学本质与科学结构当作一回事了这在当时以逻辑经验主义为主流的科学哲学家中普遍如此不过科学史在鲁宾逊的书中是找不到的他在探讨科学本质时完全不提及科学史因此他在讨论科学课程时也就没有提到任何历史事实这是由于他的逻辑经验主义哲学使然当时专业哲学家普遍认为科学哲学可以不用参照科学史而进行研究这就不难解释鲁宾逊为何连科南特J.B.Conant关于科学史对理解科学本质重要性的有影响的著作都未提及了把科学史引入科学哲学并使其相互渗透联为一体的学者首推美国著名科学史学家和科学哲学家库恩T.S.Kuhn在库恩之后科学史和科学哲学研究融为一体变得你中有我我中有你正如拉卡托斯所言没有哲学的科学史是盲目的没有历史的科学哲学则是空洞的[12]但是即使在60年代科学课程现代化的黄金时期同时关注科学史和科学哲学的学者也寥寥无几布鲁纳施瓦布鲁宾逊克劳普福L.Klopfer.赫尔顿G.Holton卢瑟福F.J.Rutherford)等人为了改进科学教学认真地探讨了科学史和科学哲学但大多数科学教育专家那时还未注意到这个方面所以那时科学教育与科学史和科学哲学彼此缺乏必要的联系这种分离状况直到80年代中期尚未完全改变1979年在美国科学哲学学会年会上埃尼斯R.H.Emlis对科学哲学和科学教学作了全面评述他说除了一些例外科学哲学家对于科学教育问题表现出明显兴趣的并不多[13]达西尔则在1985年发表的一篇题为科学教育与科学哲学25年互不相干的发展的论文中也指出西方国家在科学课程改革中由于有关学科之间缺乏交流而失去了良好的合作机会从而也失去了为科学课程改革提供坚实的理论基础的机会。

三关于科学本质教学的经验与教训

从科学课程发展的角度看前面提到的西方科学教育专家编写出了不少贯穿科学史或科学哲学思想的科学课程其中著名的课程和教材有科南特编写的哈佛实验科学案例研究1957施瓦布主编的BCSC生物课程1963克劳普福编写的中学科学案例史1969卢瑟福等主编的哈佛设计物理学1970等等这些课程都体现了西方自由传统的精神和原则然而尽管它们都是有益的尝试但愿意使用它们的教师却并不多正如克劳普福说的这些课程在科学教育大地上留下的痕迹并不多[14]为什么以往把科学史和科学哲学纳入科学课程的改革都见效甚微呢这有多方面的原因：

第一以往的科学课程改革只顾及课程本身而对实施课程起关键作用的教师却关注不多例如在60年代学科结构运动中只有少数参与新科学课程编写的教师得到过培训大多数理科教师都没有机会学习和领会新科学课程与教学的理论至于职前教师教育更是很少了解当时进行的科学课程改革的实际状况。

第二以往关于科学本质的教学实践只是作为主流科学教育的一个附加的或补充的内容提供科学本质的内容是为了增加学生的文化知识或增强他们对人文知识的兴趣然而由于多数理科教师缺乏这方面的知识背景或兴趣他们往往忽视了这一附加的或补充的内容。

第三更重要的是对于大多数理科教师来说科学被看成是已经确立的知识体系充其量只需要作很少的论证因此他们主要关心的是传授科学知识即关注我们所知道的what)而不是我们如何知道的how问题。

第四一些经验性研究表明理科教师在教学过程中他们所考虑的教学重点不在科学本质方面霍德森D.Hodson对新西兰理科教师的研究结果显示教师的课题决策有三个方面按照其重要程度依次为1课题管理和组织原则2考虑概念获得和概念发展3最后才是考虑到科学和科学活动的本质问题霍德森的结论是即使教师对科学和科学探究有清晰而连贯的观点他们也未必始终如一地依据那些观点来认真进行实验教学[15]李德曼N.G.Lederman所做的一项相似的研究也证实教师的科学本质观并不必然地影响其课堂实践[16]。

总之这些经验性研究表明理科教师首先考虑的是成功地管理课堂秩序其他考虑都在其次第五即使是标榜过程方法processapproach的革新的科学课程也存在着理论上的缺陷例如英国80年代中期推出的两种注重科学过程的教材沃维克过程科学WarwickProcessScience和过程中的科学ScienceinProcess虽然都面向所有学生并且以培养学生的科学能力并把这些能力应用到解决日常问题为目的但顾及了科学过程或认知的规则却忽视了知识内容或认知的意义所以孟克M.Monk和奥斯本J.Osborne批评这些课程从认识论上来看并不完整[17]总而言之无论是传统的注重科学知识的科学课程还是一味强调科学过程的科学课程它们都未能解决好既使学生获得知识又培养其能力的问题看来科学课程发展的辩证法应当是把内容知识和过程方法二者结合起来

四HPS教育在科学教育中的作用

由于科学史和科学哲学你中有我我中有你后来又有科学社会学的加盟使这三个学科对科学本质的研究水乳交融形成了HPS教育三位一体的格局那么HPS教育对科学课程改革到底有什么作用呢第一在科学课程中加入HPS教育的内容为原来非人文化dehumanizing的学校科学课程提供了人文化的因素这一主张在两次世界大战之后在西方国家尤其深入人心第二HPS教育可以起到沟通英国学者斯诺C.P.Snow所提出的两种文化的作用因为HPS课程内容可以构成文理科学生学习的共同基础第三把HPS教育纳入科学课程中还有助于克服科学教育中的一些问题如学生缺乏学习科学的动机女生不愿学习科学公众对科学的厌倦和冷漠态度以及对科学在历史文化和社会中的地位理解不足等等第四尤其重要的是科学课程中有了HPS的内容可以使学生更好地把握科学本质使学生懂得科学究竟是什么科学知识是怎样产生的科学在社会发展和进步中的作用科学和科学方法的优点与局限性等等只有对当代科学有了这样全面的辩正的认识才能区分科学与非科学和伪科学才能驱散唯科学主义的迷雾正确认识科学技术对社会发展的推动作用为此当前西方大多数科学教育专家都认识到科学教育中不能没有HPS的内容1995年李福F.Reif)提出的观点最具有代表性他说通常物理学入门课程涉及很多题目但学生实际上所获得的知识却常常是名义上的nominal)而不是实用的functional如果学生要获得基本的物理学知识就必须更好地理解高级思维过程就必须更明确地教这些高级思维过程如果人们想要极大地改进学生的物理学习也必须要改变学生关于科学本质的朴素观念[18]。

如果说早期为数不多的关心科学本质的学者还只是针对理科学生的话那么80年代和90年代的科学教育学者提出HPS教育则是针对所有学生的这就反映了普及科学教育的时代要求在当前科学教育改革中有关科学本质的知识都写进了科学素养的定义中正如梅奇椎(Y.Meichtry)所说的那样在过去30年里文献中所报告的科学素养的定义普遍强调理解科学本质的重要性[19]事实上90年代以来美国在科学教育改革中已经把理解科学的本质列入科学教学的目标之一。除了从提高科学教育质量方面需要重新重视科学本质问题外其他方面的学术问题也推动了科学教育必须关注科学本质问题例如在美国神创科学(CreationScience)与进化论的斗争就必须对什么是科学本质?这一问题作出明确的回答[20]。

同样当前关于多元文化科学的争论也要求人们必须回答什么是科学的本质?与此同时女性主义者也对现代西方科学提出了挑战和批评女性主义者指责在西方科学认识论中普遍存在着性别偏见他们要求科学教育改革的呼声也使得科学本质问题在科学教育中不可回避尤其值得关注的是重新对科学本质问题的高度重视还与建构主义的兴起密切相关建构主义对传统的科学观提出了严峻的挑战这在建构主义的早期著作如诺福克(JDNovak)的教育理论一书中就表达得非常清楚在这本书1986年版的序言中诺福克说在哲学界哲学家们一致认为实证主义的认识论既不是一种有说服力的观点也不是一种有创见的观点现在正在兴起的认识论观点是建构主义它是建立在库恩图尔敏及其他人的思想之上的[21]英国建构主义科学教育学者里兹大学的迪瑞福(RMvg)也宣称建构主义不把真理看作是感觉印象与现实世界之间的吻合而把它看作是我们的感觉印象与我们的观念之间的吻合真理的权威性存在于我们每个人之中[22]作为当代西方科学教育的一个主流理论建构主义以其旗帜鲜明的科学本质观影响着科学教育改革和实践它把科学本质问题凸现于科学课程与教学之中旨在培养学生的理性怀疑精神和科技创新能力如果说以往只有少数科学课程注重在科学史和科学哲学内容中融入科学本质的讨论而大多数科学课程只是以隐性课程的形式(例如教科书的内容教师的语言和教学行为等)承载着科学本质的教育任务的话那么建构主义则明确提出要在科学课程中进行显性的科学本质教学用里兹大学教授李奇(JLeach)的话来说倘若认为发展学生对科学本质的理解是科学教育的一个确定目标而不是科学教育的潜在结果那么就必须找出我们所希望促进的科学本质的特性[23]。

五结束语

中国现代科学是本世纪初从西方引进的一个世纪以来现代科学已经在中国古老的大地上结出了辉煌的科技文明之果然而我们也必须清醒地看到中国科学和科学教育在21世纪的进一步发展还面临着巨大挑战正如中国科学院院长路甬祥所指出的那样现代科学精神还没有在中国扎根[24]从一定的意义上来说我国理科教师是否具备当代科学精神是否理解科学本质是关系到中国未来的科技能否赶超世界先进水平的根本性问题正是在此意义上研究HPS教育不仅是必要的而且是迫切的和必不可少的。