科学史融入科学课程的策略

科学史融入科学课程的策略
摘要：将科学史融入科学课程与教学，已成为当代科学教育改革与发展的一大特点。

科学史融入科学课程必须遵循少而精，循序渐进和价值优先原则。

用专栏或科学史专题形势引入科学史，以促进学生对所学新知识的理解，科学史融入科学课程教学策略是多样的，主要有科学对话模式、多元化教学模式和HPS教学模式。

关键词：科学史科学课程融入策略
科学史是科学产生、形成和发展及其演变的规律的反映，是人类认识自然和改造自然的历史，是人类思想宝库中一笔十分宝贵而丰富的精神财富，也是科学教育的重要资源。

重视科学史教育，把科学的思想观念、典型事例、演变发展过程融入科学课程与教学之中，已成为当代科学教育改革与发展的一大特点。

综观当代世界范围内的科学教育改革实践，人们越来越重视科学史在科学教学中的作用，科学史正在从科学教育的边缘进入科学教育的中心。

因此，科学史融入科学课程的研究，已成为科学教育理论和实践研究的重要课题。

本文主要探讨科学史融入科学课程的教学策略问题。

一、科学对话模式
科学史的教学可以采取科学对话模式，即师生围绕有关科学史和科学本质问题开展对话与讨论。

Lochhead和Dufresne（1989）应用建构主义教学策略，根据科学史上相对的理论编写对话教材，上课前一天将学生分成两组，学生选择自己代表的组别，先阅读对话稿，第二天教师引导两组学生应用证据，进行辩论。

马休斯（Matthews,1998）认为,我们不可能教育所有的孩子成为科学历史学家、社会学家或哲学家，因此教学目标不宜太大，应把科学本质的问题限制在学生可以理解的适度范围内。

在马休斯看来，在任何一个科学课堂上，哲学问题都是无处不在的。

因为任何科学课堂上都会涉及这样一些基本的科学名词（定律、理论、模型、解释、原因、真理、知识、假设、确认、观察、证据、理念、时间、空间、物种等），学生还会问一些认识论和科学本质问题，例如学生会问：“既然没有
人真正看过原子，为何我们要画原子图？”同样，科学教学中也应该提到历史上著名科学家（牛顿、达尔文、孟德尔、爱因斯坦）的故事与贡献。

在提到上述各种科学名词和科学家时，就要涉及科学哲学和科学史问题，例如“我们知道什么？”“我们为什么知道？”“世界上真正存在的是什么？其中又有何关系？”“孟德尔是如何发现遗传定律的？”马休斯建议教师应鼓励学生提出哲学上基本的问题，例如“对于这个概念，你是怎么想的？”“你是怎么知道的？”这些问题可以引起学生思考概念和实证的议题，同时刺激学生进行批判性与反思性思维。

马休斯（1998）建议开展关于科学史与科学本质的对话教学宜循序渐进，正如数学教学一样，先学会加法，再学乘法，因此，再对学生进行科学本质的教学中，必须针对学生的年龄特征因材施教。

一般来说，对于低年级儿童，应从简单的、儿童感兴趣的问题开始。

如“什么是观察？”“科学模型的功能是什么？”“如“如何评估研究的好坏？”“牛顿的宗教信念是否影响他的科学？”何建立假设？”
等等。

二、多元化教学模式
科学史融入科学课程的多元化教学，所强调的是针对某一个科学理论或科学概念，利用讨论、辩论、教师演示实验或学生动手做实验等多种方式，模拟当年该科学理论形成的过程，并说明当时的文化背景。

通过呈现科学史中科学家们所产生的争论、质疑、错误概念，除了可以避免学生犯以前科学家的错误之外，也可以帮助学生转变其错误概念。

因为融入的科学史材料完整的呈现了以前的争论及质疑，这有利于充分说服学生放弃错误概念，进而自主建构科学概念。

以大气压概念的教学为例，要求学生记住大气压力等于1.013×105Pa并不难，问题是单纯记忆并不能使学生理解大气压的存在。

为了促进学生理解大气压力的概念，可以采用融入科学史的多元化教学模式。

首先，上课时教师可以提出问题：“空气有没有重量？”并引导学生开展讨论或辩论。

有的学生可能认为空气是没有重量的，因为石头拿在手上放开会往下掉，而气球拿在手上放开则会往上飞，其实这个错误概念历史上著名科学家亚里士多德也曾经坚持过。

在作出结
论的时候，教师再一次强调空气是具有重量的，因为当学生有了这个概念后，才能逐渐体会到大气压力的存在。

为了促进学生理解空气的重量而产生大气压力，教师进一步演示当年托里拆利的水银柱实验（将注满水银的玻璃管垂直放置在一瓶装有水银的盆中）在演示实验中，引导学生对下列两个问题开展讨论：（1）玻璃管内的水银柱靠什么力量支持而不掉下来？（2）玻璃管内没有水银的地方，有没有某种东西存在？
经过学生的讨论回答之后，教师再叙述当年科学家之间的争论。

帕斯卡及波义耳等人认为，盆面的空气重量产生压力，而支持玻璃管内没有水银柱维持一定的高度，而且玻璃管内没有水银的部分是呈真空状态的。

而亚里士多德学派及伽利略等人则持相反的看法，他们认为玻璃管内的水银之所以会下降是因为水银蒸汽充满玻璃管上部而将水银压下。

为了反驳这种不正确的观念，帕斯卡当着反对者的面进行了不同的实验，并要求反对者预测是水柱还是酒柱会维持较高，反对者认为，酒较易挥发，酒的蒸汽较多，所以会把酒往下压得较多，因此，酒柱较短。

帕斯卡则按自己的理论预期，由于水的密度较大所以较重，因此大气压力所能支持的水柱也会较短。

这个实验结果证明了帕斯卡的预测，同时也成功的反驳了其他科学家的错误概念。

那些反对托里拆利水银柱实验的研究者，都深受亚里士多德的“大自然厌恶真空，宇宙应该充满物质”理论的影响。

而这个错误概念由于托里拆利及帕斯卡等人的创造性研究不攻自破了。

另外，帕斯卡当年还制作了压力计分别测定了山下及山上不同的空气压力，更进一步支持了他的大气压力理论。

以上的教学活动，让学生通过科学史去了解科学理论、科学假设、科学实验之间的关系，有利于学生理解科学的本质。

运用这种融入科学史的多元化教学模式，一方面，因为内容充实且学生本身的积极参与而能提高学生学习科学的兴趣；另一方面，通过课堂讨论或辩论，还能促进学生纠正自己的错误概念。

总之，这种融入科学史的多元化教学过程，有利于促进学生建构新的科学概念。

三、HPS教学模式
传统的科学课程中，往往是把科学史作为一种知识附加在科学教学内容上，教师以讲故事的方式进行教学。

实践证明，这种讲科学史与科学教学内容分离的数学模式是低效的。

近年来，西方一些科学教育专家以建构主义为指导思想，倡导一种新的科学教育的教学模式。

这种模式要求把科学史、科学哲学和科学社会学（history , philosophy and sociology of science,缩写为HPS）的有关内容融入中小学课程，以促进学生对科学本质的理解，培养他们的科学精神和创造力，这就是所谓的HPS教育。

如何实施HPS教育？英国科学教育学者孟克和奥斯本在总结科学教育教学的历史经验的基础上，借鉴建构主义理论，提出了把科学史内容融入科学课程与教学的策略，即HPS教学模式。

这一模式的一个基本前提是，所学的课程必须是科学史上某一科学家曾经研究的自然现象，如落体速度的变化、植物的向光性、食物的消化等等，这一模式的教学程序包括以下6个环节。

1、提出问题。

教师上课伊始，就给学生演示某一自然现象。

学生通过观察现象，由此产生一个需要解决的问题，例如，为什么植物的茎具有向光性？必须指出的是，一开始学生揭示的某一自然现象必须是以往科学家在历史上进行理论研究的一个现象，这既能引起学生的好奇心，又能促进学生利用科学史资源进行进一步的探究。

2、引出观念。

教师启发学生就这一自然现象提出自己的观念（解释）。

为了促进学生提出各种不同的观点，可采用“头脑风暴法”（即由发散性思想产生的各种方法），促使学生各抒己见，标新立异。

3、学习历史。

在这一环节，教师的做法是：①介绍早期科学家关于这一现象的思想与实例，作为学生研究的参照系；②举例说明当时其他科学家的不同观念；③引导学生讨论或探索这些观念产生的背景、条件，使学生认识到科学认识的历史（时代）制约性。

总之，学习历史不仅可激发学生的想象力，还可以使学生以一种移情的方式，设身处地地体验以往科学家的探究与思考。

4、设计实验。

教师将学生分组，要求学生从多种观点（或观念）种选择某种观点，设计实验进行检验。

这一环节也能激发学生的想象力和创造力，这一环
节应使学生认识到：①对同一自然现象可能有不同的解释；②可以用实验检验这些观点（假设）。

5、呈示科学观念和实验检验。

由教师讲解当代的科学观念，即介绍教科书上对这一自然现象的解释，从而为学生实现观念转变提契机和可能。

这一环节还需要学生对自己的观念和解释进行实验检验，又实验现象的观察、资料的收集与整理，最终得出结论，形成科学观念，即实现由原有的错误观念向科学观念的转变。

6、总结与评价。

通过总结与评价，帮助学生更深刻的理解科学的探究本质、历史上科学家的探究过程和科学观念。

从上述的教学过程可以看出，这一模式有以下五个显著特点：1、讲科学史与科学哲学的学习与当前的学习与当前的科学观念和理论的学习有机融合在一起；2、整个教学过程是一个问题解决的探究过程，因而有利于培养学生解决问题能力和创新能力；3、充分发挥了学生的主体性，促使他们主动学习和建构知识；4、使学生认识到科学家和常人一样也会犯错误；5、通过探究活动试验观念转变，形成正确的科学观念。

综上所述，基于学生的经验、认知与推理能力的限制，对于小学生来说，科学史融入科学课程的教学宜选择科学对话模式，到了初中或高中阶段，再逐渐延伸到采用多元化教学模式，以至HPS教学模式。