科学史对学生的知识建构的意义

科学史对学生的知识建构的意义

千百年来，科学先贤们为了探索未知的世界、扩大已知的领域所做的艰苦卓绝的工作，就像一部英雄们的史诗，激励着人们去研究去探索。从教育的意义来说，把科学的史诗适当引入相关科学原理的学习中，将科学思想、科学方法很自然的融合在教学中，不仅能使学生更有兴趣地学到知识，而且使学生掌握科学原理的同时，在潜移默化中学到科学研究中的研究方法。

科学史传达给人们的科学思想、科学方法，对学习科学理论肯定是有益的。比如学习物理的过程中，，当我们为那些与前概念格格不入的观念而烦恼时，如果了解一下这些科学原理建立的历史过程，那么，接受与理解难懂的科学知识就变得容易多了。因为这些理论的建立者一开始并不是这样想的，甚至是相反的想法，科学家们从开始发现奇怪的现象而产生质疑、提出假设、求证、得到结论也不是一帆风顺的，而是充满曲折和反复。

比如“行星运动三大定律”这一知识点，根据访谈结果，发现对于开普勒是如何想到行星会有那样的运行规律，学生觉得这个定律如此“高大上”，由于它“太神奇了，太高深了”，而这样伟大理论的获得是如何完成的，我们有什么理由相信呢。事实上我们相信这个定律的科学性不是因为他是科学家，而是在真正的宇宙图景建立以前，关于宇宙结构的认识已经在由不合理向合理的方向在转变，那是经历过艰难的曲折和反复、建立在论证、大量的观测数据和理论计算、推理基础上才得出的。如果适当融入这部分科学史实，行星运动的定律就变得不那么难以理解了，合乎常理了。所以，为了使学生更好理解行星运动定律的内容，须得引入宇宙结构的认识历程：从希腊以亚里士多德和托勒密为代表的古典宇宙理论，倒退到中世纪原始而粗陋的宇宙图景。又经历欧洲第一次学术复兴，亚里士多德的托勒密所倡导的希腊宇宙理论又重新回到人们的心中，建立了“地球居于宇宙中心”的理论。直到尼古拉·哥白尼在他的《天体运行论》中构建了“日心地动说”，哥白尼所构建的宇宙体系与当时的宗教思想和亚里士多德的物理思想相抵触，遭到各方面的反对。天才观测家第谷的出现，他虽然一方面反对哥白尼的理论，却又一方面进行天文观测，积累了大量观测资料，使后来开普勒的研究宇宙新秩序成为可能，他将自己毕生的观测资料留给开普勒，经过艰苦的归纳、整理、计算、推理，开普勒修正了哥白尼的理论，发现了火星绕太阳的运动的数据，指出行星不是沿圆轨道而是沿椭圆轨道运行，并且这个预测与观测结果也吻合，进而总结出“行星运动三大定律”，为天空立法。当我们了解了以上宇宙图景的建立过程，才能真正地理解开普勒的行星运动三大定律，建构起对宇宙太阳系图景的理解。其探索过程中的科学方法、科学假设对学生们的影响也是有好处的。

与科学探究取得的结论和结果相比，有时科学探究的过程所提供给我们的科学方法要丰富得多，而这些方法正是新的课程改革形势下我们期待学生们获得的研究方法与能力。科学探究的过程能够使我们看到科学真实的一面，更重要的是使学生理解在探索过程中，问题是如何提出的、如何建立假设的、这些假设是如何得到验证、如何推翻假设、建立新的假设，重新找到证据，最终得出科学结论的过程。

美国著名的生物学家、哲学家和教育家施瓦布（J. Schwab）主持设计的“生物科学课程研究”课程（BCCS）在教学方法上强调科学史实教育，以突出“作为探究的科学”的教学思想。他在BCCS的“教师手册”中写到：“作为探究的科学教学的本质是让学生理解在科学发现过程中，问题是怎样提出的，如何得到验证的，最后又是怎样得出结论的。它还应当包括适当处理科学疑问和科学的不完整性。还应提倡科学史，因为它关注的是人和事物而不是科学概念本身。因此，我们应当充分利用科学史在科学教育中所具有的功能。

在实际的教学过程中，我们既希望学生能学到知识，又期望他们能够获得技能，在时间的分配上，总是在前者所占的比例居多，科学史的引入大多只用来点缀，并没有真正地帮助学生理解科学。比如学习“万有引力”这一内容，教材对于牛顿本人的生平和家乡做介绍，而不是把万有引力发现之前的相关成就告诉学生；“自由落体定律“这一章节锁涉及的科学史部分只是伽利略的生平、轶事，大多数学生是不可能知道伽利略是如何提出问题和建立假设的。这样学生就很难在知识的学习和技能的获得、探索发现上有更多的结合。从这个意义上来说，科学史不失为一种很好的桥梁，把知识的学习和探索发现更多地结合起来。

笔者认为新的课程改革背景下，在大众化教育的时代，科学史可以带给学生们的是领会科学的精神、掌握科学的研究方法、树立合适的科学形象，从而在科学技术水平高度发达的这个时代下，引导他们理智地对待科学、以可持续发展的眼光利用科学、积极地生活。