科学史融入科学课程的演变历程及其启示
摘 要：科学发展历史能够作为理科教育中重要课程资源，不同年代由于科学教育目标的不同，人们对科学史在理科课程中的价值认识是一个逐渐深入的过程，回顾了科学史教育价值随时间发生的演变，在此基础上指出今后发展方向。
关键词：科学史 理科课程科学教育 价值演变
【中图分类号】G301
本文系江苏省“十二五“教育科学规划课题“基于学科史的化学教学理论与实践研究”（批准号为D/2013/01/049）部分成果
孟献华（1971-），男，江苏南通人，南通大学教育科学学院副教授，教育学博士，主要研究方向为理科课程与教学论、教师教育 **倪 娟（1972-）女，江苏南通人，江苏省教学研究室副主任，研究员，教育学博士，主要研究方向为理科教育
引言：学科发展的历史能够促进科学教育已成为一种共识，不同时期科学史内容所处地位、呈现形式和教育目标不断发生变化，它既受制于人类对外部世界的认识水平，也随社会对学校科学教育目标的变化而改变。
一、科学史教学的缘起
西方课程传统源于古希腊，直到19世纪自然科學仍属于附属性质的地位。古希腊时的教育者认为，文法、修辞和辩证法结构对塑造儿童的心灵或理智方面能起到独特作用，算术、几何也可以促使儿童思维锐，而对于天文等实用性课程则受到忽视。
18世纪以后，自然科学逐渐进入学校教育课程。但因为对自然科学固有的轻视思想，早期的科学课程只能以有利于学生感官训练的价值引入课堂实践，倡导科学教育最为积极的斯宾塞也不能不屈从这一传统，强调科学对人思维的训练价值：“只就训练记忆这一点看，科学如果不比语言更好，至少也同它一样好；语言使我们熟悉一些不含推理的关系，而科学使我们熟悉一些推理的关系”。[1]
注重学生官能训练的科学教育，针对的不是科学方法的掌握或科学本身的理解，它更多集中于对知识的准确记忆和应用方面，教学中采用了大量和古典人文学科学习相似的记忆方法。所以，早期学校教育的科学课程面临了内容偏难、学习方法单一、缺乏人的本性关怀等指责。
针对上述问题，教育者们认为引入科学的历史能够赋予科学教育人文性的特点。物理学家马赫认为：“每一个年轻学生都要切身体验一些数学和科学的发现，并达到其最终的逻辑结果。这样教师就能够使少数有影响的、简明易懂的科学思想在学生头脑中生根，促成学生思想的成熟发展。”[2]
二、科学史对科学方法的阐释
上述思想最早被英国科学教育者和一线教师接受，20世纪初一些教师逐渐在课堂应用科学史进行教学，教育人士也开始将科学史引入科学教育，并试图建立一些科学史的课程。实践者认为科学史在教学中的使用，能够促进学生学习科学的兴趣和形成未来作为科学家的热切希望。
英国教育家、化学家阿姆斯特朗提出启发式的教学原则和发现法的学习方式。他认为，科学教育中，学生的学习过程应该和科学发现的实际图景相一致，即实验或现象的观察先于理论呈现、形象直觉先于抽象概念、学生学习科学是一个实践的过程，科学史教学能够让学生有机会通过接触第一手资料进行学习。大学理科教学中，有较多使用历史内容或历史导向的实践活动，霍尔大学的化学教授布拉德利在自己的化学课堂中，积极倡导使用历史实验活动以提高学生的兴趣、传授学科方法。在讲授铜的性质时使用了历史上拉瓦锡推翻燃素说的相似方法：①将铜加热到表面发黑，观察铜的内外两层不同颜色；②学生讨论发生这一现象的原因，这一过程中铜的质量是否发生改变及其原因；③让铜在没有空气的环境下加热，观察现象有什么不同，判断反应过程中空气所起的作用；④讨论化学反应中诸如氧化还原等问题。[3]
三、学生中心的科学教学
20世纪初科学教育转向实用价值，从注重个人智力发展转向关注社会发展对人才培养的需要。杜威在《民主主义与教育》一书中强调科学史在学生科学精神形成上的作用，认为科学的历史表现出科学理性对克服人类出于无知而遵从权威的倾向，理解科学发展的进步有利于促进社会民主的进步。1944年美国国家教育协会的一份报告《面向全体美国青年的教育》，提出对大学入学前学生的科学教育建议，它认为应该向学生介绍有关科学在人类进步中所起的作用、对人类和外部世界的科学理解、科学的历史以及对历史上的科学家和他们主要科学研究经历的正确看法。[4]
哈佛大学校长科南特编著的《最新实用化学》教材反也映了这一思想。在课程内容上，该教材加强了化学与学生生活经验的联系，由于强调科学是一种探究活动，而化学实验又是化学学科的主要探究手段，所以这一教材也强调化学实验在中学化学课程中的重要地位。在他的另一名著《实验科学史——哈佛案例（二卷）》（1957）中，科南特搜集了波义尔的空气实验、燃素学说的推翻、气压和热的概念早期发展、原子—分子学说的建立、植物与大气、巴斯德（Pasteur）对发酵机理的研究、生物生长过程以及电荷概念的发展等8个专题，说明实验在科学探究中所起的作用。
四、学科知识结构中心
20世纪60年代科学教育的学科结构化运动，起因于西方各国对自身科技水平发展落后的思考，它们将改善这一状况的希望寄托在本国科学教育质量的提高上。受社会对高标准科学教育的要求，这一时期，理科课程体现为学科结构重要性的强调。
在科学史教学方面，60年代的理科课程现代化运动，采用了布鲁纳、施瓦布等人的课程结构和探究教学理论。科学史课程开发的理论基础转向理解学科的概念结构。如克洛普佛和沃特森首次把科南特的案例教学法引入中等学校，开发了《历史案例教学课程》，他们认为：“现代课程采用发现探索作为课程开发的基础，在高中学生学习诸如物理、化学、生物的过程中，通过科学案例研究的方法能够使学生有效地理解科学和科学家”。[5]
哈佛大学在美国国家科学基金会的赞助下，在60年代至70年代科学教育课程改革中，发展出以科学史为导向的高中“物理课程计划”。该课程计划包括了加入大量科学史作为内容的教科书、教师手册、补充读本、相关的录像带和实验器材等，是一套相当完整的课程。生物学家、哲学家和教育家施瓦布主持设计的生物科学课程研究，在教学方法上强调科学史实教育，突出“作为探究的科学”的教学思想。
从实施效果看，当时科学教育界秉承了一种实证主义的观点，即科学发现过程是一个毫无疑义的直线发展过程、科学是被实验验证了的确定知识。并没有真正应用科学史的内容促进学生对科学知识本质的理解，所以课堂上有意义的探究很少实现。
五、理解科学知识背景
20世纪80年代，西方各国面临了科学教育危机。首先，从1969年开始的美国教育过程评估项目发现，在校学生接受的科学教育效果低下、他们很少关注科学学习、科学学业水平普遍较低；其次，科学技术的发展对社会各个方面的影响日益显现，人们的普遍要求是有必要让公众理解科学是什么。针对上述问题，科学教育界提出有关学生科学素养的概念。一些学者倾向于通过学习科学历史、哲学的方法使公众了解科学的本质，弥合科学高度专业化引起的与人文学者之间的鸿沟、扭转公众对科学的不良印象。
美国高等质量教育委员会1983年的《国家处在危险之中：教育改革势在必行》，呼吁加强学生对科学和数学的认识：“通过了中学科学学习的毕业生，应该能够在下列几方面具有基本认识：物理和生物科学的概念、规则和过程；科学探究和进行科学推理的方法；将科学知识用于日常生活的能力；科学和技术的发展与社会和环境之间的关系”。
相似的科学教育变革也发生在英国：《基于科学的教育》（1981）指出：所谓科学作为文化的教育意味着“更多地从科学历史、哲学和社会活动中理解科学，从而理解科学和技术对各种社会和世界观形成的作用”。英国教育行政部门资助的课程计划——社会背景中的科学（1983）中，一个重要问题是关于“科学教育中，如何或是否能够融入科学史的讨论”。该课程的每一个主题都加入了历史视角，教材编写者认为：“历史上曾经发生的各种事件，能够让我们很好地反思社会和技术的作用，同时有助于认清我们现在面临的各种危机”。
总之，出于科学素养的提倡，这一时期课程变革的一个重要特征，就是通过各种背景理解科学，包括将更多的科学历史、科学哲学、各民族的科学发展、社会中的科学技术等内容加入科学教育。
六、当代课程文本中的科学史
自20世纪80年代开始的科学教育课程改革，科学史的内容被许多国家重视，其中最有代表性并产生广泛社会影响的，是英国《国家科学课程改》和美国《普及科学———美国的2061计划》系列文件，它们的一个显著特征是将科学史与科学本质联系在一起。
80年代初，科学教育改革中的科学史教学重新被重视起于英国。《英国科学课程》具体列出了各年级科学史教育的目标，学生通过对历史上著名科学家的生平事迹、重大科学概念发展的研究，能够获得对科学的真正理解。如11～14岁的儿童通过科学史的学习，应该①探索不同时代科学家们对自然现象进行解释的观念和理论；②理解这些过去观念和理论与现代的科学和技术知识之间的关系；③对历史上的各种观念、理论在当时的知识背景和相关证据下加以理解。到了14～16岁科学史的了解目标则是：①能够知道科学家的各种断言或辩论中哪些是建立在科学实验数据和证据上，哪些不是；②探讨某一特定科学观念或理论的发展与它的历史文化之间的关系，包括精神、道德和其他背景方面的内容；③通过研究科学历史中的各种具体争论以及科学观念的变化方式理解科学。
在美国，1985年启动的“2061计划”旨在全美范围内改革从幼儿园到12年级的科学教育，希望所有美国学生在高中毕业时，能够达到科学普及的要求与标准。该计划的总报告《面向全体美国人的科学》（1989）第10章，专门论述了“历史观点”的问题，提倡在科学教育中包含一些科学历史知识的理由，因为“离开了具体事例谈科学发展就会很空泛”。该章选取了10个意义重大的科学发现范例，作者认为这些历史既能说明科学知识的发展过程和影响，也具有显著的文化特色。
90年代中期颁布的《科学素养的基准》（1993），从科学素养角度指出科学史的教育价值：①科学教育应该给学习者提供用于发现或解决问题工具。科学史可以将学习者的个人经验和历史上科学家相联系，扩展学习者的经验，同时科学史能够起到提示文化的作用；②科学教育应该同时考虑个人与社会两方面的需求。科学史能够说明科学家个人与他们所处环境之间的相互作用，为学习者提供学科知识以外的更多内容。
六、总结与启示
综上所述，随着科学教育的发展，科学史在其中所起的作用或教育目标，经历了从早期科学知识实用性认识到科学方法的掌握，再到近年来对以“科学本质”为题的综合性理解，这一转向既和西方发端于20世纪中叶的现代科学哲学有关，也体现了科学教育面向大众的科学素养形成目标。
具体而言，通过引入科学史形成学校的科学教育內容，可以起到的作用主要有：①在不同历史文化环境中对科学知识和科学方法理解；②形成对科学在人类文化地位的历史反思；③从历史角度阐述科学与技术的社会功能，它们在当代社会问题解决中所起到的作用。这为理科教师基于学科历史进行教学提供了明确的教学设计方向。
参考文献
[1] 赫·斯宾塞. 胡毅，王承绪译. 斯宾塞教育论著选. 北京：人民教育出版社，2005：41
[2] Matthews， M. R. The Nature of Science and Science Teaching. Fraser， B.J. & Tobin， K.G.（eds.） International Handbook of Science Education， Kluwer Academic Publishers. 1998：986.
[3] Bradley， J. A. Scheme for the Teaching of Chemistry by the Historical Method. School Science Review， 1964（5）： 366～387
[4] Hurd， P. D. Biological Education in American Secondary Schools 1800-1960.Washington，DC：American Institute of Biological Science. 1961：38
[5] Klopfer， N. & Cooley， W. The History of Science Cases for High School in the Development of Student Understanding of Science and Scientists. Journal of Research in Science Teaching， 1963（1）：33～47.