姜 濤 李富強(qiáng)（．臺(tái)州學(xué)院物理與電子工程學(xué)院，浙江臺(tái)州38000；．西南大學(xué)科教中心，重慶40075）

歐美物理教學(xué)中的科學(xué)歷史哲學(xué)方法管窺

姜 濤1李富強(qiáng)2
（1．臺(tái)州學(xué)院物理與電子工程學(xué)院，浙江臺(tái)州318000；2．西南大學(xué)科教中心，重慶400715）

科學(xué)教育研究者倡導(dǎo)把科學(xué)史和科學(xué)哲學(xué)（簡稱HPS）融入科學(xué)課程，并開發(fā)了歷史儀器復(fù)制品方法、角色扮演、反思角、創(chuàng)造性寫作等教學(xué)策略。歐美物理教學(xué)中的HPS方法，可廣泛應(yīng)用于科學(xué)、數(shù)學(xué)、技術(shù)以至人文與社會(huì)學(xué)習(xí)領(lǐng)域，使學(xué)生在學(xué)習(xí)中的知、情、意、行相結(jié)合，促進(jìn)其對(duì)科學(xué)內(nèi)容與科學(xué)本質(zhì)的深刻理解。認(rèn)真研究歐美物理教學(xué)中的歷史哲學(xué)方法，可為我國科學(xué)教學(xué)提供諸多有益啟示。

科學(xué)史和科學(xué)哲學(xué)；共生策略；角色扮演；反思角；創(chuàng)造性寫作

科學(xué)教育研究者倡導(dǎo)把科學(xué)史和科學(xué)哲學(xué)（簡稱HPS）融入科學(xué)課程，但是，HPS在科學(xué)課程中的實(shí)施水平實(shí)際上相當(dāng)?shù)?。這主要是因?yàn)榻處煱袶PS視為科學(xué)課程的額外負(fù)載，并且缺乏實(shí)施HPS的課程資源及教學(xué)策略。為促進(jìn)HPS的實(shí)踐應(yīng)用，歐美等國科學(xué)教育研究者從教學(xué)策略、課程資源以及科學(xué)教師合作等方面對(duì)HPS課程進(jìn)行了系統(tǒng)開發(fā)，逐步使HPS走出了教學(xué)實(shí)踐的低谷。

一、HPS教學(xué)策略

HPS的四種典型教學(xué)策略都具有學(xué)生中心的特征，并從不同方面促進(jìn)學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)及其對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解。

1．歷史儀器復(fù)制品方法［1］

歷史儀器復(fù)制品方法（replications of historical apparatus，簡稱RHA）中的儀器以非常接近歷史器材的方式制作，并按照與歷史記載一致的實(shí)驗(yàn)程序操作。這種復(fù)制品往往是科學(xué)史上廣為人知的有缺陷的器材，但也正因?yàn)槿绱耍峁┙o學(xué)生豐富的素材以考慮如何改進(jìn)儀器、如何評(píng)價(jià)儀器質(zhì)量、如何看待由它提供的實(shí)驗(yàn)證據(jù)等問題，從而強(qiáng)化了學(xué)生科學(xué)概念與科學(xué)本質(zhì)的理解。尤為重要的是，RHA把儀器看做是一種研究工具而不是驗(yàn)證科學(xué)概念或規(guī)律的工具，這更符合科學(xué)家“做科學(xué)”的本來面目。

2．角色扮演

該策略服務(wù)于多重目的。其一，通過角色扮演，學(xué)生探索科學(xué)家間的沖突，了解科學(xué)爭論的原因或解決爭論的方式，以更好地理解科學(xué)本質(zhì)；［2］其二，學(xué)生在角色扮演中物質(zhì)的、情感的、認(rèn)知的浸入增強(qiáng)了他們對(duì)復(fù)雜科學(xué)概念的理解。［3］隨著研究的深入，角色扮演逐漸發(fā)展出類比、隱喻、模擬三種類型。［4］

類比式角色扮演∶指學(xué)生通過扮演物質(zhì)實(shí)體來學(xué)習(xí)科學(xué)概念。如學(xué)生分別扮作“原子”“電子”和“中子”，依次展示留基伯、湯姆遜、盧瑟福等的原子模型，領(lǐng)悟科學(xué)知識(shí)是如何隨著時(shí)間的推移而改變的。通過類比扮演，他們既學(xué)習(xí)了現(xiàn)在所承認(rèn)的科學(xué)概念，又認(rèn)識(shí)到科學(xué)知識(shí)暫定性與發(fā)展性的本質(zhì)特征。

隱喻式角色扮演∶指學(xué)生通過創(chuàng)建有關(guān)情境的人物塑造來重構(gòu)科學(xué)史上的事件，從而表現(xiàn)科學(xué)家的心智狀態(tài)、他們的想法和社會(huì)關(guān)系。如歐盟“科學(xué)教學(xué)中的歷史和哲學(xué)”（History and Philosophy in Science Teaching，簡稱HIPST）項(xiàng)目組開發(fā)的利希滕貝格（Lichtenberg）與貝爾施茲（Berschitz）論戰(zhàn)的隱喻式角色扮演，利希滕貝格代表科學(xué)，貝爾施茲代表非科學(xué)，兩人之間的軼事突出了區(qū)分科學(xué)與非科學(xué)這一普遍問題的意義。［1］通過角色扮演，學(xué)生發(fā)展了他們準(zhǔn)確評(píng)價(jià)各種信息并做出決策的能力，有助于發(fā)展其科學(xué)素養(yǎng)。

模擬式角色扮演∶指學(xué)生通過在課堂上演出科學(xué)中的場景來模擬科學(xué)?？茖W(xué)探究可被視為它的一種典型表現(xiàn)形式。

角色扮演作為一種高度發(fā)展的HPS教學(xué)策略，注重使學(xué)生通過承擔(dān)一定的角色，探索科學(xué)在認(rèn)知、情感、社會(huì)等方面的性質(zhì)，展示并思考作為一種文化和一項(xiàng)事業(yè)的科學(xué)。

3．創(chuàng)造性寫作［1］

創(chuàng)造性寫作指學(xué)生從一個(gè)虛擬人物的觀點(diǎn)出發(fā)，通過寫信、寫日志、評(píng)論或簡短的傳記來表達(dá)對(duì)科學(xué)術(shù)語、概念或科學(xué)家的認(rèn)識(shí)。該策略重視學(xué)生的想法、信念和態(tài)度，因?yàn)檫@是他們有意義學(xué)習(xí)及概念發(fā)展的一個(gè)必要起點(diǎn)。如歐盟HIPST項(xiàng)目組開發(fā)的“杜費(fèi)——描述和解釋電現(xiàn)象”案例中，“杜費(fèi)”總結(jié)了他對(duì)電吸引和排斥的研究，但他不知道其發(fā)現(xiàn)究竟命名為“定律”還是“定理”好。學(xué)生則要以“杜費(fèi)同行”的身份，給“杜費(fèi)”寫信，就此提出建議。

4．反思角［1］

反思角被用于促進(jìn)學(xué)生反思科學(xué)本質(zhì)，通常設(shè)在教室后部。處于該區(qū)域的學(xué)生關(guān)注的是高度概括的某個(gè)科學(xué)本質(zhì)問題，如∶科學(xué)家是怎樣工作的？科學(xué)有特殊性嗎？在整個(gè)學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生依據(jù)他們所學(xué)習(xí)的科學(xué)、科學(xué)史和科學(xué)哲學(xué)，以不同的視角，多次對(duì)該問題做出回答。為避免學(xué)生回答科學(xué)本質(zhì)問題時(shí)的緊張情緒，往往會(huì)采取“配對(duì)思考分享”和“明確回溯反思材料”兩種策略。

配對(duì)思考分享∶首先，每個(gè)學(xué)生單獨(dú)對(duì)該問題闡述自己的觀點(diǎn)；接著，他與其同伴分享及修正看法；最后，同伴小組參與到班級(jí)討論中去。通過這種策略，教師鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行推理、形成新見解、與他人分享觀點(diǎn)。

明確回溯反思材料∶教師引導(dǎo)學(xué)生利用下述三種資源反思科學(xué)本質(zhì)的概括性問題。即∶學(xué)生早先的活動(dòng)、結(jié)果、方案、觀點(diǎn)和思考，教材提供的科學(xué)家行為、認(rèn)知、信念及情感的信息、實(shí)驗(yàn)儀器、對(duì)實(shí)驗(yàn)程序的描述、圖片或電影，該問題寬泛的社會(huì)和文化情境。

反思角策略要求教師收集并概括學(xué)生觀點(diǎn)。這種概括通常要把學(xué)生活動(dòng)與職業(yè)科學(xué)家的研究聯(lián)系起來，或是把過去的科學(xué)事例與學(xué)生所認(rèn)知到的當(dāng)前的科學(xué)知識(shí)聯(lián)系起來。

上述四種教學(xué)策略，都力圖引發(fā)學(xué)生主動(dòng)的、深刻的思維活動(dòng)，關(guān)注科學(xué)本質(zhì)的理解。

二、HPS課程資源開發(fā)

HPS科學(xué)教育研究者通常會(huì)建立課程資源網(wǎng)站，為教師教學(xué)提供幫助。

1．歐盟HIPST項(xiàng)目資源網(wǎng)站

該網(wǎng)站包括論壇、圖片、錄像、新聞、成熟案例（計(jì)32個(gè)）等欄目。“成熟案例”欄目尤其對(duì)教師教學(xué)有較強(qiáng)的指導(dǎo)作用。如“斯蒂芬·格雷對(duì)電傳導(dǎo)的錯(cuò)誤想法”案例由HIPST項(xiàng)目組中的德國團(tuán)隊(duì)開發(fā)，在闡述相關(guān)歷史與哲學(xué)背景之后，就科學(xué)本質(zhì)、科學(xué)探究、內(nèi)容知識(shí)、交流、批判性反思5個(gè)方面分別提出預(yù)期學(xué)習(xí)目標(biāo)，再給出5個(gè)系列化的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)（應(yīng)用RHA方法設(shè)計(jì)并和探究結(jié)合起來）。在每一個(gè)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)過程中，學(xué)生都要閱讀一封虛構(gòu)的格雷來信，接受教師安排的相應(yīng)反思性任務(wù)。在系列化實(shí)驗(yàn)完成后，學(xué)生將從事創(chuàng)造性寫作，闡述他們對(duì)格雷研究的典型性、創(chuàng)造性和失誤的看法。這一案例的編排與教科書的體例類似，便于教師實(shí)踐應(yīng)用。［5］該案例將科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)與科學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了有機(jī)整合，關(guān)注學(xué)生對(duì)科學(xué)內(nèi)容、科學(xué)本質(zhì)、科學(xué)研究形成更好、更深刻的理解。

2．美國物理探索計(jì)劃資源網(wǎng)站

物理探索計(jì)劃（Physics quest projects，以下簡稱PQP）由美國物理學(xué)會(huì)（APS）主辦，迄今已推出8個(gè)系列，其內(nèi)容多以物理學(xué)史上的重大理論或技術(shù)進(jìn)展為素材，其首要目標(biāo)是提供學(xué)生物理學(xué)習(xí)的積極經(jīng)歷，同時(shí)也有助于他們學(xué)習(xí)物理概念。［6］以“本·富蘭克林的秘信”系列為例，包括4個(gè)單元，每個(gè)單元又由若干探究性實(shí)驗(yàn)組成，學(xué)生以探究性學(xué)習(xí)的方式，首先用生活中常見的物品自制或組裝實(shí)驗(yàn)器材，隨后按一定步驟進(jìn)行操作，觀察現(xiàn)象并解釋。

將HIPST與PQP課程資源相比較，共同之處是二者都緊密聯(lián)系科學(xué)史上的相關(guān)器材，并和探究性學(xué)習(xí)相結(jié)合。不同之處主要在于以下三個(gè)方面∶其一，HIPST中的器材近乎為歷史器材的復(fù)制品，由教師制作；而PQP中的器材則使用日常用品，突出歷史器材的核心特征，由學(xué)生自己組裝。其二，HIPST資源與科學(xué)概念及科學(xué)本質(zhì)都有緊密聯(lián)系，而PQP資源更為重視與科學(xué)概念的聯(lián)系。其三，HIPST資源涵蓋豐富的科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)內(nèi)容，其教學(xué)策略亦需教師具有較高水平的科學(xué)知識(shí)與科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)功底方能駕馭，一定程度上會(huì)限制其實(shí)施范圍；而PQP資源則主要關(guān)注科學(xué)史材料，教學(xué)策略則是教師較為熟悉的科學(xué)探究，因而便于推廣實(shí)施。以“本·富蘭克林的秘信”為例，全美各地眾多學(xué)校參與了該系列的實(shí)驗(yàn)競賽，最終提交了正確答案的班級(jí)達(dá)到280個(gè)。

三、科學(xué)教師合作

為促進(jìn)HPS教學(xué)實(shí)施，研究者采取了一些特殊策略以尋求一線教師合作。

1．共生策略

歐盟HIPST項(xiàng)目組把教師視為專家與其他研究者結(jié)合起來，共同開發(fā)和實(shí)施課程改革，這一策略被稱為共生。研究者與教師分享構(gòu)思和觀點(diǎn)，將他們不同的專長、知識(shí)和技能相互結(jié)合起來，教師在教學(xué)策略開發(fā)中擁有充分的發(fā)言權(quán)，并通過與研究者共同反思其科學(xué)教學(xué)實(shí)踐來進(jìn)一步發(fā)展HPS案例。

2．實(shí)驗(yàn)競賽與懸賞

PQP計(jì)劃在財(cái)政資助和組織策略方面獨(dú)具特色。

財(cái)政資助∶學(xué)校參加PQP計(jì)劃所需的工具箱由APS免費(fèi)提供，此外，對(duì)答對(duì)全部問題的班級(jí)進(jìn)行抽獎(jiǎng)，獎(jiǎng)品包括獎(jiǎng)金卡、物理學(xué)雜志和小禮品。

組織策略∶APS從會(huì)員中招募志愿者，發(fā)揮其地緣優(yōu)勢，與當(dāng)?shù)?—9年級(jí)的物理教師聯(lián)系，向他們推介PQP計(jì)劃。如果教師在實(shí)施活動(dòng)中遇到困難，既可在PQP網(wǎng)站上向物理學(xué)家尋求幫助，也可以向聯(lián)系自己的志愿者尋求幫助。

PQP計(jì)劃已取得顯著效果。教師們向PQP計(jì)劃組織者反映∶“感謝你們使學(xué)生不再害怕‘物理’這個(gè)詞了”，“我的學(xué)生不喜歡科學(xué)，但他們真的喜歡你們的探索活動(dòng)”［6］……

四、啟示

1．HPS具有轉(zhuǎn)變課程功能和促進(jìn)科學(xué)素養(yǎng)養(yǎng)成的課程價(jià)值

學(xué)生在歷史情境中學(xué)習(xí)科學(xué)時(shí)，課堂的焦點(diǎn)從強(qiáng)調(diào)知識(shí)獲取轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)過程。它關(guān)注科學(xué)內(nèi)容的發(fā)展而不僅僅是學(xué)科內(nèi)容；促進(jìn)學(xué)生理解“做科學(xué)”的過程而不僅僅是靜止的科學(xué)要素及其結(jié)構(gòu)；為學(xué)生建構(gòu)知識(shí)的歷史性發(fā)展結(jié)構(gòu)而不僅僅是組裝知識(shí)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。因此，HPS教學(xué)有助于科學(xué)課程功能從“學(xué)科知識(shí)”向“過程與方法”轉(zhuǎn)變。

HPS教學(xué)實(shí)踐中，學(xué)生獲得評(píng)價(jià)歷史上的科學(xué)家所使用的儀器是否可靠、所使用的研究方法是否恰當(dāng)、論證結(jié)論的方式是否可信以及所使用的術(shù)語是否合理的機(jī)會(huì)，這一過程明確培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所掌握的科學(xué)術(shù)語和科學(xué)原理準(zhǔn)確評(píng)價(jià)各種信息的能力?？茖W(xué)家之間的沖突與爭論也是一種重要的HPS資源，在這種情境中，學(xué)生接觸到歷史上科學(xué)家的知、情、意、行各個(gè)方面，從鮮活的社會(huì)人而不是抽象的“科學(xué)家”概念出發(fā)考察他們之間的沖突與爭論，做出自己的判斷。上述過程有助于發(fā)展學(xué)生做出決策和參與公共事務(wù)的能力。

2．HPS具有深化知識(shí)本質(zhì)理解、降低概念抽象度、統(tǒng)合情感、激發(fā)元認(rèn)知和發(fā)展多元智能的教學(xué)價(jià)值

傳統(tǒng)的科學(xué)課程使師生沉浸在一種強(qiáng)調(diào)科學(xué)知識(shí)的完成性和完備性的學(xué)科文化中，它以靜止的眼光考察科學(xué)，從而取消了學(xué)生對(duì)科學(xué)內(nèi)容進(jìn)行反思和批判的機(jī)會(huì)。HPS教學(xué)中，學(xué)生將關(guān)注到科學(xué)家曾經(jīng)持有并認(rèn)為是有效的，但在當(dāng)前的科學(xué)中受到批判的知識(shí)，這會(huì)引導(dǎo)學(xué)生理解當(dāng)前科學(xué)知識(shí)的暫定性，養(yǎng)成對(duì)科學(xué)知識(shí)進(jìn)行質(zhì)疑的思維習(xí)慣，深化其科學(xué)知識(shí)本質(zhì)理解。

HPS研究者從科學(xué)社會(huì)學(xué)、科學(xué)史和科學(xué)哲學(xué)視角去研究和理解自然科學(xué)，他們提出了“歷史起源”（historio－genetic）的概念，即認(rèn)為個(gè)體科學(xué)學(xué)習(xí)的發(fā)生是與歷史上科學(xué)知識(shí)的起源相聯(lián)系的。因此，其教學(xué)策略注重使學(xué)生從近似的、簡單的甚至是不正確的但從其與經(jīng)驗(yàn)接近的前概念出發(fā)，逐步過渡到相對(duì)陌生、困難的正確概念上去，這就降低了教學(xué)伊始時(shí)的概念抽象度，有利于建立學(xué)生的學(xué)習(xí)信心。

HPS切實(shí)把情感因素整合到教學(xué)過程中來。角色扮演中，學(xué)生演員要融入歷史上科學(xué)家的生活和社交情境；創(chuàng)造性寫作中，學(xué)生扮作虛擬科學(xué)家，探索科學(xué)家之間的沖突、爭論或交流。上述方法幫助學(xué)生發(fā)展了與科學(xué)家的移情作用，使學(xué)生將自身情感更深刻地融入學(xué)習(xí)情境中去。

HPS的各項(xiàng)策略注重激發(fā)學(xué)生的元認(rèn)知活動(dòng)。如在創(chuàng)造性寫作中，學(xué)生對(duì)他們已經(jīng)做了些什么以及將要做什么、如何入手進(jìn)行反思，明顯表現(xiàn)出對(duì)自身認(rèn)知活動(dòng)的調(diào)節(jié)與監(jiān)控。在反思角中，學(xué)生反思他的學(xué)習(xí)經(jīng)歷和體驗(yàn)（列舉了哪些事例、用什么方法解決問題、得到何種結(jié)果、如何與他人辯論、對(duì)自己的結(jié)果是否還有信心），亦是一種以自身認(rèn)知過程與認(rèn)知結(jié)果為對(duì)象、以認(rèn)知活動(dòng)的監(jiān)控和評(píng)價(jià)為外在表現(xiàn)的元認(rèn)知活動(dòng)。

HPS持有“開發(fā)多元智能”的理念。除傳統(tǒng)科學(xué)課程所關(guān)注的數(shù)理邏輯、語言、空間及自然觀察者智能外，在角色扮演中，學(xué)生構(gòu)建各種表現(xiàn)形式，說出自己的內(nèi)心感受，充分應(yīng)用了身體—運(yùn)動(dòng)智能。在角色扮演、合作學(xué)習(xí)、反思角中學(xué)習(xí)者融入群體，進(jìn)行同伴教學(xué)，應(yīng)用了人際交往智能。在創(chuàng)造性寫作、反思角中學(xué)生對(duì)自己的觀點(diǎn)做出反思，監(jiān)控自己的想法和行為，應(yīng)用了自知自省智能。因此，HPS中各種方法、策略及作為其載體的歷史材料，協(xié)調(diào)、運(yùn)用并發(fā)展學(xué)生的多元智能，促使教學(xué)價(jià)值觀本位由學(xué)科向人轉(zhuǎn)變。

歐美物理教學(xué)中的HPS方法，可廣泛應(yīng)用于科學(xué)、數(shù)學(xué)、技術(shù)以至人文與社會(huì)學(xué)習(xí)領(lǐng)域，使學(xué)生在學(xué)習(xí)中的知、情、意、行相結(jié)合，促進(jìn)其對(duì)科學(xué)內(nèi)容與科學(xué)本質(zhì)的深刻理解。

［1］H?ttecke D，Henke A，Riess F．Implementing History and Philosophy in Science Teaching∶Strategies，Methods，Results and Experiences from the European HIPST Project［J］．Science ＆Education，2012，21（9）∶1233－1261．

［2］Duveen J，Solomon J．The great evolution trial∶Use of role－play in the classroom［J］．Journal of Research in Science Teaching，1994，31（5）∶575－582．

［3］Taylor C A．Introduction［A］．In C．A．Taylor（Ed．），Science education and information transfer［C］．Oxford∶Pergamon．

［4］McSharry G，Jones S．Role－play in science teaching and learning［J］．School Science Review，2000（82）∶73－82．

［5］European HIPST project．History and philosophy in science teaching［EB／OL］．http∶／／hipstwiki．wetpaint．com，2013－12－15．

［6］American Physical Society．PhysicsQuest Experimental Competition［EB／OL］．http∶／／www．physicscentral．com／experiment／physicsquest，2013－09－10．

［責(zé)任編輯：江桂珍］

G511

A

1002－1477（2015）05－0108－04

10．16165／j．cnki．22－1096／g4．2015．05．027

2014－09－05

重慶市人文社會(huì)科學(xué)重點(diǎn)研究基地重點(diǎn)項(xiàng)目（11SKB13）。

姜濤（1971－），男，江蘇徐州人，博士，副教授；李富強(qiáng)（1982－），男，山西運(yùn)城人，博士，講師。