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HPS教育与科学课程改革
HPS教育与科学课程改革
[内容提要]科学史、科学哲学和科学社会学（HPS）在科学教育中的作用，是当前国际科学教育界十分关注的一个科学课程改革的热点问题。
这个问题之所以重要就因为它关系到科学教育中的一个关键问题：
如何改进学生对科学本质的理解，培养其科学精神，提高其科学素养。
本文首先从科学教育史的角度探讨了这个问题的来龙去脉，其次分析了当前国际科学教育界关注它的原因，最后考察了以往课程改革在这方面的经验教训。
[关键词]科学教育HPS教育科学课程科学本质
一、导言
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》（Science&Education）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1988－1998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。
1988-1992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）、《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（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（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。
”[
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证的认识，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（如表1所示）。
表1.得克萨斯州3年级科学和7年级生命科学的宗旨与目标
3年级科学
宗旨与目标：
3年级科学学习旨在使学生理解生命科学、物质科学（即物理和化学）和地球科学的基本概念，重点是物质科学的概念。
3年级科学课程与教学围绕以下四个基本目标加以组织。
1.问题解决——使学生获得发现生命世界与非生命世界里的问题，并尝试解决这些问题的能力（50％的教学时间用于问题解决）
2.科学知识——使学生获得以下领域的知识：
动植物、物质能量、机械和声音、地球、大气和影响地球上生命的天体、良好的健康与营养习惯（25％的教学时间用于科学知识）
3.科学本质——使学生理解科学知识的历史发展，获取生命科学、物质科学和地球科学等领域的知识的手段（15％的教学时间用于科学本质）
4.科学技术与社会——学生要理解他们获得的各门科学的知识可以怎样运用于他们的个人生活中（l0％的教学时间用于科学技术社会）
7年级的生命科学
宗旨与目标：
学习生命科学旨在使学生对从最简单的到最复杂的生命的复杂性有所了解，生命科学课程围绕下列四个基本的科学教学目标组织起来。
1.科学知识——学生获得生物有机体的基本形式及其与环境互动的知识（占35％的教学时间）
2.问题解决——学生获得发现自然界不平衡现象发生时产生的问题，并尝试解决这些问题的能力（占35％的教学时间）
3.科学技术与社会——学生理解他们关于生命有机体的知识可以怎样运用于他们的社区和他们的个人生活中，以提高人类的福祉（占15％的教学时间）
4.科学本质——学生了解生命有机体知识的历史发展情况以及获取这些知识的手段（占15％的教学时间）
资料来源Koballa,Jr.,Tetal（1993）.CurriculumreformTexasTheScienceTeacher,p.42.
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（J.D.Novak）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（J.Leach）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
参考文献：
[1]Jenkins，E.W.（1994）.HPSandschoolscienceeducation：
remediationorreconstruction？
InternationalJournalofScienceEducation，VoL.16，No.6，p.613.
[2]Matthews，M.R.（1998）.Thenatureofscienceandscienceteaching.InB.J，Fraserandk.G.Tobin（eds.），InternationalHandbookofScienceEducation,KluwerAcademicPublishers,p.984.
[3]Matthews，M.R.（1998），op.cit.p.985.
[4]Jenkins，E.W.（1989）Processinscienceeducation：
ahistoricalperspective.InJ.JWellingion（Ed.），SkillsandProcessesinScienceEducation：
ACriticalAnalysis.London：
Routledge，p.42.
[5]Mach，E.（1886-1943）.OninstructionintheclassicsandthesciencesInE.Mach'sPopularScientificLectures.OpenCourt，LaSalle，ILQuotedinM.R.Matthews（1998）.Thenatureofscienceandscienceteaching.InB.J.FraserandK.G.Tobin（Eds）.InternationalHandbookofScienceEducation.KluwerAcademicPublishers,p.986.
[6]Dewey,J.1916DemocracyandEducation.NewYorkMacmillan,p.198.
[7]BrockW.H.（1989HistoryofscienceinBritishschoolspast,present&future.InM.s
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