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科学史教育中应该防止的几种倾向
科学史教育中应该防止的几种倾向
摘要以历史哲学和科学哲学的视角反思当今一些防碍利用科学史实施科学教育的倾向，并通过科学史上相关实例加以解释，同时提出解决这些问题的方法。
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关键词科学史教育伪科学史科学背景教学策略科学教育科学素养?
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HPS（History&PhilosophyofScienceandScienceteaching,简称HPS）教育是让公众通过学习科学史与科学哲学来推行科学教育的一种方法，近三十年来得到科学教育界的广泛重视，它被认为是促进学生科学本质理解的有效途径。
但关于科学史教育的作用在其发展进程中一直存在着种种争议，其原因既与教育者对科学史研究的深度、科学史本身发展有关，也与科学教育中对科学史使用的实践反思有关。
鉴于当今中学科学教育文本普遍对科学史地位予以关注，从正反两方面理解它可能的作用有利于更好地发挥它的教育功能。
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1问题的提出――科学史教育的不同追求?
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科学史进入正式的科学教育课程可以追溯到19世纪末，当时以训练学生思维为目的的科学课程面对着种种困境，如课程内容单一偏难、缺乏情感活动等，许多学生对教师单纯弘扬科学真理的追求感到沮丧。
科学教育者试图将科学还原为人类的历史性活动以引发学生对科学的兴趣。
早期的科学史课程一方面符合了当时的启发式教学原则，它能够让学生通过接触第一手资料进行学习，从而满足认知心理学认为个人对科学世界建构的基本要求――好奇心、实用性以及系统性的理解；另一方面科学史被认为能够赋予科学教育人文性的特点，从而促进学生学习科学的兴趣以及形成未来作为科学家的热切希望。
但由于当时科学教育主要目标在于培养能够从事科学实验与具备完整科学知识的从业者，所以科学教育中完美人格或科学人文的教育目标被忽视了。
现代意义上的科学史教育兴于1960年代，其教育目的一方面是施瓦布等提倡的通过学生复演历史上科学家的研究方式进行科学学习；另一方面是库恩等科学哲学家提出的应该在历史背景下理解科学本质的建议。
1980年代之后人们逐渐认识到科学史教学对学生科学素养的形成的意义。
上述演变过程中科学史承载了科学教育的人文性、学科的结构性、学生认知发展以及带有哲学意义的科学本质理解要求，对多种教育目标的过度追求又带来许多可能的教学不适，甚至产生对科学以及科学家形象的误解。
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2科学史教育中的几种可能倾向?
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历史的描述不可能是对过去人类活动的真实反映――它必然包括了历史书写者出于自身价值判断的内容取舍以及解释。
科学史，尤其是教材中呈现的以及用于课堂教学的科学史内容也必然是经过教材编写者以及教师改编了的科学活动。
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2.1过度的精神宣扬――意识形态的科学史?
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我国理科教育文本中早有对科学史的提倡，如1923年的《新学制课程纲要》中已经列出“科学发达略史”作为学习内容[1]，现行各理科课程标准中也都有科学史的使用建议，认为科学史能够给学生提供真实的科学发展图景。
但历史材料的呈现包含了特殊的组织视角、目的和方法，不可能是对过去科学活动的真实记录。
我国的科学史教育常常“以对群众进行爱国主义教育为预先设定目标”[2]，这一理念下科学史内容的选择与解释通常以中国古代科学技术成就为基准，致力于展示中国在很久以前就已有了而西方近代或当代才取得的某些科学技术成果，教师也乐于在此层面上将科学史作为弘扬学生爱国主义情感的课程内容。
科学史一旦为了更好地符合某种社会功能或提供特殊教育就很容易造成教育功能的片面化，尽管它的内容并不是完全虚构的，但文献证据会受到扭曲、忽视或被赋予不相称的重要性，这种意识形态的科学史在忽视科学进步实质的同时会对科学教育本身造成伤害。
我国1954年《中学化学教学大纲（草案）》就已经明确指出：
“教师在这里，应该特别注意防止牵强附会生硬联系的弊病，否则非但不能收到贯彻思想教育的效果，反而会使学生感到厌烦”[3]。
科学教育中应该承认各民族对科学发展都起过作用，但不能把通过科学史对它们的说明作为教育目的。
我们只有把科学活动看作是人类全部活动的延续和组成部分，才能更好地发挥科学史的教育功能。
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2.2简化的科学史――准科学史?
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Whitaker较早指出了物理学史教育中一种“准科学史”的呈现方式：
教师建立一个预设的概念框架将各种科学事实填充进去，以便使学生形成某种科学信念或者让学生更为轻松地通过各种测试[4]。
同样现今的科学史教学大多数是以让学生感受一些历史趣闻轶事的课堂点缀形式出现，或者是教师希望学生能够直接地体会科学家的人格魅力等，如门捷列夫通过纸牌游戏发现了元素周期律、落在牛顿头上的苹果以及伽利略的比萨斜塔实验等，这种将科学发展过程简单化的理解对学生很难起到真正的智力挑战作用。
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作为科学本质意义上的科学史教学所希望的是学生通过对科学发展过程中科学家实际工作场景的了解，理解诸如科学证据与理论、观察与想象、探究与论证、偶然与必然等诸多要素，更深层次地领会科学先辈们追求知识的实际艰辛和保证科学成为进步力量的整体机制。
这一认识不但不会使学生知难而退，更能激发他们真实的科学情感以及对充满未知世界认知的信心。
如化学史上瑞利发现氩气如果仅仅归功于瑞利个人“追求小数点千位数上精确”的一种精神，只会产生“科学家确实具有一般人所不同的特殊品质，他们与我们的距离遥远”的印象。
与实证主义者将过去作为一种对立面加以研究并试图超越的思维方式不同，当代基于社会建构的科学哲学强调将历史上的科学家置于当时社会环境下解读，以环境、科学与技术之间的相互作用视角全面理解科学的发展机制。
这样稀有气体的发现过程就不仅反映某一位科学家的个人精神或科学态度问题了，见表1。
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科学家的工作和遇到的问题（当时的社会背景）
1892年瑞利对2类氮气分析，前3组称为“空气中氮气”，是用不同方法从空气中除去氧气得到；后5组用含氮化合物通过化学反应制取，称为“化学纯氮气”。
2组气体密度始终具有极小的系统性差值――只相差千分之一。
他提出种种假说但都被实验否认了。
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1894年，杜瓦告诉瑞利早在1785年科学家卡文迪许就曾通过放电法除去空气中氮气和氧气，剩余一个极小的气泡，但由于装置所限无法得到足够的分析样品。
另一位化学家拉姆塞提出空气中可能含有一种未被人们认识到的新气体，并和瑞利分别用化学反应、放电法得到新的气体――氩气。
（19世纪末已经有设备可以连续放电除去空气中氮气、氧气，得到足够的样本；1860年本生发明了可以检测微量元素的光谱法）。
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1895年瑞利宣布发现新元素却受到科学界的反对，为了同时符合周期律理论以及新证据，拉姆塞创造性地提出一族新元素存在的可能。
（1871年门捷列夫提出的元素周期表当时正处于权威地位，而这时的周期表中还没有氩等稀有气体元素的位置。
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如果空气中还有其他与氩气性质相似的气体，就不能用化学方法除去氩气而不影响其他稀有气体，只有先将空气变成液态，再逐渐升温将每种气体分别蒸发出来，这需要极低的温度。
（19世纪末德国工程师林德与汉普森同时发明了制冷机，可以降温制得液态空气）?
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到1898年，瑞利和拉姆塞发现了所有稀有气体并通过光谱验证，为元素周期表添上新的一族，他们于1904年分别获得诺贝尔物理学奖和化学奖。
2.3英雄人物的科学史――辉格史?
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辉格史概念起源于19世纪英国历史学家们一种对社会发展史的解释方法，它将历史发展描写为进步自由党战胜落后保守党的过程。
20世纪40年代巴特菲尔德将这一术语引入科学史领域，指的是用当前的科学观念和价值看待过去，通过每位科学家对现代理论贡献的大小评价他们，而不是试图理解先前科学家工作时面临的问题和思维的方式。
这样的科学史发展过程就是：
（1）杰出的科学家提出一种全新的理论；
（2）同时代的科学家仅仅出于无知、迷信或宗教信仰等原因盲目地加以反对，抵抗新理论的科学家似乎根本没有基本的科学知识或素养；（3）英雄的科学家获得胜利或悲剧性的下场；（4）我们今天普遍地接受了上述科学家的理论――或者说真理终究会战胜无知。
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Allchin[5]给出了一个典型的辉格史例子：
19世纪40年代维也纳地区产妇由于产褥热引发的死亡率高达20%，萨米尔维斯建议妇产科医生手术后用清水洗手来降低产妇的死亡率。
这一现在看来合理的建议被当时医学界拒绝，甚至萨米尔维斯本人被送进了精神病院郁郁而终，医学史上他被描写成为与布鲁诺等一样的为科学献身者。
但19世纪中期的社会环境与宗教占统治地位的中世纪相比，科学已经占据了主导地位，维也纳更因注重科学的自由精神和科学方法被称为“医学界的麦加城”。
医生普遍反对洗手的原因在于当时的科学界还没有细菌概念，萨米尔维斯本人也无法提供准确的数据证明或对这一方法与传统放血疗法之间的不同加以科学解释。
这一工作直到半个世纪后才由巴斯德提出的细菌学说解决，这种完整的历史教学才能够反映出科学进步所依靠的求真精神、各个时期的科学发展水平和科学作为人类的一项集体事业。
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3如何防止错误的科学史教育倾向?
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科学史教学应起到的作用在于：
（1）让学生面临历史上科学家所经历过的种种疑难困境以及未解决的问题，提出自己的观点并和当时的各种传统的和创造性的观点加以比较，通过实验维护自己的立场或驳斥他人的观点；
（2）同时它要求教师也必须是一位学者。
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3.1加深对科学及其历史的本体认识?
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国内外已有研究表明理科教师在科学史和科学哲学方面的修养普遍存在不足，同时认识到要求每一位教师精通本学科发展的历史细节是不可能的。
但教师现阶段至少可以从2方面采取行动以减少课堂中使用科学史出现的明显错误：
（1）了解一些文本中伪科学史呈现的特点。
下列特征的科学史很可能存在不准确的误导作用：
在教材或其他文本中高度简化了的科学过程描述；科学人物表现出性格上的完美无缺和科学研究以固定的步骤模式进行；对实验现象或数据的获取、解释不存在任何争议；忽视了科学发现者的思想背景、社会环境、对以往研究成果的借鉴以及和其他科学家的交流。
（2）理科教师应该通过适当的形式使自己至少对本专业科学发展过程中的一个历史事实在横向与纵向2个维度上有较为全面深刻的理解，这一内容最好在本学科中属于重要的概念、理论或知识。
如化学和物理中物质微观结构或宏观运动变化既是学科的核心概念，又反映了人类几千年的探究过程；生物学中的进化演变观念无疑值得学科教师认真了解。
教师只有在对相关科学史深入了解的基础上才能够以合适的形式将它转化为正确的教学资源，就其中的每一问题与学生进行深入探讨并进而对其他科学史描写中可能的错误保持清醒认识。
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3.2对科学史上曾经出现过而现今被认为错误理论的重视
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现代科学教材上的知识体系大都与成功的科学史案例相关，教材必然会重视现在被科学界承认的科学知识以及这些知识是如何在实验室中被加以证明或发现的，对过去的理论缺少证伪或将仅仅以“已经被证明是错误的”简单带过。
实际上任何一个曾经流行的科学理论必然是建立在一定的实验与科学方法之上、符合某种科学的证明模型，即使是化学历史上的第一个系统化的理论――燃素说，今天看来完全将物质燃烧过程理解错误，但现代化学的革命正是采用了诸如质量变化、物质不灭等思想以及化学实验手段对它加以反驳的。
可以说任何一个具有持久性特征的科学观点几乎都能够追溯到后来经过研究被证明是错误的原始观点，任何一个现在看来错误的观点几乎都能够从它有关的原始观点中找到一些合理之处。
如何发现过去被广泛承认理论的证明过程才是科学史对于科学本质以及学生概念转变的教学意义，一方面它能够说明科学方法的真正本意：
科学方法并不意味着科学实践活动是系统的、机械的、几乎自动的技巧，对它应理解为是由观察、假说、实验等环节构成的研究过程以及科学家们共同遵守的一系列研究规范；另一方面它能够与学生头脑中可能的错误概念加以比较或以历史进步的相似方式促进学生概念转化。
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3.3对科学发展过程中的各种争议转化为教学资源的可能分析?
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自波普尔科学发展的证伪理论提出以来，越来越多的科学哲学家认识到对同一现象能够用不同理论加以解释，也能够根据不同理论设计出不同的实验实施验证。
科学发生进步时必然会出现维护原有理论和支持替代理论的科学家之间的相互交流、辩护和争论，科学争议能够引发对一些重要的、难以解决的科学和哲学问题思考，如究竟有没有科学革命、科学进步是渐进性还是突变性、如何理解知识的本性问题等，从而更直观地说明诸如实验与解释、个人创造与社会因素的作用问题。
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不同时期的科学模型作为科学争议教学的设计指导被认为是有效策略之一，因为每一种科学理论都经历了智力模型（在科学家头脑中形成的模型）――表述模型（科学家通过实验证明并加以描述的具体模型）――一致性模型（被当时的科学界承认的模型）――历史模型（由于新理论的提出而被替代的模型）的演变，这样探究每一种历史模型提出过程中理论和它的证明实验之间的逻辑关系就具有了课程意义。
如原子结构的模型交织了多种理论与实验的历史互动：
德谟克利特（原始思维）、波义耳（气体性质研究与微粒）、牛顿（原子作用力）、道尔顿（物质组成与原子质量测定）、汤姆生（阴极射线与电子发现）、卢瑟福（α粒子散射实验和行星模型）、玻尔（壳层轨道理论）、薛定谔（电子出现几率和波动方程），每一次重大的理论都源于对原有理论的改造，通过对具体原子结构的不断精简、修改或完善实现整个科学事业的进步。
同样适合的内容如生物上的?
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Aldini―Volta在解释“蛙腿电流”实验时的正负电流之争；物理学史中开普勒―亚里士多德关于光线传播是否直线之争等。
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以有趣的历史故事轶闻点缀课堂或提高学习兴趣、介绍科学英雄人物及其精神为导向的科学教育，最终会引致科学史作用的边缘化和对科学形象的扭曲。
科学史教育能够反映出科学观念产生的动态过程、促进科学发展的各种环境因素、科学事业中种种变化的发生和选择具有的一定规律性而非偶然的，它有助于学生形成科学概念、做出基于理性思考的判断行为。
理科教师在教学中运用科学史应更多关注它在3个方面的作用：
对科学知识产生的理解、科学研究的过程方法表现以及科学活动的社会文化背景等方面的说明。
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参考文献?
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[1][3]20世纪中国中小学课程标准教学大纲汇编（化学卷）.北京：
人民教育出版社，2001：
11，203?
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[2]江晓原.天学外史.上海:
上海人民出版社,1999：
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[4]WhitakerM.HistoryandQuasi-historyinPhysicsEducation.PhysicsEducatio
n,1979，
（2）：
108?
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[5]AllchinD.ScientificMyth-Conceptions.ScienceEducation，2003（3）：
329351
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