课程与课堂中的科学史.docx

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1、课程与课堂中的科学史19世纪中叶，阿盖尔公爵(ArgylD在英国科学促进会(BAAS)的主席致辞中声明：“我们要教给年轻人的不仅仅是结论，还有方法，最重要的是还有科学史(JenkinSl990,p.274)o尽管忽视这一号召比执行这一号召的人多，但科学教育中仍有一小部分传统尝试把科学史的部分内容纳入科学教学当中。利奥克洛普弗(LeoKlOPfer)在美国长期致力于这一工作，他对这一传统进行了如下悲观的评论：“把科学史与科学本质整合到学校和学院科学教学中的提议已有60多年的历史。在这段漫长的时期里，围绕着科学与科学史的各种各样的教学材料层出不穷。当时教育者坚信每一课或每一单元的历史内容都在传达科

2、学哲学的知识。他们的科学哲学能够识别关于科学本质的一些概念，并希望学生可以理解或领会。这些概念交织成一张网，科学内容与科学史的线形成了网的结构。然而，每张网都是脆弱的，极少能坚持长久，最终只能在科学教育的领域中留下微不足道的印W乙”(Klopfer1992,p.105)本章将概述科学史在科学课程中不断变化的地位，并释在科学教育中融入历史产生的一些争论。为了阐明这些争论，在教授大气压力的内容时，会对历史方法与“专业”或“技术”方法进行比较。最后，本章将分析并摒弃一些科学家和历史学家提出的“反对在科学课程中融入科学史”的论断。历史原因在不同的时间与地点，呼吁将历史元素融入科学教学的原因有以下面：1

3、.历史对更好地理解科学概念与科学方法有促进作用。2.历史方法将个体思维发展与科学概念发展联系起来。3 .科学史是有其内在价值的。所有的学生都应该熟悉科学史和文化史4 .历史是理解科学本质的必要条件。5 .通过审视科学家个人生活与所处时代，将科学主题人性化，科学就不那么抽象，从而更吸引学生。6 .历史在科学主题和科学学科以及其他学科之间建立联系；历史展现了人类成就间相互关联和相互依赖的本质。历史促进对概念的理解依据充分的理解必须是基于史实的，这一信念是第一个论点的基础。历史对正确理解社会机构(如政党与教会)或社会习俗和传统(如结婚仪式与相关法律)的重要性是得到广泛认同的。即使同样的思考用于对科学

4、知识的理解，也未必能得到如此广泛的认同。恩斯特马赫(EmstMaCh)认为：“历史探究不仅有助于理解现在，而且能够提供关于历史新的可能性(MaChl883/1960,p316).对马赫而言，历史的视角通常将人们，特别是科学家置于传统思想中，使人们发现对他打函意义的概念和知识框架是如何受历史制约的。所以，历史的视角促进新观点与新概念的产生。马赫认为，通过对古典文学的研究也可以得到相同的结论：“一个读过并理解希腊和罗马作家的人比一个只局限于当前印象的人有更多的感知与体验。他看到处于不同环境中的人对同一事物所做的判断与我们当今所做的判断是多么不同。他自己的判断因此显得更加独立。”(Mach1886/

5、1986,p.347)为支持马赫的观点，阿尔伯特爱因斯坦(AlbertEinstein)在他的自传文集里写道，机械论世界观已深深地影响了包括麦克斯韦(MaXWeH)和赫兹(HertZ)在内的同一时代的所有科学家。他说：“正是马赫的力学史撼动了这种教条式的信仰，就这一点来说，该书对我产生了深远的影响”(SChilPP1951,p.21)。相对于英美的著作，历史视角对理解的重要性在欧洲大陆得到了更广泛的认可。卢德维克弗莱克(LUdWikFleCk)在一本有助于托马斯库恩(ThomaSKUhn)科学哲学发展的书中，简要地阐述了如下观点：“与历史无关的理解(即把理解和历史分开)是无法完成的。这就好比一

6、个孤立的研究者是不会表现出对任何合群行为的理解一样。”(Fleck1935/1979,inSibum1988,p.139)最近，恩斯特迈尔(EmStMayr)在其生物学思想发展史的开篇中，以如下描述向科学家推荐了一项历史性研究：“我感觉研究某一领域的历史是理解其概念的最佳方法。只有通过回顾获得这些概念所经历的艰难历程通过学习早期所有被逐个反驳的错误假设，换句话说，就是学习过去所有的错误，才有可能获得彻底的、合理的理解。在科学领域中，一个人不仅要从自己的错误中学习，还要在历史发展过程中从他人的错误中学习。”(Mayr1982,p.20)个人与科学中的概念转变第二个论点认为，历史视角可以使学生将概

7、念和概念结构置于广大的知识体系与科学观念史中，而且历史的呈现也以个体认知发展的某些心理现实为基础。恩斯特马赫是这种起源方法的极力倡导者。该论点认为，个体认知的发展在某种程度上自然而然地反映了物种认知的发展。黑格尔(HegeI)也许是第一个阐明这种思想的人，随后赫伯特斯宾塞(HerbertSpencer)继承了他的观点。1938年，英国化学家兼教科书作者霍格(J.CHogg)在他的文章中写道“历史发展是一种逻辑方法。本世纪早期发展缓慢是由于知识块乏、技术落后以及工作没有方式方法。但这些恰好也是化学初学者的困难所在。初学者与先驱者之间存在共性。”(HOgg1938,p.vii)50年后，詹姆斯沃灵

8、顿(JameSWandersee)(1985)提出了几种方法。他认为，学科知识的发展史有助于教师预测和理解学生在学习该学科时遇到的困难，同时历史也可以为促进学生概念转变提118供问题和试验方法。有3,OOO多项已发表的关于儿童在科学学习中的错误概念的研究，而有关抵制科学学习和科学教学的信息更是铺天盖地（DUit2009）o那些科学发展史中缓慢、历经艰难的特定知识，有助于教师有计划地组织教学、选择实验和活动、解答课堂问题和疑惑、“重做”最初的实验以及重温关于实验的历史解释和就实验进行讨论。在科学教学中，有大量关于历史的应用及历史性资源（论文、实验、生活纪事）的研究。表4.1列举了其中一些具初裱性

9、的研究。*4.1主题研究科学（普通）Cohen(1950)COnant(1947)、Finocchiaro(1980)Kind(2005)、Klopfer(1992),Kokkotasetal.(2011)Lennox&Kampourakis(2013)Stinneretal.(2003)Wandersee(1985)物理学（普通）Brush(1969).Hong&Lin-Siegler(2012).Jung(1983)Seroglou&Koumaras(2001)光学AndreouARaftopoulos(2011)Galili(2014),GaliliHazan(2001)、Kipnis(

10、1992).MihasAndreadis(2005)氧气和燃烧Cartwright(2004)Pumfrey(1987)遗传学Burian(2013)El-Hanietal.(2014)Jamieson&Radick(2013)电学Binnie(2001).Leone(2014).Sibum(1988)化学Chamizo(2007)tChang(2010)Kauffman(1989),Padilla&Furio-Mas(2008)量子理论Garritz(2013)Greca&Friere(2014)、Kragh(1992)进化论Gauld(1992)JensenAFinley(199S)Kam

11、pou,akis(2013)数学Fauvel(1990)GulikersBlom(2001)Panagiotou(2011)热力学Besson(2014)Cotignolaetal.(2002)、DeBerg(2008相对论Levrini(2014)VilIani&Arruda(1998)力学BeSSOn(2013)、Coelho(2007s2009)、GaUld(1998)、Kalman(2009)、Schecker(1992)科学史具有内在价值第三个论点没有得到WK滤值得称圆l2061计划石频5出了这个论点，并列举了受到良好教育的学生应该知道和理解的十个重要事件：“这里强调的是可以代表科学

12、知识的演化与影响的十个重大发现与变革：地球是行星、万有引力、相对论、地质时期、板块构造理论、物质守恒、放射现象和核裂变、物种进化、疾病的本质和工业革命。”(AAAS1989,p.111)还有一些不容忽视的内容，基因与遗传学就t艮引人注意正如早期现代科学与启蒙运动的联系。不幸的是，多数国家允许学生在不具备任何科学、数学与技术成果知识的前提下修完历史课程，而这些知识却是文明发展史的重要组成部分。假如学习科学革命历史的时间与学习政治革命历史的时间一样多，学习孟德尔(Mendel)和遗传学历史的时间与学习将军历史的时间一样多，学习计时系统发展历史的时间与学习宪法发展历史的时间一样多，那么整个社会的教育

13、将得到极大的发展，斯诺(CRSnow)所惋惜的“两种文化”的差距将显著减小(Snowl963)。理解科学的本质需要历史第四个论点已在2061计划中详细阐释，并在前面章节进行过讨论。在早期关于科学史与科学哲学的关系中也进行了详细的讨论。本书赞同教育的目标需要历史化的科学哲学这一正确立场。历史使科学主题人性化第五个论点经常在应对以下两个问题时提出：科学被普遍滥用的问题；与不成熟的科学理解有关的权威主义教学实践的问题。许多人由于目睹高科技战争、使用声呐追踪捕鲸、使用凝固汽油弹攻击等事件对科学与技术产生了反感，一些历史性的研究可以帮助人们消除这些反感。伟大的或者普通的科学家在他们生活的时代中，往往有很

14、多可供学生阅读、辩论、重演的有趣的事件和话题。这可能与学校历史教材“无英雄”的状况不同，但大多数公众仍然愿意购买。因此，科学家的传记登上畅销书排行榜并被译成多种语言出版并非偶然，在此只列举一些比较著名的传记：伽利略(Heilbron2010)、牛顿(WeStfan120科学教学一科学史和科学哲学的贡献1980)、哈里森(SObell994)、高尔顿(GHham2001)、达尔文(Desmond&Moore1991)、普朗克(HeilbrOn1986)、爱因斯坦(Pais1982)、居里(PflaUmI989)和玻尔(Paisl991)o戴瓦索贝尔(DaVaSobel)是一个典型的例子。学术界曾

15、经对“经度问题”做了广泛的研究，并且发表了相关文章，出版了相关书籍，但销售情况却很不乐观(MattheWS2000b,Chapter?)o作为一名新闻记者，索贝尔在哈佛参加了关于经度主题的会议后，自己做了一些相关工作，出版了一本关于该主题的畅销书。该书被翻译成多种语言销往世界各地(SobeII994)。这本书把科学史传播给了广大的读者。就科学普及而言，历史学家与教育家还有很多需要学习的地方(GaSeoigIle2007)。角色扮演与戏剧的运用，从小学到高中都是非常成功的。记不清普朗克常数的学生应该能记得第三帝国时期普朗克作为威廉皇帝研究院会长面临的“正直者的困境”一一这是约翰海尔布伦(JohnHeilbron)为普朗克撰写的鸿篇传记的副标题。科学老师可以与历史老师、戏剧老师一起创设普朗克当时所遭遇的情形与困境，并把他当时的决心以戏剧的表达出来。历史是了解某个术语的另一种方式，如波义耳定律、欧姆定律、牛顿定律、胡克定律、居里的发现、马赫带效应、普朗克常数、计量单位伏特和欧姆，等等。詹姆斯沃灵顿已经成功地将历史小故事嵌入科学教学中，并在课堂与资源允许的范围内把它们做到最精细(WanderSee&Roach1998)0历史促进课程的衔接第六个论点：历史将科学与其他学