大學物理中加強HPS教育的調查及分析*①

張靜

(長江大學物理科學與技術學院 湖北 荊州 434023)

HPS(History, Philosophy and Sociology of Science,即科學史、科學哲學和科學社會學)教育是西方一些科學教育專家以建構主義為指導思想倡導的一種新的科學教育模式.國外最早提倡HPS教育的是德國科學家馬赫.1895年,馬赫提出，沒有任何科學教育可以不重視科學的歷史與哲學[1].如今,這一科學教育模式已在世界各地開枝蔓葉.HPS教育作為一種先進的教育理念，從各方面都體現了科學教育的價值[2]，普及HPS教育有著十分重要的意義.

1 HPS教育的內涵

HPS的核心內涵就是關于科學本質的認識.20世紀以來，西方科學哲學始終圍繞兩大主題發展演化,其一是科學本質；其二是科學方法[3].這兩個主題是現代西方科學哲學進步之所在，而它們同樣是HPS重要的研究對象.回答“科學是什么”，“科學的本質是什么”,就是科學本質觀，它混合了包括科學史、科學哲學、科學社會學、科學心理學等多學科的研究觀點，是人們對科學本質屬性的認識和理解，是對科學知識發展所持的內隱價值觀和假設[4].

HPS所蘊涵的科學本質觀對學生而言非常重要.科學知識是暫定性的；科學知識是以經驗為基礎的；科學知識是負載理論的；科學知識部分程度上是人類推理、想象和創造的產物；科學知識是植根于社會和文化背景中的；觀察和推理之間是有區別的;科學理論和科學定律也是有區別的；沒有一種普適的科學方法.

2 HPS教育的作用與意義

2.1 有利于學生從歷史的維度把握科學的本質

科學的本質在于科學探究.HPS教育能促使學生理解科學的本質.

(1)理解所有的科學觀念都不是最終真理.

(2)科學家通過觀察、實驗、理論模型和數學模型構建和檢驗對自然界的解釋.

(3)在研究過程中，如果缺乏大量實驗性和觀察性證據，科學家們對同一現象做出不同的解釋是正常的，不同的科學家可能會公布不同的實驗結果，或者從同樣的數據中得出不同的結論，但科學家會認識到分歧并努力消除分歧.

(4)對已公布的科學研究成果加以評價，包括審查過程、檢驗證據、找出錯誤推理，對同樣的觀察結果提出不同的解釋.

2.2 有利于學生認識自然科學的人文內涵

進行HPS教育可以促使學生更好地理解、評價、欣賞科學事業，激發其探究科學的熱情、勇氣與欲望，培養其堅韌不拔的意志品質.在科學史上，伽利略沖破歷史枷鎖，挑戰權威，做了兩個鐵球同時落地的實驗，最終名垂千古.居里夫婦在艱苦的實驗環境中，用了3年零9個月才從成噸的礦渣中提煉出0.1 g的鐳.作為杰出科學家，居里夫人有一般科學家所沒有的社會影響力,尤其作為成功女性的先驅，激勵了很多人[5].可以說，科學的發展史，實際上就是一部科學家為追求真理而進行不屈不撓的奮斗的歷史.

2.3 有利于培養學生的批判精神

進行HPS教育，有利于培養學生的懷疑批判精神.因為科學進步的歷史就是科學懷疑的歷史，就是科學家不斷糾正錯誤、追求真理的歷史.伽利略敢于挑戰權威，用事實說話，最終推翻了大球先著地的論論；愛因斯坦擴展了牛頓經典力學時空觀，從而建立了狹義相對論.

3 大學物理中加強HPS教育的調查與分析

3.1 調查問卷的設計和調查

(1)調查目的：為了保證物理教學中的HPS教育更有針對性，在設計HPS教育方案之前應該全面系統地了解大學物理教學的現狀.所以，首先設計一份結構型調查問卷，重點從4個方面了解大學物理的教學現狀及學生對于與HPS教育相關的調查內容的看法.

1)學生對HPS的了解情況.

2)大學物理教學現狀.

3)學生期望的大學物理課程教學形式.

4)學生對加強HPS教育的態度.

(2)調查方法:問卷調查法、訪談法.

(3)調查對象:學生問卷選取了長江大學地科學院、化工學院、機械學院、電信學院、油工學院等正在上大學物理課程的學生為調查對象；采取了寢室發放，當場收取的方法.問卷全部收回，共100份，有效問卷100份，有效率100%.

3.2 調查問卷的統計與分析

(1)學生對HPS的了解情況

對題1:當你第一眼看到HPS你會想到什么？調查顯示(圖1)，有44%的人基本上知道HPS，56%的人根本不知道，而44%的人中應該還有相當數量的人是猜測;大家對HPS還不是相當了解.因此應在教師和學生中加強對HPS教育的宣傳和普及.

圖1 對題1調查結果

(2)大學物理教學現狀

對題2:在大學物理課堂教學中，教師經常采用的導入新課的方式是什么?調查結果(圖2)表明，在大學物理教學的導入過程中，教師主要會采用復習舊知識的方式導入，同時也注重結合史料的方式.這證明在當今的大學物理教學中對史料的教學越來越重視.但不足的是，在大學物理課堂教學中基本上沒有實驗演示，可以說是大學物理教學的一個遺憾.這對學習大學物理的學生而言，失去了感性認識和課堂實驗探究的機會.其實，許多科學家正是在給學生上課做演示實驗的過程中發現重要實驗現象的.如在1780年9月的一天，意大利學者伽伐尼和學生一起解剖青蛙時，偶然發現電效應，最終導致了伽伐尼電池的發明.在1820年4月，丹麥哥本哈根大學物理學教授奧斯特給學生講有關電和磁的問題時，偶然的機會發現了電流的磁效應[5].

圖2 對題2調查結果

對題3:你認為現在大學物理教學的不足之處在于什么?調查結果(圖3)表明，現在的大學物理教學還存在較大問題.由于大學物理在理工科院校是一門公共基礎課，教師在課堂教學中過于注重知識的傳授，而在物理與生活、社會發展的聯系上不夠緊密.這就要求教師不斷學習，開拓視野，更新觀念.只有教師發展了，學生才能發展.

圖3 對題3調查結果

(3)學生期望的大學物理課程教學形式

對題4:你認為采用什么樣的課堂教學形式能更好地掌握知識？調查結果(圖4)表明，學生對傳統的“教師講，學生聽”的單一講授模式是不滿意的.同時29%的學生表示了對學習物理學史的興趣，30%的學生希望教學中有實驗演示.

圖4 對題4調查結果

(4)學生對加強HPS教育的態度

對題5:在大學物理課程中加強HPS教育，你持什么樣的態度?調查結果(圖5)表明，絕大多數的學生對在大學物理中加強HPS教育持一種積極態度.這充分反映了學生對學習科學本質的一種理性認識，同時也反映了在大學物理中加強HPS教育的迫切性.

圖5 對題5調查結果

對題6 ：在大學物理課程中加強HPS教育，您希望采取什么樣的講授方式？調查結果(圖6)表明，有將近一半的學生希望結合史料、哲學、社會背景等各個方面講述課程內容.這樣的講授方式學生易于接受、便于理解、學以致用，會有最佳的學習效果；也有10%的學生是教師怎么講就怎么學，自己并沒有很肯定的意見.

綜合調查問卷，可以得到以下結論.

第一，目前國際上的教學理念和方法越來越多元化.而我國的大學物理教學，特別是地方高校的大學物理教學，教師雖也考慮到了學生的興趣愛好，注重用物理學史、物理學家的經歷來引導學生，但在課堂演示實驗、科學哲學、科學社會學方面卻很少涉及.實際上，物理學與哲學和社會有著緊密的聯系.從牛頓的《自然哲學之數學原理》到法拉第的“電磁感應定律”，再到德布羅意的“物質波的發現”，無不體現了物理學中和諧統一的哲學思想.同樣,物理學的發展也推動了社會的進步和發展，人類社會的每一次革命都與物理學息息相關.

另一方面，學生對知識的渴求與日俱增.基礎教育已經開始改革，大學物理教育也應加快改革步伐.加強HPS教育勢必對提高每個學生的科學素養產生推動作用，亦有助于改進物理教學.

第二，現行的大學物理教學大部分還是采用傳統的教學方式.大學物理教學已落后于目前的中學物理教學，在教學理念上還不夠先進.大學物理教學仍是以課堂為中心、教師為中心，考試至上.這就導致了教育教學活動的實施，難于實現學生科學素養的全面發展，不適應面向未來的終身學習的需求，不利于學生對科學本質的認知.

第三，在大學物理教學中加強HPS教育是可行的，但也應循序漸進.在大學物理中加強HPS教育的最終目標是促進學生對科學本質的理解，加強學生的創新能力和科學精神體現了時代對大學生的要求.

科學不是科學家的，同樣也不是科學哲學家和科學史學家的，而是科學實踐過程的所有參與要素共同博弈的結果.我們可以認為HPS就是指“科學的歷史與本質”[6].將HPS融入大學物理課程中，并不意味著把科學史、科學哲學、科學社會學當作純粹的學科，而是把科學本質觀問題凸現于物理課程與教學之中，幫助物理教師在教學時發現物理課程本身蘊涵著的許多值得探討的科學史故事和科學哲學的觀念，從而進行顯性的科學本質觀教學.物理課程中有了HPS的內容，可以使學生更好地把握科學本質，使學生懂得科學究竟是什么，科學知識是怎樣產生的，科學在社會發展和進步中的作用，科學和科學方法的優點與局限性等等，從而培養學生的科學精神和創新能力，這正是HPS教育的宗旨.

參考文獻

1 胡誠.HPS融入科學課程的研究：[學位論文] .武漢：華中師范大學,2006

2 Falk Riess. History of Physics in Science Teacher Training in Oldenburg . Science & Education, 2000, 9(4):83～87

3 張晶.HPS(科學史、科學哲學與科學社會學):一種新的科學教育范式.自然辯證法研究,2008，24(9):83～87

4 宋靜.淺議科學教育中的科學素養培養.物理教學探討,2006, 24(5):4～5

5 李艷平，申先甲.物理學史教程.北京: 科學出版社,2007

6 石誠，蔡仲.補充科學：HPS的另一定位.科學技術與辯證法, 2008, 25(6): 26～30