HPS教育在高校數學教學中的應用研究

[摘 要] HPS教育已成為近年來國際科學教育改革較有影響的新理念，對我國當前高校數學教學具有一定的借鑒意義。伴隨社會對數學科學人才的新需求，在高校數學教學中加強HPS教育已成必然趨勢。本文就此展開論述，并對其實施途徑與應用價值進行探究，以期進一步凸顯高校數學科學的教育功能和現實意義，為當代科學發展和社會進步培養高素質人才。

[關鍵詞] HPS教育；高校數學教學；實施策略；應用價值

[中圖分類號] G420 [文獻標識碼] A [文章編號] 1005-4634（2013）04-0041-04

0 引言

HPS 教育已成為當前國際科學教育改革的新理念與新趨勢，它是“科學史（History of Science）教育”、 “科學哲學（Philosophy of Science）教育”和“科學社會學（Sociology of Science）教育”三者的簡稱，其主要內容是把科學史、科學哲學、科學社會學的相關知識引入到科學教育活動中，讓受眾在歷史、哲學和社會學語境中重新審視科學、理解科學，對科學本質形成多維透視，培養科學精神，提高科學素養，以此推動科學知識傳播，促進科學教育發展。HPS 教育追求科學的人文性、批判性和創新性，對當前國際科學教育發揮著至關重要的作用[1]。目前還未有學者明確提出我國高校數學實施HPS教育的建議與設想。高校數學教學是科學教育的重要基礎，高校師生是否理解數學科學本質，是否具備當代數學科學精神和創新能力，關系到中華民族未來的科技發展和人類福祉。在此意義上，在高校數學教學中實施HPS教育應是一個值得高校數學教育工作者們共同關注的問題。本文將從三個層面進行論述，以期提高認識，并對高校數學教學實施HPS教育提供一定的實踐操作借鑒，發揮HPS教育在高校數學教學中的育人功能。

1 HPS教育在高校數學教學中的應用是高校數學科學教育的必然趨勢

1.1 時代發展的迫切需要

HPS教育是在科技全球化背景之下形成的教育思潮。科技全球化的實質則是“科技社會化”與“社會科技化”，在這一趨勢日漸深化的背景之下，作為人才培養基地的高校，大都會把科學技術知識的傳授與相應職業技能的訓練置于教育的首要目標，以適應和滿足社會對“科技型人才”的迫切需求。但眾所周知，科技的功能不是無限的，科技發展要求推陳出新，最終的落腳點是造福人類。因此，高校教育還應把培養學生的專業知識技能與科學精神、科學創新能力、社會責任意識，這些素質教育的主要目標有機結合在一起。HPS教育作為一種與時俱進的教育理念，理應為我國高校數學教學改革所借鑒，以進一步凸顯高校數學科學的教育功能和實踐價值，使學生既能掌握數學知識，又能深刻理解數學社會價值及本質，培育數學專家的同時又使其兼具強烈的社會責任感。

1.2 高校數學科學教育與人文精神教育相結合的必然要求

伴隨科學技術的飛速發展，人類越來越體會到科技是一柄雙刃劍，它不僅能造福人類，也能危害人類。現代科學哲學家波普爾說過：“科學進展是一種悲喜交集的福音。我們要正視這一點，福音是悲喜交集的，例外很少。”[2]因此，現代科學教育首先要加強科學精神和人文精神的結合，加強真與美與善的結合，理性與情感的結合，自然與人的結合。HPS教育順應現代科技發展的要求和科學教育改革的潮流，它是科學史、科學哲學與科學教育的三者結盟，科學教育既有科學哲學、科學社會學的導航和協助，又有科學史豐碩的資源供養，可謂是科學教育與人文精神教育的完美相結合。所以，在高校數學中應加強HPS教育，就是要把數學置于社會和文化的廣闊背景中加以考察，進行文理科的相互滲透和交叉，讓學生建立更加合理的數學科學觀和價值觀，使數學科學真正為社會進步和人類幸福服務，這是高校數學教學的必然要求。

1.3 高校數學專業學生自身的迫切需求

伴隨科學技術與社會、文化、政治的聯系日益密切，科學素養越來越成為現代人必備的基本素質之一。HPS教育主張科學教育不僅要造就一批科技精英人才，更重要的是幫助每個公民提高科學素養，培養受教育者具有關心周圍事物發展的態度、科學探究的精神、能對生活作出明智的選擇與判斷，以及積極的價值觀等等。因此，在高校數學教學中加強HPS教育，能提高數學科學素養，產生更多優秀的數學人才，促進數學學科的發展。與此同時，高校學生的知識結構和思想較之中學生大都更加豐富完善和成熟，抽象思維能力、哲學思辨能力都發展到更高層次，對HPS教育的有關內容會更加容易理解與接受。因此，HPS教育在大學階段施行會有事半功倍的效果，是大學生自身發展的迫切需求[3]。

2 HPS教育在高校數學教學中的應用策略 及主要途徑

高校數學教學中加強HPS教育是一項系統工程，它不僅是一種科學教育理念和形式的探討，更重要的是實現策略和途徑的探索。HPS教育雖然手段多樣、途徑豐富，既有校內因素也有校外因素，既有顯性因素也有隱性因素，既有常規的也有模擬性質的，但有效的課堂教學仍是HPS教育應用的主要策略和途徑。因此，在新授課、習題課教學中，高校數學教師要努力捕捉HPS教育的時機，切實有效的把數學專業知識與數學科學史、科學價值、社會價值等內容結合起來，以便能及時準確的反映出高校數學的實踐意義和價值。從在某種意義上來講，數學課堂教學中HPS教育是否有效將決定HPS教育在高校數學教學中應用的成敗。

2.1 精選史料，融入課堂，引發探究

HPS教育強調科學史、科學哲學和科學社會學三者聯盟，共同擔負起闡述科學本質、提高科學教育質量的使命。科學史是研究科學發生與發展的歷史，它以其獨特的研究視角成為科學教育的一種非常寶貴的資源。科學史的創始人喬治薩頓認為， 科學史是自然科學與人文學科之間的橋梁，它能夠幫助學生獲得自然科學的整體形象，人性的形象，從而全面的理解科學、理解科學與人文的關系[4]。20世紀之初的法國著名物理學家、教育家朗之萬最早倡導在自然科學課程中必須要進行“史”的教育。他對當時法國科學教育只向學生灌注科學知識的教條主義、實用主義的教學法提出了尖銳的批評。他認為，這類方法的一個顯著缺陷就是從頭到尾干巴巴地敘述一些事實和定理，好像科學是一種死板的和一成不變的東西，看不出發展的遠景。科學史則能說明科學知識的產生發展，闡明科學的探究過程。因此，數學史對數學教育具有十分重要的意義，學習數學史能使學生沿著數學家探索的道路，理解數學科學的本質和數學研究的方法，學習數學家獻身科學的精神。

根據 HPS教育特點，在選擇史料時應做到以下幾點。一是要選擇的史料要能揭示數學知識的現實生活來源及應用價值，有助于學生形成正確數學觀。數學史往往能揭示數學知識的現實生活來源和應用價值，從而使學生感受到數學在人類文化史和科學進步史上的地位與作用，認識到數學不是抽象的一堆符號，而是生動鮮活的人類基本文化活動，進而深刻了解數學的本質特征，重視數學在社會發展中的作用，關注數學科學與其他學科之間的密切關系。如海王星的發現過程就充分展現了數學在天文學中的應用，又如在海灣戰爭中，美國軍方為了調度龐大的軍事和后勤系統，求解了一個幾百萬個變量的線性規劃，因此有人說，如果第二次世界大戰是物理戰爭（原子彈），那么海灣戰爭就是一場數學的戰爭。這些歷史認識對于一個學習數學的學生來說是很有必要，也是必不可少的。二是選擇的史料要能展現數學科學問題的提出、解決與發展，有助于培養學生的正確數學思維。在學生看來，學習數學的教材大都無懈可擊，完美無缺，從某種程度上來說，教材中的數學知識已經被標本化，相對地失去了自然的思維方式。因此，在課堂教學中，要將數學史融入課堂，而不是單純地傳授知識，應該創設一種探究的課堂氛圍，讓學生在數學興趣的指引下，主動積極的去深刻理解一個專題、一個概念或一個結果的發展過程。比如微積分，它是牛頓、萊布尼茲在 “窮竭法”、“求拋物線弓形面積” 等思想啟發下所創造得到的，初期對“無窮小”的定義并不像現在所看到的如此嚴密，而是經過數學家們幾十年來不斷補充完善才逐步成熟起來的。通過這樣的數學史學習，有助于學生去認識和理解一個數學問題從產生到解決的全部過程，從而真正體會到一個鮮活的數學思維過程。三是選擇的史料要有助于學生感悟科學家的人格魅力，促進數學情感和態度的升華。數學和任何一門科學一樣，在不平坦的發展道路上，播灑著無數數學家們堅持真理、努力拼搏的艱辛與汗水，這些優秀品質對于今天的高校學生而言，無疑有著巨大的精神鼓舞作用，如納皮爾為了準確計算對數表，付出了20年的青春。阿基米德為了“不留給后人一條沒有證完的定理”，在敵人入侵的生命關頭仍置身于數學研究中，歐拉右眼失明，仍以堅強的毅力繼續數學研究。介紹大數學家探索過程中如何遭遇挫折和犯錯誤，有利于激勵學生積極看待數學學習過程中遇到的困難，提高學好數學的決心和自信心，使學生體會到數學不僅是科學研究的工具，它更有著豐富的人文內涵。

2.2 課堂與生活相結合，激發數學欲望

科學史、科學哲學和科學社會學圍繞“對科學本質的追問和探索”進行對話和交流，“三堂會審”，相互補充，相互促進，是HPS教育的核心所在。上世紀60年代以來HPS教育中的科學社會學對科學的諸多解釋，已經對現代科學教育產生愈來愈大的影響，科學社會學作為一門學科，強調科學與社會的互動，反對科學是純科學、沒有價值偏見的觀點。認為科學是在廣闊的社會環境中發展起來的，因此，科學既受到社會價值的影響，同時又影響著社會價值，忽視科學社會價值的任何科學圖景都是不全面的。

高校數學課堂教學更要與現實社會生活相結合，注重數學科學與社會的互動，重視數學科學的社會價值。數學家華羅庚對此曾有過精彩的描述：“宇宙之大，粒子之微，火箭之速，化工之巧，地球之變，日用之繁，無處不用數學。”就因為牛頓發明了微積分，繼而人們才能計算曲線運動的軌道和速度，沒有微積分，神七神九就不能飛上天又飛回來。在高校數學課堂教學中使學生體會數學與現實世界和人類進步的密切聯系，應做到下面三點。一是要結合現實生活，提煉數學知識。數學知識源于現實生活，它研究的是客觀現實世界中的數量關系和空間形式，但現實生活中并非所有的事物都能輕易地找到數學的原形，因此在數學教學中為了更好地讓學生接受知識，教師必須要有深刻的理解力和敏銳的洞察力，善于從生活中發現數學知識，提煉數學知識。二是要結合生活現象，傳遞數學思想。數學與人類的生活息息相關，數學思想閃耀在人類生活的每個角落，教師要處處留心，步步留意，結合數學課堂教學內容捕捉生動的“生活現象”，傳遞數學思想，為課堂服務。三是鼓勵引導學生學以致用。“學有用的數學”已成為當前數學課堂教學改革的口號，但高校課堂教學是有限的。因此，教師還應努力創設條件，鼓勵引導學生將所學的數學知識和方法積極應用到生活實踐之中去，如引導學生參與重大社會問題的研究和思考，多做調查，收集相關資料，通過對這些實際問題的調研并提出可行性措施，充分展現數學的價值及數學教學的實踐性，從而激勵學生更好的學習掌握數學。

2.3 開設HPS教育專門課程和專題講座

雖然目前很多高校都開設了科學技術思想、科學技術哲學、 科學技術與社會、自然辯證法概論、科學技術史等HPS教育方面的課程[5]，但內容上不夠系統，教學要求與目標方面不夠明確，因此必須將 HPS教育理念深層次地融入到高校課程中去，形成系統完整的HPS課程，要充分保證HPS教育在高校數學教學中的“合法”地位。當前，國內外科學教育專家基于 HPS教育理念已經研制開發了許多 HPS課程，這些課程在世界各國的有效傳播和推廣，已取得很多豐碩的科學教育成果，深得受眾的認可和好評，不僅如此，還有科學教育專家潛心于研究 HPS課程的實施模式，與HPS教育相關的刊物雜志、國際會議、學術組織都能為HPS教育專門課程的有效實施，提供有力的實踐支持和學術氛圍保證。此外，在高校數學教學中開設HPS教育專題講座也是落實HPS教育的有效途徑之一。專題講座通常圍繞某一個專題進行講解，專題講座的內容不受教材限制，靈活多樣，既可以把數學專業知識和當前科技問題相結合進行講授，也可以從科學、社會、哲學的前沿出發，開闊學生學習數學的視野，提高學習起點。當然講座內容的安排和形式的設計仍須兼顧學生的興趣和接受能力以及是否能對數學課堂內容起到真正的深化作用，促進學生深入理解數學。

3 HPS教育在高校數學教學中的主要應用價值

3.1 有助于數學知識與專業技能的學習

HPS教育主張在科學教學中重現“史”的過程，尤其注重把概念、定律和原理的演變歷史展現出來，而傳統數學科學教育包括高校數學科學教育大都是直接把數學知識現成地傳授給學生，科學發展歷史的豐富性、真實性與偶然性大都被過濾省略掉了，從知識傳播的效率上看，這種方式雖然能使學生在較短的時間內按部就班地學到盡可能多的內容，但存在著一個嚴重的缺陷就是非常不利于大學生身臨其境地介入數學的發現或創造過程。在高校數學教學中加強HPS教育，有助于高校學生數學科學知識與專業技能的學習。正如著名的法國數學家彭加勒所強調的：“如果我們想預知數學的未來，最恰當的途徑就是研究這門科學的歷史。”

3.2 有助于理性批判精神的塑造

HPS教育認為，一切科學知識和科學理論都具有相對性、主觀性與暫時性，都具有社會建構性特征，科學的發展決不是直線式發展，而是一個不斷“否定”與“革命”的質變過程。其中，質疑、猜測、反駁、檢驗是科學發展的基本環節。因此，在高校數學教學中加強HPS教育，有助于高校學生理性批判精神的塑造，以動態開放的歷史眼光去看待科學實踐，不為權威和所謂的“永恒真理”所束縛和迷惑，理性批判精神是一切科學活動的基本要求，HPS教育在這方面顯示出獨特的育人優勢。

3.3 有助于激發學生的創新熱情

傳統的應試教育教學模式傾向于把學生訓練成現有知識的接收者，而不是新知識的發現者與方法的創新者，因此“高分低能”成了當前教育的最大弊端。HPS教育倡導“哲”“史”結合，在高校數學教學中加強HPS教育，有利于激發學生的創新熱情，啟迪學生的創新思維。科學實踐中的大量事實說明，科學哲學與科學史的結合有助于科學創造的發展。科學巨擘愛因斯坦的科學實踐就充分說明了這一點，他曾多次坦言建立狹義相對論是由于自己閱讀了休謨和馬赫等人的哲學著作而得到決定性的進展，正是高屋建瓴的史學視野和深刻的哲學洞察力，造就了愛因斯坦這位20世紀物理學革命的旗手。

3.4 有助于社會責任意識與情感的培育

HPS教育不是簡單的把最新的科學發現與科學成果教授給學生，而是強調科學態度與科學素養，通過與社會生活密切相關的科學問題學習，如密切關注現實與未來的全球性問題：人口、環境、能源、生態等等，讓學生了解科學技術與現實社會之間的互動共存，領悟科學技術在社會大環境中的角色和功能，并懂得怎樣運用科學來解決問題，改變社會，改善生活。在高校數學教學中加強HPS教育，就是通過在社會坐標系中合理定位數學，讓學生更加準確地了解和把握數學科學的規范與數學科學精神的內涵，深刻領悟數學科學的人文意蘊與終極價值關懷，增強學生的社會責任意識與歷史使命感以合理應用數學科學成果，更好地造福人類，確立優秀的職業操守。

4 結束語

綜上所述，高校數學教育的本質是一種素質教育，高校學生不僅要知道許多重要的數學概念、方法和結論，更要領會數學的精神實質和社會價值，這應該是高校數學教學努力追求的目標，更是衡量高校數學教學成效與優劣的最根本依據。HPS教育所具有的多方面育人功能，對高校數學教學具有很好的理論指導和實踐意義。因此，HPS教育在高校數學教學中的應用值得高校數學教育工作者們進一步去探討和研究。

參考文獻

[1]丁邦平.國際科學教育導論[M].太原：山西教育出版社，2002：21.

[2]張紅霞.科學究竟是什么[M].北京：科學教育出版社，2003：89.

[3]吳致遠.在大學教學中引入HPS教育的設想[J].自然辯證法研究，2009，25（5）：103-108.

[4]劉兵，江洋.科學史與教育[M].上海：上海交通大學出版社，2008：96.

[5]胡誠.HPS融入科學課程的研究[D].武漢：華中師范大學，2006：36.