為小學科學教育融入科學史與科學哲學教育

周榮庭

科學史、科學哲學和科學社會學為科學教育提供了非常重要的資源，不僅有助于學生增進科學知識，樹立科學觀念，培養科學判斷能力，理解科學本質和科學研究方法，還是溝通科學與人文文化，提高學生科學興趣，提升學生綜合文化素養的有效手段。小學科學教育中應當融入科學史、科學哲學和科學社會學教育。

科學和科學方法有它的優點，同時也有局限性。在后現代語境下，尤其是工業社會充分發展以后，人們對科學本質的認識發生了轉變，傳統教育也隨之遭遇危機。這是因為傳統的教育認為科學總是能夠幫助人們解決問題，創造新的生活環境理念。所以，從20世紀90年代開始，一種新的科學教育范式應運而生，即科學史、科學哲學和科學社會學相結合的教育（簡稱“HPS教育”）。

科學史研究科學和科學知識的發展史，包括自然科學和社會科學的歷史。例如，燃素等科學概念的產生與拋棄，地心說等科學假說的證實與證偽，原子結構模型等科學理論的演化，都屬于科學史的研究范疇。把科學史和科學課結合起來，學生可以了解到眾多的“科學故事”，如體會科學概念的產生和拋棄、科學假說的對立與真偽、結構模型的設定與演繹。又如，早在原始社會人們就開始有了關于自然界的知識，獲得了制造工具、人工取火、編織衣物、交通工具和飼養家畜等12件技術發明。這些科學歷史是教師需要充分了解的，然后將其有機地結合進小學科學課程中，使學生產生不同的新認識。

科學哲學是對科學本性的理性分析，是對科學概念、科學話語的哲學思辨，例如科學對人類發展的影響利弊。我們看西方的哲學史，就相當于看西方的科學史和宗教史的變化，從中可以看出人們對科學知識的構建，例如個人教育背景與科學成就之間的關系。

科學社會學主要討論科學處在社會大系統中，社會因素在科學發展過程中的地位和作用。從廣義上講，科學社會學關注社會因素，諸如政治、經濟、文化、信仰、宗教、個人情感等在科學發展過程中的地位和作用。這樣科學社會學還關注在一定背景中建立起來的科學，以及科學與社會的互動，如三角函數和航海活動之間的互動。

科學素養在當今的教育中占據非常重要的地位，提高公民的科學素養具有重要的意義，小學課程必須考慮到讓公民改善生活質量，增強參與社會和經濟發展的能力，提升參與建設創新型國家的能力，進而實現社會全面、協調、可持續的發展。學生不僅要進行知識的學習，還要開展科學探究。《小學科學課程標準》中提出科學素養是指“了解必要的科學技術知識及其對社會與個人的影響，知道基本的科學方法，認識科學本質，樹立科學思想，崇尚科學精神，并具備一定的運用它們處理實際問題、參與公共事務的能力”。

因此，認識科學歷史、了解科學哲學是提升學生科學素養所需，也是科學教育的重要環節。小學科學課標在科學態度總目標中明確要求學生要有好奇心，保持質疑精神和批判精神，還要學會與他人合作;在科學、技術、社會與環境總目標中又提出，學生要“初步了解所學的科學知識在日常生活中的應用。初步了解人類活動對自然環境、生活條件及社會變遷的影響;了解社會需求是推動科學技術發展的動力;了解科學技術已成為社會與經濟發展的重要推動力量。初步了解在科學技術的研究與應用中，需要考慮倫理和道德的價值取向;熱愛自然，珍愛生命，具有保護環境的意識和社會責任感”。這里所講的內容與科學史、科學哲學與科學社會學教育的內容是一致且相合的，是可以對應起來的。課標中的科學態度（探究興趣、實事求是、追求創新、合作分享）對應科學哲學;科學、技術、社會與環境（科學技術與日常生活的聯系、科學技術與社會發展的聯系、人類與自然和諧相處）對應科學社會學;科學史中的歷史科學故事可以作為教育的載體。因此我們應該詳細探討小學科學教育與科學史、科學哲學和科學社會學教育的結合。

在小學科學教育中開展科學史、科學哲學和科學社會學教育

講科學故事是將二者結合的良好策略

如何把科學內容講好，使小學科學教育和科學史，科學哲學、科學社會學教育二者更好地結合？講故事就是一個非常好的策略。把科學內容當成故事講，讓學生覺得這是他們生活當中必不可少的一個資源，在生活中學習體會科學歷史和科學哲學。

科學故事實際上應該是一個中性的概念，是人圍繞科學所展開的活動。故事的要素有人物、活動和背景。故事可以發生在不同的歷史空間（如歷史上的或者當下的），也可以是不同的故事主體（如科學家的或學生個人的）。教師可以直接講述歷史科學故事，針對某個理論妥善選擇科學史上科學家的思考、研究動機及出現的謬誤，也可以通過歷史對話呈現不同時代的科學家對同一自然現象的不同觀點。當然，還可以把一些化學家作品和精美的儀器展現出來，結合這些生動的形象把故事策劃好。

一個典型的科學史故事案例就是原子結構模型的發現。作為老師的湯姆孫首先提出原子模型應該是棗糕模型，可是他的學生盧瑟福卻說： “老師，我覺得不是棗糕！”經過一番研究，1911年盧瑟福提出了行星原子模型。但是這個模型仍有不足之處，后來歷史重演，盧瑟福的學生玻爾說：“老師，棗糕和行星都不對！”1913年，玻爾提出了玻爾原子模型。

從這個科學歷史故事當中，學生可以了解到科學知識是如何一步一步構建的，科學技術如何與社會發展互動，引發學生對科學本質的思考，培養學生基于證據和推理發表自己見解的意識，使學生養成樂于傾聽不同的意見、不迷信權威、實事求是、勇于修正與完善自己觀點的好習慣。從這個科學歷史故事當中，學生還可以體會到一種科學哲學觀點——吾愛吾師，吾更愛真理。學生在了解這些科學歷史故事后，可以根據興趣選擇探究，進行科學實驗的證實或證偽，如此課標中的科學態度總目標就與科學史、科學哲學和科學社會學教育結合起來，一起融入史料和學生的探究活動中。

探究式教學模式

科學史、科學哲學和科學社會學的教學模式遵循演示現象引出觀念學習歷史設計實驗呈現科學觀點和檢驗總結評價的過程，具有有機融合、問題探究、主動構建、基于情景的特點。它將歷史的、哲學的和社會的要素融入教學過程當中，促使學生思考在當時的條件下科學家們為什么會得出這樣的認知，同時允許對實驗有不同的解釋，最后結合現代的科學觀點及其社會影響，使學生產生整體的認識。

比如電解定律，科學家們對它的認識發生過很大的變化。達拉第提出電解定律“只有當電流通過電解質溶液時，電解質才發生分解”，拉烏爾通過實驗發現“測定凝固點的水溶液并未通過電流，但鹽分子依舊離解了”，阿倫尼烏斯指出“電解質分子在溶液中離解成正負離子，不是因為通電”，今天主流觀點是完善的水化理論。根據這一科學歷史，學生可以以問題為導向進行探究學習。水溶液中是否存在離子？電離過程是否需要通電？學生可以選擇不同的觀點進行實驗檢驗，最后使自己的科學故事與科學家的歷史故事得以攜手。教師也可以通過不同的方式呈現這些科學歷史故事。

新媒體技術使學習科學有趣起來

隨著技術手段的多樣化和進步，一些科學故事用新媒體手段可以更好地展現出來。中國科學技術大學新媒體研究院在這方面作了很多嘗試。例如：科普繪本《消失的世界》借助增強現實技術將一些已經從地球上消失的生物在屏幕上復活，展現在孩子們眼前，孩子們可以和書中的古生物一起玩耍、合影; “天工百煉”APP把中國古籍《天空開物））中非常復雜的技術，通過精彩的畫面展現出來，使古籍在新技術環境中重獲新生，同時學生通過移動APP的交互技術更容易理解古人的智慧; “美麗化學”網站采用3D建模與渲染技術將古籍上記載的平面圖像精美還原，用一種吸引人的方式將波義耳、普利斯特里、拉瓦錫等12位著名化學家的15套重要化學反應裝置的美麗和神奇，通過數字技術和媒體傳遞給大眾。

（本文根據作者在2018中國青少年科技輔導員協會年會“科技教育的新視野”分論壇上的演講整理 文字整理：秦麗雪）