學科文化理論視域下的HPS教育

易娜伊 郭桂周

摘 ? 要 自20世紀80年代以來，HPS教育（科學史、科學哲學和科學社會學教育）成為理科教育的重要研究領域與教學方式。本世紀初，耶路撒冷大學的伊戈爾·伽利利教授提出了學科文化理論，該理論一方面從文化的視角重新闡釋科學，提出了新的科學結構及其發展觀，另一方面為HPS教育的展開提供了堅實的理論基礎，為HPS課程的開發指明了方向。

關鍵詞?學科文化理論 ?HPS教育 ?科學革命 ?理論基礎

一、學科文化理論提出的背景

自20世紀中葉C.P.斯諾發表《兩種文化》以來，科學與人文之間的隔離與沖突成為全球范圍內亟待解決的重要課題。為了從理論上彌合科學與人文，諸多學者從科學的人文性的角度對這個問題展開了探索，提出了“科學文化”這一概念，科學文化主要包含兩種取向：一種取向主張從整個人類文化的背景中考察科學文化，認為科學本身就是一種文化，或者說科學在其發展的過程中逐漸成為人類的一種文化[1];另一種取向認為，科學文化是支撐科學研究與發展的文化基礎，即科學自身內在的、固有的文化屬性，也就是科學的文化（culture of science）[2]。而伊戈爾·伽利利（Igal Galili）則從科學學科知識結構的角度對科學的文化屬性進行了闡釋與建構。

每一門基礎科學（例如物理、化學和生命科學等）不僅試圖描繪整個世界，在某種程度上他們也創造了屬于自身的虛擬世界。科學的虛擬世界，即科學的精神氣質、科學價值、科學本質以及自身規則等。面對客觀的自然世界，科學家們通過接納某一理論而拒斥其他理論，從而使某些理論、觀點屬于某一個學科（disciplinary），其他理論、觀點被拒斥于這門學科之外或者處于這一學科的邊緣地帶。但是如何區分學科知識與非該學科知識呢？伽利利認為，學科的話語結構（structure of discourse）也就是該學科的話語的層級及其內在有機聯系的方式構成了某一學科區別于其他學科的標志[3]。

伽利利認為，科學知識具有如下特征：呈現了一種話語結構;解釋自然，而不是僅僅描述自然;通過特定規則選擇初來的爭取的理論;由幾個基礎理論組成;有其自身的倫理、規范、價值和精神。因此他認為每一類科學知識都呈現了一種文化，也就是學科文化（Discipline Culture）[4]。由此，伽利利提出了他的學科文化理論。

二、學科文化理論的主要內容

1.學科文化的內在結構

伽利利認為，每一個科學學科都有一個類似于生物學細胞的結構（見圖1），它由三部分構成：

（1）內核（nucleus）。內核定義了學科文化的本質（identity），并且包含了自我再生產的規則。內核包括特定理論的范式、理論的核心概念與基本原理、本體論（比如理想的模型）與認識論（比如知識生產和確證的規則）[5]。

（2）主體（body）。與內核相一致的理論、主張構成了學科知識的主體，因此主體包括所有常規科學知識，這些知識都是建立在內核的基礎上，是對內核的應用：已解決問題、成功解釋的現象、面對不同情境的算法、實驗的結果以及建立在這些理論基礎上的實驗儀器等[6]。主干與內核共同構成了一般意義上的學科知識。

（3）外緣（periphery）。外緣的內容非常多，可能來自于過去（歷史上的觀點）、現在（科學家及學習者迷思概念中的可供選擇的思想）和未來（那些會在將來超越內核主張的理論）[6]。它包括與內核的基本原則沖突的知識、觀念，可供選擇的解釋，可供選擇的認識論，還有那些應用現有理論不能解釋的問題和現象。這些內容對于內核的基本主張帶來了挑戰，同時也為內核發展與重建提供了契機與動力[5]。

2.不同學科文化的關系

不同的科學學科文化的區別在于內核存在本質差異，但是不同學科或者理論之間也可能存在交叉，這種交叉一般出現在主體或者外緣部分（見圖2），如在經典力學與相對論力學的核心思想內核不同或者說這兩種文化不可通約，但是在某種條件下（宏觀低速）它們也存在一定程度的交叉。而量子力學也可以通過限定量子數轉化為宏觀經典力學。

同時，科學學科（例如物理學）并非單一學科文化或者說學科亞領域組成，而是由多個學科文化構成的（包括力學、熱學、電磁學、光學等），這些學科文化之間的關系非常復雜，它們之間具有某種家族相似性（family similarity）并且它們之間彼此是互補的。科學學科的內部結構并非靜態的，而是在不同學科文化之間持續發生著對話（見圖3）。例如經典力學與熱力學有著不同的理論假設、理論體系與應用范疇，但是它們通過統計力學聯系到一起。

3.學科文化理論對科學革命的解釋

伽利利指出，表面上看來，每一次科學革命都相當于符號革命：誕生新的概念，同時賦予舊的概念以新的含義，最終導致一個新的理論代替了原有舊的理論。但是，從學科文化理論的角度來看，當科學理論遇到與之不一致的理論或者觀點的時候，它并不是完全拒斥它，而是將它置于邊緣的位置。當發生科學革命時，某種處于邊緣的理論或者觀點成為內核，而原來處于內核位置的理論觀點則成為科學學科文化的外緣。因此，科學革命的過程并不是一種新的理論出現的過程，而是其整個學科結構重構的過程。

科學發展史是極其復雜的，不斷產生新的發現，產生新的解釋，科學發展并不像我們所認識的那樣一種正確的觀點出現顛覆了原來錯誤的觀點，而往往是具有顛覆性的觀點早已經存在于學科文化內部。例如，在近代物理學史上，伽利略首先提出了力是物體運動狀態改變的原因，成為牛頓第一運動定律的發端;但實際上，類似觀點早在公元6世紀就已經存在，亞歷山大城的約翰·菲洛普納斯在對亞里士多德的《物理學》評注時就認為，介質與其說是運動的推動者，不如說是運動的阻礙者[7]。但是他的觀點并未被認可，因為在當時來說既缺乏足夠的證據也缺乏相關理論的支撐，從而長期處于學科文化的外緣地帶。但是到了十七世紀，經過伽利略、牛頓等同時代諸多物理學家的努力，牛頓第一定律顯示出了更強的解釋能力，從而使牛頓第一定律走向中心，成為內核，而原來處于中心位置的亞里士多德理論并沒有消失，而是成為牛頓運動定律這一學科文化的外緣。從學科文化理論的角度來看，科學革命的過程實際上是兩種不同的學科文化持續對話并最終導致學科的結構重構的過程。新的學科文化更有解釋力和預見性。

三、HPS教育的學科文化闡釋

1.科學史教育價值的學科文化闡釋

根據學科文化理論，伽利利將科學史內容分為兩種知識類型，分別是“知識類型I”和“知識類型II”（見圖4），知識類型I包括學科文化的內核和主干，而知識類型II指的是學科文化的外緣。知識類型I非常重要并且非常豐富，但是很容易被等同為經典的、已經被證明為正確的科學學科知識，因此許多理科教科書呈現了脫離歷史情境的概念、原理與機械工具，這種科學知識呈現方式固然使教科書呈現的學科知識幾乎很少存在著知識性錯誤，但是卻缺乏趣味性。伽利利指出，從教學的效果來看，知識類型I并非是學習學科知識最根本的內容。知識類型II中的知識類型往往被認為是錯誤的甚至可能導致學習者的認知混亂，將這些內容引入課堂被認為是為學生人為制造學習障礙。伽利利對于以上問題進行了回應，他指出：

（1）科學知識具有爭議性是科學知識的根本特征。將歷史上的爭論引入理科課堂教學能夠將靜態的、教條性的知識灌輸轉變為動態的知識選擇過程，為我們提供了一個合適且真實的科學形象。

（2）不同思想間的爭論使科學更富有吸引力。科學爭論的過程是科學自我修正、比較分析與公平競爭的過程，相當多的青少年對于這樣鮮活的科學更感興趣，他們作為初學者可以參與其中，而不僅僅是消費者和知識傳播的終點。

（3）錯誤概念與學生的前概念具有相似之處，解釋錯誤概念被替代的過程有利于轉變學生錯誤的或者說樸素的前概念。

（4）人的學習非常復雜，不同于電腦下載程序，它實際上在多種可能中通過對比、認知建構與重構。知識類型II呈現了原有理論的重要觀念，盡管這些既有理論被證明是錯誤的，如亞里士多德關于運動的觀念、布里丹的沖力理論，這些觀念、理論來源于經典力學的外緣，為學習者創設了合適的學習空間。

這樣，伽利利就從學科文化理論的角度確證了科學史在科學教育中的教育價值，從而為應用科學史進行科學教學提供了理論基礎。

2.科學哲學教育意義的學科文化解讀

科學哲學注重從哲學的角度對科學進行考察，包括科學活動與科學理論。科學哲學為科學理論提供了哲學解釋與概念意義。科學課程都是基于對科學的理解組織的（見圖5），因此科學哲學決定了科學課程的內容并提供了某種特定的科學世界觀。從學科文化理論的視角來看，科學哲學決定了某種學科文化內核的基本要素，闡述了它的本體論與認識論基礎，因此科學哲學決定了科學文化的內核。如17世紀的科學革命之前，許多科學家或者說哲學家認為只有相互接觸的物體才能產生力的相互作用，但是牛頓的萬有引力作用原理（包括之前的開普勒行星運動三大定律）引入了力的遠距離相互作用，從而將笛卡爾的接觸相互作用置于外緣的位置。同時，這兩種本體論之間的張力導致激進的概念轉變：“場”的概念的提出。

科學哲學不再是傳統意義上外在于科學的，而是成為科學文化內在的一部分，并且是非常核心的一部分。由于科學是歷史發展的，科學學科文化本身也隨之發展變化，科學學科文化的變化本質上在于內核的變更，而內核的變更從本質上是科學哲學的變遷，這樣就將科學哲學與科學史聯系起來。學科文化理論不僅確立了科學哲學在科學文化中的重要地位，同時將科學史與科學哲學聯系起來。

這樣，學科文化理論為基于科學史與科學哲學的科學教育即HPS教育提供了堅實的理論基礎，為HPS 教育的展開提供了必要條件。

參考文獻

[1] 劉大椿.科學文化與文化科學[J].自然辯證法通訊，2012（06）.

[2] 李醒民.論科學文化及其特性[J].科學文化評論，2007（04）.

[3] Michael Tseitin，Igla Galili.Physics Teaching in the Search for Its Self：From Physics as a Discipline to Physics as a Discipline-Culture[J].Science & Education，2005，14.

[4] Igal Galili.Cultural Content Knowledge - The Case of Physics Education[J].International Journal of Innovation in Science and Mathematics Education，2012，20（02）.

[5] 薛永紅，王洪鵬.歐盟HIPST科普研究計劃及其“學科文化”理論概覽[J].科普研究，2014（02）.

[6] Igal Galili.Cultural Content Knowledge-The Case of Physics Education[J].International Journal of Innovation in Science and Mathematics Education，2012，20（02）.

[7] 郭桂周，于海波.“牛頓第一定律”物理學史辨[J].物理教師，2012（11）.

[作者：易娜伊（1985-），女，湖南湘潭人，湘潭大學外國語學院講師，博士;郭桂周（1982-），男，河北滄州人，湖南師范大學物理與電子科學學院講師，博士。]

【責任編輯 ? ?孫曉雯】