王 全

（南通大學理學院，江蘇 南通 226019）

HPS學科的建立與發(fā)展過程是人類探索科學本質(zhì)的過程，是HPS學者逐步探索其教育價值的過程.科學教育研究者認識到HPS學科的教育價值，然而在科學教育實施過程中由于課程資源、教師素質(zhì)、科學課堂文化等因素的制約，導致HPS的教育價值難以實現(xiàn).歐盟為此實施History and Philosophy in Science Teaching Project（簡稱 HIPST計劃），［1］其目的旨在開發(fā)并實施在科學教學中滲透科學史和科學哲學的教學案例、教學策略.本文擬對HIPST案例開發(fā)策略和案例教學策略進行探討，以期對我國物理課程與教學改革提供借鑒.

1 HIPST案例的開發(fā)策略

科學史是人類孜孜不倦追求物質(zhì)世界本質(zhì)的歷史，是人類觀念世界與物質(zhì)世界不斷發(fā)生碰撞、沖突、重建的歷史.在科學課程實施過程中，科學史被誤用的典型現(xiàn)象是用當下的觀點對歷史上發(fā)生的事件進行解釋（例如在“力和運動”主題教學過程中，總是批判亞里士多德的觀點），而沒有回歸到歷史發(fā)生的“時空”中探討科學家認識物質(zhì)世界的“本真”.HIPST計劃旨在讓學生經(jīng)歷科學發(fā)展歷程中的一些重要的科學實踐活動，包括科學史上的一些著名的實驗，科學家對科學實驗的解釋，科學家之間的論爭，從而讓學生理解科學知識的形成過程，掌握科學研究的一般方法，體會科學本質(zhì)觀教育.HIPST開發(fā)的案例密切圍繞某一科學主題，通過描述科學史上與該主題密切相關的科學家的系列研究活動，充分展示科學家之間的思維沖突，讓學生發(fā)現(xiàn)沖突的原因，探究解決沖突的辦法，從而貫徹科學本質(zhì)_觀教育.

盡管一線的科學教師認識到科學史的教育價值，但是由于缺乏具體、可操作的案例，導致課程資源的匱乏，因此，HIPST計劃采用共生策略（Symbiotic Strategy）開發(fā)具體的案例.基于共生策略所開發(fā)的案例具有明確的線索，所描述的是與主題密切相關的科學概念的產(chǎn)生與發(fā)展的歷史過程，凸顯科學思想和科學方法的演變過程，注重滲透符合學生認知規(guī)律的科學本質(zhì)觀教育.

HPS教育的研究人員和一線科學教師自發(fā)構(gòu)成案例開發(fā)共同體，一線教師欣賞HPS的教育價值，對HPS內(nèi)容感興趣，具有強烈的愿望將HPS內(nèi)容融入到科學課程的實施，研究人員熟悉某一科學主題的歷史發(fā)生與發(fā)展過程，知曉科學家圍繞這一主題開展的論爭及其科學家的科學實踐，期望自己的研究成果能夠運用于基礎教育科學課程的實踐，有意愿實現(xiàn)HPS的教育價值，共同體成員之間相互吸引與合作，相互補充與促進，相互聯(lián)系與依賴，能夠為案例開發(fā)提供最優(yōu)化的路徑，研究人員與一線教師能夠相互適應，共同開發(fā)適合科學課程實施的教學案例，共同踐行在科學教育中滲透HPS內(nèi)容，實現(xiàn)HPS的教育價值.

基于共生策略，德國的HIPST案例開發(fā)團隊由3位HPS教育研究人員和5位一線教師組成，彼此相互欣賞、合作，緊密圍繞相關主題開發(fā)案例.［2］團隊成員在分享利用HPS資源進行科學本質(zhì)觀教育的觀念基礎上，通過彼此協(xié)商遴選出需要開發(fā)的主題，一線教師要確認這些主題對學生而言是有趣的，有足夠的時間實施，HPS教育研究人員要確認這一主題具有豐富的科學史內(nèi)涵，能夠充分彰顯科學本質(zhì)觀教育.根據(jù)所確定的主題，一線教師收集業(yè)已存在的課程資源，而研究人員收集案例研究的學術(shù)成果，共同體成員每月集中研討所收集資源的教育價值，并從教學實踐的角度重構(gòu)案例，在重構(gòu)的過程中一線教師從課程實踐的角度監(jiān)控理念的適用性和案例的可操作性，而研究人員從科學史的角度監(jiān)控案例中歷史發(fā)生和發(fā)展的過程是明晰的，避免落入輝格式（whiggish）的歷史敘述.

例如在“電、磁吸引”的案例中，［3］德國的案例開發(fā)團隊首先回顧電力、磁力的發(fā)展史，重點介紹吉爾伯特（W.Gilbert）生活的時代背景、所做的系列實驗以及實驗設計思想，提出要讓學生理解“電吸引”與“磁吸引”之間的區(qū)別和聯(lián)系就必須讓學生經(jīng)歷實驗探究的過程、分析實驗現(xiàn)象、反思實驗結(jié)果.為了提升學生對科學本質(zhì)觀的理解，案例關注科學家為什么要研究這一科學主題、研究的方式、研究過程中為什么要進行科學的記錄、推理在科學進程中的角色；案例注重分類的思想，認為分類是人類認識世界的重要工具，在新科學產(chǎn)生之時，由于缺乏理論指引，只有通過大量的實驗從而進行科學的分類；案例注重實驗日記（lab diary）的價值，認為實驗日記是同行辯護的工具，是證明自己實驗結(jié)果和實驗思想的文件，是確保實驗研究的真實性、過程性、思想性，也為后繼研究奠定基礎.為了加強對教學實踐的指導性，案例不僅詳細描述了教學內(nèi)容目標、科學探究目標和科學本質(zhì)觀目標，還對學生可能出現(xiàn)的錯誤概念和學習障礙進行詳盡描述，教學過程的指導采取實驗日記的形式，指引學生通過閱讀重構(gòu)的吉爾伯特實驗日記思考如何設計實驗，引導學生通過實驗對電、磁吸引的對象、作用力的大小、作用力時間的長短、實驗環(huán)境等方面進行分類，從而正確理解“電、磁吸引”.

2 HIPST案例的教學策略

在教學過程中通過講解、閱讀科學史的教學方式雖然能夠激發(fā)學生的學習興趣，但舍棄了科學史的科學本質(zhì)觀教育價值，也難以幫助學生設計實驗探究活動.利用科學史進行科學課程的教學，不僅要把科學知識看成是深受社會經(jīng)濟、文化影響的過程，還要把科學知識看成是科學家孜孜不倦獲取真理的動態(tài)形成過程，相信科學知識的歷史發(fā)生和發(fā)展的過程能夠指引學生理解當前的科學知識，教師不僅要把科學本質(zhì)觀的思想融入教學實踐，也要讓學生體驗到科學演進的實踐性、批判性、反思性，從關注科學內(nèi)容本身轉(zhuǎn)向關注科學內(nèi)容的形成與發(fā)展過程，促進學生認知與元認知能力、創(chuàng)造力、反思性思維能力的發(fā)展.HIPST案例的教學是將科學本質(zhì)觀與科學探究完美結(jié)合，注重實驗在科學課程教學的價值，教師呈現(xiàn)教學主題和適合學生實驗探究的系列活動，這些活動滲透科學史內(nèi)容，是科學家曾經(jīng)經(jīng)歷的科學研究活動的再現(xiàn)，學生根據(jù)這些再現(xiàn)并結(jié)合自身的能力設計實驗、收集證據(jù)，對實驗數(shù)據(jù)進行解釋、得出結(jié)論并反思實驗設計的方法，教師全程支持、幫助、促進學生的探究活動，引導學生對實驗結(jié)果進行解釋，所采用的教學策略主要有基于科學史的探究、創(chuàng)意寫作、角色扮演等.［4］

2.1 基于科學史的探究策略

科學教育提倡基于學生為中心的科學探究活動，那么如何設計科學探究活動是擺在教師面前的實際問題，HIPST計劃認為科學家曾經(jīng)經(jīng)歷的科學研究活動能夠為當下的探究式教學設計提供幫助，讓學生身臨歷史情境，像科學家一樣經(jīng)歷探究過程，為了幫助學生進行科學探究，教師需要對歷史過程進行解構(gòu)，搭建好一系列的腳手架，在學生探究困難之處提示科學家是如何逾越這一困難的，引導學生反思科學探究本身.

在課題引入時，通過介紹與課題密切相關的歷史背景或者是科學家之間的爭論來激發(fā)學生的興趣、喚醒學生原有認知、引發(fā)學生思考，從而提出有價值的問題；在實驗探究設計過程中，以實驗日記的形式簡要介紹科學家曾經(jīng)經(jīng)歷的實驗研究活動，部分活動基于學生的認知特點采取留白的形式讓學生自主設計，在學生易于出現(xiàn)困難的地方采用幫助卡的形式呈現(xiàn)科學家是如何解決這一困難，學生所設計的實驗探究程序需要與科學家的研究程序進行比較，從中進行修正與反思，以獲得與科學家相類似的、合理的探究程序；在實驗探究過程中，學生就像科學家一樣進行實驗、獲取數(shù)據(jù)、分析論證、自我解釋；在反思階段，思考實驗設計的具體方法、解決問題的相關策略、實驗設計及其過程的不足以及可以改進的方案，同時從科學本質(zhì)觀層面對探究活動進行反思.

2.2 創(chuàng)意寫作策略

寫作是一種交流思想的工具，科學家寫作的目的在于發(fā)現(xiàn)問題、解決問題（呈現(xiàn)實驗方案、實驗數(shù)據(jù)、實驗結(jié)果）、做出推論，便于反思、評估、交流，屬于創(chuàng)造性勞動.斯托達特（Stoddart）認為，科學學習和語言表達學習之間呈現(xiàn)彼此互惠、協(xié)同作用的關系.［5］學生在科學學習過程中進行創(chuàng)意寫作不僅能起到與科學家寫作相類似的功能，同時有利于學生進行自我解剖、反思，有利于學生形成科學概念、掌握科學規(guī)律，有利于學生理解科學本質(zhì)觀.［6］

HIPST的創(chuàng)意寫作策略要求學生在經(jīng)歷科學主題學習后撰寫嵌入科學史的實驗日記、實驗評論、向科學家撰寫書信等形式進行交流、反思，學生在創(chuàng)意寫作中與科學家對話、與當下的科學實踐對話、與自己的內(nèi)心對話，從而建立起個體對科學主題的理解，為自己的科學發(fā)現(xiàn)歷程留下痕跡，加深對科學本質(zhì)觀的理解.實驗日記不僅能忠實記錄發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程，還能將科學家的實驗與當下學習者的實驗進行對比分析，從而深入理解實驗設計的思想、方法；實驗評論能夠加深對科學家實驗與學習者實驗的理解，能夠區(qū)分兩種實驗之間異同點，能夠促進實驗證據(jù)支持個體觀點的深刻理解；向科學家撰寫書信不僅能夠用科學語言來闡述自己的主張，同時展示科學運作的一般方式、方法，促進學生反思性思維能力的發(fā)展.

2.3 角色扮演策略

角色扮演是一種以學生為中心的教學策略，在科學教學過程中要求學生模擬科學家進行科學研究、交流、辯論的過程或模擬研究對象的物理過程.角色扮演能夠幫助學生深刻理解科學概念、交流思想方法、開展邏輯推理、促進合作學習，同時促進學生表達、交流、反思能力的提升.麥克沙利（G.Mc-Sharry）和瓊斯（S.Jones）認為，科學教育中的角色扮演有類比、隱喻和模擬3種類型.［7］例如學生通過做類似廣播操的方式理解光的反射、折射規(guī)律（類比），學生通過光是粒子還是波的辯論理解光的波粒二象性（隱喻），學生通過模擬貝多芬創(chuàng)作《第九交響曲》的過程理解聲音能夠在固體中傳播（模擬）.

HIPST認為角色扮演能夠幫助學生更好地理解科學本質(zhì)，學生在角色扮演中能夠進一步厘清科學家之間爭論的焦點、原因和解決策略，對科學家的歷史境遇感同身受.例如通過學生表演托勒密的地心說和哥白尼的日心說模型（類比），理解模型之間的差異，感受科學的簡潔美，體會科學與宗教的關系；通過學生扮演亞里士多德、伽利略、牛頓等歷史人物來呈現(xiàn)各自對“力和運動”之間關系的具體主張、邏輯推理過程（隱喻），彼此之間進行辯論，感受科學家內(nèi)稟觀念，體會實驗、數(shù)學和人的思維三者密切結(jié)合的科學研究方法；學生通過經(jīng)歷與法拉第研究電磁感應定律的類似過程（模擬），感受科學家探索的艱辛歷程，體會證偽主義科學哲學思想.

3 HIPST計劃的啟示

HIPST計劃從注重科學知識本身的習得轉(zhuǎn)向歷史地、多維地審視科學的進程，按照科學發(fā)生和發(fā)展的本來面貌邏輯地展開科學課程的教學，旨在提高學生對科學本質(zhì)的理解.HIPST將系統(tǒng)化、專門化的科學知識體系“還原”成科學家探索物質(zhì)世界的系列活動，讓學生追尋科學家的足跡建構(gòu)自己對科學的理解，在科學實踐過程中“化合”成對科學本質(zhì)的正確理解.HIPST計劃對當前基礎教育物理課程改革具有以下啟示.

3.1 研究物理實驗“原型”，理解物理教學實驗的本質(zhì)

物理學史上科學家曾經(jīng)做過的相關實驗是物理課程教學實驗的“原型”之一，物理課程的實施離不開對物理實驗“原型”的把握，物理實驗“原型”是物理學研究共同體長期進行物理研究活動過程中文化積淀的產(chǎn)物，既包含豐富的具體物理知識，也具備純粹的產(chǎn)生物理知識的方法，還具備豐富的科學精神.對物理實驗“原型”的本質(zhì)把握有利于理解、重構(gòu)、實施當前物理課程的教學，有利于學生物理知識的建構(gòu)、物理方法的形成及其物理文化的塑造，對物理課程的教學產(chǎn)生原創(chuàng)性、規(guī)范性和穩(wěn)定性影響.物理教育共同體要對物理實驗“原型”進行梳理、概括，厘清“原型”的本質(zhì)、特征，探討“原型”的歷史背景、設計思路、教育價值，研究物理實驗“原型”對當下物理課程實驗教學設計的啟示作用，從而理解物理教學實驗的本質(zhì).

3.2 挖掘物理學史的教育價值，提升科學探究設計水平

科學探究是當前物理課程改革的核心議題，然而在實踐層面存在兩方面的問題：首先是物理教師自身鮮有科學研究的體驗，難以真正設計出符合科學實踐本來面貌的科學探究教學流程；其次物理教育的重要目標之一是幫助學生理解科學本質(zhì)，物理教師自身對科學本質(zhì)理解的缺乏導致所設計的教學活動本身經(jīng)常違背科學本質(zhì)，因此有必要對物理教師進行科學探究方面的培訓，可以通過研究物理學史來理解科學探究，可以通過引領教師研究中學經(jīng)典物理實驗以提高探究性實驗設計能力.［8］一線教師在研讀物理學史的過程中能夠充分理解科學本質(zhì)，能夠彌補自身科學研究體驗的缺乏，能夠提升科學探究設計水平.

3.3 構(gòu)建物理課程改革聯(lián)合體，共同提高課程改革質(zhì)量

基于標準的物理課程改革是自上而下的改革，課程改革專家制定出物理課程標準，教材專家根據(jù)標準編寫教材，一線教師通過個體解讀教材實施教學，雖然在課程培訓過程中課程改革專家、教材專家、一線教師能夠匯聚在一起共同商討課程改革，但一線教師往往處于被動接受的地位，而課程改革專家、教材專家難以經(jīng)常性深入教學一線，所以形成了各自為政、相互割裂的局面.當前的物理課程改革已經(jīng)邁向了深水區(qū)，一線教師亟需課程、教材專家的跟蹤性指導，而課程、教材專家需要實踐檢驗、反思課改的理念，所以三者之間可以形成“共生”聯(lián)合體，針對一線教學客觀存在的問題從理論與實踐兩方面進行反思、改進，共同開發(fā)課程資源、教學策略，并進行實施、評價、改進，共同提高物理課程改革的質(zhì)量.

1 http：//hipst.eled.auth.gr/，2014－9－27.

2 A Henke，D H?ttecke，F(xiàn) Riess.Case Studies for Teaching and Learning with History and Philosophy of Science Exemplary Results of the HIPST Project in Germany ［EB/OL］.http：//hipstwiki.wikifoundry.com/page/papers，2014－9－27.

3 A Henke，D H?ttecke，F(xiàn) Riess.William Gilbert-Separa-ting electrical and magnetic attraction under the magnifying glass of experiment ［EB/OL］.http：//hipstwiki.wikifoundry.com/page/William＋Gilbert＋－＋Separating＋Electric＋from＋Magnetic＋Effects，2014－9－27.

4 D H?ttecke，A Henke，F(xiàn) Riess.Implementing History and Philosophy in Science Teaching：Strategies，Methods，Results and Experiences from the European HIPST Project［J］.Science ＆ Education，2012，（21）：1233－1261.

5 T Stoddart，A Pinal，M Latzke＆ D Canaday.Integrating inquiry science and language development for English language learners［J］.Journal of Research in Science Teaching，2002，（39）：664－687.

6 K McNeill.Teachers'use of curriculum to support students in writing scientific arguments to explain phenomena［J］.Science Education，2009，（93）：233－268.

7 G McSharry，S Jones.Role-play in science teaching and learning［J］.School Science Review，2000，（82）：73－82.

8 Xiaoyong Mu，Qian Xiong and Quan Wang.Learning to teach inquiry-based science［EB/OL］.http：//scitation. aip. org/content/aip/magazine/physicstoday/news/10.1063/PT.5.2018，2014－11－20.