HPS教育研究综述

刘华昌 丁玉莲

[摘要]HPS科学教育是近年来西方一些科学教育专家以建构主义为指导思想,倡导的一种新的科学教育的课程与教学模式,是科学教育的一个非常重要而且可行的途径,是国际科学教育研究中一个前沿性课题,是科学教育的发展趋势。深入研究HPS教育有助于推动我国科学教育的改革,对其进行综述有助于HPS科学教育研究的进一步深化。

[关键词]HPS;科学教育;研究状况;科学本质

[中图分类号]G40[文献标识码]A[文章编号]1005-4634(2009)06-0023-05

HPS科学教育是近年来西方一些科学教育专家以建构主义为指导思想,倡导的一种新的科学教育的课程与教学模式。这种模式要求把科学史、科学哲学和科学社会学(即history philosophy and sociology of science)的有关内容引人中小学科学教育,以期促进学生对科学本质的理解,培养他们的科学精神和创新能力,是一种新的科学教育观念,是科学课程实施素质教育,全面提高受教育者素质的一条有效途径。20世纪80年代末期成立的国际科学史、科学哲学与科学教学研究小组,迄今已举办了三次HPS与科学教学的国际会议(1995年在美国明尼苏达大学召开了第三次科学史、科学哲学与科学教学的国际会议)。1992年创办的国际学术刊物《科学与教育》(Science & Education)专门刊登科学史、科学哲学和科学社会学与科学教育有关的论文。据统计,在1988～1998年期间,以科学史、科学哲学和科学教学为主题在学术期刊上发表的论文计有300余篇。1988～1992年期间,有关的学术期刊出了6次专刊探讨这个主题[1]。由此可见,HPS教育已成为国际科学教育研究中一个前沿性课题。HPS是科学教育的一个非常重要而且可行的途径,是国际基础科学教育的先进理念,深入研究HPS科学教育有助于:革新科学教育的理念、促进科学本质的理解、化解唯科学主义影响、抵制反科学思潮影响、促进科学人文相结合、促进科学课程的改革。深入研究HPS科学教育对当前我国科学教育的改革具有很强的理论和实践的指导意义。所以,有必要对HPS科学教育的研究状况进行梳理。

1国外研究的状况

国外最早提倡HPS教育的是德国科学家马赫,1895年曾提出,没有任何科学教育可以不重视科学的历史与哲学。1917年英国政府在一份题为《教育中的自然科学》的报告中明确地提出:在科学教学中,应当进行科学史和科学哲学的教学。报告指出需要把科学的主要成就及其取得这些成就的方法引进到教学中,应当开设科学史课程,科学史和科学哲学知识应当成为每个中学理科教师智慧的一部分。美国著名科学史学家和科学哲学家库恩把科学史和科学哲学研究融为一体,变得你中有我,我中有你。正如拉卡托斯所言:“没有哲学的科学史是盲目的,没有历史的科学哲学则是空洞的。”

二战以后,哈佛大学校长、化学家科南特出版了《关于科学的理解》专著,在书中他提出应在科学教育中开设科学史课程。科南特主编的《哈佛实验科学中的案例研究》成为科学史教学方面的经典文献。他的理论和方法对上世纪60年代的“哈佛物理课程”以及80年代的“2061计划”都有极其重要的影响。美国科学教育专家克劳普福延续了科南特的想法,发展了适合高中生使用的8个科学史事例。根据克劳普福及库力的研究,在高中物理、化学及生物课程中使用科学史事例,可以增加学生对于科学及科学家的兴趣及认识,同时并未减少学生对科学知识的学习[2]。1952年,哈佛大学的科学史教授霍尔顿编写了一部面向文科学生的物理学教材《物理科学的概念和理论导论》,该书的特点是充分而有效地利用了科学史和科学哲学来向学生阐释物理科学研究的思想方法和本质。霍尔顿随后和一些教育学家、中学教师参与了“哈佛物理教学改革计划”(Harvard Physics Project),开发了《改革物理学教程》作为中学新的物理教材,这部教材大量利用科学史内容,具有明显人文取向。它以历史文化的观点呈现物理科学进展,成了在美国有重要影响的物理教材之一,为中等学校引入HPS教育塑造了一个典范。美国物理学史家布拉什指导美国物理学会成立的物理史部门与美国科学史学会成立的教育委员会,也为科学史如何融入科学教育的研究做出了贡献[3]。

上世纪80年代末以来,对HPS教育的关注也反映在一些国家科学课程与教学改革中。美国的《2061计划》(1989)、《科学素养的基准》(1993)、《国家科学教育标准》(1996)、加拿大一些省的科学课程(1991)、英国国家课程中科学课程部分(1988)、荷兰中学物理 PLON 课程(1988)、挪威的核心课程(1994)、丹麦的科学技术课程(1990)以及西班牙的新科学课程等,都对HPS课程与教学有明确的要求。例如,美国科学促进协会发表的《普及科学-美国2061计划》的总报告,强调把科学史引入科学课程,认为若没有具体的科学实例,关于科学发展和运作的概括将是空洞的,提出科学发展过程中的人物、历史对于继承人类文化遗产具有重要意义,认为科学史上意义重大的发现和变革实例,既反映了科学发展的历史进程,又有显著的文化特色。此外,科学史和科学哲学课程也已成为上述国家培养理科教师课程的一部分。在美国有些学区,学完这门课才能取得教师证书。西班牙和丹麦最近也为理科师范生开设了这门必修课。

澳大利亚科学哲学教授迈克尔马修斯多年来积极倡导把HPS纳入科学课程与教学中,1994年出版了专著《科学教学:科学史和科学哲学的作用》一书,之后发表了许多篇关于科学哲学与科学教学的论文,尤其是在《关于科学本质教学的适当目标:一个辩护》一文集中反映了他的主张[4。他认为科学哲学和科学史素养对于理科教师十分重要,他希望理科教师多懂一些科学史、科学哲学;认为,理科教学中都会不可避免地遇到一些科学史问题,教师如果具有较高的科学史素养就能有效地应用于科学教学中。同时,在马修斯看来,在任何一个理科课堂上,哲学问题无处不在。当教师和学生在科学教学过程中遇到诸如观察、假说、模式、理想化、证据、定律、理论等等术语时,当他们停下来问一问它们是什么意思以及正确使用它们的条件时,哲学就出现了,因为所有这些概念都起源于科学哲学家的思考。

由于当代科学社会学兴起较晚,它对科学教育的影响与科学哲学和科学史相比要小得多,但它对科学的诸多解释对科学教育产生的影响却愈来愈大。随着科技迅猛发展,环境问题日益突出。1962年 美国学者卡森撰写《寂静的春天》,使世人对任意使用化学制品所产生的有害影响高度警惕。由于卡森这本书的广泛影响,环境保护运动随即迅速兴起。1982年,以色列科学教育学者霍夫斯坦和雅格联名发表了《以社会问题组织80年代的科学教育》,他们认为“科学教育学作为一门学科关注的是科学与社会之间的界面(interface),强调科学与社会的互动。这标志着科学社会学正式介入科学教育。科学社会学家们普遍反对科学是纯科学、没有价值偏见的观点。他们认为,科学是在广阔的社会环境中发展起来的,因此,它既受到社会价值的影响,同时又影响着社会价值。忽视科学社会价值的任何科学图景都是不全面的。著名社会学家如科林斯、沃尔加、拉托、诺一塞提纳等人的研究表明,科学研究并不是由一种严格的科学方法所支配的,也不是那样实施的。相反,科学研究中个人的和社会的价值起着重要作用,认为科学知识是依赖于社会情境而决定的研究成果,科学知识具有依赖社会而决定的性质。

可见,HPS教育是世界范围科学教育家的研究热点,可以看出一个科学教育发展的重要而明显的趋势,即提倡和要求把科学史、科学哲学与科学社会学结合起来(即HPS)融入科学课程中去。

2国内研究的现状

我国HPS科学教育研究起步较晚、规模较小。国内较早关注HPS教育在科学教育中应用的是清华大学刘兵教授。他1997年在《哈尔滨师专学报》发表《基础教育改革与科学史——从美国的<2061计划>及<国家科学教育标准>谈起》的论文,分析了科学史及科学哲学在科学教育中的应用。后来,2002年他在发表的文章《基础科学教育研究与建构主义:中国与西方的差异》中谈到:多年以来,科学教育界一直在努力寻求将科学史引入科学教育,科学哲学和科学社会学的内容也成为基础科学教育改革中人们努力要引入的内容。像那些著名的教育改革方案中设立的有关科学的历史或科学的性质等内容要求,就是这种努力的明显表现。

1999年,广州大学科学教育研究所魏冰博士发表了“科学史、科学哲学和科学教学”,专题讨论了HPS融入科学教学的问题。他认为HPS教育的基本意图是不但要让学生学习科学内容,还要让他们了解科学的本质,而HPS在科学教学中的作用主要体现在:①使科学密切联系个人、伦理、文化和政治因素从而使科学人文化;②使课堂教学更富有挑战性和思考性,从而加强学生的批判性思维技能;③有助于更全面、准确地理解学科内容。

国内最早把科学史、科学哲学和科学社会学融为一体的是北京大学刘华杰博士,2000年,他在《关于“科学元勘”的称谓》中提出的,并把它命名为“科学元勘”,得到了同行的认同,但不久即被西方的简洁明了的“HPS”名称所取代,另外,潘涛博士认为应叫“科学元究”,似乎没有响应者。

国内对HPS教育研究成果最多的首推首都师大丁邦平教授和淮阴师范学院的袁维新教授。丁邦平关注HPS融入科学课程的国际动态,主要是介绍、引进国外的研究情况,他在2000～2002年分别发表《HPS教育与科学课程改革》、《科学元勘与科学教学的两种模式》、《科学观与科学教育改革:跨学科的视角》等论文;1999年,丁邦平完成了他的全国优秀博士论文《当代国际科学教育的理论与改革》,2002年,在其博士论文基础上出版了专著《国际科学教育导论》,书中第十章专门论述了HPS科学教育问题,文中分析了科学教育史上关于科学本质的探索的经验与教训、当前国际科学课程改革关注HPS的原因、HPS课程的两种模式。认为HPS融入科学课程与教学是培养学生理解科学本质的一个重要途径;HPS对科学课程改革的作用主要体现在:第一,为原来非人文化的学校科学课程提供了人文化的因素;第二,HPS教育可以起到沟通英国学者斯诺所提出的“两种文化”的作用;第三,把HPS教育纳入科学课程中还有助于克服科学教育中的一些问题,如学生缺乏学习科学的动机、女生不愿学习科学,以及对科学在历史、文化和社会中的地位理解不足等;第四,可以使学生更好地把握科学本质[5]。

袁维新教授侧重于研究科学史在科学教育中的价值。2004～2006年发表了《科学史教育的教学价值与教学模式》、《HPS教学模式和光合作用发现过程的教学案例》、《国外科学史融入科学课程的、《论科学史的教育价值》、《科学史教育的哲学透视》、《科学史融入科学课程的原则、方式和策略》等一系列有关HPS教育的文章。将科学史融人科学教学的教育价值归纳为7点:“第一,科学史可以激发学生的学习动机,吸引学生投入科学的探究;第二,科学史可使教材更具人性化;第三,借助于探索科学概念的发展与精致化的过程,可促进学生对科学概念的理解;第四,在理解重要的科学史例的过程中,可使学生认识科学的本质,例如科学革命、达尔文主义等;第五,科学史可以使学生了解科学知识的不定性、可变性,因而目前人们对科学的理解也是具有可转换的特性;第六,科学史可使学生认识科学家之间会发生意识形态(ideology)的争论;第七,科学史能展现出科学方法的改变历程,使学生对科学方法的本质有更深刻的认识。”[6]提出“少而精”、“循序渐进”、“价值优先”三原则,并对科学史引入科学课程的教学策略进行了探索。

2001年在教育部颁布的《科学(3～6年级)课程标准》中提出,“通过科学教育使学生逐步领会科学的本质”、“发展学生对科学本质的理解”。在《义务教育科学(7～9年级)课程标准》中关于“科学的本质”同样提出了明确的观点,在“课程性质和价值”中提出科学课程应建立在对科学本质认识的基础上,并将引导学生逐步认识科学的本质。科学课程的五大基本理念之一是要“体现科学本质”。在内容标准的“科学技术与社会”领域,科学史是三大主题之一。

目前对我国科学教师和科学课程影响最大、最直接的仍然是教材,因此在科学教材的设计中融入HPS以加强对科学本质的理解十分重要。2005年北京大学出版社出版了刘兵主编的《新科学读本》,这套教材以名家名作阶梯式向中小学呈现科学的历史、科学的方法、科学的意识、科学的精神、科学的伦理等许多带有人文意义而又与科学密切相关的内容,堪称是把HPS教育融入科学教材的开创性的工作。

2004年,张红霞、郁波发表论文《小学科学教师科学素养调查研究》,认为科学教师要学习西方最先进的科学教育理论,尤其要通过科学史和科学哲学课程学习,确立适当的科学本质观,认为影响科学教师教学行为的第一因素是对科学本质的理解,而这是成功进行科学教育改革的关键。然而,关于在科学教师培养培训中加强HPS课程与教学的问题,何善亮博士发表的《美国科学教育师资培训的研究及启示》中认为在这方面“我们几乎还未涉及,必须给予高度重视”。

2006年,张克龙发表的《化学学科实施HPS教学模式的策略》、李富强发表的《HPS教育视野中的“自由落体运动”课堂教学设计》以及2007年东北师大张勇的硕士论文《Webquest与HPS整合教学模式在中学化学史教学中应用的个案研究》,都对HPS的教学教案设计进行了有益的探索。东北师大的赖铁华的硕士论文《高中生物教学中HPS教学模式的研究与实践》也探讨了HPS教育的建构主义学习理论基础和教学案例设计问题。2007年,李君玉发表《HPS教育融入中学科学教育》,认为HPS教育回答了“科学是什么?”、“科学的本质是什么?”这两个问题,即HPS教育的核心内容蕴涵了科学的本质。只有在HPS教育的基础上,我国中学科学提高学生的科学素养的教育总体目标,才能转化为具体的目标,才有可能实现。

2006年,华中师大物理科学与技术学院的胡诚完成了他的硕士论文《HPS融入科学课程的研究》,论述了HPS教育的课程价值、课程内容、教学模式等内容,是国内目前研究HPS科学教育最为翔实全面的学术成果,归纳出了HPS融入科学课程的三种价值:促进科学本质的理解、促进知识的建构、有助于科学态度、情感及价值观的教育;对美国《国家科学教育标准》和我国《科学课程标准》中的HPS内容进行了比较分析,认为美国的HPS教育的内容具有完备的体系,更为关注学生的科学本质观,而我国更加关注科学史实对学生学习科学知识的帮助。指出我国的科学课程改革在吸收国际科学课程改革的新材料时忽视了其中科学本质观的变化及实施途径,只学到些皮毛,而没能吸收其精华。认为要对那些常规的、经典的科学哲学、科学认识论和方法论展开深入的讨论,要在中小学科学课程改革中,关注HPS的渗透,分清科学哲学流派及其对科学课程的意义,从而促进学生确立当代科学本质观[7]。遗憾的是,该文只是从HPS教育的课程实践方面来论述,没有建构HPS教育的理论体系,没有把HPS教育提高到科学教育教学模式的理论高度来论述。2008年,河南科技学院的王慧君副教授等发表《HPS教育及对我国科学教育改革的启示》[8],认为HPS教育旨在于扩展科学教育的视野和科学教育的内容,提倡从科学哲学、科学社会学、科学史学等多个视角来筛选、编排科学教育内容,以期使科学教育能真正地、有效地、全面地提高国民的科学素养。着重论述了HPS教育对我国科学教育改革三个方面的启示:其一,使原来“见物不见人”的学校科学课程具有了一定的人文气息,满足不同兴趣的学生需要,有利于提高科学课程被学生选择的机率;其二,使学生更好地把握科学本质,学会从多元视角分析科学问题,能使学生对什么是科学,科学知识是怎样产生的,科学在社会发展的作用如何等等有较为全面和清晰的理解;其三,科学哲学的加盟使我国科学教育可克服人们的一些研究既没有逻辑起点,也确定不了方向的问题。

综上所述,HPS科学教育有助于学生认识科学的本质,是科学教育发展的方向,把它融入科学课程是国内外科学课程改革的趋势。然而,与国外HPS教育研究相比,我国仍缺乏对HPS科学教育的比较系统的研究,还需加强对HPS的

概念特征的辨析、教育价值的认识、课程内容的归纳、教学方法的探讨、教学模式的构建、实践应用的开发等。

参考文献

[1]Matthews M R.The nature of science and science teaching[M]//B J Fraser,K G Tobin.International Handbook of Science Education.Boston:Baker & Taylor Books,1898:984.

[2]Klopfer L E,Cooley W W.The history of science cases of high schools in the development of student understanding of science and scientists:A report on the HOSC Instruction project[J].Journal of Research in Science Teaching,1963,(6):87.

[3]Brush S.History of Science and Science Education[M]//M Shortland & A Warwick (eds.).Teaching the History of Science.Basil Blackwell:The British Society for the History of Seienee,1989:54-66.

[4]Matthews M R.In defense of modest goals when teaching about the nature of science[J].Journal of Research in Science Teaching,1998,35(2):161-174.

[5]丁邦平.国际科学教育导论[M].太原:山西教育出版社,2002:342-343.

[6]袁维新.国外科学史融入科学课程的研究综述[J].比较教育研究,2005,(10):62-67.

[7]胡诚. HPS融入科学课程的研究[D].武汉:华中师范大学,2006.

[8]王慧君,王桂秀.HPS教育及对我国科学教育改革的启示[J].河南职业技术师范学院学报(职业教育版),2008,(3):69-71.

Summary of studies on HPS science education

LIU Hua-chang1,DING Yu-lian2

AbstractHPS science education was initiated as a new science education curriculum and teaching model on the guiding ideology of constructivism by some western science and education experts in recent years.It is a very important and feasible way of science education.It is a forefront of topic and the development trend of science education.Strengthening the research of HPS education will be contributed to the reform of China's science education,and help the research of HPS education to further deepen.

Key wordsHPS;science education;situation of research;nature of science