大学物理中加强HPS教育的调查及分析*①

张静

(长江大学物理科学与技术学院 湖北 荆州 434023)

HPS(History, Philosophy and Sociology of Science,即科学史、科学哲学和科学社会学)教育是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模式.国外最早提倡HPS教育的是德国科学家马赫.1895年,马赫提出，没有任何科学教育可以不重视科学的历史与哲学[1].如今,这一科学教育模式已在世界各地开枝蔓叶.HPS教育作为一种先进的教育理念，从各方面都体现了科学教育的价值[2]，普及HPS教育有着十分重要的意义.

1 HPS教育的内涵

HPS的核心内涵就是关于科学本质的认识.20世纪以来，西方科学哲学始终围绕两大主题发展演化,其一是科学本质；其二是科学方法[3].这两个主题是现代西方科学哲学进步之所在，而它们同样是HPS重要的研究对象.回答“科学是什么”，“科学的本质是什么”,就是科学本质观，它混合了包括科学史、科学哲学、科学社会学、科学心理学等多学科的研究观点，是人们对科学本质属性的认识和理解，是对科学知识发展所持的内隐价值观和假设[4].

HPS所蕴涵的科学本质观对学生而言非常重要.科学知识是暂定性的；科学知识是以经验为基础的；科学知识是负载理论的；科学知识部分程度上是人类推理、想象和创造的产物；科学知识是植根于社会和文化背景中的；观察和推理之间是有区别的;科学理论和科学定律也是有区别的；没有一种普适的科学方法.

2 HPS教育的作用与意义

2.1 有利于学生从历史的维度把握科学的本质

科学的本质在于科学探究.HPS教育能促使学生理解科学的本质.

(1)理解所有的科学观念都不是最终真理.

(2)科学家通过观察、实验、理论模型和数学模型构建和检验对自然界的解释.

(3)在研究过程中，如果缺乏大量实验性和观察性证据，科学家们对同一现象做出不同的解释是正常的，不同的科学家可能会公布不同的实验结果，或者从同样的数据中得出不同的结论，但科学家会认识到分歧并努力消除分歧.

(4)对已公布的科学研究成果加以评价，包括审查过程、检验证据、找出错误推理，对同样的观察结果提出不同的解释.

2.2 有利于学生认识自然科学的人文内涵

进行HPS教育可以促使学生更好地理解、评价、欣赏科学事业，激发其探究科学的热情、勇气与欲望，培养其坚韧不拔的意志品质.在科学史上，伽利略冲破历史枷锁，挑战权威，做了两个铁球同时落地的实验，最终名垂千古.居里夫妇在艰苦的实验环境中，用了3年零9个月才从成吨的矿渣中提炼出0.1 g的镭.作为杰出科学家，居里夫人有一般科学家所没有的社会影响力,尤其作为成功女性的先驱，激励了很多人[5].可以说，科学的发展史，实际上就是一部科学家为追求真理而进行不屈不挠的奋斗的历史.

2.3 有利于培养学生的批判精神

进行HPS教育，有利于培养学生的怀疑批判精神.因为科学进步的历史就是科学怀疑的历史，就是科学家不断纠正错误、追求真理的历史.伽利略敢于挑战权威，用事实说话，最终推翻了大球先着地的论论；爱因斯坦扩展了牛顿经典力学时空观，从而建立了狭义相对论.

3 大学物理中加强HPS教育的调查与分析

3.1 调查问卷的设计和调查

(1)调查目的：为了保证物理教学中的HPS教育更有针对性，在设计HPS教育方案之前应该全面系统地了解大学物理教学的现状.所以，首先设计一份结构型调查问卷，重点从4个方面了解大学物理的教学现状及学生对于与HPS教育相关的调查内容的看法.

1)学生对HPS的了解情况.

2)大学物理教学现状.

3)学生期望的大学物理课程教学形式.

4)学生对加强HPS教育的态度.

(2)调查方法:问卷调查法、访谈法.

(3)调查对象:学生问卷选取了长江大学地科学院、化工学院、机械学院、电信学院、油工学院等正在上大学物理课程的学生为调查对象；采取了寝室发放，当场收取的方法.问卷全部收回，共100份，有效问卷100份，有效率100%.

3.2 调查问卷的统计与分析

(1)学生对HPS的了解情况

对题1:当你第一眼看到HPS你会想到什么？调查显示(图1)，有44%的人基本上知道HPS，56%的人根本不知道，而44%的人中应该还有相当数量的人是猜测;大家对HPS还不是相当了解.因此应在教师和学生中加强对HPS教育的宣传和普及.

图1 对题1调查结果

(2)大学物理教学现状

对题2:在大学物理课堂教学中，教师经常采用的导入新课的方式是什么?调查结果(图2)表明，在大学物理教学的导入过程中，教师主要会采用复习旧知识的方式导入，同时也注重结合史料的方式.这证明在当今的大学物理教学中对史料的教学越来越重视.但不足的是，在大学物理课堂教学中基本上没有实验演示，可以说是大学物理教学的一个遗憾.这对学习大学物理的学生而言，失去了感性认识和课堂实验探究的机会.其实，许多科学家正是在给学生上课做演示实验的过程中发现重要实验现象的.如在1780年9月的一天，意大利学者伽伐尼和学生一起解剖青蛙时，偶然发现电效应，最终导致了伽伐尼电池的发明.在1820年4月，丹麦哥本哈根大学物理学教授奥斯特给学生讲有关电和磁的问题时，偶然的机会发现了电流的磁效应[5].

图2 对题2调查结果

对题3:你认为现在大学物理教学的不足之处在于什么?调查结果(图3)表明，现在的大学物理教学还存在较大问题.由于大学物理在理工科院校是一门公共基础课，教师在课堂教学中过于注重知识的传授，而在物理与生活、社会发展的联系上不够紧密.这就要求教师不断学习，开拓视野，更新观念.只有教师发展了，学生才能发展.

图3 对题3调查结果

(3)学生期望的大学物理课程教学形式

对题4:你认为采用什么样的课堂教学形式能更好地掌握知识？调查结果(图4)表明，学生对传统的“教师讲，学生听”的单一讲授模式是不满意的.同时29%的学生表示了对学习物理学史的兴趣，30%的学生希望教学中有实验演示.

图4 对题4调查结果

(4)学生对加强HPS教育的态度

对题5:在大学物理课程中加强HPS教育，你持什么样的态度?调查结果(图5)表明，绝大多数的学生对在大学物理中加强HPS教育持一种积极态度.这充分反映了学生对学习科学本质的一种理性认识，同时也反映了在大学物理中加强HPS教育的迫切性.

图5 对题5调查结果

对题6 ：在大学物理课程中加强HPS教育，您希望采取什么样的讲授方式？调查结果(图6)表明，有将近一半的学生希望结合史料、哲学、社会背景等各个方面讲述课程内容.这样的讲授方式学生易于接受、便于理解、学以致用，会有最佳的学习效果；也有10%的学生是教师怎么讲就怎么学，自己并没有很肯定的意见.

综合调查问卷，可以得到以下结论.

第一，目前国际上的教学理念和方法越来越多元化.而我国的大学物理教学，特别是地方高校的大学物理教学，教师虽也考虑到了学生的兴趣爱好，注重用物理学史、物理学家的经历来引导学生，但在课堂演示实验、科学哲学、科学社会学方面却很少涉及.实际上，物理学与哲学和社会有着紧密的联系.从牛顿的《自然哲学之数学原理》到法拉第的“电磁感应定律”，再到德布罗意的“物质波的发现”，无不体现了物理学中和谐统一的哲学思想.同样,物理学的发展也推动了社会的进步和发展，人类社会的每一次革命都与物理学息息相关.

另一方面，学生对知识的渴求与日俱增.基础教育已经开始改革，大学物理教育也应加快改革步伐.加强HPS教育势必对提高每个学生的科学素养产生推动作用，亦有助于改进物理教学.

第二，现行的大学物理教学大部分还是采用传统的教学方式.大学物理教学已落后于目前的中学物理教学，在教学理念上还不够先进.大学物理教学仍是以课堂为中心、教师为中心，考试至上.这就导致了教育教学活动的实施，难于实现学生科学素养的全面发展，不适应面向未来的终身学习的需求，不利于学生对科学本质的认知.

第三，在大学物理教学中加强HPS教育是可行的，但也应循序渐进.在大学物理中加强HPS教育的最终目标是促进学生对科学本质的理解，加强学生的创新能力和科学精神体现了时代对大学生的要求.

科学不是科学家的，同样也不是科学哲学家和科学史学家的，而是科学实践过程的所有参与要素共同博弈的结果.我们可以认为HPS就是指“科学的历史与本质”[6].将HPS融入大学物理课程中，并不意味着把科学史、科学哲学、科学社会学当作纯粹的学科，而是把科学本质观问题凸现于物理课程与教学之中，帮助物理教师在教学时发现物理课程本身蕴涵着的许多值得探讨的科学史故事和科学哲学的观念，从而进行显性的科学本质观教学.物理课程中有了HPS的内容，可以使学生更好地把握科学本质，使学生懂得科学究竟是什么，科学知识是怎样产生的，科学在社会发展和进步中的作用，科学和科学方法的优点与局限性等等，从而培养学生的科学精神和创新能力，这正是HPS教育的宗旨.

参考文献

1 胡诚.HPS融入科学课程的研究：[学位论文] .武汉：华中师范大学,2006

2 Falk Riess. History of Physics in Science Teacher Training in Oldenburg . Science & Education, 2000, 9(4):83～87

3 张晶.HPS(科学史、科学哲学与科学社会学):一种新的科学教育范式.自然辩证法研究,2008，24(9):83～87

4 宋静.浅议科学教育中的科学素养培养.物理教学探讨,2006, 24(5):4～5

5 李艳平，申先甲.物理学史教程.北京: 科学出版社,2007

6 石诚，蔡仲.补充科学：HPS的另一定位.科学技术与辩证法, 2008, 25(6): 26～30