基于科学史过程特质的对话教学

胡 绪

(西南大学教育学院,重庆 400715)

基于科学史过程特质的对话教学

胡 绪

(西南大学教育学院,重庆 400715)

将科学史用于科学教学能促进学生对科学知识的理解,激发他们参与科学探索的激情,从多方面整体提高学生的科学素养,同时,还能促进社会对科学的认识与理解。然而,当我们不再将科学史仅仅视作科学史料即结果(H1)而看作科学发展的进程即一种过程(H2)时,它蕴涵的两个原理即科学史中有许多共同的利益有意识地相互传递与参加,以及科学史中的对话是和其他联合方式有许多不同的和自由的接触,它们能帮助我们解决怎样进行科学教学。

科学史;过程;科学教学;课堂对话

经过长期的实践证明,将科学史运用于科学教学能促进学生对科学知识的理解,激发他们参与科学探索的激情,从多方面提高他们的科学素养,同时,还能加深社会对科学的认识和理解。然而,科学史作为科学发展的时间与空间的统一能提供给科学教学的有益营养不只是其体现出的史料的价值。当我们在使用科学史时,要区别所说的科学史是一种科学史料即一种历史结果(H1),还是科学发展的进程即一种过程(H2)。用前者来服务科学教学,它帮助我们解决的问题是“用什么来教学”。这主要有两层含义:第一,直接进行科学史的教学;第二,利用科学史(H1)作为知识的“糖衣”,帮助学生对科学知识的理解。用后者(H2)指导教学,它能帮助我们解决“怎样进行科学教学”的问题。

一、科学史(H2)有利于彰显科学教学文化

科学史(H2)能帮助解决“怎样进行科学教学”并不是偶然。美国实用主义哲学家杜威认为:“一个不懂科学史的人,就不知道人类是怎样从常规和任性的行为,从迷信屈从自然和从魔术般地利用自然,到理智上做到沉着自制所进行的种种斗争。”[1](246)奥地利物理学家、哲学家恩斯特·马赫认为:“对一门科学发展的历史进行探索极为必要,以免藏于其中的原理变成一套没有得到完全理解的命令。”[2]在德国,德罗伊森、狄尔泰、梅涅克等哲学家,强调历史是一门人文学科,一门精神学科。同样地,科学史作为一门人文学科和精神学科,我们也需要对其中包含的“原理”进行探索并加以利用。

在现在科学课堂教学中,教学往往能从问题情境中开始,教师也会让学生在课堂教学开始时了解科学方法等在学习科学中的价值,但是当学生真正开始进行探索性的学习时,交流和对话就停止了。传统观念将分享数据、想法等视作作弊行为的威胁使得学生在学习科学课程时尝试分享观念和通过集体的努力获得结论的理想变为泡影。在这样的课堂中,学生的对话对象就只有“知识权威”——教师。教师在有限的时间内将知识通过简洁的单向传递方式输送给学生,这使得科学教学方式回到了对一般的教学方式机械地使用上,科学教学本身应具有的文化特性被淹没。与实践中的矛盾现象相对立,美国学者舒尔曼(Shulman,Lee.S.)强调教师要形成自己的教学知识结构,其中一个重要的成分就是教学内容知识(Pedagogical Content Knowledge)。他认为:“教学内容知识是内容知识和教学法知识的特殊综合体,是教师独一无二的领域,也是他们对于教学法的有专业水准的理解。”[3]可见,“教学内容知识”要求教师在自己学科教学中形成特定的学科教学法——具有学科性质的教学方法。这实际上是要求教师根据学科知识的逻辑和文化内涵的特点形成相应的教学观念、思想及培养出适当的教学行为。因此,对教学内容知识的追求使我们需要开始关注教学文化。

有学者认为“教学文化既有内容又有形式,包括为一定范围内的教学组织或更大范围内的教师群体所共享的态度、价值观、信念、习惯、假设以及做事的方式等”。[4]如此即表明“教学内容知识”也指向建构相应的学科教学文化。在科学教学中,探索其学科教学内容知识及构建其独特的教学文化对于提高教学效率和效果是必要的。因为,在问题所处的具有长久历史的文化背景中寻找解决方法是可行的,否则,结果就会像让西方人学会用筷子吃牛排和让中国人学会用叉子吃稀饭一样事与愿违。构建科学教学文化,我们就要关注科学本身发展过程中所体现出的精神实质,如思想、行为等文化概念,它们共同构成了科学教学文化所依赖的学科文化大背景。而科学史(H2)作为科学发展的历程包含了科学文化的所有内涵,用其来指导怎样进行科学教学是较合理的选择。因此,我们还可以说科学史(H2)还可以起着论证科学教学方法是否合理的作用。当然,这些的前提是科学史为如何进行科学教学提供可行建议。

二、科学史(H2)的过程特质

科学的发展总是要跟随着对历史的描述和分析。[5]在古典时代和中世纪,通常的科学修习形式必须包括与更早思想家有关的内容。人们对古典著作加以批判评注和分析,以此作为新思想的出发点,并对人们当时关心的问题有所贡献。伽桑狄认为宇宙万物有两个本原:物质和虚空。虚空的空间是不动的,不依赖物质的变化,物质则是不可分割的原子所组成。在他获得结论的过程中他脑海里就会再现有关原子论历史的方方面面,并且开始与早就去世的古希腊学者伊壁鸠鲁进行一场讨论。当一位希腊数学家打算解一道题时,很自然的方式便是从叙述那个特定的主题的历史开始,人们认为叙述历史是该问题的一个组成部分。这种叙述也是科学家在所研究的领域一种纵向的历史性的对话。又如关于光的本性问题,在200多年的争论史上关于微粒说与波动说从未停止过,直至爱因斯坦的光量子学说和德布罗意物质波假说的提出,才实现了波粒二象性的统一,以一种比较全面的认识代替了原来片面的认识。科学发展中体现出的这种争论式的对话表明,“科学史就是科学共同体之间对话的历史”。[6]

作为科学共同体之间对话的历史,科学史(H2)具有以下主要特点:第一,科学史中的对话具有开放性。虽然科学研究属于学术领域,而学者又拥有学术的“专利”,但这样并不妨碍科学对话成为一个开放性的活动。对话双方均以公开发表的报告、论文、著作、演讲或以学术讨论会等形式阐明自己的观点。即使前人不在,后来的研究者同样也会将自己的观点和结论同他们的成果比较、对话。这种公开性必然导致科学探究对话不可能缺少激烈的争论,因为,学者们各将自己的观点和结论公之于众,接受学术界的讨论、评价与检验。但是,无论争论多么的激烈,它却是科学理性与学术自由精神的体现。第二,科学史上的对话具有群体性。在科学研究中,任何一个领域都很难是单独个体的舞台,每一个科学成果背后都有相应的科学研究群体,或者叫做科学共同体。贝克勒尔与居里夫妇在放射性领域的研究不仅打破了原子不可再分的陈旧观念,而且促进了医疗事业的发展。在力学研究领域,卡诺、焦耳、开尔文等人的研究使得人们对于热力学研究取得了丰硕而伟大的成果。在这些共同体中,他们对于科学有相似或共同的信仰,并在相应的领域建立了较稳定的理论体系,使得群体中的每个成员都能为共同体创造利益并享受利益。第三,科学史上的对话是反复争论的过程。由于对话的开放性和群体性,以及由此而生的激烈的争论使得对话会反复地进行。受理念和实践资源的限制,在科学发展的每一个阶段所得到的各种结论的真理性是相对的,随着科学技术的发展,它们在不断的反复中得到改正或完善。如前面提到的关于光的本质的研究,17世纪牛顿提出了微粒说并成功地解释了光的直线传播、光能投下清晰的影子及光的反射等现象。但是,同时代的胡克等人则提出了光的波动理论,因此而引起了持续近300年的大争论,即科学史上著名的光的微粒说与波动说的论争。在19世纪以前,牛顿的威望及波动说自身的不完善使微粒说处于优势地位,但到了19世纪,托马斯·杨的“双缝干涉实验”使光的波动说得到复兴。不过“失势”的一方并不自愿退出历史的舞台,20世纪初的物理学革命,特别是爱因斯坦提出的光粒子的形式使微粒说重获新生。但是,这样的反复争论同样也没有使波动说失效,现代量子力学认为光是波动性和粒子性的统一,即有波粒二象性。到此关于光的本质的讨论得到了一个较全面的结果,但是,历史的经验告诉我们这样的结论也只是处于一个相对稳定状态,其还必须经受反复不断的对话与争论。

科学史(H2)具有的上述三个特点让我们看到其体现出的两个原理:第一,科学史中的对话是科学共同体“和其他联合方式有许多不同的和自由的接触”[1](93)的重要方式;第二,科学史中的对话使得科学共同体内外有“许多共同的利益有意识地相互传递,共同参加”。[1](93)

三、科学史(H2)原理指导下的科学对话教学

要在科学本身的文化背景中找寻科学对话教学的方法,我们在教学中就主要依据上述两条原理认真地对待以下两个问题:第一,学生在科学教学中和其他同学以及教师的相互作用,充分和自由到什么程度?第二,学生在科学教学中“有意识地参与的利益有多少”?[1](93)

在科学教学中,课程标准一直是指导教学进行的指南针,它规定了不同年龄学生应学习的知识内容和应达到的科学素养的程度。对于这一事实,我们建议科学教学应起始于让课程成为学生经验的一部分。教学过程应开始于学生经验同课程内容的心理联结,因为我们既不能否定学生经验世界中拥有的“前概念”,又不能否定学生的经验同课程内容之间的距离。如果完全相信前者,我们在课堂教学中将失去对课程内容的控制;如果完全相信后者,我们又将对学生的经验视而不见。因此,建立两者之间的联结就应该成为首先要考虑的事情。这种联结也就是让学生能用自己的经验去解读科学课程中的知识内容。例如,让学生认识水的折射现象时,教师应允许学生对放入水杯中的筷子“弯折”的现象有各自的解释。有的学生会说筷子被折断了,有的会说筷子本身就是弯折的。当然,这些解释都不是科学地解释了折射现象,但是学生开始将要学的科学内容同自己的经验相联结了。当学生完成了这一步之后,他们同时就迈入了有意识地进行科学探究的门槛,因为他们也急切地想确定自己的解释是否正确。

建立学生经验同课程内容之间的联结是群体中的个体行为,这个过程让得到的经验成为每个学生独占的财富和资源。也许就此停止教学学生也能在自己的经验世界中建立自己的理解,但是我们并不放心他们能最终达到科学的“理解”。对此,科学史上的激烈争论对科学的促进作用使我们相信对话能让他们的观点趋于一致和真实。所以,我们的建议是让学生在群体中自由地、充分地交流他们的经验。通过对话让学生发现彼此的解释中的合理和不合理的成分,以便他们能重新审视自己的观点。在关于折射的理解上,认为水使筷子弯折的学生会面临来自筷子拿出杯子后仍是直的挑战,同样认为筷子本身就是弯的学生也会面临同样的问题。如此一来,他们就需要通过冷静的思考来审视自己的解释对这种现象的本质的反应程度到底如何。这里我们也不希望或是寄希望于学生能自己得到科学的解释,但是这种经验交流的重要性是让学生体会对话是用来思考寻找一种科学的方法,并以这种方法来解决共同的困难,参与到这种共同的利益中。在教学中为了操作方便,小组对话是一种有效的方式。教师所做的就是提供充分的条件和宽松的环境让学生能将自己所想充分地展示出来同其他儿童对话。因为,富有成果的对话需要参与者身处一个相互尊重的氛围,以便他们能自由表达自己的观点而不用担心受到责难或奚落。只要大家可以心情舒畅地聆听、陈述和表达,那么对话就能获得理想的效果。因此,对于学生在对话中表现出的合理与错误,教师都不能不假思索地武断干涉。这是自由对话的要求,也是由于一般而言我们对于错误中汲取的教训都比顺畅而得的经验更记忆深刻。

小组内和小组间的讨论并不能完全达到理解科学的目标,这样我们就需要扩展对话的范围:学生同教师之间的对话。学生同教师之间的对话同样存在于以往的科学教学中,但是那时所谓的对话更多地是一种教师主宰式的单向的传递过程,教师并没有关注学生的经验,更不可能为学生的对话创造可能的环境和条件。在科学史中,当一位科学家或是一个群体有了新的知识时,他们最终通过与更多、更大的群体之间的对话得到认可或改进。在教学中,教师以其独有的经验和知识构成成为学生扩大对话的首选对象。因为,有关科学知识的好的讨论需要教师的帮助。于是,教师也参与到了学生群体的利益中来,而且这种参与的自由与充分程度直接关系到学生对科学知识的理解。教师在这里要认真倾听学生对于自己结果的讨论,这样课堂教学就打破了学生听教师讲结果的旧方式,让学生在自由的、自觉的氛围中获得真知。这样教师才使用了科学史(H2)蕴涵的倡导公开、自由的讨论而让学生参与到集体共享的利益中的原理。此外,教师还应将知识产生的历史融入科学教学。如在科学史上科学家曾经对于折射这一现象作了怎样的解释,然后又是经历了怎样的探索才最终获得真正的解释。如此,科学史的“形”和“神”都应用到了教学中,也才能发挥其最大的教育功效。

对话与交流的最终结果是得到对教师和学生来说都是一致的结论,即“科学的”知识。即使我们承认知识的真理性具有相对性,但是这并不妨碍我们认为它们是我们对世界、自然更进一步和更全面的认识。因此,我们能够接受成为稳定知识的结论。关于结论,一个关键的问题是要使对其“经验性”的表述转换为“科学的”表述,亦即把经验融进科学理论体系。有如科学史上科学家以论文、书籍等形式呈现自己的成果,学生们也可以通过实验报告等形式呈现对话的结果。这个过程主要是教师负责完成,他们首先要让学生明白有稳定的体系对于科学知识的掌握、传递的重要性,然后对经验进行“归位”,使其科学的逻辑显现出来。

我们的教学并没有就此结束。科学史上存在反复争论的事实告诉我们,科学同样面临不确定性的困扰和挑战,亚里士多德的理论在两千年后被伽利略推翻就是有力的证明。所以,教学中不能限制学生用行动来对对话的结果做检验,而且教师还应该主动地引导学生进行这样的检验,这也是杜威和众多探究教学研究者倡导的用行动来检验理论和知识的过程。对此过程我们应抱有宽容的心态,因为勇于接受挑战,面对改变不盲目、不自满、不自大、增强信心是有理智的人所必须的,也是养成学生使用科学方法的习惯所必要的。

当科学教学依据科学史(H2)的原理进行,我们看到了科学课堂教学在解放学生智力方面的努力。这不仅是科学教育的价值所在,而且也让我们从另一个新的角度来看待科学史和科学教学的关系:由于科学史,我们更审慎地看待科学教育和教学,而不是仅仅用它作为“有形的”教学材料。

[1][美]杜威,王承绪.民主主义与教育[M].北京:人民教育出版社,1990.

[2][丹]赫尔奇·克拉夫,任定成.科学史学导论[M].北京:北京大学出版社,2005:10.

[3]Deborah,L.B.,Mark,H.T.,&Geoffrey,P.Content Knowledge for Teaching:What Makes It Special?[J].Journal of Teacher Education,2008,59(5):391.

[4]徐继存,车丽娜.教学文化研究引论[J].天津市教科院学报,2004(4):20.

[5]王士平.科学的争论[M].北京:科学出版社,1998:1.

[6]James,W.G.,&Kenneth,S.L.Democratic Science Teaching:A Role for the History of Science[J]..Interchange.1993,(24):29.

责任编辑:陈兴安

G424.1

A

1671-2277-(2011)01-0005-03