中学物理教学的困顿与修正

摘 要 科学哲学从20世纪20年代产生以来，经历了从逻辑主义到历史主义，再到后现代主义的转变，不同思潮对科学本质观、科学研究方法都有不同的强调。以科学哲学思潮转向的视角审视当前的中学物理教学，陷入了教学目标传统、教学方法单一、教学模式固化等多重困顿。走出困顿的关键在于培养目标的变革，教学方法的综合化以及教学模式的多元化。

关键词 中学物理教学 科学哲学 逻辑主义 历史主义 后现代主义

现代社会就像一头即将脱离缰绳的猛兽，把我们拉入一个全新的知识经济社会，社会的竞争与发展依赖于知识与技术的更新和创新，抛给我们一个巨大的问题：21世纪我们应该学习什么？为“可持续未来而学习与教学”应该是什么样的？2008年第四次亚太经济合作组织（APEC）主题为“重质量的全民教育：掌握21世纪的所需的能力和技能”的会议便提出了为了应对21世纪的挑战，优先关注的教育领域之一就是“数学与科学教育”。作为自然科学基础的物理学不可避免地成为了理性的靶子，物理教学能够给予学生什么以应对未来的挑战？传统以知识为本位的物理教学必然会无情地受到批判的检视，“因为我们再也不能刻苦地一劳永逸地获得知识，而需要终身学习如何去建立一个不断演进的知识系统”[1]。对“培养什么人，怎样培养人”提出了新的挑战，要依据学生发展核心素养体系，修订课程方案和课程标准，推波到全面深化课程改革的关键时期，物理教学不得不作出某种回应。20世纪中小学科学教育经历了科学知识—科学方法—科学素养的轨迹。这样的变化受到科学本质观的影响，因此要回到科学哲学，以科学哲学思潮转变的视角审视当前的物理教学。

一、科学哲学思潮的转向

科学哲学是对科学的哲学反思，“通过对科学的目标、方法、标准、概念、定律和理论进行逻辑的、方法论的分析，从而试图理解科学的意義、方法和逻辑结构”。科学哲学受制于两大领域，一是哲学的基本问题，二是科学本身的发展问题。同时科学哲学的发展又会反过来影响这两大领域。其缘起于20世纪20年代以维也纳学派为代表的逻辑实证主义，在将近一个多世纪里，经历了从逻辑主义，向历史主义，再向后现代主义的转向，不同思潮对“科学哲学的议题诸如科学与非科学的分界、科学发现的模式、科学理论的评价、科学发展的模式”[2]有不同的见解，势必会影响到具体学科的发展与教育教学。以科学哲学思潮转向的视角审视当前的物理教学问题，就不仅仅是物理学中科学哲学思想缺失的问题，而且是涉及到物理教学该教给学生什么以及怎么教等更为深层的问题。

1.科学哲学从逻辑主义向历史主义的转向

逻辑主义主要有逻辑原子主义、逻辑实证主义、逻辑经验主义与批判理性主义，它所持有的是一种知识论的科学观，把科学看成是“一个知识体系，即真的经验命题的体系”。获得这种唯一的科学知识的方法便是纯粹的观察，观察是一种中立的、客观的活动，藉此可以决定理论的真假，遵循观察自然现象、提出假设、搜集、分析资料、验证假设这样的科学程序便可以获得科学的知识。科学与理性的联合共同打造了逻辑主义时代的“绝对主义”，人的理性能力能够建立起完备的知识体系去解释自然语言。但却受到了波普尔的质疑，他通过对逻辑主义“观察-理论”的否定和确立“假说-证伪法”自称杀死了逻辑实证主义，但波普尔只能算得上是逻辑主义向历史主义转向的过渡人物，库恩则真正实现了这种转移。在库恩看来，科学的发展是在“范式”内部从事解谜活动的常规科学和“范式转移”的科学革命交替的结果。[3]不同范式之间具有“不可通约”，科学理论就失去了逻辑主义所供奉的理性基础，因此需要转变传统的科学观。“科学和技术的知识不是已有知识的理性、逻辑延伸，而是不同社会、文化、历史过程的偶然产物。”[4]历史主义把很多科学问题都纳入到历史的语境中进行分析，采用的是历史方法论，但也没有完全抛弃逻辑主义的逻辑分析方法。在某种程度上促使了HPS（history and philosophy of science）的兴盛与流行。强调的不仅是科学史进入科学哲学领域，或是科学哲学进入科学史领域，而是一种双向整合。

2.科学哲学从历史主义向后现代主义的转向

为了避免绝对主义，科学哲学走进了历史主义的领域，但历史主义却首先通过库恩的“范式”“不可通约”的概念冲击了科学的合理性和客观性的问题，但却又陷入了相对主义的泥沼。后现代化主义顺势而出现，如社会建构论、女性主义都可以归结为后现代主义科学哲学，该思潮彻底地否定了绝对，反对科学真理的客观性和自然科学方法的唯一性。把科学与理性从神圣的宝座上拉下来了，取而代之的是一种弱理性或非理性的被认可。后现代主义要做的是集中探讨科学与其他文化的关系，试图把科学置于与其他文化现象如文学、神话、宗教平权的地位，把科学看成是一种亚文化的现象，受到外部整个大文化环境的影响。不再强调具有统一的科学方法与程序，从文化评判的角度来看待科学问题，探索知识背后的文化根源。但后现代主义科学哲学并没有解决相对主义的问题，同样也受到这方面的诟病。

在短短的近一百年时间里，科学哲学的两次转向就实现了从知识论向文化论的转移，对具体学科的发展乃至具体学科的教育教学影响是巨大的。作为科学哲学转向的关键人物之一，库恩就认为，把教科书上的知识当做不变的真理，把实验仅当做验证科学概念和原理的方法去教学生，容易使他们形成绝对化的科学知识观、错误的科学方法论和片面的科学发展观。[5]科学本质观对科学教育的影响是无可估量的，一旦认识错误，所造成的负面影响难以逆转。但在国内，科学哲学的演变对教育的影响没有得到应有的重视，尤其是对具体学科教学的影响。就以物理教学为例，在传统知识论统治下的物理教学应该是如何的？而在文化论科学哲学的影响下的物理教学又是怎样的？这样的问题无论是在物理教学的研究领域还是实践层面的教学领域都是被忽视的。

二、从科学哲学转向的视角审视当前的物理教学的困顿

1.物理教学仍然被传统的逻辑主义科学哲学所统治，教学目标偏传统

简单梳理西方英美物理教学的改革，从中可以看出科学哲学转向的影子。如美国20世纪中期强调科学教育要不断更新最新的科研成果，仍然是知识论导向；到上世纪80年代强调提高公民的科学素养，90年代就明确提出科学主义和人文主义并重。在这样大的国际背景下，国内的教育改革逐渐意识到科学教育改革的急迫。2001年教育部颁布了《全日制义务教育物理课程标准（实验稿）》（以下简称实验稿）将物理教学的目标分为三维——知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观，服从于《基础教育课程改革纲要（试行）》的课程目标规定。物理教学目标的转变是外力的、政策驱动所促使的，而非是基于科学本身的发展的要求，但不得不承认的某种程度上却迎合了这种需求。从实验稿的本身文本分析来看，物理教学更加强调与实际生活的联系，提出培养学生的观察能力、提出问题能力、分析问题能力等仍然可以看出是逻辑实证主义科学哲学的阴霾所笼罩着的，对当今社会发展所提出的挑战回应不够。美国的《面向全体美国人的科学》研究报告就明确提出要“培养学生对证据、逻辑和科学见解提出质疑的习惯，让学生懂得社会对科学技术发展的影响，也应该知道科学技术对社会的冲击”[6]。与后现代主义科学哲学否定科学的客观性，强调文化批判不谋而合。但国内的正式文本中却鲜有这样的后现代主义思维的体现。

在实践层面的物理教学中，教师很容易把目标限定在物理学的范围内，认为学生通过物理学习无非是要掌握一些物理概念和规律，更进一步的目的则是在掌握知识与技能的同时，初步形成观察能力、实验能力、思维能力与分析和解决问题的能力，两个层次的目标并不是顺势而就的，在第一层次目标的基础上，教师要引导学生去悟物理之理，悟世界之道，才有可能实现第二层次的目标，科学哲学思维联通了知识与技能之间的阻隔。但无论是规定层面的物理教学目标还是操作层面的，却往往被过多的框就在知识目标上，教学目标偏传统。物理教学中“物”“理”分离的现象普遍存在，学生死记概念、规律，不看物理现象，只会套用公式，不能运用“理”来分析物理现象。到最后学生所获得只是一堆陈年旧物，难以形成分析问题、解决问题的能力，难以形成成体系的知识系统，物理教学又如何能给予学生在当今复杂社会的立身之学？

2.物理教学中方法应用单一，仍然是传统逻辑主义科学方法为主

当前物理教学中使用的方法主要是观察法、实验法，尤其是物理实验占据重要的地位。但是一种理论优于实验的实验观，是为了验证某种结论或归纳得出某种理论。整个过程中观察法举足轻重，实验也被简化为了观察，这是逻辑经验主义的实验观。不可避免地有着一些缺点：会遇到归纳问题的挑战；比较重观察轻实验；无论是观察还是实验，最终都是为了理论。实验观的传统与方法应用的单一势必会影响学生物理学知识的学习，更为严重的是学生有可能会形成狭隘的科学观与科学态度。随着科学哲学的发展，实验观也在不断地变化，波普尔以“观察渗透着理论”否定了逻辑主义的“观察-理论”的二分，到后现代主义时期，发展起了新实验主义，“实验有自己的生命”的口号被提出，实验的地位被大大地提高，出现了实验的社会、文化的分析。遗憾的是，物理实验并没有随着实验观的发展而更新，甚至没有意识到科学哲学思潮的转向带来实验观的变化。

3.物理教学中HPS教学模式固定化倾向较明显，缺少教师队伍的支撑

HPS（history and philosophy of science）在1960普林斯顿大学和印第安纳大学作为一个项目首先被提出来，历史主义科学哲学对两者关系的讨论促使HPS的流行。科学史和科学哲学之间具有多重的交互关系，如库恩所说，科学史能够为科学哲学提出的主张提供证据支撑；汉森认为科学哲学能够为科学史上的一些争论和假说进行有效性的论证。但两者并非对称的关系，科学史就拒绝科学哲学认为科学是理性的、进步的观点。对两者关系的讨论也促使了HPS在具体学科教育教学领域的应用。通过梳理关于历史、哲学与科学教育研究手册，物理学科中集中在力学、光学、量子论、热力学、热现象，同时也囊括生物学、生态学、化学、数学等自然学科，分析歷史、哲学与科学对学科教学的贡献与影响。随着发展就形成了HPS教育。1997年，孟克与奥斯本提出了HPS教学模式，由演示现象并提出问题、引出观念、学习历史、设计实验、科学的观念与经验性检验、评论和评估六个环节组成。国内大多遵循这样的操作模式和程序，呈现出越来越僵化的趋势。作为国外的引进品，往往看重的是西方物理学的发展史，对于我国近代物理学的发展则关注不够。HPS所强调的是多个学科知识的联通与融合，而非片段、零碎的知识进入到某个学科教学中，因此对老师的素养和知识水平要求极高，需要教师掌握科学史、科学哲学乃至科学社会学相关知识和教学资源，并能够回应一些基本科学哲学问题，引导学生掌握科学的本质。但如若老师没有明白相应的课程内容与科学本质之间的联系，学生怎么可能去了解科学的本质。而我国的物理学教师明显的欠缺科学史、科学哲学以及物理学科方面的综合素养，教师队伍是HPS教学模式在物理教学中实行的最大障碍。

三、科学哲学思潮对物理教学中的困顿与修正

当前物理教学中，有论及科学方法教育在物理教学中渗入，也有物理学史、哲学思想融入物理教学中的。但物理教学应该走向何处？能够给予学生什么应对新世纪的挑战？以科学哲学思潮转向的视角来审视当今的物理教学，物理教学要走向开放性，随着科学哲学的转向，变革物理教学的培养目标、教学内容乃至教学方法，是当务之急。继续固守以知识为本位、固定的探究方法是一种“封建主义”，对当前物理教学作出科学哲学式的反思迫在眉睫。

1.增加物理教学变革中科学哲学思潮转向的推动力

从上文的分析来看，当前的物理教学改革主要是一种外力的、政策驱动式的，方向以课程改革纲要为准绳，而科学本身发展的内在需求不足，推动力不够。科学哲学乃至物理学的发展与物理教学呈现隔绝的状态，物理教学的更新远远落后于科学哲学的发展与演变。要改变这样堪忧的局面，首先在于增加物理教学变革中科学哲学思潮的推动力，这种推动力根植于不同思潮之间的转换。

首先，关系意识，并付诸实践。科学哲学经历两次转向，每一次转向都带来了科学本质观、科学研究方法的变化，这两者极大地影响着学科教育。从西方国家物理教学的演变来看，从强调科学知识到注重科学探究，再到注重对科学的反思和批判，对应了科学哲学的发展历程，这并不是一种无意的巧合。物理教学中三维目标的实现需要科学哲学的支撑。这样的哲学基础能够连接物理教学中的理论和实践，并能为学生提供方法论意义上的追寻。意识到科学哲学与物理教学之间内在的以及意义上的关联，并付诸实践，通过科学哲学的教育意义的应用研究来弥补科学哲学与物理教学之间的隔阂。

其次，积极回应，借鉴国外经验。正视与回应科学哲学的发展对物理教学提出变革的需求，时时更新物理学研究领域的重大问题。上世纪60年代美国就提出课程内容的现代化，将热力学、核力学、放射性同位素、量子论、航空空间科学纳入到新版的物理学教材中。知识的不断更新赋予学生这样的意识：科学知识并非绝对客观的，而是以不同的“范式”在发展的。

2.培养学生以批判反思能力和创新能力为核心的科学素养

后现代主义的结构是釜底抽薪式的，“没有一种话语有前后一贯的意义；不存在普遍逻辑和客观真理的科学，剩下的知识语言游戏在权力关系网中自由游荡”。后现代主义科学哲学消解了科学的绝对标准，很难再用“真理、理性、合理性、客观性”之类的词去形容科学，而用“一致性”的概念替换了“客观性”。如罗蒂的阐述“用非强制的一致观念来代替客观性的观念，将使社会科学家和人文主义者不再认为有某个值得追求的叫做‘科学状态的东西”[6]，彻底地颠覆了逻辑主义的科学观，科学家必须承认自己的无知。学生在物理课堂上所学的物理知识并非是绝对真理的化身，以传统知识为本位的教学远远落后于时代的发展。比之于理解掌握知识，对证据、逻辑和科学见解提出质疑更为重要。在如此浩瀚的科学知识体系中，学生要能够判断和决策，“能有效的分析和评估证据、争论、声明和信念；分析和评估各种不同的观点”，因为没有一种观点是绝对的客观的，“要善于综合及能在信息和争论之间建立联系；解释信息并依据最佳分析得出结论”[7]。因此，物理教学的目标不能仅仅停留在学生对自然界保持好奇心，养成事实求是之类的科学态度层面，要上升到培养学生的批判反思能力乃至创新能力为核心的科学素养。

后现代主义科学哲学对传统的科学本质观的否定带来的另一个后果是，人类对科学与社会、与人类本身发展的重新反思。科学危机是人类在新世纪面临的重大危机，不断地在科学代价和科学带来的进步之间去权衡，尤其是在出现生态危机和环境破坏之后，科学并不总是一个正向的词。后现代主义科学哲学赋予了科学素养更广泛的内涵，还包括与环境素养相连，包括对科学与社会、环境、人类关系的重新反思和认识。

3.物理教学方法和教学模式的多元化

三种科学哲学思潮强调不同的方法，逻辑主义强调观察法、假说-证实法或假说-证伪法，历史主义强调历史分析法，后现代主义则突出文化批判和对固定方法程序的排斥。物理教学仍然以科学探究活动为主，一般可以遵循提出问题，猜想与假设，制定计划与设计实验，进行实验与收集证据，分析与论证，评估，交流与合作这样的模式进行探究活动设计，另外可以针对相应的主题，在中间环节可以借鉴科学哲学的分析方法，如“逻辑-经验主义的分析、语义学的分析以及實用主义的分析”[5]，也可以通过文化批评加入人文化的元素和反思。物理教学方法要克服传统自然科学研究方法的垄断，走向与人文学科研究方法综合应用的趋势。另外更新物理教学中的实验观，提升其在教学中的地位。

就物理教学模式来说，要防止某一种教学模式的垄断，如HPS教学模式的引入，可以是孟克和奥斯本提出的历史-探究模式，或是自然观察-思维探究模式。同时也可以与其他模式相互补充如SSK模式（科学知识社会学）、自然主义认识论等。

参考文献

[1] 郝京华.当代国际中小学科学教育发展的趋势及其启示[J].小学自然科学，2000（Z2）.

[2] 王晶莹，张跃.基于建模机制的中学物理翻转课堂教学效果研究[J].电化教育研究，2016（9）.

[3] 洪晓楠，赵仕英.百年西方科学哲学研究的主要问题[J].大连理工大学学报：社会科学版，2001（1）.

[4] 林钦，陈峰，宋静.关于核心素养导向的中学物理教学的思考[J].课程.教材.教法.2015（12）.

[5] 王巍.科学哲学问题研究（第二版）[M].北京：清华大学出版社，2004.

[6] 蔡其勇.科学哲学的文化转向及其对科学教育的影响[J].教育研究，2008（6）.

[7] 郑钢.初中物理教学如何帮助学生走出“想当然”[J].教学与管理，2007（1）.

[作者：牟兰娟（1971-），女，贵州铜仁人，铜仁幼儿师范高等专科学校副教授。]

【责任编辑 刘永庆】