以重演的方式实现科学史教育价值

叶宝生 曹温庆 徐燕

摘要科学作为人类的一种特殊的实践活动，既强调哲学家传统，也强调工匠传统，也就是既强调思辨的思维活动，也强调以观察实验为主的实践活动。而科学史是以文本（文字和图片）的方式呈现在教材中或用讲故事的方式出现在教学中。将科学史引入科学教学，会出现阅读史料和讲解历史的情形。这样，科学史料的学习和观察实验学习，在教学实践中会产生教学方式选择困难——“讲”科学还是“做”科学。本文以哲学重演律为基础，探讨以重演的方式，“做”科学史和“用”科学史，将科学史融入科学教学中，既发挥科学史的科学教育意义，又可以让学生体验科学探索过程。

关键词 科学史 重演 科学实践

中图分类号：G424文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.05.027

Realizing the Educational Value of the History of Science by Repeating

YE Baosheng， CAO Wenqing， XU Yan

（Elementary Education College of Capital Normal University， Beijing 100048）

Abstract： As a special practical activity of human beings， science emphasizes not only the tradition of phi？ losophers， but also the tradition of craftsmen， that is， it emphasizes not only the speculative thinking activity， but also the practical activity based on observation and experiment. The history of science is presented in text？ books in the form of text （words and pictures） or in teaching in the form of storytelling. If the history of sci？ ence is introduced into science teaching， there will be situations of reading historical materials and explaining history. In this way， the study of scientific historical materials and observation experiments will lead to difficul？ ties in the choice of teaching methods in teaching practice - "speaking" science or "doing" science. Based on the law of philosophical repetition， this paper discusses how to "do" and "use" the history of science by means of repetition， and how to integrate the history of science into the teaching of science. It can not only give play to the significance of science education in the history of science， but also enable students to experience the pro？ cess of scientific exploration.

Keywords： the history of science； repeat； scientific practice

對于科学史引入科学教育的意义和价值，科学教育工作者早已形成共识。袁维新先生总结出如下四点：理解科学本质、理解科学过程、培养人文精神和培养批判精神。吴国盛先生在《科学的历程》中开宗明义地指出：科学史有助于理科教学；科学史有助于理解科学的批评性和统一性；科学史有助于理解科学的社会角色和人文意义。这些学者不但指出了科学史的科学教育内涵，而且指出了科学史在科学教育中的重要作用。将科学史引入科学教学成为科学教育的一种重要选择。

科学作为人类的一种特殊的实践活动，既强调哲学家传统，也强调工匠传统，也就是既强调思辨的思维活动，也强调以观察实验为主的实践活动。而科学史是以文本（文字和图片）的方式呈现在教材中或用讲故事的方式出现在教学中。将科学史引入科学教学，会出现阅读史料和讲解历史的情形。这样，科学史料的学习和观察实验学习，在教学实践中会产生教学方式选择困难——“讲”科学还是“做”科学。如何将科学史融入科学教学中，既发挥科学史的科学教育意义，又可以让学生体验科学探索过程？本文以哲学重演律为基础，探讨以重演的方式，“做”科学史和“用”科学史，解决科学史融入科学教学所面临的问题。

科学学习的重演律特征

重演律最早是赫克尔提出的，即“个体发育是系统发育的简短而迅速的重演”，也称为生物发生律。后演化发展为哲学重演律，包括三个推论：第一重演律又称胚胎发育重演律，即高等生物在胚胎阶段的发育过程，重演生物进化史；第二重演律又称个体发育重演律，即个体一生的发育重演群体发展的历史；第三重演律又称思维发展重演律，即一个人思维概念的发展、思想情感的发展成熟过程，重演整个人类的认识历史。

重演，就是简要重复发展过程的关键成功点，这样，重演就使发展过程大大缩短。人个体的思维发展，重演人类的思维发展史。可以推论，个人对世界认识的发展，重演人类的认识历史。科学是人类对自然世界的认识，是人类整体认识的组成部分。又可以推论，个人科学认识过程，重演人类科学认识过程。现在强调科学学习的过程性，就是视科学学习过程为科学认识过程。这样，学生以重演的方式进行科学学习，就是一种自然的选择。也就是说，学生的科学学习具有重演律特征。

人类科学认识过程，包括科学实践、理论思维、探索精神以及科学家个人的情感态度。科学史中记载科学家群体丰富的科学思想、巧妙的实验设计、坚韧的探索精神、个人的科学信仰和对世界与人类的关怀等。如何在教学中重演科学史呢？首先，根据所传授的科学内容，考虑“做”科学史，就是在课堂上或实验室，创设类似科学家面临的问题情境，重复相关内容的经典实验，理解科学结论是怎样获得的。其次是“用”科学史。因为课堂教学（包括实验室）不是实际的科学研究，很多实验无法重复。这时，將可重复的实验和科学家历史上的实验结合使用，理解科学认识过程。最后，是针对“做科学史”和“用科学史”，引出对应科学家的探索故事，体现科学认识过程中人的信仰、精神、态度和思维，将“讲故事”和“做”科学结合在一起。

总体来看，以“做”科学史的方式，隐性地重演科学史；以“用”科学史方式，隐性与显性相结合地重演科学史；以“讲故事”的方式，显性地重演科学史。以此为指导，寻找将科学史融合到科学教学中的实践路径。

在科学教学中重演科学史的路径

1.以“做”的方式重演科学史，突出科学的实践性

“电”已经是我们熟悉的科学概念，但是“电现象”的发现，起源于摩擦起电。物体经过摩擦可以吸引其他轻小的物体，这种现象区别于磁作用现象和重力作用现象，称为电现象。电现象又区分为“琥珀电”和“玻璃电”两类，这两类相互吸引，各自同类却相互排斥，后来区分为“正电”和“负电”。在教学中，提供给学生橡胶棒、有机玻璃棒、丝绸、皮毛，体会这种静电现象——用丝绸摩擦有机玻璃棒，用皮毛摩擦橡胶棒，都可以吸引像纸屑这样的轻小物体；体会两种电性及其相互作用——带电的玻璃棒（带电的橡胶棒）之间相互排斥，带电的玻璃棒、带电的橡胶棒之间相互吸引，这就是以“做”的方式重演科学史。再结合杜菲、富兰克林进行电现象探索的历史故事，能让学生在“做”科学的基础上，理解人类探索电现象的旨趣和进取精神。

2.遵从科学认识逻辑，突出科学的历史探究性

几乎所有小学生都知道，地球是球体，但人类认识到地球是球状的，却经历了漫长的过程。从“天圆地方”到观看海面船只的桅杆先看到顶端后看到整体，亚里士多德看到月食的边缘总是圆弧状，哥伦布环球旅行，得到地球是球体的推断。当人类发射卫星和空间探测器，跳出地球看地球，则证实了地球是球体。在教学中，教师引导学生认识到我们脚踩大地、头顶着天，大地一望无垠，天包围着我们，很容易得到“天圆地方”的认识。但如果大地是“方”的，它的边缘在何处？人们没有发现大地边缘，则对“地方”产生疑问。若叠一只小纸船，船上粘一根直立小棍，从篮球的一端向另一端移动，对面观察者先看到小棍，后看到船身。再结合科学史观看大海上“船的桅杆”的故事，通过类比的方式得出海面（地面）应该是弧面。教师提供学生圆锥体、圆柱体、球，用手电筒从不同方向照射，会看到只有球在任何方向上的投影都是圆形的。再呈现月食的照片，月食是地球遮挡阳光在月球上的投影，这些投影（阴影）边缘总是弧形的，还是通过类比得到判断，地球是球体。如果地球是球体，那么从一点出发向一个方向行走，就一定能回到出发点。这就是历史上哥伦布的环球探险。当人类跳出地球束缚，再看地球，则清晰地看到蔚蓝色的星球。这个教学过程，就是将科学的认识逻辑或说科学认识过程与科学史结合起来，让学生充分体验人类的科学探索过程。

3.将科学史资料与科学活动相结合，深化对科学性质的理解

伽利略在教堂做礼拜时，看到吊灯在风的作用下摆动，但不管摆动幅度大还是小，摆动一次的时间总是相等的，从而发现“摆”的等时性。后来惠更斯用一个重锤的重力作为驱动力，经多个齿轮的传动向单摆施加周期性的、瞬时冲力，制作出第一台“有摆落地大座钟”。告别了沙漏、水钟等弱周期计时，开启了精确计时时代。正是科学发现导致技术发明，科学认识通过技术实现成为在现实世界应用的工具。教学中，通过讲述伽利略发现“摆”等时性的故事，激发学生的探究欲望。教师再准备实验器材，利用铁架台、丝线、摆锤制成“摆”，让学生测量在不同摆角、不同摆锤质量、不同摆长情况下的摆动周期。知道了当一个“摆”做好后，其摆动周期是确定的，调节摆长又可以调节摆动周期。最关键的是利用所制成的“摆”测量时间间隔，体会“摆”作为技术产品的功能。如测一段音乐的播放时间，体会“摆”等时性的应用。理解科学对技术发展的作用，即科学是对自然规律的认识，通过技术成为实用工具或设备。

4.以科学史资料为证据，深化科学认识活动

学习人体的“血液循环系统”时，充分利用科学史资料，加深学生的认识。人类由流血、出血，早就认识到血液的存在。许多国家的古文化都相信，青春、胆量、阳刚之气和性格等均可通过血液传递，科学家和哲学家都把血液看成是力量的源泉。直到解剖学的建立和发展，以哈维为代表的科学家发现心脏结构与血液流动的关系。与心脏连接的大血管，结扎某根，会发现有的是结扎点上端隆起、心脏膨胀，有的是下端隆起、心脏瘪小，说明有的是流入心脏的，有的是流出心脏的。初步提出血液流动是循环的。同时发现与肺连通的血管血液流入心脏和从心脏流入肺，提出血液的肺循环（小循环），且流入的颜色暗一些，流出肺的血液颜色更鲜红，提出静脉血管和动脉血管观点。另外大血管中血液也有流入和流出，且也区分为动脉血管和静脉血管。但是如何构成循环的？直到显微镜发明后，发现毛细血管是在肺、肾、大脑皮层、植物输导组织系统和无脊椎动物中广泛分布的微细结构。特别是研究人和哺乳动物红细胞的移动，证明毛细血管连接了动脉和静脉，建立了血液循环理论。这时，对应肺循环，建立了体循环（大循环）。可以看到，对血液循环的认识是一个艰苦的、复杂的探索过程，特别是涉及解剖学，在课堂教学中肯定是不可重复的。这时我们要充分利用科学史料，体会科学探索的艰难和困苦，理解人类的批判质疑和探究的勇气。在探究科学史学习的基础上，学生可以体会心脏（脉搏）的跳动，理解心脏作为推动血液循环的“泵”的功能。同时要结合“呼吸系统”的学习，理解肺部毛细血管进行着氧气和二氧化碳的交换；结合“消化系统”学习，理解小肠绒毛将食物营养送入毛细血管；正是毛细血管将氧气和营养输送到人体全身的组织和细胞，进行物质和能量的新陈代谢。心脏的“泵”动力功能和毛细血管的网状结构功能，协调作用，保证人体正常的生理活动。学生深入认识到有机体各个组成部分互为存在条件，由各自结构，实现各自的功能，达到有机体生长发育存活的目的。

总的来看，以人类的科学认识过程为依据，以“做”的方式重演科学史，将科学史料与科学活动相结合，使科学史料成为科学认识的证据，据此解决科学实践和学习科学史之间的矛盾，达到有效发挥科学史教育价值的目的。