为小学科学教育融入科学史与科学哲学教育

周荣庭

科学史、科学哲学和科学社会学为科学教育提供了非常重要的资源，不仅有助于学生增进科学知识，树立科学观念，培养科学判断能力，理解科学本质和科学研究方法，还是沟通科学与人文文化，提高学生科学兴趣，提升学生综合文化素养的有效手段。小学科学教育中应当融入科学史、科学哲学和科学社会学教育。

科学和科学方法有它的优点，同时也有局限性。在后现代语境下，尤其是工业社会充分发展以后，人们对科学本质的认识发生了转变，传统教育也随之遭遇危机。这是因为传统的教育认为科学总是能够帮助人们解决问题，创造新的生活环境理念。所以，从20世纪90年代开始，一种新的科学教育范式应运而生，即科学史、科学哲学和科学社会学相结合的教育（简称“HPS教育”）。

科学史研究科学和科学知识的发展史，包括自然科学和社会科学的历史。例如，燃素等科学概念的产生与抛弃，地心说等科学假说的证实与证伪，原子结构模型等科学理论的演化，都属于科学史的研究范畴。把科学史和科学课结合起来，学生可以了解到众多的“科学故事”，如体会科学概念的产生和抛弃、科学假说的对立与真伪、结构模型的设定与演绎。又如，早在原始社会人们就开始有了关于自然界的知识，获得了制造工具、人工取火、编织衣物、交通工具和饲养家畜等12件技术发明。这些科学历史是教师需要充分了解的，然后将其有机地结合进小学科学课程中，使学生产生不同的新认识。

科学哲学是对科学本性的理性分析，是对科学概念、科学话语的哲学思辨，例如科学对人类发展的影响利弊。我们看西方的哲学史，就相当于看西方的科学史和宗教史的变化，从中可以看出人们对科学知识的构建，例如个人教育背景与科学成就之间的关系。

科学社会学主要讨论科学处在社会大系统中，社会因素在科学发展过程中的地位和作用。从广义上讲，科学社会学关注社会因素，诸如政治、经济、文化、信仰、宗教、个人情感等在科学发展过程中的地位和作用。这样科学社会学还关注在一定背景中建立起来的科学，以及科学与社会的互动，如三角函数和航海活动之间的互动。

科学素养在当今的教育中占据非常重要的地位，提高公民的科学素养具有重要的意义，小学课程必须考虑到让公民改善生活质量，增强参与社会和经济发展的能力，提升参与建设创新型国家的能力，进而实现社会全面、协调、可持续的发展。学生不仅要进行知识的学习，还要开展科学探究。《小学科学课程标准》中提出科学素养是指“了解必要的科学技术知识及其对社会与个人的影响，知道基本的科学方法，认识科学本质，树立科学思想，崇尚科学精神，并具备一定的运用它们处理实际问题、参与公共事务的能力”。

因此，认识科学历史、了解科学哲学是提升学生科学素养所需，也是科学教育的重要环节。小学科学课标在科学态度总目标中明确要求学生要有好奇心，保持质疑精神和批判精神，还要学会与他人合作;在科学、技术、社会与环境总目标中又提出，学生要“初步了解所学的科学知识在日常生活中的应用。初步了解人类活动对自然环境、生活条件及社会变迁的影响;了解社会需求是推动科学技术发展的动力;了解科学技术已成为社会与经济发展的重要推动力量。初步了解在科学技术的研究与应用中，需要考虑伦理和道德的价值取向;热爱自然，珍爱生命，具有保护环境的意识和社会责任感”。这里所讲的内容与科学史、科学哲学与科学社会学教育的内容是一致且相合的，是可以对应起来的。课标中的科学态度（探究兴趣、实事求是、追求创新、合作分享）对应科学哲学;科学、技术、社会与环境（科学技术与日常生活的联系、科学技术与社会发展的联系、人类与自然和谐相处）对应科学社会学;科学史中的历史科学故事可以作为教育的载体。因此我们应该详细探讨小学科学教育与科学史、科学哲学和科学社会学教育的结合。

在小学科学教育中开展科学史、科学哲学和科学社会学教育

讲科学故事是将二者结合的良好策略

如何把科学内容讲好，使小学科学教育和科学史，科学哲学、科学社会学教育二者更好地结合？讲故事就是一个非常好的策略。把科学内容当成故事讲，让学生觉得这是他们生活当中必不可少的一个资源，在生活中学习体会科学历史和科学哲学。

科学故事实际上应该是一个中性的概念，是人围绕科学所展开的活动。故事的要素有人物、活动和背景。故事可以发生在不同的历史空间（如历史上的或者当下的），也可以是不同的故事主体（如科学家的或学生个人的）。教师可以直接讲述历史科学故事，针对某个理论妥善选择科学史上科学家的思考、研究动机及出现的谬误，也可以通过历史对话呈现不同时代的科学家对同一自然现象的不同观点。当然，还可以把一些化学家作品和精美的仪器展现出来，结合这些生动的形象把故事策划好。

一个典型的科学史故事案例就是原子结构模型的发现。作为老师的汤姆孙首先提出原子模型应该是枣糕模型，可是他的学生卢瑟福却说： “老师，我觉得不是枣糕！”经过一番研究，1911年卢瑟福提出了行星原子模型。但是这个模型仍有不足之处，后来历史重演，卢瑟福的学生玻尔说：“老师，枣糕和行星都不对！”1913年，玻尔提出了玻尔原子模型。

从这个科学历史故事当中，学生可以了解到科学知识是如何一步一步构建的，科学技术如何与社会发展互动，引发学生对科学本质的思考，培养学生基于证据和推理发表自己见解的意识，使学生养成乐于倾听不同的意见、不迷信权威、实事求是、勇于修正与完善自己观点的好习惯。从这个科学历史故事当中，学生还可以体会到一种科学哲学观点——吾爱吾师，吾更爱真理。学生在了解这些科学历史故事后，可以根据兴趣选择探究，进行科学实验的证实或证伪，如此课标中的科学态度总目标就与科学史、科学哲学和科学社会学教育结合起来，一起融入史料和学生的探究活动中。

探究式教学模式

科学史、科学哲学和科学社会学的教学模式遵循演示现象引出观念学习历史设计实验呈现科学观点和检验总结评价的过程，具有有机融合、问题探究、主动构建、基于情景的特点。它将历史的、哲学的和社会的要素融入教学过程当中，促使学生思考在当时的条件下科学家们为什么会得出这样的认知，同时允许对实验有不同的解释，最后结合现代的科学观点及其社会影响，使学生产生整体的认识。

比如电解定律，科学家们对它的认识发生过很大的变化。达拉第提出电解定律“只有当电流通过电解质溶液时，电解质才发生分解”，拉乌尔通过实验发现“测定凝固点的水溶液并未通过电流，但盐分子依旧离解了”，阿伦尼乌斯指出“电解质分子在溶液中离解成正负离子，不是因为通电”，今天主流观点是完善的水化理论。根据这一科学历史，学生可以以问题为导向进行探究学习。水溶液中是否存在离子？电离过程是否需要通电？学生可以选择不同的观点进行实验检验，最后使自己的科学故事与科学家的历史故事得以携手。教师也可以通过不同的方式呈现这些科学历史故事。

新媒体技术使学习科学有趣起来

随着技术手段的多样化和进步，一些科学故事用新媒体手段可以更好地展现出来。中国科学技术大学新媒体研究院在这方面作了很多尝试。例如：科普绘本《消失的世界》借助增强现实技术将一些已经从地球上消失的生物在屏幕上复活，展现在孩子们眼前，孩子们可以和书中的古生物一起玩耍、合影; “天工百炼”APP把中国古籍《天空开物））中非常复杂的技术，通过精彩的画面展现出来，使古籍在新技术环境中重获新生，同时学生通过移动APP的交互技术更容易理解古人的智慧; “美丽化学”网站采用3D建模与渲染技术将古籍上记载的平面图像精美还原，用一种吸引人的方式将波义耳、普利斯特里、拉瓦锡等12位著名化学家的15套重要化学反应装置的美丽和神奇，通过数字技术和媒体传递给大众。

（本文根据作者在2018中国青少年科技辅导员协会年会“科技教育的新視野”分论坛上的演讲整理 文字整理：秦丽雪）