学科文化理论视域下的HPS教育

易娜伊 郭桂周

摘   要 自20世纪80年代以来，HPS教育（科学史、科学哲学和科学社会学教育）成为理科教育的重要研究领域与教学方式。本世纪初，耶路撒冷大学的伊戈尔·伽利利教授提出了学科文化理论，该理论一方面从文化的视角重新阐释科学，提出了新的科学结构及其发展观，另一方面为HPS教育的展开提供了坚实的理论基础，为HPS课程的开发指明了方向。

关键词 学科文化理论  HPS教育  科学革命  理论基础

一、学科文化理论提出的背景

自20世纪中叶C.P.斯诺发表《两种文化》以来，科学与人文之间的隔离与冲突成为全球范围内亟待解决的重要课题。为了从理论上弥合科学与人文，诸多学者从科学的人文性的角度对这个问题展开了探索，提出了“科学文化”这一概念，科学文化主要包含两种取向：一种取向主张从整个人类文化的背景中考察科学文化，认为科学本身就是一种文化，或者说科学在其发展的过程中逐渐成为人类的一种文化[1];另一种取向认为，科学文化是支撑科学研究与发展的文化基础，即科学自身内在的、固有的文化属性，也就是科学的文化（culture of science）[2]。而伊戈尔·伽利利（Igal Galili）则从科学学科知识结构的角度对科学的文化属性进行了阐释与建构。

每一门基础科学（例如物理、化学和生命科学等）不仅试图描绘整个世界，在某种程度上他们也创造了属于自身的虚拟世界。科学的虚拟世界，即科学的精神气质、科学价值、科学本质以及自身规则等。面对客观的自然世界，科学家们通过接纳某一理论而拒斥其他理论，从而使某些理论、观点属于某一个学科（disciplinary），其他理论、观点被拒斥于这门学科之外或者处于这一学科的边缘地带。但是如何区分学科知识与非该学科知识呢？伽利利认为，学科的话语结构（structure of discourse）也就是该学科的话语的层级及其内在有机联系的方式构成了某一学科区别于其他学科的标志[3]。

伽利利认为，科学知识具有如下特征：呈现了一种话语结构;解释自然，而不是仅仅描述自然;通过特定规则选择初来的争取的理论;由几个基础理论组成;有其自身的伦理、规范、价值和精神。因此他认为每一类科学知识都呈现了一种文化，也就是学科文化（Discipline Culture）[4]。由此，伽利利提出了他的学科文化理论。

二、学科文化理论的主要内容

1.学科文化的内在结构

伽利利认为，每一个科学学科都有一个类似于生物学细胞的结构（见图1），它由三部分构成：

（1）内核（nucleus）。内核定义了学科文化的本质（identity），并且包含了自我再生产的规则。内核包括特定理论的范式、理论的核心概念与基本原理、本体论（比如理想的模型）与认识论（比如知识生产和确证的规则）[5]。

（2）主体（body）。与内核相一致的理论、主张构成了学科知识的主体，因此主体包括所有常规科学知識，这些知识都是建立在内核的基础上，是对内核的应用：已解决问题、成功解释的现象、面对不同情境的算法、实验的结果以及建立在这些理论基础上的实验仪器等[6]。主干与内核共同构成了一般意义上的学科知识。

（3）外缘（periphery）。外缘的内容非常多，可能来自于过去（历史上的观点）、现在（科学家及学习者迷思概念中的可供选择的思想）和未来（那些会在将来超越内核主张的理论）[6]。它包括与内核的基本原则冲突的知识、观念，可供选择的解释，可供选择的认识论，还有那些应用现有理论不能解释的问题和现象。这些内容对于内核的基本主张带来了挑战，同时也为内核发展与重建提供了契机与动力[5]。

2.不同学科文化的关系

不同的科学学科文化的区别在于内核存在本质差异，但是不同学科或者理论之间也可能存在交叉，这种交叉一般出现在主体或者外缘部分（见图2），如在经典力学与相对论力学的核心思想内核不同或者说这两种文化不可通约，但是在某种条件下（宏观低速）它们也存在一定程度的交叉。而量子力学也可以通过限定量子数转化为宏观经典力学。

同时，科学学科（例如物理学）并非单一学科文化或者说学科亚领域组成，而是由多个学科文化构成的（包括力学、热学、电磁学、光学等），这些学科文化之间的关系非常复杂，它们之间具有某种家族相似性（family similarity）并且它们之间彼此是互补的。科学学科的内部结构并非静态的，而是在不同学科文化之间持续发生着对话（见图3）。例如经典力学与热力学有着不同的理论假设、理论体系与应用范畴，但是它们通过统计力学联系到一起。

3.学科文化理论对科学革命的解释

伽利利指出，表面上看来，每一次科学革命都相当于符号革命：诞生新的概念，同时赋予旧的概念以新的含义，最终导致一个新的理论代替了原有旧的理论。但是，从学科文化理论的角度来看，当科学理论遇到与之不一致的理论或者观点的时候，它并不是完全拒斥它，而是将它置于边缘的位置。当发生科学革命时，某种处于边缘的理论或者观点成为内核，而原来处于内核位置的理论观点则成为科学学科文化的外缘。因此，科学革命的过程并不是一种新的理论出现的过程，而是其整个学科结构重构的过程。

科学发展史是极其复杂的，不断产生新的发现，产生新的解释，科学发展并不像我们所认识的那样一种正确的观点出现颠覆了原来错误的观点，而往往是具有颠覆性的观点早已经存在于学科文化内部。例如，在近代物理学史上，伽利略首先提出了力是物体运动状态改变的原因，成为牛顿第一运动定律的发端;但实际上，类似观点早在公元6世纪就已经存在，亚历山大城的约翰·菲洛普纳斯在对亚里士多德的《物理学》评注时就认为，介质与其说是运动的推动者，不如说是运动的阻碍者[7]。但是他的观点并未被认可，因为在当时来说既缺乏足够的证据也缺乏相关理论的支撑，从而长期处于学科文化的外缘地带。但是到了十七世纪，经过伽利略、牛顿等同时代诸多物理学家的努力，牛顿第一定律显示出了更强的解释能力，从而使牛顿第一定律走向中心，成为内核，而原来处于中心位置的亚里士多德理论并没有消失，而是成为牛顿运动定律这一学科文化的外缘。从学科文化理论的角度来看，科学革命的过程实际上是两种不同的学科文化持续对话并最终导致学科的结构重构的过程。新的学科文化更有解释力和预见性。

三、HPS教育的学科文化阐释

1.科学史教育价值的学科文化阐释

根据学科文化理论，伽利利将科学史内容分为两种知识类型，分别是“知识类型I”和“知识类型II”（见图4），知识类型I包括学科文化的内核和主干，而知识类型II指的是学科文化的外缘。知识类型I非常重要并且非常丰富，但是很容易被等同为经典的、已经被证明为正确的科学学科知识，因此许多理科教科书呈现了脱离历史情境的概念、原理与机械工具，这种科学知识呈现方式固然使教科书呈现的学科知识几乎很少存在着知识性错误，但是却缺乏趣味性。伽利利指出，从教学的效果来看，知识类型I并非是学习学科知识最根本的内容。知识类型II中的知识类型往往被认为是错误的甚至可能导致学习者的认知混乱，将这些内容引入课堂被认为是为学生人为制造学习障碍。伽利利对于以上问题进行了回应，他指出：

（1）科学知识具有争议性是科学知识的根本特征。将历史上的争论引入理科课堂教学能够将静态的、教条性的知识灌输转变为动态的知识选择过程，为我们提供了一个合适且真实的科学形象。

（2）不同思想间的争论使科学更富有吸引力。科学争论的过程是科学自我修正、比较分析与公平竞争的过程，相当多的青少年对于这样鲜活的科学更感兴趣，他们作为初学者可以参与其中，而不仅仅是消费者和知识传播的终点。

（3）错误概念与学生的前概念具有相似之处，解释错误概念被替代的过程有利于转变学生错误的或者说朴素的前概念。

（4）人的学习非常复杂，不同于电脑下载程序，它实际上在多种可能中通过对比、认知建构与重构。知识类型II呈现了原有理论的重要观念，尽管这些既有理论被证明是错误的，如亚里士多德关于运动的观念、布里丹的冲力理论，这些观念、理论来源于经典力学的外缘，为学习者创设了合适的学习空间。

这样，伽利利就从学科文化理论的角度确证了科学史在科学教育中的教育价值，从而为应用科学史进行科学教学提供了理论基础。

2.科学哲学教育意义的学科文化解读

科学哲学注重从哲学的角度对科学进行考察，包括科学活动与科学理论。科学哲学为科学理论提供了哲学解释与概念意义。科学课程都是基于对科学的理解组织的（见图5），因此科学哲学决定了科学课程的内容并提供了某种特定的科学世界观。从学科文化理论的视角来看，科学哲学决定了某种学科文化内核的基本要素，阐述了它的本体论与认识论基础，因此科学哲学决定了科学文化的内核。如17世纪的科学革命之前，许多科学家或者说哲学家认为只有相互接触的物体才能产生力的相互作用，但是牛顿的万有引力作用原理（包括之前的开普勒行星运动三大定律）引入了力的远距离相互作用，从而将笛卡尔的接触相互作用置于外缘的位置。同时，这两种本体论之间的张力导致激进的概念转变：“场”的概念的提出。

科学哲学不再是传统意义上外在于科学的，而是成为科学文化内在的一部分，并且是非常核心的一部分。由于科学是历史发展的，科学学科文化本身也随之发展变化，科学学科文化的变化本质上在于内核的变更，而内核的变更从本质上是科学哲学的变迁，这样就将科学哲学与科学史联系起来。学科文化理论不仅确立了科学哲学在科学文化中的重要地位，同时将科学史与科学哲学联系起来。

这样，学科文化理论为基于科学史与科学哲学的科学教育即HPS教育提供了坚实的理论基础，为HPS 教育的展开提供了必要条件。

参考文献

[1] 刘大椿.科学文化与文化科学[J].自然辩证法通讯，2012（06）.

[2] 李醒民.论科学文化及其特性[J].科学文化评论，2007（04）.

[3] Michael Tseitin，Igla Galili.Physics Teaching in the Search for Its Self：From Physics as a Discipline to Physics as a Discipline-Culture[J].Science & Education，2005，14.

[4] Igal Galili.Cultural Content Knowledge - The Case of Physics Education[J].International Journal of Innovation in Science and Mathematics Education，2012，20（02）.

[5] 薛永红，王洪鹏.欧盟HIPST科普研究计划及其“学科文化”理论概览[J].科普研究，2014（02）.

[6] Igal Galili.Cultural Content Knowledge-The Case of Physics Education[J].International Journal of Innovation in Science and Mathematics Education，2012，20（02）.

[7] 郭桂周，于海波.“牛頓第一定律”物理学史辨[J].物理教师，2012（11）.

[作者：易娜伊（1985-），女，湖南湘潭人，湘潭大学外国语学院讲师，博士;郭桂周（1982-），男，河北沧州人，湖南师范大学物理与电子科学学院讲师，博士。]

【责任编辑    孙晓雯】