科学本质在物理教科书科学史部分的呈现与启示

李婷婷 刘茂军

摘 要：科学本质作为国内外教育研究领域的核心理念，将提高学生对科学本质的理解程度作为发展其科学素养的重要基础.从科学知识、科学探究和科学事业三个维度出发，通过对2019年人教版高中物理必修系列教科书科学史部分的统计和特点分析，发现教科书科学史部分出现科学本质部分维度的缺失、分布不均衡且以隐性方式呈现的特点.基于此，建议在编写教科书时应注重教科书中科学本质的合理编排，增加对科学本质的体现.其次，教师要提高自身对科学本质观的理解，不断学习，并注重在教学过程中向学生渗透科学本质的内涵.

关键词：科学本质;科学史;高中物理

中图分类号：G633.7 文献标识码：B 文章编号：1008-4134（2021）03-0021-03

基金项目：2017年度吉林省基础教育教学研究重点课题“运用数字化传感器改进高中物理实验的实践研究”（项目编号：JLSJY2017Z014）.

作者简介：李婷婷（1994-），女，吉林公主岭人，硕士研究生，研究方向：物理学科教学.

通讯作者：刘茂军（1978-），男，辽宁东港人，博士，教授，硕士生导师，研究方向：中学物理实验、课程与教学论.

我国的《普通高中物理课程标准（2017年版）》提出高中物理核心素养分为“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”这四个方面[1].其中“科学态度与责任”中明确提出“在认识科学本质，理解科学·技术 ·社会·环境（STSE）的关系基础上逐渐形成的对科学和技术应有的正确态度以及责任感.“科学态度与责任”主要包括科学本质、科学态度、科学伦理、STSE等要素，这是科学本质首次明确出现在物理课程标准中，是历史性的进步[2].可见科学本质对于学生的重要性也日益明显.国外也十分重视科学本质的渗透，将HPS教育作为提升科学本质的主要途径.“HPS”（History Philosophy and Sociology of Science），中文译作“科学史、科学哲学与科学社会学”.HPS教育的内容主要来自科学教育领域，通过科学教育可以拓展学生思维，增强科学意识，培养学生的科学精神，从而有效地渗透学生的科学本质观.可见在国内外均将科学本质观作为教育领域的核心理念，提高科学本质观指日可待.

1 概念界定与分析框架

科学本质被定义为“科学的认识论，科学作为一种思考方式，科学知识价值的信念及科学的发展[3]”.由于科学本质的复杂性，对于科学本质的领悟，学者有不同的见解.即便如此，不同的学者对现代的科学本质仍可以达到共识.学者认为科学本质主要包括三部分：第一是科学知识，科学知识是有用的，可以帮助人们对于世界的理解，但不能解决所有问题;第二是科学探究，科学要求实事求是，科学探究的过程要求逻辑和想象相结合，注重探究过程，避免偏见;第三是科学事业，科学作为一种复杂的社会活动，它要求科学家在探究过程中既要遵循普遍准则，又要在参与公共事务时以公民的身份出现.本文以建构主义理论为指导，以刘健智对于科学本质的理解为基础，通过参考栗素姣和牛波等人对教科书的分析框架，建立了本研究的理论框架，内容见表1.

2 研究结果

2.1 科學知识层面的统计与特点分析

由于科学知识的局限性，我们需要不断地修正和改善，当新的现象、新的问题出现时，就需要在原来的基础上进行不断地改变和扩增.新人教版教科书特别指出了科学知识的暂时性，使学生认识到科学知识是永无止境的，人们绝对不可以宣称知识已经达到至善至美的程度，从而提高学生的科学本质观.

通过对人教版物理教科书中科学史对科学知识的体现次数统计，由表2可知，教科书科学史对科学知识的体现共28次.分册来看，科学知识的本质体现较好的是第三册，共13次，其比例占到教科书中总比例的46.4%，体现较差的是第二册，仅6次，占总比例的21.4%.从维度来看科学知识的本质体现较好的是认识性，占到39.3%，体现较差的是预见性，仅为7.1%.由定量分析的结果可见，教科书中科学史均对“认识性”“暂时性”和“累积性”体现的较好，对“预见性”体现较差，将不利于学生发挥创造思维.

2.2 科学探究层面的统计与特点分析

新版教科书在绪论部分就指出物理学科的本质，是研究物质及其运动规律的科学.实验奠定物理学的基础，是提高学生科学素养的主要途径.通过科学探究活动，学生能够经历与科学工作者相似的探究过程，学习物理知识与技能，体验探究的乐趣.从而培养学生实事求是的科学态度和敢于创新的科学精神.

由表3对教科书中科学探究呈现的统计可知，科学史部分对科学探究体现总共有29次.分册来看，科学探究的本质体现较好的是第二册，其比例占到教科书中总比例的37.9%.体现较差的是第一册，仅占总比例的27.6%.从分析维度来看，科学探究的本质体现较好的是方法多样性，占到20.7%，体现较差的是非客观性，仅为6.9%，其余的依次是逻辑推理性、质疑性、实证性和公开性.第三册教科书中对于各个维度体现的较为均匀，可见教科书中出现对科学本质的部分维度仍存在欠缺的情况.虽然教科书指导着教师的教学方向，但其缺少质疑性和方法多样性，就培养具有质疑性和多样性运用科学方法的人才来说缺少优势.

2.3 科学事业层面的统计与特点分析

科学事业就是应用科学，如农、工、医、计算机、图书馆可以应用在科学知识上;科学知识的先进性直接决定科技的生产程度，科学家将科学知识和分析技巧应用于科技生产，因而也将影响行政决策：即科学—科技—社会之观点.

通过对教科书中科学史对科学事业体现次数的统计，由表4可知，教科书中科学事业体现总共30次.分册来看，体现较好的是第三册，其比例达到总比例的50%，体现较差的是第二册，仅占到总比例的20%.分维度来看，在教科书中体现较好的是关于科学家的身份，比例高达70%.体现较差的是科学与道德，仅为6.7%.由此可知教科书中科学史对于科学家的身份、地位及成就的介绍较好，比如“伽利略是伟大的物理学家和天文学家，…奠定了现代科学的基础.”寥寥数语较为全面地介绍了伽利略的生平，使学生对于伽利略有了全面的了解，促使学生去思考伽利略取得成功的原因，培养学生独立思考的精神.