蔡呈腾：“建构”融入人文内核的科学教育

王梓霖

30多年前的一天，浙江省人民政府的会议厅里气氛严肃，一场由分管教育的副省长组织，省内学科专家参与的讨论会正激烈地进行着。他们争论的焦点是当前的基础教育综合课程改革是否还要继续下去。那时，浙江省内一些地区已推行了几年的综合课程改革，将初中的物理、生物、化学等学科合并为“综合理科”，历史、地理等学科合并为“综合文科”，均设为中考科目。作为新中国历史上第一场在全省范围内铺开的课程改革，推行过程中遇到的阻力是巨大的。学科专家担忧合并会破坏学科知识的系统性，授课教师则普遍反映很难以一科之长胜任多学科综合的教学任务。

这些年里，类似的论争还发生过几次，最后都得出同样的结论：课程改革要继续下去。改革要想行稳致远，首先需要合格的师资作保障。浙江省一面为全体综合课程师资提供持续的在职培训，一面通过高等师范院校加紧培养未来教师。1993年，温州又一批在高中各科会考表现优秀的学生被提前招录至温州师范学院大专班，蔡呈腾就是其中一员。“误入”大学物理系的他，除了物理系的重点科目，也学习一些化学、生物学科的专业知识，但这位原本酷爱文学的青年并未对理科做深入研究，而是在课业之余更醉心于文科类阅读。两年后，蔡呈腾被分配至温州市苍南县钱库镇一所乡村初中担任科学教师。

勤向名家乞“新火”，教师须读五车书

蔡呈腾职业生涯的觉醒源自萦绕于心头的无力感。他仍记得，执教后不久的一次教学给了他一记猛拳。

那节课讲授的是化学知识，按照教学要求，他需要向学生演示生成二氧化碳的实验。“课上大概是学生有了新问题，我在讲明白那部分内容后就没有时间带着他们做实验了。”蔡呈腾回忆道。进教室前他提着一筐实验器材，下课后又原原本本地提了出来。“一点都没有动。”蔡呈腾坐在办公室里，陷入了长久而痛苦的沉默，也对自己产生了怀疑，“我好像不能胜任这项工作。”

对于绝大部分青年教师而言，如何站稳讲台是初入职场必须解决的难题。而对于那时浙江省初中的科学教师而言，这个挑战或许更大。综合课程改革尚不具备可供参考的成熟教学经验，由于自身授课经验的不足，不少青年教师难以妥当地处理课堂上的突发情况。同时，只具备某一特定学科背景的他们尚不能深入理解主修专业之外的其他学科知识，难以在教学中真正地做到内容的“综合”，于是不少教师采取了简单化的教学方式，只一味地督促学生“记一记”“背一背”。

没有人对蔡呈腾提出批评，但他下定决心，再不能让这样的情况出现。在那个没有网络、信息不算便捷的年代里，获取知识的渠道主要是阅读和接受培训。钱库镇对教育尤为重视，学校图书馆里总会及时购入前沿的理论著作。蔡呈腾一直就好读书，通过书籍进一步提高教学的“术”，也在书籍中寻找教学的“道”。他对照名师教学案例集，模仿、学习、重复，提升自己的语言表达、板书设计等技艺，依照教学参考书去思考教材编排的内在逻辑，领悟知识背后的底层逻辑，建立对课程的整体理解。但凡有外出培训的机会，不管多忙他都会安排好手头的工作，积极争取，通过培训见世面、学本领，尽力补足自己的专业缺失。一次培训中，蔡呈腾接觸到建构主义，由此产生了浓厚的兴趣，主动搜集了这一流派相关人物的更多著作。从维果茨基到皮亚杰再到奥苏贝尔、布鲁纳……大量的阅读、持续的培训，加上将知识运用于实践，一轮轮的漫长思考后，他渐渐体会到现场实验、探究精神对科学课堂的意义，明白了自己要做的究竟是什么——怀着建构主义上课堂。

“教学不能把知识作为预先决定了的东西教给学生，不要以我们对知识的理解方式来作为让学生接收的理由。学生对知识的接收，只能由他自己来建构完成，用他们自己的经验为背景，去分析知识的合理性。”

在HPS教育中，“建构”三个世界

2003年的一天，已能从容执教的蔡呈腾在阅读波普尔的《猜想与反驳》时，突然对自己的教学产生了质疑：“初中生学习的科学知识，能代表当下最典型的科学知识吗？”更深入地阅读和探寻后，他认定了一个想法，唯有理解科学本质才能真正帮助学生了解科学。而科学的本质，可以大致概括为科学知识、科学探究和科学事业三个方面。理解科学本质最显性的路径，就是HPS教育，即在教学中渗透科学史、科学哲学和科学社会学教育。由此，蔡呈腾从学生“需要什么”出发，结合已有课程与教材，重构出学生更需要的科学课程体系。

某任校长曾这样评价他：“蔡老师，你在课上很会装傻，你把所有问题都设计得好像自己不知道一样。”蔡呈腾很喜欢这个评价，他确实想方设法地推动学生往深处思考。“我们的课堂要想清楚一个问题——要把学生往哪里带。”蔡呈腾的答案是生活的世界、科研的世界、历史的世界。

立足学生的原有知识和生活经验，是建构主义学习活动开展的前提条件。在讲述流速与压强的关系时，蔡呈腾问一个足球踢得很好的学生：“我看你上次踢出了一个‘香蕉球，这是怎么做到的？”“老师，你看如果这是个足球，我的脚从这个角度踢过去，球就旋转起来了，然后就会以这样一条弧线飞到球门里。”这位学生边回答边用手比画，眼神中满是兴奋。蔡呈腾接着问：“那你是怎么使劲的？能不能用科学来解释这个操作？”踢球的学生模糊地知道背后的伯努利原理，但也只是一知半解。对生活中常见现象的好奇催生了学生们进一步探索的欲望。在初中阶段，学生正处于由表象思维向抽象思维过渡、从定性思考向定量思考转变的时期，他们大多能经由生活世界里的经验理解伯努利原理，但还不太具备对各类现象定量分析的能力。

而某些学生的学习或某些概念的教学中，教师需要创设机会让学生自然地走进科研的世界。比如一些学生可以轻松感知到力能使物体的运动状态发生改变，也很想知道力与物体运动状态改变之间的定量或半定量的关系。课上蔡呈腾举了一个例子，假设有AB两辆赛车，它们质量相同，A车从静止加速到100km/h用时4秒，B车则用时5秒。那么哪辆车运动状态改变的程度大？哪辆车的动力更大？学生能自然地回答出正确答案：都是A。初中阶段，学生掌握到这里已经足够。“为什么会有这样的结果？”一些学生期待了解更多，他们想知道怎样用一个物理量精准地描述物体运动状态改变的程度。而这背后是牛顿第二定律，与加速度相关的知识。蔡呈腾在设计教学情境时，常这样有意为学生预留出进一步探究的空间。这样的习惯源自2005年，自那时起的很长一段时间，他兼任学校自然科学竞赛教师，辅导了不少有兴趣深入探究科学奥秘的学生。“这些学生将来可能会从事科研相关工作，他们擅长运用理性思维思考问题，比如以数学关系去观察世界的运行逻辑。”蔡呈腾说道。而科学学习和研究只有进入高度理性和抽象的境界时，才能进一步挖深和拓宽人类的科学认知领域。

根据建构主义学习理论，判断一个情境是否必要的标准是，观察去掉情境后这节课的内容、性质、效果是否发生了较大变化。在蔡呈腾的课堂上，历史上的科学探究过程可以成为教学的情境资源。八年级下册需教授电生磁的知识，蔡呈腾从1820年丹麦物理学家奥斯特发现电流磁效应的现象说起，还原了奥斯特的探究过程，模拟了当时奥斯特研究中的几次实验。其中的失败经历更是启发学生思考科学和人生的好时机。“是电流周围真的不存在磁场吗？如果你是19世纪20年代的科学工作者，还会对这个问题感兴趣吗？”真实的探究总要历经一番考验，了解科学家们探究的思维方式、流程，能让学生在一定程度上体悟科学的本质。在蔡呈腾眼中，科学与语言类人文学科学习的最大差别在于，学生无法做到“书读百遍其义自见”，科学教师是意义建构的帮助者、促进者，而不是知识的提供者和灌输者。科学这门课上，学生是信息加工的主体，教师要引领学生在实现旧知识基础上的重构，依靠观察与实验，丰富自己的体验。

在平凡的日子里吹响号角

初中课堂教学时间有限，采取建构、内化的方式来教学，无疑需要耗费大量的时间和精力。这些年里，蔡呈腾是否曾产生动摇？他坚定地回答：“没有。”

“首先是改变自己，然后尽可能改变现状。”因为在初中科学教学中的突出表现，这些年，蔡呈腾参加过各种级别和类型的科学试卷命题工作。他所在的命题团队形成的共识是，逐步消除试卷中学生通过记忆就能完成的题目。即便是基础知识，在试卷中也有了与以往不同的呈现形式。“比如运用显微镜时，要将低倍镜换成高倍镜，只需调整低倍镜的转换器。我们以具体情境考查这个知识点，题干里的第一幅图是镜头下比较小的细胞，第二幅图是镜头下放大了的细胞。问：从图1到图2该怎样操作？又如，考查杠杆原理相關知识时，我们绘制出一辆自行车，问：要想将后轮提起来，提哪里会比较省力？在这道试题中不标注动力臂、阻力臂，学生需要首先判断这是在考查什么知识。”在各种考试中，他期望更多命题者以测评引领教学，进一步促成学校教育中教和学的方式变革。

初中教材中蕴藏着科学史实、科学故事、科学精神的内核，蔡呈腾几乎将绝大部分阅读时间投入与初中科学教材相关的科学史研究中，使它们成为教学的有效资源，这已然成为他日常生活的一部分。有朋友问，为什么不整理出来分享给更多人？这个问题在他的心里生了根。在大多数人眼中，科学教育重在探究，似乎与阅读没多大关系，但蔡呈腾认为理科阅读对于提高学生科学素养的作用同样重要。他的思考有了新命题：“我们能够给师生推荐哪些理科读物？哪些既有较高的阅读价值，又能让师生有更强的阅读意愿？”他再次考证这些年里搜集到的材料，依据浙教版初中科学教材的编排逻辑，编撰了《科学史上的动人时刻》系列著作，呈现了科学史上具有精神内核的故事。他期望这套著作能为同行的教学和命题提供一些参考，也为学生的理科阅读提供一种选择。

2019年，蔡呈腾入选温州市暑期师德讲师团，面向全市约12.5万教师作报告。起初他有点忐忑，感觉自己和其他同场报告的人相比，没有什么特殊成就。“我的日子很平淡，做一点自己喜欢的事情、做一点教学研究工作。”“这就是最大的师德。”领导的话让他一下子放下心来。在那次题为《一位理科教师的日常生活》的演讲中，他提到了四个关键词“教、读、看、写”。到现在，蔡呈腾每周仍会回顾自己的日常，践行自己的教育信条。

时间，标注着时代整体的变迁，也丈量着个人成长的足迹。从事科学教育近30年，在这条起初并非主动踏足的道路上，蔡呈腾将责任与兴趣相结合，在科学教育中融入人文内核，将一位科学教师的日常生活过得有滋有味。他常这样形容自己的工作，“在历史的车辙中辨析未来的方向，在哲学的遇见中体悟教育的情怀”。历史的车轮依旧向前，科学教育在迎接属于它的春天。