大學(xué)物理中加強(qiáng)HPS教育的調(diào)查及分析*①

張靜

(長(zhǎng)江大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 湖北 荊州 434023)

HPS(History, Philosophy and Sociology of Science,即科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會(huì)學(xué))教育是西方一些科學(xué)教育專家以建構(gòu)主義為指導(dǎo)思想倡導(dǎo)的一種新的科學(xué)教育模式.國(guó)外最早提倡HPS教育的是德國(guó)科學(xué)家馬赫.1895年,馬赫提出，沒有任何科學(xué)教育可以不重視科學(xué)的歷史與哲學(xué)[1].如今,這一科學(xué)教育模式已在世界各地開枝蔓葉.HPS教育作為一種先進(jìn)的教育理念，從各方面都體現(xiàn)了科學(xué)教育的價(jià)值[2]，普及HPS教育有著十分重要的意義.

1 HPS教育的內(nèi)涵

HPS的核心內(nèi)涵就是關(guān)于科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí).20世紀(jì)以來，西方科學(xué)哲學(xué)始終圍繞兩大主題發(fā)展演化,其一是科學(xué)本質(zhì)；其二是科學(xué)方法[3].這兩個(gè)主題是現(xiàn)代西方科學(xué)哲學(xué)進(jìn)步之所在，而它們同樣是HPS重要的研究對(duì)象.回答“科學(xué)是什么”，“科學(xué)的本質(zhì)是什么”,就是科學(xué)本質(zhì)觀，它混合了包括科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)社會(huì)學(xué)、科學(xué)心理學(xué)等多學(xué)科的研究觀點(diǎn)，是人們對(duì)科學(xué)本質(zhì)屬性的認(rèn)識(shí)和理解，是對(duì)科學(xué)知識(shí)發(fā)展所持的內(nèi)隱價(jià)值觀和假設(shè)[4].

HPS所蘊(yùn)涵的科學(xué)本質(zhì)觀對(duì)學(xué)生而言非常重要.科學(xué)知識(shí)是暫定性的；科學(xué)知識(shí)是以經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)的；科學(xué)知識(shí)是負(fù)載理論的；科學(xué)知識(shí)部分程度上是人類推理、想象和創(chuàng)造的產(chǎn)物；科學(xué)知識(shí)是植根于社會(huì)和文化背景中的；觀察和推理之間是有區(qū)別的;科學(xué)理論和科學(xué)定律也是有區(qū)別的；沒有一種普適的科學(xué)方法.

2 HPS教育的作用與意義

2.1 有利于學(xué)生從歷史的維度把握科學(xué)的本質(zhì)

科學(xué)的本質(zhì)在于科學(xué)探究.HPS教育能促使學(xué)生理解科學(xué)的本質(zhì).

(1)理解所有的科學(xué)觀念都不是最終真理.

(2)科學(xué)家通過觀察、實(shí)驗(yàn)、理論模型和數(shù)學(xué)模型構(gòu)建和檢驗(yàn)對(duì)自然界的解釋.

(3)在研究過程中，如果缺乏大量實(shí)驗(yàn)性和觀察性證據(jù)，科學(xué)家們對(duì)同一現(xiàn)象做出不同的解釋是正常的，不同的科學(xué)家可能會(huì)公布不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，或者從同樣的數(shù)據(jù)中得出不同的結(jié)論，但科學(xué)家會(huì)認(rèn)識(shí)到分歧并努力消除分歧.

(4)對(duì)已公布的科學(xué)研究成果加以評(píng)價(jià)，包括審查過程、檢驗(yàn)證據(jù)、找出錯(cuò)誤推理，對(duì)同樣的觀察結(jié)果提出不同的解釋.

2.2 有利于學(xué)生認(rèn)識(shí)自然科學(xué)的人文內(nèi)涵

進(jìn)行HPS教育可以促使學(xué)生更好地理解、評(píng)價(jià)、欣賞科學(xué)事業(yè)，激發(fā)其探究科學(xué)的熱情、勇氣與欲望，培養(yǎng)其堅(jiān)韌不拔的意志品質(zhì).在科學(xué)史上，伽利略沖破歷史枷鎖，挑戰(zhàn)權(quán)威，做了兩個(gè)鐵球同時(shí)落地的實(shí)驗(yàn)，最終名垂千古.居里夫婦在艱苦的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，用了3年零9個(gè)月才從成噸的礦渣中提煉出0.1 g的鐳.作為杰出科學(xué)家，居里夫人有一般科學(xué)家所沒有的社會(huì)影響力,尤其作為成功女性的先驅(qū)，激勵(lì)了很多人[5].可以說，科學(xué)的發(fā)展史，實(shí)際上就是一部科學(xué)家為追求真理而進(jìn)行不屈不撓的奮斗的歷史.

2.3 有利于培養(yǎng)學(xué)生的批判精神

進(jìn)行HPS教育，有利于培養(yǎng)學(xué)生的懷疑批判精神.因?yàn)榭茖W(xué)進(jìn)步的歷史就是科學(xué)懷疑的歷史，就是科學(xué)家不斷糾正錯(cuò)誤、追求真理的歷史.伽利略敢于挑戰(zhàn)權(quán)威，用事實(shí)說話，最終推翻了大球先著地的論論；愛因斯坦擴(kuò)展了牛頓經(jīng)典力學(xué)時(shí)空觀，從而建立了狹義相對(duì)論.

3 大學(xué)物理中加強(qiáng)HPS教育的調(diào)查與分析

3.1 調(diào)查問卷的設(shè)計(jì)和調(diào)查

(1)調(diào)查目的：為了保證物理教學(xué)中的HPS教育更有針對(duì)性，在設(shè)計(jì)HPS教育方案之前應(yīng)該全面系統(tǒng)地了解大學(xué)物理教學(xué)的現(xiàn)狀.所以，首先設(shè)計(jì)一份結(jié)構(gòu)型調(diào)查問卷，重點(diǎn)從4個(gè)方面了解大學(xué)物理的教學(xué)現(xiàn)狀及學(xué)生對(duì)于與HPS教育相關(guān)的調(diào)查內(nèi)容的看法.

1)學(xué)生對(duì)HPS的了解情況.

2)大學(xué)物理教學(xué)現(xiàn)狀.

3)學(xué)生期望的大學(xué)物理課程教學(xué)形式.

4)學(xué)生對(duì)加強(qiáng)HPS教育的態(tài)度.

(2)調(diào)查方法:問卷調(diào)查法、訪談法.

(3)調(diào)查對(duì)象:學(xué)生問卷選取了長(zhǎng)江大學(xué)地科學(xué)院、化工學(xué)院、機(jī)械學(xué)院、電信學(xué)院、油工學(xué)院等正在上大學(xué)物理課程的學(xué)生為調(diào)查對(duì)象；采取了寢室發(fā)放，當(dāng)場(chǎng)收取的方法.問卷全部收回，共100份，有效問卷100份，有效率100%.

3.2 調(diào)查問卷的統(tǒng)計(jì)與分析

(1)學(xué)生對(duì)HPS的了解情況

對(duì)題1:當(dāng)你第一眼看到HPS你會(huì)想到什么？調(diào)查顯示(圖1)，有44%的人基本上知道HPS，56%的人根本不知道，而44%的人中應(yīng)該還有相當(dāng)數(shù)量的人是猜測(cè);大家對(duì)HPS還不是相當(dāng)了解.因此應(yīng)在教師和學(xué)生中加強(qiáng)對(duì)HPS教育的宣傳和普及.

圖1 對(duì)題1調(diào)查結(jié)果

(2)大學(xué)物理教學(xué)現(xiàn)狀

對(duì)題2:在大學(xué)物理課堂教學(xué)中，教師經(jīng)常采用的導(dǎo)入新課的方式是什么?調(diào)查結(jié)果(圖2)表明，在大學(xué)物理教學(xué)的導(dǎo)入過程中，教師主要會(huì)采用復(fù)習(xí)舊知識(shí)的方式導(dǎo)入，同時(shí)也注重結(jié)合史料的方式.這證明在當(dāng)今的大學(xué)物理教學(xué)中對(duì)史料的教學(xué)越來越重視.但不足的是，在大學(xué)物理課堂教學(xué)中基本上沒有實(shí)驗(yàn)演示，可以說是大學(xué)物理教學(xué)的一個(gè)遺憾.這對(duì)學(xué)習(xí)大學(xué)物理的學(xué)生而言，失去了感性認(rèn)識(shí)和課堂實(shí)驗(yàn)探究的機(jī)會(huì).其實(shí)，許多科學(xué)家正是在給學(xué)生上課做演示實(shí)驗(yàn)的過程中發(fā)現(xiàn)重要實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的.如在1780年9月的一天，意大利學(xué)者伽伐尼和學(xué)生一起解剖青蛙時(shí)，偶然發(fā)現(xiàn)電效應(yīng)，最終導(dǎo)致了伽伐尼電池的發(fā)明.在1820年4月，丹麥哥本哈根大學(xué)物理學(xué)教授奧斯特給學(xué)生講有關(guān)電和磁的問題時(shí)，偶然的機(jī)會(huì)發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)[5].

圖2 對(duì)題2調(diào)查結(jié)果

對(duì)題3:你認(rèn)為現(xiàn)在大學(xué)物理教學(xué)的不足之處在于什么?調(diào)查結(jié)果(圖3)表明，現(xiàn)在的大學(xué)物理教學(xué)還存在較大問題.由于大學(xué)物理在理工科院校是一門公共基礎(chǔ)課，教師在課堂教學(xué)中過于注重知識(shí)的傳授，而在物理與生活、社會(huì)發(fā)展的聯(lián)系上不夠緊密.這就要求教師不斷學(xué)習(xí)，開拓視野，更新觀念.只有教師發(fā)展了，學(xué)生才能發(fā)展.

圖3 對(duì)題3調(diào)查結(jié)果

(3)學(xué)生期望的大學(xué)物理課程教學(xué)形式

對(duì)題4:你認(rèn)為采用什么樣的課堂教學(xué)形式能更好地掌握知識(shí)？調(diào)查結(jié)果(圖4)表明，學(xué)生對(duì)傳統(tǒng)的“教師講，學(xué)生聽”的單一講授模式是不滿意的.同時(shí)29%的學(xué)生表示了對(duì)學(xué)習(xí)物理學(xué)史的興趣，30%的學(xué)生希望教學(xué)中有實(shí)驗(yàn)演示.

圖4 對(duì)題4調(diào)查結(jié)果

(4)學(xué)生對(duì)加強(qiáng)HPS教育的態(tài)度

對(duì)題5:在大學(xué)物理課程中加強(qiáng)HPS教育，你持什么樣的態(tài)度?調(diào)查結(jié)果(圖5)表明，絕大多數(shù)的學(xué)生對(duì)在大學(xué)物理中加強(qiáng)HPS教育持一種積極態(tài)度.這充分反映了學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)科學(xué)本質(zhì)的一種理性認(rèn)識(shí)，同時(shí)也反映了在大學(xué)物理中加強(qiáng)HPS教育的迫切性.

圖5 對(duì)題5調(diào)查結(jié)果

對(duì)題6 ：在大學(xué)物理課程中加強(qiáng)HPS教育，您希望采取什么樣的講授方式？調(diào)查結(jié)果(圖6)表明，有將近一半的學(xué)生希望結(jié)合史料、哲學(xué)、社會(huì)背景等各個(gè)方面講述課程內(nèi)容.這樣的講授方式學(xué)生易于接受、便于理解、學(xué)以致用，會(huì)有最佳的學(xué)習(xí)效果；也有10%的學(xué)生是教師怎么講就怎么學(xué)，自己并沒有很肯定的意見.

綜合調(diào)查問卷，可以得到以下結(jié)論.

第一，目前國(guó)際上的教學(xué)理念和方法越來越多元化.而我國(guó)的大學(xué)物理教學(xué)，特別是地方高校的大學(xué)物理教學(xué)，教師雖也考慮到了學(xué)生的興趣愛好，注重用物理學(xué)史、物理學(xué)家的經(jīng)歷來引導(dǎo)學(xué)生，但在課堂演示實(shí)驗(yàn)、科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)社會(huì)學(xué)方面卻很少涉及.實(shí)際上，物理學(xué)與哲學(xué)和社會(huì)有著緊密的聯(lián)系.從牛頓的《自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理》到法拉第的“電磁感應(yīng)定律”，再到德布羅意的“物質(zhì)波的發(fā)現(xiàn)”，無不體現(xiàn)了物理學(xué)中和諧統(tǒng)一的哲學(xué)思想.同樣,物理學(xué)的發(fā)展也推動(dòng)了社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，人類社會(huì)的每一次革命都與物理學(xué)息息相關(guān).

另一方面，學(xué)生對(duì)知識(shí)的渴求與日俱增.基礎(chǔ)教育已經(jīng)開始改革，大學(xué)物理教育也應(yīng)加快改革步伐.加強(qiáng)HPS教育勢(shì)必對(duì)提高每個(gè)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)產(chǎn)生推動(dòng)作用，亦有助于改進(jìn)物理教學(xué).

第二，現(xiàn)行的大學(xué)物理教學(xué)大部分還是采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式.大學(xué)物理教學(xué)已落后于目前的中學(xué)物理教學(xué)，在教學(xué)理念上還不夠先進(jìn).大學(xué)物理教學(xué)仍是以課堂為中心、教師為中心，考試至上.這就導(dǎo)致了教育教學(xué)活動(dòng)的實(shí)施，難于實(shí)現(xiàn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的全面發(fā)展，不適應(yīng)面向未來的終身學(xué)習(xí)的需求，不利于學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)知.

第三，在大學(xué)物理教學(xué)中加強(qiáng)HPS教育是可行的，但也應(yīng)循序漸進(jìn).在大學(xué)物理中加強(qiáng)HPS教育的最終目標(biāo)是促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解，加強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科學(xué)精神體現(xiàn)了時(shí)代對(duì)大學(xué)生的要求.

科學(xué)不是科學(xué)家的，同樣也不是科學(xué)哲學(xué)家和科學(xué)史學(xué)家的，而是科學(xué)實(shí)踐過程的所有參與要素共同博弈的結(jié)果.我們可以認(rèn)為HPS就是指“科學(xué)的歷史與本質(zhì)”[6].將HPS融入大學(xué)物理課程中，并不意味著把科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)社會(huì)學(xué)當(dāng)作純粹的學(xué)科，而是把科學(xué)本質(zhì)觀問題凸現(xiàn)于物理課程與教學(xué)之中，幫助物理教師在教學(xué)時(shí)發(fā)現(xiàn)物理課程本身蘊(yùn)涵著的許多值得探討的科學(xué)史故事和科學(xué)哲學(xué)的觀念，從而進(jìn)行顯性的科學(xué)本質(zhì)觀教學(xué).物理課程中有了HPS的內(nèi)容，可以使學(xué)生更好地把握科學(xué)本質(zhì)，使學(xué)生懂得科學(xué)究竟是什么，科學(xué)知識(shí)是怎樣產(chǎn)生的，科學(xué)在社會(huì)發(fā)展和進(jìn)步中的作用，科學(xué)和科學(xué)方法的優(yōu)點(diǎn)與局限性等等，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和創(chuàng)新能力，這正是HPS教育的宗旨.

參考文獻(xiàn)

1 胡誠(chéng).HPS融入科學(xué)課程的研究：[學(xué)位論文] .武漢：華中師范大學(xué),2006

2 Falk Riess. History of Physics in Science Teacher Training in Oldenburg . Science & Education, 2000, 9(4):83～87

3 張晶.HPS(科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)與科學(xué)社會(huì)學(xué)):一種新的科學(xué)教育范式.自然辯證法研究,2008，24(9):83～87

4 宋靜.淺議科學(xué)教育中的科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng).物理教學(xué)探討,2006, 24(5):4～5

5 李艷平，申先甲.物理學(xué)史教程.北京: 科學(xué)出版社,2007

6 石誠(chéng)，蔡仲.補(bǔ)充科學(xué)：HPS的另一定位.科學(xué)技術(shù)與辯證法, 2008, 25(6): 26～30