科學本質在物理教科書科學史部分的呈現與啟示

李婷婷 劉茂軍

摘 要：科學本質作為國內外教育研究領域的核心理念，將提高學生對科學本質的理解程度作為發(fā)展其科學素養(yǎng)的重要基礎.從科學知識、科學探究和科學事業(yè)三個維度出發(fā)，通過對2019年人教版高中物理必修系列教科書科學史部分的統(tǒng)計和特點分析，發(fā)現教科書科學史部分出現科學本質部分維度的缺失、分布不均衡且以隱性方式呈現的特點.基于此，建議在編寫教科書時應注重教科書中科學本質的合理編排，增加對科學本質的體現.其次，教師要提高自身對科學本質觀的理解，不斷學習，并注重在教學過程中向學生滲透科學本質的內涵.

關鍵詞：科學本質;科學史;高中物理

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：B 文章編號：1008-4134（2021）03-0021-03

基金項目：2017年度吉林省基礎教育教學研究重點課題“運用數字化傳感器改進高中物理實驗的實踐研究”（項目編號：JLSJY2017Z014）.

作者簡介：李婷婷（1994-），女，吉林公主嶺人，碩士研究生，研究方向：物理學科教學.

通訊作者：劉茂軍（1978-），男，遼寧東港人，博士，教授，碩士生導師，研究方向：中學物理實驗、課程與教學論.

我國的《普通高中物理課程標準（2017年版）》提出高中物理核心素養(yǎng)分為“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態(tài)度與責任”這四個方面[1].其中“科學態(tài)度與責任”中明確提出“在認識科學本質，理解科學·技術 ·社會·環(huán)境（STSE）的關系基礎上逐漸形成的對科學和技術應有的正確態(tài)度以及責任感.“科學態(tài)度與責任”主要包括科學本質、科學態(tài)度、科學倫理、STSE等要素，這是科學本質首次明確出現在物理課程標準中，是歷史性的進步[2].可見科學本質對于學生的重要性也日益明顯.國外也十分重視科學本質的滲透，將HPS教育作為提升科學本質的主要途徑.“HPS”（History Philosophy and Sociology of Science），中文譯作“科學史、科學哲學與科學社會學”.HPS教育的內容主要來自科學教育領域，通過科學教育可以拓展學生思維，增強科學意識，培養(yǎng)學生的科學精神，從而有效地滲透學生的科學本質觀.可見在國內外均將科學本質觀作為教育領域的核心理念，提高科學本質觀指日可待.

1 概念界定與分析框架

科學本質被定義為“科學的認識論，科學作為一種思考方式，科學知識價值的信念及科學的發(fā)展[3]”.由于科學本質的復雜性，對于科學本質的領悟，學者有不同的見解.即便如此，不同的學者對現代的科學本質仍可以達到共識.學者認為科學本質主要包括三部分：第一是科學知識，科學知識是有用的，可以幫助人們對于世界的理解，但不能解決所有問題;第二是科學探究，科學要求實事求是，科學探究的過程要求邏輯和想象相結合，注重探究過程，避免偏見;第三是科學事業(yè)，科學作為一種復雜的社會活動，它要求科學家在探究過程中既要遵循普遍準則，又要在參與公共事務時以公民的身份出現.本文以建構主義理論為指導，以劉健智對于科學本質的理解為基礎，通過參考栗素姣和牛波等人對教科書的分析框架，建立了本研究的理論框架，內容見表1.

2 研究結果

2.1 科學知識層面的統(tǒng)計與特點分析

由于科學知識的局限性，我們需要不斷地修正和改善，當新的現象、新的問題出現時，就需要在原來的基礎上進行不斷地改變和擴增.新人教版教科書特別指出了科學知識的暫時性，使學生認識到科學知識是永無止境的，人們絕對不可以宣稱知識已經達到至善至美的程度，從而提高學生的科學本質觀.

通過對人教版物理教科書中科學史對科學知識的體現次數統(tǒng)計，由表2可知，教科書科學史對科學知識的體現共28次.分冊來看，科學知識的本質體現較好的是第三冊，共13次，其比例占到教科書中總比例的46.4%，體現較差的是第二冊，僅6次，占總比例的21.4%.從維度來看科學知識的本質體現較好的是認識性，占到39.3%，體現較差的是預見性，僅為7.1%.由定量分析的結果可見，教科書中科學史均對“認識性”“暫時性”和“累積性”體現的較好，對“預見性”體現較差，將不利于學生發(fā)揮創(chuàng)造思維.

2.2 科學探究層面的統(tǒng)計與特點分析

新版教科書在緒論部分就指出物理學科的本質，是研究物質及其運動規(guī)律的科學.實驗奠定物理學的基礎，是提高學生科學素養(yǎng)的主要途徑.通過科學探究活動，學生能夠經歷與科學工作者相似的探究過程，學習物理知識與技能，體驗探究的樂趣.從而培養(yǎng)學生實事求是的科學態(tài)度和敢于創(chuàng)新的科學精神.

由表3對教科書中科學探究呈現的統(tǒng)計可知，科學史部分對科學探究體現總共有29次.分冊來看，科學探究的本質體現較好的是第二冊，其比例占到教科書中總比例的37.9%.體現較差的是第一冊，僅占總比例的27.6%.從分析維度來看，科學探究的本質體現較好的是方法多樣性，占到20.7%，體現較差的是非客觀性，僅為6.9%，其余的依次是邏輯推理性、質疑性、實證性和公開性.第三冊教科書中對于各個維度體現的較為均勻，可見教科書中出現對科學本質的部分維度仍存在欠缺的情況.雖然教科書指導著教師的教學方向，但其缺少質疑性和方法多樣性，就培養(yǎng)具有質疑性和多樣性運用科學方法的人才來說缺少優(yōu)勢.

2.3 科學事業(yè)層面的統(tǒng)計與特點分析

科學事業(yè)就是應用科學，如農、工、醫(yī)、計算機、圖書館可以應用在科學知識上;科學知識的先進性直接決定科技的生產程度，科學家將科學知識和分析技巧應用于科技生產，因而也將影響行政決策：即科學—科技—社會之觀點.

通過對教科書中科學史對科學事業(yè)體現次數的統(tǒng)計，由表4可知，教科書中科學事業(yè)體現總共30次.分冊來看，體現較好的是第三冊，其比例達到總比例的50%，體現較差的是第二冊，僅占到總比例的20%.分維度來看，在教科書中體現較好的是關于科學家的身份，比例高達70%.體現較差的是科學與道德，僅為6.7%.由此可知教科書中科學史對于科學家的身份、地位及成就的介紹較好，比如“伽利略是偉大的物理學家和天文學家，…奠定了現代科學的基礎.”寥寥數語較為全面地介紹了伽利略的生平，使學生對于伽利略有了全面的了解，促使學生去思考伽利略取得成功的原因，培養(yǎng)學生獨立思考的精神.