中學物理教學的困頓與修正

摘 要 科學哲學從20世紀20年代產(chǎn)生以來，經(jīng)歷了從邏輯主義到歷史主義，再到后現(xiàn)代主義的轉(zhuǎn)變，不同思潮對科學本質(zhì)觀、科學研究方法都有不同的強調(diào)。以科學哲學思潮轉(zhuǎn)向的視角審視當前的中學物理教學，陷入了教學目標傳統(tǒng)、教學方法單一、教學模式固化等多重困頓。走出困頓的關(guān)鍵在于培養(yǎng)目標的變革，教學方法的綜合化以及教學模式的多元化。

關(guān)鍵詞 中學物理教學 科學哲學 邏輯主義 歷史主義 后現(xiàn)代主義

現(xiàn)代社會就像一頭即將脫離韁繩的猛獸，把我們拉入一個全新的知識經(jīng)濟社會，社會的競爭與發(fā)展依賴于知識與技術(shù)的更新和創(chuàng)新，拋給我們一個巨大的問題：21世紀我們應(yīng)該學習什么？為“可持續(xù)未來而學習與教學”應(yīng)該是什么樣的？2008年第四次亞太經(jīng)濟合作組織（APEC）主題為“重質(zhì)量的全民教育：掌握21世紀的所需的能力和技能”的會議便提出了為了應(yīng)對21世紀的挑戰(zhàn)，優(yōu)先關(guān)注的教育領(lǐng)域之一就是“數(shù)學與科學教育”。作為自然科學基礎(chǔ)的物理學不可避免地成為了理性的靶子，物理教學能夠給予學生什么以應(yīng)對未來的挑戰(zhàn)？傳統(tǒng)以知識為本位的物理教學必然會無情地受到批判的檢視，“因為我們再也不能刻苦地一勞永逸地獲得知識，而需要終身學習如何去建立一個不斷演進的知識系統(tǒng)”[1]。對“培養(yǎng)什么人，怎樣培養(yǎng)人”提出了新的挑戰(zhàn)，要依據(jù)學生發(fā)展核心素養(yǎng)體系，修訂課程方案和課程標準，推波到全面深化課程改革的關(guān)鍵時期，物理教學不得不作出某種回應(yīng)。20世紀中小學科學教育經(jīng)歷了科學知識—科學方法—科學素養(yǎng)的軌跡。這樣的變化受到科學本質(zhì)觀的影響，因此要回到科學哲學，以科學哲學思潮轉(zhuǎn)變的視角審視當前的物理教學。

一、科學哲學思潮的轉(zhuǎn)向

科學哲學是對科學的哲學反思，“通過對科學的目標、方法、標準、概念、定律和理論進行邏輯的、方法論的分析，從而試圖理解科學的意義、方法和邏輯結(jié)構(gòu)”?？茖W哲學受制于兩大領(lǐng)域，一是哲學的基本問題，二是科學本身的發(fā)展問題。同時科學哲學的發(fā)展又會反過來影響這兩大領(lǐng)域。其緣起于20世紀20年代以維也納學派為代表的邏輯實證主義，在將近一個多世紀里，經(jīng)歷了從邏輯主義，向歷史主義，再向后現(xiàn)代主義的轉(zhuǎn)向，不同思潮對“科學哲學的議題諸如科學與非科學的分界、科學發(fā)現(xiàn)的模式、科學理論的評價、科學發(fā)展的模式”[2]有不同的見解，勢必會影響到具體學科的發(fā)展與教育教學。以科學哲學思潮轉(zhuǎn)向的視角審視當前的物理教學問題，就不僅僅是物理學中科學哲學思想缺失的問題，而且是涉及到物理教學該教給學生什么以及怎么教等更為深層的問題。

1.科學哲學從邏輯主義向歷史主義的轉(zhuǎn)向

邏輯主義主要有邏輯原子主義、邏輯實證主義、邏輯經(jīng)驗主義與批判理性主義，它所持有的是一種知識論的科學觀，把科學看成是“一個知識體系，即真的經(jīng)驗命題的體系”。獲得這種唯一的科學知識的方法便是純粹的觀察，觀察是一種中立的、客觀的活動，藉此可以決定理論的真假，遵循觀察自然現(xiàn)象、提出假設(shè)、搜集、分析資料、驗證假設(shè)這樣的科學程序便可以獲得科學的知識。科學與理性的聯(lián)合共同打造了邏輯主義時代的“絕對主義”，人的理性能力能夠建立起完備的知識體系去解釋自然語言。但卻受到了波普爾的質(zhì)疑，他通過對邏輯主義“觀察-理論”的否定和確立“假說-證偽法”自稱殺死了邏輯實證主義，但波普爾只能算得上是邏輯主義向歷史主義轉(zhuǎn)向的過渡人物，庫恩則真正實現(xiàn)了這種轉(zhuǎn)移。在庫恩看來，科學的發(fā)展是在“范式”內(nèi)部從事解謎活動的常規(guī)科學和“范式轉(zhuǎn)移”的科學革命交替的結(jié)果。[3]不同范式之間具有“不可通約”，科學理論就失去了邏輯主義所供奉的理性基礎(chǔ)，因此需要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的科學觀?！翱茖W和技術(shù)的知識不是已有知識的理性、邏輯延伸，而是不同社會、文化、歷史過程的偶然產(chǎn)物?！盵4]歷史主義把很多科學問題都納入到歷史的語境中進行分析，采用的是歷史方法論，但也沒有完全拋棄邏輯主義的邏輯分析方法。在某種程度上促使了HPS（history and philosophy of science）的興盛與流行。強調(diào)的不僅是科學史進入科學哲學領(lǐng)域，或是科學哲學進入科學史領(lǐng)域，而是一種雙向整合。

2.科學哲學從歷史主義向后現(xiàn)代主義的轉(zhuǎn)向

為了避免絕對主義，科學哲學走進了歷史主義的領(lǐng)域，但歷史主義卻首先通過庫恩的“范式”“不可通約”的概念沖擊了科學的合理性和客觀性的問題，但卻又陷入了相對主義的泥沼。后現(xiàn)代化主義順勢而出現(xiàn)，如社會建構(gòu)論、女性主義都可以歸結(jié)為后現(xiàn)代主義科學哲學，該思潮徹底地否定了絕對，反對科學真理的客觀性和自然科學方法的唯一性。把科學與理性從神圣的寶座上拉下來了，取而代之的是一種弱理性或非理性的被認可。后現(xiàn)代主義要做的是集中探討科學與其他文化的關(guān)系，試圖把科學置于與其他文化現(xiàn)象如文學、神話、宗教平權(quán)的地位，把科學看成是一種亞文化的現(xiàn)象，受到外部整個大文化環(huán)境的影響。不再強調(diào)具有統(tǒng)一的科學方法與程序，從文化評判的角度來看待科學問題，探索知識背后的文化根源。但后現(xiàn)代主義科學哲學并沒有解決相對主義的問題，同樣也受到這方面的詬病。

在短短的近一百年時間里，科學哲學的兩次轉(zhuǎn)向就實現(xiàn)了從知識論向文化論的轉(zhuǎn)移，對具體學科的發(fā)展乃至具體學科的教育教學影響是巨大的。作為科學哲學轉(zhuǎn)向的關(guān)鍵人物之一，庫恩就認為，把教科書上的知識當做不變的真理，把實驗僅當做驗證科學概念和原理的方法去教學生，容易使他們形成絕對化的科學知識觀、錯誤的科學方法論和片面的科學發(fā)展觀。[5]科學本質(zhì)觀對科學教育的影響是無可估量的，一旦認識錯誤，所造成的負面影響難以逆轉(zhuǎn)。但在國內(nèi)，科學哲學的演變對教育的影響沒有得到應(yīng)有的重視，尤其是對具體學科教學的影響。就以物理教學為例，在傳統(tǒng)知識論統(tǒng)治下的物理教學應(yīng)該是如何的？而在文化論科學哲學的影響下的物理教學又是怎樣的？這樣的問題無論是在物理教學的研究領(lǐng)域還是實踐層面的教學領(lǐng)域都是被忽視的。

二、從科學哲學轉(zhuǎn)向的視角審視當前的物理教學的困頓

1.物理教學仍然被傳統(tǒng)的邏輯主義科學哲學所統(tǒng)治，教學目標偏傳統(tǒng)

簡單梳理西方英美物理教學的改革，從中可以看出科學哲學轉(zhuǎn)向的影子。如美國20世紀中期強調(diào)科學教育要不斷更新最新的科研成果，仍然是知識論導向；到上世紀80年代強調(diào)提高公民的科學素養(yǎng)，90年代就明確提出科學主義和人文主義并重。在這樣大的國際背景下，國內(nèi)的教育改革逐漸意識到科學教育改革的急迫。2001年教育部頒布了《全日制義務(wù)教育物理課程標準（實驗稿）》（以下簡稱實驗稿）將物理教學的目標分為三維——知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀，服從于《基礎(chǔ)教育課程改革綱要（試行）》的課程目標規(guī)定。物理教學目標的轉(zhuǎn)變是外力的、政策驅(qū)動所促使的，而非是基于科學本身的發(fā)展的要求，但不得不承認的某種程度上卻迎合了這種需求。從實驗稿的本身文本分析來看，物理教學更加強調(diào)與實際生活的聯(lián)系，提出培養(yǎng)學生的觀察能力、提出問題能力、分析問題能力等仍然可以看出是邏輯實證主義科學哲學的陰霾所籠罩著的，對當今社會發(fā)展所提出的挑戰(zhàn)回應(yīng)不夠。美國的《面向全體美國人的科學》研究報告就明確提出要“培養(yǎng)學生對證據(jù)、邏輯和科學見解提出質(zhì)疑的習慣，讓學生懂得社會對科學技術(shù)發(fā)展的影響，也應(yīng)該知道科學技術(shù)對社會的沖擊”[6]。與后現(xiàn)代主義科學哲學否定科學的客觀性，強調(diào)文化批判不謀而合。但國內(nèi)的正式文本中卻鮮有這樣的后現(xiàn)代主義思維的體現(xiàn)。

在實踐層面的物理教學中，教師很容易把目標限定在物理學的范圍內(nèi)，認為學生通過物理學習無非是要掌握一些物理概念和規(guī)律，更進一步的目的則是在掌握知識與技能的同時，初步形成觀察能力、實驗能力、思維能力與分析和解決問題的能力，兩個層次的目標并不是順勢而就的，在第一層次目標的基礎(chǔ)上，教師要引導學生去悟物理之理，悟世界之道，才有可能實現(xiàn)第二層次的目標，科學哲學思維聯(lián)通了知識與技能之間的阻隔。但無論是規(guī)定層面的物理教學目標還是操作層面的，卻往往被過多的框就在知識目標上，教學目標偏傳統(tǒng)。物理教學中“物”“理”分離的現(xiàn)象普遍存在，學生死記概念、規(guī)律，不看物理現(xiàn)象，只會套用公式，不能運用“理”來分析物理現(xiàn)象。到最后學生所獲得只是一堆陳年舊物，難以形成分析問題、解決問題的能力，難以形成成體系的知識系統(tǒng)，物理教學又如何能給予學生在當今復雜社會的立身之學？

2.物理教學中方法應(yīng)用單一，仍然是傳統(tǒng)邏輯主義科學方法為主

當前物理教學中使用的方法主要是觀察法、實驗法，尤其是物理實驗占據(jù)重要的地位。但是一種理論優(yōu)于實驗的實驗觀，是為了驗證某種結(jié)論或歸納得出某種理論。整個過程中觀察法舉足輕重，實驗也被簡化為了觀察，這是邏輯經(jīng)驗主義的實驗觀。不可避免地有著一些缺點：會遇到歸納問題的挑戰(zhàn)；比較重觀察輕實驗；無論是觀察還是實驗，最終都是為了理論。實驗觀的傳統(tǒng)與方法應(yīng)用的單一勢必會影響學生物理學知識的學習，更為嚴重的是學生有可能會形成狹隘的科學觀與科學態(tài)度。隨著科學哲學的發(fā)展，實驗觀也在不斷地變化，波普爾以“觀察滲透著理論”否定了邏輯主義的“觀察-理論”的二分，到后現(xiàn)代主義時期，發(fā)展起了新實驗主義，“實驗有自己的生命”的口號被提出，實驗的地位被大大地提高，出現(xiàn)了實驗的社會、文化的分析。遺憾的是，物理實驗并沒有隨著實驗觀的發(fā)展而更新，甚至沒有意識到科學哲學思潮的轉(zhuǎn)向帶來實驗觀的變化。

3.物理教學中HPS教學模式固定化傾向較明顯，缺少教師隊伍的支撐

HPS（history and philosophy of science）在1960普林斯頓大學和印第安納大學作為一個項目首先被提出來，歷史主義科學哲學對兩者關(guān)系的討論促使HPS的流行。科學史和科學哲學之間具有多重的交互關(guān)系，如庫恩所說，科學史能夠為科學哲學提出的主張?zhí)峁┳C據(jù)支撐；漢森認為科學哲學能夠為科學史上的一些爭論和假說進行有效性的論證。但兩者并非對稱的關(guān)系，科學史就拒絕科學哲學認為科學是理性的、進步的觀點。對兩者關(guān)系的討論也促使了HPS在具體學科教育教學領(lǐng)域的應(yīng)用。通過梳理關(guān)于歷史、哲學與科學教育研究手冊，物理學科中集中在力學、光學、量子論、熱力學、熱現(xiàn)象，同時也囊括生物學、生態(tài)學、化學、數(shù)學等自然學科，分析歷史、哲學與科學對學科教學的貢獻與影響。隨著發(fā)展就形成了HPS教育。1997年，孟克與奧斯本提出了HPS教學模式，由演示現(xiàn)象并提出問題、引出觀念、學習歷史、設(shè)計實驗、科學的觀念與經(jīng)驗性檢驗、評論和評估六個環(huán)節(jié)組成。國內(nèi)大多遵循這樣的操作模式和程序，呈現(xiàn)出越來越僵化的趨勢。作為國外的引進品，往往看重的是西方物理學的發(fā)展史，對于我國近代物理學的發(fā)展則關(guān)注不夠。HPS所強調(diào)的是多個學科知識的聯(lián)通與融合，而非片段、零碎的知識進入到某個學科教學中，因此對老師的素養(yǎng)和知識水平要求極高，需要教師掌握科學史、科學哲學乃至科學社會學相關(guān)知識和教學資源，并能夠回應(yīng)一些基本科學哲學問題，引導學生掌握科學的本質(zhì)。但如若老師沒有明白相應(yīng)的課程內(nèi)容與科學本質(zhì)之間的聯(lián)系，學生怎么可能去了解科學的本質(zhì)。而我國的物理學教師明顯的欠缺科學史、科學哲學以及物理學科方面的綜合素養(yǎng)，教師隊伍是HPS教學模式在物理教學中實行的最大障礙。

三、科學哲學思潮對物理教學中的困頓與修正

當前物理教學中，有論及科學方法教育在物理教學中滲入，也有物理學史、哲學思想融入物理教學中的。但物理教學應(yīng)該走向何處？能夠給予學生什么應(yīng)對新世紀的挑戰(zhàn)？以科學哲學思潮轉(zhuǎn)向的視角來審視當今的物理教學，物理教學要走向開放性，隨著科學哲學的轉(zhuǎn)向，變革物理教學的培養(yǎng)目標、教學內(nèi)容乃至教學方法，是當務(wù)之急。繼續(xù)固守以知識為本位、固定的探究方法是一種“封建主義”，對當前物理教學作出科學哲學式的反思迫在眉睫。

1.增加物理教學變革中科學哲學思潮轉(zhuǎn)向的推動力

從上文的分析來看，當前的物理教學改革主要是一種外力的、政策驅(qū)動式的，方向以課程改革綱要為準繩，而科學本身發(fā)展的內(nèi)在需求不足，推動力不夠?？茖W哲學乃至物理學的發(fā)展與物理教學呈現(xiàn)隔絕的狀態(tài)，物理教學的更新遠遠落后于科學哲學的發(fā)展與演變。要改變這樣堪憂的局面，首先在于增加物理教學變革中科學哲學思潮的推動力，這種推動力根植于不同思潮之間的轉(zhuǎn)換。

首先，關(guān)系意識，并付諸實踐?？茖W哲學經(jīng)歷兩次轉(zhuǎn)向，每一次轉(zhuǎn)向都帶來了科學本質(zhì)觀、科學研究方法的變化，這兩者極大地影響著學科教育。從西方國家物理教學的演變來看，從強調(diào)科學知識到注重科學探究，再到注重對科學的反思和批判，對應(yīng)了科學哲學的發(fā)展歷程，這并不是一種無意的巧合。物理教學中三維目標的實現(xiàn)需要科學哲學的支撐。這樣的哲學基礎(chǔ)能夠連接物理教學中的理論和實踐，并能為學生提供方法論意義上的追尋。意識到科學哲學與物理教學之間內(nèi)在的以及意義上的關(guān)聯(lián)，并付諸實踐，通過科學哲學的教育意義的應(yīng)用研究來彌補科學哲學與物理教學之間的隔閡。

其次，積極回應(yīng)，借鑒國外經(jīng)驗。正視與回應(yīng)科學哲學的發(fā)展對物理教學提出變革的需求，時時更新物理學研究領(lǐng)域的重大問題。上世紀60年代美國就提出課程內(nèi)容的現(xiàn)代化，將熱力學、核力學、放射性同位素、量子論、航空空間科學納入到新版的物理學教材中。知識的不斷更新賦予學生這樣的意識：科學知識并非絕對客觀的，而是以不同的“范式”在發(fā)展的。

2.培養(yǎng)學生以批判反思能力和創(chuàng)新能力為核心的科學素養(yǎng)

后現(xiàn)代主義的結(jié)構(gòu)是釜底抽薪式的，“沒有一種話語有前后一貫的意義；不存在普遍邏輯和客觀真理的科學，剩下的知識語言游戲在權(quán)力關(guān)系網(wǎng)中自由游蕩”。后現(xiàn)代主義科學哲學消解了科學的絕對標準，很難再用“真理、理性、合理性、客觀性”之類的詞去形容科學，而用“一致性”的概念替換了“客觀性”。如羅蒂的闡述“用非強制的一致觀念來代替客觀性的觀念，將使社會科學家和人文主義者不再認為有某個值得追求的叫做‘科學狀態(tài)的東西”[6]，徹底地顛覆了邏輯主義的科學觀，科學家必須承認自己的無知。學生在物理課堂上所學的物理知識并非是絕對真理的化身，以傳統(tǒng)知識為本位的教學遠遠落后于時代的發(fā)展。比之于理解掌握知識，對證據(jù)、邏輯和科學見解提出質(zhì)疑更為重要。在如此浩瀚的科學知識體系中，學生要能夠判斷和決策，“能有效的分析和評估證據(jù)、爭論、聲明和信念；分析和評估各種不同的觀點”，因為沒有一種觀點是絕對的客觀的，“要善于綜合及能在信息和爭論之間建立聯(lián)系；解釋信息并依據(jù)最佳分析得出結(jié)論”[7]。因此，物理教學的目標不能僅僅停留在學生對自然界保持好奇心，養(yǎng)成事實求是之類的科學態(tài)度層面，要上升到培養(yǎng)學生的批判反思能力乃至創(chuàng)新能力為核心的科學素養(yǎng)。

后現(xiàn)代主義科學哲學對傳統(tǒng)的科學本質(zhì)觀的否定帶來的另一個后果是，人類對科學與社會、與人類本身發(fā)展的重新反思。科學危機是人類在新世紀面臨的重大危機，不斷地在科學代價和科學帶來的進步之間去權(quán)衡，尤其是在出現(xiàn)生態(tài)危機和環(huán)境破壞之后，科學并不總是一個正向的詞。后現(xiàn)代主義科學哲學賦予了科學素養(yǎng)更廣泛的內(nèi)涵，還包括與環(huán)境素養(yǎng)相連，包括對科學與社會、環(huán)境、人類關(guān)系的重新反思和認識。

3.物理教學方法和教學模式的多元化

三種科學哲學思潮強調(diào)不同的方法，邏輯主義強調(diào)觀察法、假說-證實法或假說-證偽法，歷史主義強調(diào)歷史分析法，后現(xiàn)代主義則突出文化批判和對固定方法程序的排斥。物理教學仍然以科學探究活動為主，一般可以遵循提出問題，猜想與假設(shè)，制定計劃與設(shè)計實驗，進行實驗與收集證據(jù)，分析與論證，評估，交流與合作這樣的模式進行探究活動設(shè)計，另外可以針對相應(yīng)的主題，在中間環(huán)節(jié)可以借鑒科學哲學的分析方法，如“邏輯-經(jīng)驗主義的分析、語義學的分析以及實用主義的分析”[5]，也可以通過文化批評加入人文化的元素和反思。物理教學方法要克服傳統(tǒng)自然科學研究方法的壟斷，走向與人文學科研究方法綜合應(yīng)用的趨勢。另外更新物理教學中的實驗觀，提升其在教學中的地位。

就物理教學模式來說，要防止某一種教學模式的壟斷，如HPS教學模式的引入，可以是孟克和奧斯本提出的歷史-探究模式，或是自然觀察-思維探究模式。同時也可以與其他模式相互補充如SSK模式（科學知識社會學）、自然主義認識論等。

參考文獻

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[作者：牟蘭娟（1971-），女，貴州銅仁人，銅仁幼兒師范高等?？茖W校副教授。]

【責任編輯 劉永慶】