科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)在中學(xué)物理課程標(biāo)準(zhǔn)中的呈現(xiàn)和意義

黃曉　錢晨璇

自20世紀(jì)80年代起，科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)（History and Philosophy of Science，HPS）在科學(xué)教育中的價(jià)值與應(yīng)用逐步得到強(qiáng)調(diào)與重視。科學(xué)史不但呈現(xiàn)了科學(xué)發(fā)展的歷史、科學(xué)知識(shí)產(chǎn)生的過(guò)程和科學(xué)家的研究工作，還體現(xiàn)了科學(xué)發(fā)展過(guò)程中的各種研究方法，彰顯了科學(xué)與人文之間的關(guān)系；以科學(xué)哲學(xué)的視角闡述科學(xué)的性質(zhì)與意義，即強(qiáng)調(diào)辯證地看待科學(xué)知識(shí)與研究方法的發(fā)展過(guò)程，是科學(xué)作為一種認(rèn)識(shí)論與方法論的體現(xiàn)。因此，將科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)融入科學(xué)教育中，能發(fā)揮出獨(dú)特的教育價(jià)值，這種價(jià)值體現(xiàn)在能夠使科學(xué)教育更具有深度，學(xué)生在科學(xué)知識(shí)、科學(xué)方法的學(xué)習(xí)過(guò)程中，能夠進(jìn)一步領(lǐng)會(huì)其背后的本質(zhì)和思想，了解真實(shí)的科學(xué)事業(yè)是如何發(fā)展的，從而達(dá)成科學(xué)素養(yǎng)的提高。

課程標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)家對(duì)基礎(chǔ)教育課程的基本規(guī)范和要求，是教材編寫、教學(xué)、評(píng)估和考試命題的重要依據(jù)[1]。現(xiàn)行《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2022年修訂）》[2] 和《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022 年版）》[3] 是在深入總結(jié)我國(guó)課程改革經(jīng)驗(yàn)，充分借鑒國(guó)際課程改革的優(yōu)秀成果基礎(chǔ)上，既符合我國(guó)國(guó)情又具有國(guó)際視野的綱領(lǐng)性教學(xué)文件。新課程標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)學(xué)科育人價(jià)值，注重體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)，從而提升公民科學(xué)素養(yǎng)。將科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)落實(shí)到科學(xué)課程與教學(xué)中，能夠讓學(xué)生在科學(xué)史哲背景下，了解科學(xué)概念與科學(xué)規(guī)律及其發(fā)展進(jìn)程，發(fā)展科學(xué)思維、探究能力和科學(xué)態(tài)度等，達(dá)成對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解，乃至科學(xué)素養(yǎng)提升。在此背景下，研究科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)在中學(xué)物理課程標(biāo)準(zhǔn)中的呈現(xiàn)，有助于深入挖掘科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)對(duì)中學(xué)物理教學(xué)的意義，為中學(xué)物理教學(xué)融入科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)提供理論支持。

中學(xué)物理課程標(biāo)準(zhǔn)中的科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)呈現(xiàn)

中學(xué)物理課程標(biāo)準(zhǔn)

2022年，教育部修改了《義務(wù)教育課程方案》，在課程方案的指導(dǎo)下，《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》出臺(tái)。相對(duì)以往的課程標(biāo)準(zhǔn)，2022年版的物理課標(biāo)優(yōu)化了課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)了學(xué)段連接。其中，新課標(biāo)以“核心素養(yǎng)”課程目標(biāo)為引領(lǐng)，實(shí)現(xiàn)義務(wù)教育不同階段的有效銜接，同時(shí)也與《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》中的核心素養(yǎng)對(duì)應(yīng)。核心素養(yǎng)作為義務(wù)教育階段和普通高中階段的物理學(xué)科課程目標(biāo)，包含了“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個(gè)方面。其中，“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”主要包括科學(xué)本質(zhì)、科學(xué)態(tài)度、社會(huì)責(zé)任等要素。

課程內(nèi)容部分是依據(jù)課程目標(biāo)及不同的物理內(nèi)容特點(diǎn)進(jìn)行分類整合，以主題形式呈現(xiàn)的學(xué)生所要掌握的內(nèi)容?！读x務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中將課程內(nèi)容分為“物質(zhì)”“運(yùn)動(dòng)和相互作用”“能量”“實(shí)驗(yàn)探究”“跨學(xué)科實(shí)踐”5個(gè)一級(jí)主題，在每個(gè)一級(jí)主題下再細(xì)分二級(jí)主題[4]。《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》則將課程內(nèi)容劃分為必修、選擇性必修和選修三個(gè)模塊，并在每個(gè)模塊中以一級(jí)主題和二級(jí)主題方式呈現(xiàn)相應(yīng)內(nèi)容[5]。

科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)在中學(xué)物理課程標(biāo)準(zhǔn)中的呈現(xiàn)在科學(xué)史家的認(rèn)識(shí)中，科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)豐富地展現(xiàn)了科學(xué)知識(shí)的本質(zhì)、科學(xué)發(fā)展中的各種方法與概念，以及科學(xué)與人文關(guān)系等科學(xué)本質(zhì)內(nèi)涵[6]。物理課程標(biāo)準(zhǔn)中科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)的呈現(xiàn)，凸顯了科學(xué)知識(shí)的建構(gòu)性、科學(xué)方法的多樣性、科學(xué)事業(yè)發(fā)展中的責(zé)任與態(tài)度。

凸顯科學(xué)知識(shí)的建構(gòu)性特征

科學(xué)知識(shí)是人們建構(gòu)的產(chǎn)物，其形成與發(fā)展需要經(jīng)由觀察、實(shí)驗(yàn)、假設(shè)及檢驗(yàn)等過(guò)程。

在物理學(xué)的發(fā)展過(guò)程中，科學(xué)知識(shí)是在推翻與被推翻、曲折與反復(fù)、抽象與概括中不斷建構(gòu)的產(chǎn)物?？茖W(xué)知識(shí)的建構(gòu)性主要表現(xiàn)為：

科學(xué)知識(shí)需要被驗(yàn)證，科學(xué)需要證據(jù)，證實(shí)或證偽才能將科學(xué)知識(shí)同單純的信仰或假想?yún)^(qū)分開來(lái)[7]?？茖W(xué)史與科學(xué)哲學(xué)在高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)的呈現(xiàn)，首先表現(xiàn)為科學(xué)知識(shí)的實(shí)證性，如課標(biāo)“必修1”中1.1.4“通過(guò)實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律。結(jié)合物理學(xué)史的相關(guān)內(nèi)容，認(rèn)識(shí)物理實(shí)驗(yàn)與科學(xué)推理在物理學(xué)研究中的作用?！边@一物理學(xué)史展現(xiàn)了伽利略推翻亞里士多德傳世定論的過(guò)程。伽利略先是用邏輯推理駁斥了亞里士多德“重物下落更快”的定論，又創(chuàng)造性地將科學(xué)實(shí)驗(yàn)與科學(xué)推理相結(jié)合，將斜面實(shí)驗(yàn)結(jié)論推廣至自由落體運(yùn)動(dòng)，從而徹底推翻了亞里士多德的錯(cuò)誤定論。針對(duì)“選擇性必修2”中2.3.3 的例2“演示赫茲實(shí)驗(yàn)，體會(huì)理論預(yù)言在科學(xué)發(fā)展中的作用，以及實(shí)驗(yàn)證據(jù)對(duì)新理論的支撐作用”的內(nèi)容說(shuō)明，教材中介紹了麥克斯韋作出預(yù)言，赫茲通過(guò)自制實(shí)驗(yàn)裝置證實(shí)了電磁波的存在及電磁波與光的統(tǒng)一性證明這一漫長(zhǎng)的歷史過(guò)程。這段物理學(xué)史進(jìn)一步凸顯了科學(xué)知識(shí)是需要被驗(yàn)證的，即科學(xué)知識(shí)的實(shí)證性。

科學(xué)知識(shí)、理論和方法是發(fā)展的，需要在曲折與反復(fù)中不斷進(jìn)化?？茖W(xué)知識(shí)的發(fā)展受到歷史和社會(huì)因素的影響，科學(xué)研究工作者在特定的階段傾向于采用較為一致的理論假設(shè)，但這些理論和假設(shè)不是固定不變的，而是處在動(dòng)態(tài)發(fā)展中[8]。在義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)的“物質(zhì)”主題內(nèi)容中1.3.2“了解原子的核式結(jié)構(gòu)模型。了解人類探索微觀世界的大致歷程，關(guān)注人類探索微觀世界的新進(jìn)展”中包含了原子結(jié)構(gòu)模型的發(fā)展演變史。教材進(jìn)一步呈現(xiàn)了原子核式結(jié)構(gòu)模型經(jīng)歷的不斷修正過(guò)程：從湯姆孫提出的“西瓜模型”，到盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型，再到丹麥科學(xué)家波爾對(duì)原子核式結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行了改進(jìn)。高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)“選修1”中1.1.4“了解波粒二象性的物理思想，體會(huì)人們對(duì)物質(zhì)本性認(rèn)識(shí)的不斷發(fā)展”包含了人們對(duì)光的本質(zhì)的認(rèn)識(shí)發(fā)展史。教材則具體呈現(xiàn)了從牛頓時(shí)期光的“粒子說(shuō)”占主流，到麥克斯韋電磁理論使光的“波動(dòng)說(shuō)”被大眾接受，再到愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)理論和康普頓效應(yīng)理論。人們對(duì)光的本質(zhì)的認(rèn)識(shí)正是在“粒子說(shuō)”和“波動(dòng)說(shuō)”的曲折發(fā)展和反復(fù)中不斷深入的。

強(qiáng)調(diào)科學(xué)方法的多樣性

實(shí)驗(yàn)、科學(xué)家等都是構(gòu)成科學(xué)史的重要因素。物理學(xué)史上出現(xiàn)了諸多偉大科學(xué)家，其貢獻(xiàn)不僅在于不斷地豐富人類的科學(xué)知識(shí)，而且為科學(xué)研究提供了寶貴的實(shí)踐方法。物理課程標(biāo)準(zhǔn)中的科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)呈現(xiàn)，還表現(xiàn)于其承載的探究途徑、科學(xué)方法、科學(xué)思想等。

物理課程標(biāo)準(zhǔn)中的科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)體現(xiàn)了物理學(xué)發(fā)展過(guò)程中科學(xué)方法的多樣性，多次強(qiáng)調(diào)通過(guò)科學(xué)史實(shí)讓學(xué)生體會(huì)極限法、模型建構(gòu)、物理實(shí)驗(yàn)、科學(xué)推理等科學(xué)研究方法在探索自然規(guī)律或物理學(xué)研究中的作用。高中物理“必修1”注重在機(jī)械運(yùn)動(dòng)情境下培養(yǎng)學(xué)生模型建構(gòu)的物理思維方式，如1.1.2“知道將物體抽象為質(zhì)點(diǎn)的條件，能將特定實(shí)際情境中的物體抽象成質(zhì)點(diǎn)。體會(huì)建構(gòu)物理模型的思維方式，認(rèn)識(shí)物理模型在探索自然規(guī)律中的作用”。除此之外，“必修1”中1.1.4 還要求“通過(guò)實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律。結(jié)合物理學(xué)史的相關(guān)內(nèi)容，認(rèn)識(shí)物理實(shí)驗(yàn)與科學(xué)推理在物理學(xué)研究中的作用”。自由落體運(yùn)動(dòng)是伽利略對(duì)斜面理想實(shí)驗(yàn)的推廣，蘊(yùn)含了伽利略“實(shí)驗(yàn)+推理”的科學(xué)方法?？茖W(xué)探究中所蘊(yùn)含的重要科學(xué)思想可以結(jié)合科學(xué)史中科學(xué)家所處真實(shí)情境引導(dǎo)學(xué)生理解。如“必修3”中的“教學(xué)提示”指出“重視發(fā)揮物理學(xué)史的教育功能，讓學(xué)生了解庫(kù)侖定律的探索歷程，體會(huì)庫(kù)侖扭秤實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)思想與方法”。庫(kù)倫為了解決當(dāng)時(shí)所面臨的電荷間相互作用力太小難以測(cè)量、電荷量無(wú)法測(cè)量的問(wèn)題，巧妙地設(shè)計(jì)了扭秤裝置，運(yùn)用放大法、轉(zhuǎn)換法和電荷等量均分的科學(xué)思想解決了難題，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出庫(kù)侖定律。即在感悟科學(xué)思想的同時(shí)也充分結(jié)合了情境。

在義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)中的科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)所涉及的科學(xué)方法，主要包括模型建構(gòu)和物理實(shí)驗(yàn)等。如“物質(zhì)”主題內(nèi)容中的“學(xué)業(yè)要求”指出“知道建構(gòu)模型是物理研究的重要方法，了解原子的核式結(jié)構(gòu)模型”；“運(yùn)動(dòng)和相互作用”主題內(nèi)容的“教學(xué)提示”要求“滲透科學(xué)研究方法，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。例如，通過(guò)實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)光線等物理模型，體會(huì)物理模型的重要作用”。此外，義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)還強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)物理研究的本質(zhì)，如“物質(zhì)”主題內(nèi)容的“學(xué)業(yè)要求”指出“能通過(guò)物態(tài)變化等實(shí)驗(yàn)，感受物理研究是建立在觀察、實(shí)驗(yàn)和推理基礎(chǔ)上的創(chuàng)造性工作”；“運(yùn)動(dòng)和相互作用”主題內(nèi)容的“學(xué)業(yè)要求”也強(qiáng)調(diào)“知道物理學(xué)是對(duì)相關(guān)自然現(xiàn)象的描述與解釋，物理學(xué)研究需要觀察、實(shí)驗(yàn)和推理”。

彰顯科學(xué)事業(yè)的發(fā)展與科學(xué)家的科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任感

科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)在高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)中的呈現(xiàn)還表現(xiàn)在讓學(xué)生了解某一領(lǐng)域科學(xué)事業(yè)的發(fā)展過(guò)程，體會(huì)科學(xué)家在科學(xué)事業(yè)發(fā)展中所發(fā)揮的作用，以及科學(xué)家取得的成就對(duì)科學(xué)發(fā)展的價(jià)值意義。這類科學(xué)史實(shí)的融入強(qiáng)調(diào)了科學(xué)家個(gè)人的成就和貢獻(xiàn)，集中體現(xiàn)了科學(xué)家的科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任感，例如高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)“必修2”中2.2.5 的例子“了解牛頓力學(xué)對(duì)航天技術(shù)發(fā)展的重大貢獻(xiàn)”和“選修1”中1.1.1“了解哥白尼日心說(shuō)對(duì)宇宙觀的沖擊”“了解開普勒定律對(duì)牛頓發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律的重要作用”，是為了讓學(xué)生通過(guò)了解不同科學(xué)家的工作，體會(huì)到科學(xué)事業(yè)是后人站在前人的肩膀上發(fā)展的，每一位科學(xué)家的工作都有其價(jià)值所在。除此之外，科學(xué)史實(shí)的融入還強(qiáng)調(diào)了某個(gè)科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)多個(gè)具有代表性的科學(xué)家持續(xù)不斷的貢獻(xiàn)。如“選擇性必修3”中3.2.1 內(nèi)容要求“通過(guò)有關(guān)史實(shí)，了解熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，體會(huì)科學(xué)探索中的挫折和失敗對(duì)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的意義”。這一內(nèi)容體現(xiàn)了融入科學(xué)史，也旨在讓學(xué)生了解科學(xué)事業(yè)的發(fā)展不是一帆風(fēng)順的，而是需要科學(xué)家經(jīng)過(guò)一次又一次的嘗試，并且在嘗試過(guò)程中會(huì)經(jīng)歷挫折和失敗。類似的體現(xiàn)還有“必修2”中2.3.1“知道牛頓力學(xué)的局限性，體會(huì)人類對(duì)自然界的探索是不斷深入的”。

義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)中的科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)主要通過(guò)介紹我國(guó)某一科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展和貢獻(xiàn)，讓學(xué)生在了解我國(guó)科學(xué)家的成就基礎(chǔ)上樹立正確的科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任感。如介紹與我國(guó)古代有關(guān)的科技成就，比如“物質(zhì)”主題內(nèi)容1.1.3 的例3“了解我國(guó)古代的鑄造技術(shù)，并嘗試運(yùn)用物態(tài)變化知識(shí)進(jìn)行解釋”，1.2的“活動(dòng)建議”為“查閱資料，了解我國(guó)古代青銅器、鐵器的制造技術(shù)及其對(duì)社會(huì)進(jìn)步的推動(dòng)作用”，以及在“運(yùn)動(dòng)和相互作用”主題內(nèi)容2.4.2 的例3“查閱資料，了解我國(guó)古代指南針的發(fā)明對(duì)人類社會(huì)發(fā)展的貢獻(xiàn)”等，集中體現(xiàn)了我國(guó)古代科學(xué)技術(shù)成就促進(jìn)學(xué)生了解我國(guó)的科學(xué)技術(shù)事業(yè)發(fā)展的作用，以此提高學(xué)生的民族自信和文化自信。“運(yùn)動(dòng)和相互作用”主題內(nèi)容的“教學(xué)提示”中提到的“通過(guò)討論和分析孔明燈、司南等……培養(yǎng)學(xué)生的愛(ài)國(guó)情懷，提升學(xué)生的民族自豪感和實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的使命感”等，也都強(qiáng)調(diào)了可以借助科學(xué)史實(shí)，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任感。

科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)應(yīng)用于物理教學(xué)的意義

科學(xué)本質(zhì)即對(duì)“科學(xué)是什么”或“什么是科學(xué)”的回答[9][10]，不同歷史時(shí)期、不同的國(guó)家和地區(qū)，以及不同的科學(xué)探究學(xué)者對(duì)科學(xué)本質(zhì)的內(nèi)涵有著各自的認(rèn)識(shí)和理解。隨著科學(xué)的發(fā)展，人們對(duì)科學(xué)的本質(zhì)的認(rèn)識(shí)是逐漸深化的。對(duì)不同學(xué)者的研究文獻(xiàn)進(jìn)行梳理[11][12]，科學(xué)的本質(zhì)在基礎(chǔ)科學(xué)教育方面大致可以概括為：科學(xué)知識(shí)是多元的，具有暫時(shí)性特征；科學(xué)知識(shí)在很大程度上依賴于觀察、實(shí)驗(yàn)證據(jù)、理性的論據(jù)和懷疑，但又不完全依賴這些東西；通往科學(xué)沒(méi)有唯一的道路，因?yàn)闆](méi)有一種普適的可照搬的科學(xué)方法；科學(xué)是一種解釋自然的嘗試；在科學(xué)中，規(guī)律和理論起著不同的作用，即科學(xué)理論不會(huì)因?yàn)榭茖W(xué)證據(jù)的獲得而變成科學(xué)規(guī)律；來(lái)自一切文化背景的人都對(duì)科學(xué)作出貢獻(xiàn)；新的知識(shí)必須要清楚地、公開地得到報(bào)道；科學(xué)家需要保持準(zhǔn)確的記錄，需要同行評(píng)議，其研究結(jié)果需要可復(fù)現(xiàn)性；觀察滲透理論；科學(xué)家要有創(chuàng)造性，科學(xué)史既揭示了科學(xué)的進(jìn)化特征，也揭示了科學(xué)的革命特征；科學(xué)是社會(huì)和文化傳統(tǒng)的一部分；科學(xué)和技術(shù)彼此影響；科學(xué)思想受到社會(huì)和歷史環(huán)境的影響。物理課程與教學(xué)融入科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)可以讓學(xué)生更好地把握科學(xué)本質(zhì)，理解科學(xué)知識(shí)的產(chǎn)生過(guò)程，科學(xué)在社會(huì)發(fā)展和進(jìn)步中的作用，以及科學(xué)和科學(xué)方法的優(yōu)點(diǎn)和局限性等，從而幫助學(xué)生區(qū)分科學(xué)與非科學(xué)／偽科學(xué)，驅(qū)散唯科學(xué)主義迷霧，正確認(rèn)識(shí)科學(xué)技術(shù)與社會(huì)發(fā)展的關(guān)系。

強(qiáng)調(diào)科學(xué)知識(shí)的建構(gòu)過(guò)程，促進(jìn)學(xué)生理解科學(xué)知識(shí)的本質(zhì)

從科學(xué)史的發(fā)展歷程看，科學(xué)知識(shí)被視為科學(xué)家通過(guò)觀察、實(shí)驗(yàn)等研究方式，依據(jù)新發(fā)現(xiàn)的證據(jù)進(jìn)行邏輯分析，再經(jīng)由科學(xué)界爭(zhēng)論后得到的統(tǒng)一解釋。與科學(xué)家的研究活動(dòng)相似，學(xué)習(xí)者的科學(xué)學(xué)習(xí)過(guò)程也應(yīng)與科學(xué)知識(shí)的產(chǎn)生過(guò)程融為一體，即通過(guò)對(duì)自然界的觀察與研究，在先前經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上建立起新的理解，從而深化自身對(duì)科學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)。然而不論是學(xué)習(xí)者還是科學(xué)家，在建立新的科學(xué)概念和進(jìn)一步理解這些科學(xué)概念時(shí)，他們的前概念都是居于中心地位的。當(dāng)這些概念與科學(xué)上所認(rèn)可的觀點(diǎn)一致時(shí)，這些前概念就是進(jìn)一步深入理解科學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)。事實(shí)上，很多學(xué)習(xí)者的前概念與目前公認(rèn)的科學(xué)知識(shí)并不一致。這些前概念可能在一定范圍內(nèi)闡釋自然與社會(huì)現(xiàn)象時(shí)是合理與恰當(dāng)?shù)?，但將其理解為概念的普適應(yīng)用往往是一種錯(cuò)誤的認(rèn)知。例如，在對(duì)浮力的認(rèn)識(shí)上，學(xué)生往往會(huì)認(rèn)為重的物體（鐵）會(huì)沉入水中，輕的物體（木頭）會(huì)浮在水面上；體積大的物體受到的浮力大，會(huì)上浮，體積小的物體受到的浮力小，會(huì)下沉。在學(xué)習(xí)電流前，受到電流概念中“流”的影響，學(xué)生認(rèn)為越靠近電源正極的地方，電流會(huì)越大；電流通過(guò)電路元件時(shí)，后面的電路元件得到的電流是前面用完剩下的。在力學(xué)領(lǐng)域，學(xué)生容易認(rèn)為只有有生命的人或動(dòng)物，以及發(fā)動(dòng)機(jī)、磁鐵、帶電體等幾種特殊物體才能施出力來(lái)，還有學(xué)生認(rèn)為力的作用是單方面的，如人、動(dòng)物或磁鐵等施力于某物體時(shí)，并不受到受力物體的反作用力。

學(xué)生頭腦中的這些前概念通常很頑固，教師在使用常規(guī)方法進(jìn)行教學(xué)時(shí)，往往很難改變他們的前概念。只有當(dāng)學(xué)生的前概念不能充分描述或解釋一個(gè)事件或觀察到的現(xiàn)象時(shí)（即對(duì)原有概念不滿），在新的概念可理解的情況下，他們才會(huì)試圖改變[13]。然而，物理教材多數(shù)呈現(xiàn)的是當(dāng)前已被證實(shí)的科學(xué)知識(shí)和理論，學(xué)生通過(guò)模式化的記憶與背誦吸收這些知識(shí)，容易對(duì)科學(xué)學(xué)習(xí)和科學(xué)研究方法產(chǎn)生錯(cuò)誤或簡(jiǎn)單化的觀點(diǎn)。針對(duì)這些問(wèn)題，在物理課程標(biāo)準(zhǔn)中融入科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)教材編寫與教師教學(xué)實(shí)踐的雙重指導(dǎo)，以此引導(dǎo)學(xué)生重演科學(xué)家獲得這些知識(shí)的過(guò)程，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)科學(xué)知識(shí)本質(zhì)的理解。具體來(lái)說(shuō)，科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)應(yīng)用于物理教學(xué)，重現(xiàn)了科學(xué)家對(duì)科學(xué)知識(shí)的建構(gòu)過(guò)程，且為學(xué)生提供了一種認(rèn)識(shí)情境，通過(guò)這種情境能有效認(rèn)識(shí)到有些科學(xué)知識(shí)是在戰(zhàn)勝相應(yīng)錯(cuò)誤知識(shí)的過(guò)程中不斷發(fā)展的。因此，在教材中呈現(xiàn)歷史上的科學(xué)家是怎樣建構(gòu)重要概念和理論，能幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)科學(xué)知識(shí)建構(gòu)的真實(shí)過(guò)程，從而深刻理解這些知識(shí)。在具體的教學(xué)過(guò)程中，科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)也是幫助教師合理進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)的良好指向標(biāo)，能指引教師高度關(guān)注學(xué)生在課堂教學(xué)情境中展露出來(lái)的原有知識(shí)、技能、態(tài)度和信念。教師在尊重與理解學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，幫助學(xué)生重構(gòu)對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，并帶領(lǐng)學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)概念、理論或定律的完整建構(gòu)過(guò)程，以形成新的科學(xué)知識(shí)體系并理解科學(xué)知識(shí)的本質(zhì)。

突出科學(xué)發(fā)展中的科學(xué)研究過(guò)程，幫助學(xué)生體會(huì)科學(xué)方法的思想內(nèi)涵

兒童思維的心理發(fā)生與科學(xué)概念的歷史發(fā)展之間的連續(xù)性，即科學(xué)家與兒童在認(rèn)知方面的相似性[14]，為科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)應(yīng)用于物理教學(xué)提供了心理學(xué)基礎(chǔ)。皮亞杰[15] 探索了兒童思維的心理發(fā)生與科學(xué)概念歷史演變之間的連續(xù)性與同構(gòu)性，通過(guò)比較“動(dòng)量”概念的形成和發(fā)展過(guò)程的歷史考察，以及兒童“動(dòng)量”概念的心理發(fā)生，強(qiáng)調(diào)了“動(dòng)量”概念在經(jīng)驗(yàn)現(xiàn)象解釋發(fā)展的歷史過(guò)程，與學(xué)生認(rèn)識(shí)“動(dòng)量”概念心理發(fā)生過(guò)程間的明顯類似。這意味著在物理學(xué)的發(fā)展歷程中，科學(xué)家難以攻克的部分往往也是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，科學(xué)發(fā)展史上關(guān)鍵性的突破和物理學(xué)家偉大貢獻(xiàn)之處，也往往成為教學(xué)的重點(diǎn)所在。物理學(xué)的發(fā)展歷史中蘊(yùn)含著大量物理學(xué)家巧妙運(yùn)用方法的探究過(guò)程，教師可以利用這些事例讓學(xué)生領(lǐng)悟科學(xué)研究方法對(duì)于物理學(xué)發(fā)展的重要性。例如高中物理“選擇性必修2”的學(xué)業(yè)要求中強(qiáng)調(diào)“能通過(guò)與法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律有關(guān)的科學(xué)探究，掌握對(duì)實(shí)驗(yàn)證據(jù)進(jìn)行分析與歸納的方法”。楞次定律是楞次基于對(duì)大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)分析后歸納出的關(guān)于感應(yīng)電流方向的規(guī)律，其中蘊(yùn)含了歸納推理方法。教材中對(duì)這一科學(xué)方法也作了詳細(xì)闡述：“歸納推理是從一類事物的部分對(duì)象所具有的某種屬性出發(fā)，推理出這類事物的所有對(duì)象都具有共同屬性的推理方法，也就是由具體結(jié)論推理出一般規(guī)律的方法”。將科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)應(yīng)用于物理教學(xué)，有助于學(xué)生理解楞次定律這一科學(xué)知識(shí)本身，同時(shí)教師可通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行歸納，在探究楞次定律的過(guò)程中感受歸納推理方法。

教師還可以帶領(lǐng)學(xué)生重演物理學(xué)家的探究過(guò)程，從而感受其中的科學(xué)方法。以伽利略對(duì)牛頓第一定律的探究為例，初中、高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)都提及對(duì)伽利略斜面實(shí)驗(yàn)所蘊(yùn)含的科學(xué)方法與思想的學(xué)習(xí)。在高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)“必修1”中1.1.1 的例1 提出“了解伽利略的實(shí)驗(yàn)研究工作，認(rèn)識(shí)伽利略有關(guān)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)思想和方法”，相應(yīng)的高中教材“牛頓第一定律”一節(jié)中設(shè)置了“理想實(shí)驗(yàn)的魅力”模塊，對(duì)伽利略理想斜面實(shí)驗(yàn)作了詳細(xì)的介紹，并在留白注釋處強(qiáng)調(diào)“這種依據(jù)邏輯推理把實(shí)際實(shí)驗(yàn)理想化的思想也是研究物理問(wèn)題的重要方法之一”。義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)的“運(yùn)動(dòng)和相互作用”主題內(nèi)容2.2.5 例6 要求“了解伽利略在探究與物體慣性有關(guān)問(wèn)題時(shí)采用的思想實(shí)驗(yàn)，體會(huì)科學(xué)推理在科學(xué)探究中的作用”，相應(yīng)的初中“人教版”物理教科書8 年級(jí)下冊(cè)的“牛頓第一定律”一節(jié)中，雖然沒(méi)有對(duì)理想斜面實(shí)驗(yàn)進(jìn)行描述，但是也通過(guò)阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響實(shí)驗(yàn)得出牛頓第一定律，明確指出“牛頓第一定律雖然不是直接由實(shí)驗(yàn)得出的，但其中符合邏輯的科學(xué)推理是非常重要的”。強(qiáng)調(diào)科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)在物理教學(xué)中的價(jià)值，教師就可以“重演”伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)，復(fù)現(xiàn)其科學(xué)探究過(guò)程，促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)推理方法、理想化思想有更加深刻的認(rèn)識(shí)。

講好科學(xué)家故事，促使學(xué)生領(lǐng)會(huì)科學(xué)家精神

羅伯特· 金· 默頓（Robert KingMerton）認(rèn)為科學(xué)的精神氣質(zhì)是指約束科學(xué)家的有情感色調(diào)的價(jià)值和規(guī)范綜合體[16]?？茖W(xué)家是科學(xué)精神的載體，科學(xué)家的品德或良心是科學(xué)精神的內(nèi)化體現(xiàn)?？茖W(xué)家精神體現(xiàn)了科學(xué)精神的內(nèi)涵，但卻不局限于科學(xué)精神。科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)應(yīng)用于中學(xué)物理教學(xué)的價(jià)值，不僅在于引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到科學(xué)與人文的關(guān)系，還在于通過(guò)再現(xiàn)科學(xué)家工作的過(guò)程，或呈現(xiàn)某一科學(xué)領(lǐng)域中眾多科學(xué)家的成就是如何促成相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)步與科學(xué)事業(yè)發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生理解科學(xué)家的精神。具體來(lái)說(shuō)，通過(guò)了解科學(xué)發(fā)展過(guò)程中的故事和案例，學(xué)生可以更加全面深刻地看待科學(xué)事業(yè)與科學(xué)家之間的關(guān)系；領(lǐng)會(huì)到科學(xué)家精神對(duì)科學(xué)家作出貢獻(xiàn)的作用；理解科學(xué)也是一種社會(huì)建構(gòu)的產(chǎn)物等。引入合適的科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)內(nèi)容，還可以促進(jìn)學(xué)生民族自豪感、社會(huì)責(zé)任感的形成與發(fā)展。例如在初中物理中介紹人類對(duì)物質(zhì)的認(rèn)識(shí)歷程的過(guò)程中，通過(guò)引入我國(guó)在航天科技方面的歷史成就和科學(xué)家事跡，可以喚起學(xué)生的民族自豪感，激起他們對(duì)從事科學(xué)技術(shù)事業(yè)的向往。義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)中“物質(zhì)”主題內(nèi)容中的“活動(dòng)建議”部分，提出可以“查閱資料，了解‘中國(guó)天眼在人類探索宇宙中的作用及我國(guó)科學(xué)家在建造‘中國(guó)天眼過(guò)程中的卓越貢獻(xiàn)”。南仁東被譽(yù)為是“中國(guó)天眼之父”，“中國(guó)天眼”即500 米口徑的球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)宏偉的夢(mèng)想，南仁東奉獻(xiàn)了自己的一生，在天眼落成后1 年，南仁東也因?yàn)榉伟┩砥阡廴婚L(zhǎng)逝。南仁東與FAST 的故事是一個(gè)充滿了艱辛、堅(jiān)守和勇氣的故事，可以給人們心中帶來(lái)力量。在他身上我們能夠充分感受那份我國(guó)科學(xué)家愛(ài)國(guó)敬業(yè)、不畏艱辛、勇于攀登的精神品質(zhì)。此外，義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)“跨學(xué)科實(shí)踐”中5.3.3“了解我國(guó)科技發(fā)展成就，增強(qiáng)科技強(qiáng)國(guó)的責(zé)任感和使命感”給出的對(duì)應(yīng)例子也作了對(duì)科學(xué)家事跡介紹的詳細(xì)闡述：“了解我國(guó)‘兩彈一星的成就，體會(huì)科技作為國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略支持的重大意義，樹立科技自強(qiáng)的信念；知曉趙忠堯、錢學(xué)森、鄧稼先等科學(xué)家的杰出貢獻(xiàn)和愛(ài)國(guó)情懷，發(fā)揚(yáng)勇攀科技高峰的精神?！痹谖覈?guó)航空航天發(fā)展史中，出現(xiàn)了許多科學(xué)家的偉大事跡，這些事跡可以作為教學(xué)素材讓學(xué)生充分感受到我國(guó)科學(xué)家身上的偉大精神品質(zhì)，并在這樣的科學(xué)學(xué)習(xí)中充分接受愛(ài)國(guó)精神的熏陶，從而在心中埋下為國(guó)家乃至全人類的科學(xué)事業(yè)奮斗的種子。