科学的本质与科学教学1.docx

群的本质与教育中由来已久的传统是提倡将HPS融入科学课堂、课程及教师教育，以产生文化、教育、个人及科学效益，用当下的术语说是将科学的本质(NatlIreofSCielICe,NOS)带入科学课堂、课程及教师教育。我们可以将其称为规范的NOS传统。该传统主张为了一些个人目标、文化目标及学科目标，学习科学的学生应该对科学本身有所了解，尤其要了解科学在哲学或方法论方面的独特之处。18世纪的约瑟夫普里斯特利(JOSePhprieStIey)可被看做是这一传统的奠基人，这一点在第七章已经提到过。他撰写了第一本有关电学史和光学史的书，由此自然哲学家可以借鉴前人成功和失败的经验。这一传统在19世纪的核心代表人物有威廉休厄尔(WiIIiamWhewell)(Whewell185S)、托马斯赫胥黎(ThomasHuxleyXHuxIey1868/1964)和恩斯特马赫(EmstMach)(Mach1886/1986)020世纪早期的核心代表人物有美国的约翰杜威(JohnDeweyXDewey1910),英国的弗雷德里克韦斯塔韦(FrederiCkWestaway)(Westaway1929)和埃里克霍姆亚德(BriCHolmyard)(Holmyard1924)0在北美国家，这种传统得以延续，20世纪40年代的代表人物有约瑟夫施瓦布(JOSePhSchwab)(Schwab1949);60年代的代表人物有利奥克洛普弗(LeOKlopfer)(Klopfer1969)和詹姆斯罗宾逊(JameSRobinson)(Robinson1968);70年代的代表人物有吉姆卢瑟福(JimRUtherfoE)(RUtherfoE1972,2001)、杰拉尔德霍尔顿(GeraIdHolton)(Holton1975,1978)、罗伯特科恩(RoberlCohenXCohen1975)和迈克尔马丁(MiChaelMartin)(Martin1972,1974)。在过去30年间，许多科学教育家发展了这一规范性传统，其中最著名的当属德里克霍德森(DerekHodson)(1986,1988,2008,2009,2014)、理查德杜舍尔(RiChaMDUSChI)(1985,1990,2004)和曼苏尔尼亚兹(ManSOorNiaZ)(2009,2010)等人？。本书的序言部分已经提到，历史、哲学与科学教学国际组织(IIIPST)自1989年开始每两年召开一次会议，并发行相关刊物科学与教育，对这一传统做出了突出贡献。自1992年创刊以来，科学与教育发表了800多篇有关历史、哲学和科学教学的研究论文，其中上百篇论文都提交到了IHPST国际和地区会议上。除了倡导或规范性工作以外，最近关于NOS的实证研究稳步增长。但这些研究极少关注学生为什么应该学习NOS,而偏重于学生如何学习以及他们是否已经学习了N0S。这项基于实证的传统研究了以下问题：NOS能否被有效应用到小学教育中？学习NOS最好的方法是什么？外显NOS教学和内隐NOS教学会带来什么不同的结果?科学家、教师以及代表性的历史学家和哲学家持有怎样的NoS观点?学习NOS和学习科学内容有何关联(如果二者存在关联的话)？学习NOS能带来哪些长远的收益与改变?如何开发有效、可靠、高效的NOS测试3,等等。诺曼莱德曼(NormanLederman)(2004,2007,Ledermanetal.2014)>福阿德阿布德哈力克(FoUadAbd-el-Khalick)(2005)>威廉麦科马斯(WiIliamMcComas)(1998a,2014)>基思泰伯(KeithTaber)(2009,2014)以及他们的研究团队所做的工作对此产生了重要影响。NOS能够覆盖多大范围的教育目的？这个问题从一开始便模棱两可，时有争论。最初，NOS被认为与科学哲学是一致的。人们重点关注认识论、方法论、本体论及科学伦理，关注证据如何与理论评价相联系、理论选择的决定性因素及成功实验所具备的特点，等等。这一观点认为，正是这一系列问题构成了科学的独特性、决定性特征。随后，NOS的覆盖范围有所扩大，将科学史及科学哲学融入其中，因为后者需要前者，即学习科学需要了解它的一些历史以及科学发现和理论得到认可的真实过程“没有科学史的科学哲学是空洞的；没有科学哲学的科学史是盲目的“(LakatOSI978,p.102)。由于大规模(工业)和小规模(实验室)的科学社会学复兴，NOS的覆盖范围进一步扩大，将社会学乃至科学心理学也融入其中。至此，NOS的含义基本上成了“科学研究”，而哲学和认识论也不再处于中心地位4。无论是规范的NOS传统还是实证的NOS传统，都将根据所采用的NoS定义的宽泛程度进行调整。因为科学是人类的，所以它也是融入历史的、追求真理的事业。它有许多特点：认知性、社会性、商业性、文化性、政治性、结构性、伦理性、金融性、心理性，等等。所有这些特点都是值得科学专业的学生和学科专家去研究的。而当我们研究各种不同学科的科学，以及不同科学学科的历史、成果和实践的不同方面时，这些特点的不同之处就变得更加清晰。有些特点与其他获取知识活动的特点在很大程度上是相同的，有些仅有小部分相同，而有些则完全不同。考虑到科学的这些特点，理解NoS是大有裨益的，这并非一项实践活动获得科学性的充分必要条件，用维特根斯坦的术语来说，是用来识别“家族相似”特点的，这些特点可以确保不同的事业都称得上是科学的。为了对其特征加以限制，追求真理必须始终作为一个典型的科学目标，科学研究是否成功以及“真理”是什么都是次要的问题5。本章将介绍术语的变化，以及研究焦点从NOS的本质论和认识论向更为轻松、情境化和异构化的“科学的特征"(featuresofscience,FOS)的转移。这一术语和焦点的变化避免了以下这些与当前大多数NoS研究相关的哲学和教育学误区：1 .盲目地将认识论的、社会学的、心理学的、伦理的、商业的和哲学的特征归到单一的NOS列表中；2 .关于NOS列表应该包含多少条目的争论，莱德曼团队认为有7个，而麦克马斯团队认为有10个，还有些团队有其他见解；3 .关于方法碱科学的“本质”存在争论以及争论不断的一方的特权；4.关于划界争议的特定解决方案的假设；5 .假设可以通过学生识别NOS内容的能力，判断和评价关于NoS的学习。威廉休厄尔：当代NoS争议的先驱威廉休厄尔(WilliamWhewelD(17941866)是英国伟大的科学家、哲学家、历史学家、神学家及伦理学者，1854年在利兹为英国皇家学会做了题为“科学史对知识教育的影响”的演讲(WheWell185S)。他在演讲中为他?蜡的论断铺垫了以下观愿“古代社会孕育了最优秀的科学研究成果，这些成果为现代教育提供了最好的素材，沿着它们的步伐，现代科学如雨后春笋般飞速发展，在各个方面都远远超越了古代科学。科学应对现代教育施加影响，并为现代知识文化做出应有的贡献。”(Whewell1855,p.242)在演讲中，他激昂地论证将NOS(现在的叫法)的内容融入所有的通识教育：“在科学史上，我们看到无数本质：肉体本质及精神本质；知识世界的本质及感性世界的本质科学史可以也必须大力促进对归纳发现应有的理解和评价；在过去的三百年中，归纳发现这一过程有着强大的活力，在欧洲国家迅速发展，可以说已经成为这些国家青年国民知识中鲜明而突出的部分。”GVhewell1855,p.248-249)休厄尔相信，从更宽泛的意义上讲，即从知识的形成过程或认识论的角度来讲，科学史是理解“知识文化”不可或缺的一部分。休厄尔认为，研究科学哲学必须了解科学史。一百多年后，这一观点在卡尔波普尔(KarlPopper)伊姆宙拉卡托斯(ImreLakatos)和托马斯库恩(ThOmaSKuhn)的推动下得到大家的认可。虽然许多有关科学教育中NOS的讨论与休厄尔的观点相背离，但他的观点依然值得关注。教师在教授NOS的过程中常常不谈历史，而历史学习也不会提及NOS。不幸的是，许多教师希望仅仅通过让学生“反思”、“头脑风暴”或“讨论”他们的教学活动或探究活动来传达NOS的内容。这样做的成效是有限的。任何课程的学习都依赖于从课堂科学外推至科学“大局”-一即包含历史和社会的科学。做这种外推时需要小心谨慎，稍有不慎便会滋生傲慢、自我膨胀：“我将通过反思课堂上我所做的来告诉你科学及其目的、方法和价休厄尔继续提问，提出了当代NoS研究最受关注的两个问题：“这样的文化是如何被影响的？如何判断这种文化是否受到了影响？”(VVhewelI1855,p.249)用时下的话来讲，休厄尔想问的是：教授NOS的最佳方式是什么？以及，如何对NOS学习进行最恰当的评价?教育工作者和研究人员仍然在K“科舞学科的栅不断提出这些问题并进行解答。当前对NoS的研究如上文所述，当代NOS的研究要么是规范的，要么是实证的，当然二者有一些重叠，因为人们通常不会研究他们认为不重要的课题。当下规范的NoS研究面临的基本挑战是它需要充分了解科学的历史性研究和哲学性研究。这一挑战或多或少得到了解决，解决程度取决于研究人员自身对该领域的修养及掌握情况。科学教育研究者通常持有一种广泛的、轻松的、不过度考究的科学本质观。当下的趋势是“HPS流”，或者不客气地说是接纳HPS的一切定位，包括20世纪60年代的逻辑实证主义(Matthews1997)70年代和80年代的库恩主义(MattheWS2004)以及80年代和90年代的建构主义(MattheWS2000b)6o更近一些，许多教育家接受各种后现代主义和社会与文化版本的HPS,如下所述：“当下科学研究中的学术研究为更具思想性的科学教育论述开辟了道路，这些论述涉及科学知识的批判性、历史性、政治性和社会文化观点以及实践传统西方科学对客观性和普遍真理性主张的问题本质给予了更多的关注，并创造了一个教育空间，在这个空间内，理所当然的含义遭受越来越多的挑战、充实和驳斥因此，科学长期以来对认识论优势的接纳，如今与文化规范、社会利益和经济需求相联系。”(Bazzul&Sykes2011,p.268)在科学教育界中，由于对科学史和科学哲学的合理培训较少，许多发表的有关NOS的论断一一诸如前面的引用都是错误、不合理或虚构的'。所以如果将NOS纳入教师培训，必然会对教师教育造成影响，而当教师在学校中试图推广NOS知识时，必然又会对课堂教学造成影响。思考近期一篇论文中发表的十分自信的论断：“对科学具有更加严谨的认识论信仰的人拒绝客观真理，认可多重事实，并把科学知识看作人类的建构。这些复杂认识论的视角被美国科学教育改革文件当做学习目标和教学途径。”(Kang2008,p.480)在NOS的三点声明中有一点，即“科学知识是人类的建构”是相当正确的，但又接近于重复(它能是一棵树的建构吗？能是一只北极熊的建构吗?)。而另外两点则是错误的，或者至少可以说是饱受争议的，然而它们仍被贴上“有判断力”的标签。这种错误或者说饱受争议的“有判断力”的声明得到广泛传播：“建构主义的学习模式可能与具有复杂认识论的教师有关，而传统和可传送的概念定位则可能体现在具有幼稚的认识论的教师身上，这些教师与无所不知的权威和某些知识相关联。”(Chan&Elliot2004,p.819)这种误导在实证研究中泛滥，一些NoS测试的得分情况说明现实主义位于“不成熟”的地位，对NOS的理解不足，教师需要“不断尝试”，让他们的学生相信NOS更“有判断力”的地位(MattheWSl998)。显然，NOS的地位对研究人员而言取决于测试工具的有效性以及NoS学习评估的有效性8。当前具有影响力的NOS研究团队是诺曼莱德曼(NormanLederman)团队°。这个团队对NoS的定义是典型的、普遍的：“通常，NOS指的是科学认识论和科学社会学，科学是认知的途径，或者说是科学知识及其发展中固有的价值观和信仰”(Ledcrmanctal.2002,p.498)。值得注意的是，该定义将科学的认识论和社会学方面都融入了NOS的范畴，这是一个非常大的范畴。科学社会学包含政治、商业、专业领域、就业以及其他重要的科学功能研究领域。这种延伸是从NoS到FOS转变的一个重要原因。将NOS限制在科学认识论或方法论特征上会呈现出一些识别科学核心的、重要的“本质”问题，一旦加入社会学，科学心理学也被包含在NOS范围内，那么所有界定“本质”的尝试都将宣告失败。莱德曼团队坚信“目前科学哲学家、科学史学家、科学家和科学教育工作者在对NOS的具体定义上是无法达成一致的"(Lederman2004,P.303)0尽管莱德曼团队认识到对于NOS没有跨界的共识，但他们坚信K-12课堂(从幼儿园到12年级的儿童教育)中关于NOS教学目标的核心是完全能够达成共识的。该团队阐述并拥护NoS的七项要素，他们相信这些要素符合以下标准：1 .在校学生的可获得性；2 .历史学家和哲学家普遍认同；3 .有助于公民的认知。上文提到的七项要素如下10：1 .科学的实证本质。关于这点他们认为，虽然科学是实证的，但科学家并不能直接接触到大多数自然现象。他们声称：“学生应该能够区分观察和推断理解观察和推断的重要区别是理解科学界中大量推断实体、理论实体以及术语的前提。”(Ledermanetal.2002,p.500)2 .科学理论不同于科学定律。关于这点他们认为：“定律是对观察到的现象之间的关系的描述相比之下，理论是对这些观察到的现象或现象中的规律的推理性解释理论和定律是两种不同类型的知识，两者不会相互转化。”(Ledermanetal.2002,p.500)3 .科学知识的创造性或想象性本质。关于这点他们认为：“科学是实证的然而，科学知识的产生也包含人类的想象力和创造力。科学不是没有生命、完全理性和有序的活动科学实体，例如原子和物种，是功能性的理论模型，而不是现实的复制品。”(Ledermanetal.2002,p.500)4 .科学知识的本质渗透着理论。关于这点他们认为：“科学家的理论和学科规范、信念、先脸知识、训练、经验和期望切实影响着他们的工作。所有这些背景因素形成了思维定式，从而影响了科学家研究的问题以及他们探究问题的方式。”(Ledermanetal.2002,p.501)5 .科学知识植根于社会与文化，关于这点他们认为：“科学作为一种人类事业，是在更为广阔的文化背景下进行的实践，而实践者是这种文化的产物。科学遵循和影响着它根植于其中的文化的多种要素和知识领域，同时也被其影响。”(Ledermanetal.2002,p.501)6 .科学方法的谬论，关于这点他们认为：“没有任何一种科学方法可以保证绝对没有错误知识的发展以及单一顺序的活动这能够正确引导科学家找到切实有效的解决方案。”(Ledermanetal.2002,p.502)7 .科学知识的暂时性本质，关于这点他们坚持认为：“科学知识尽管是可靠的、长久的，但不是绝对的、确定的。这种知识包括事实、理论、规律，都是服从于变化的。”(Ledermanetal.2002,p.502)这个列表作为NoS清单被广泛运用到科学教育中，并为该团队一系列广受欢迎的科学本质观(ViewsofNatureofScience,VNOS)测试提供信息。数以百计发表的研究论文用它来衡量NOS的教学成果(Ledermanetal.2014)和对NOS的理解程度。这个清单积极的一面是它将NOS引入课堂，为研究者提供了评估NOS学习的工具，同时也为教师和学生提供了一些关于NOS的知识以便他们进行思考和更好地了解NOSo清单的弊端在于它违背了NOS清单创建者的初衷，它成为一个咒语、一本教义问答手册，或者是另一种需要被学习的东西。教师和学生本应通过阅读、分析来形成他们自己对NOS的认识，而这个清单却将上述这些步骤简化了。此外，它直接与思考和批判性思维的目标相悖，而这些目标正是多数人认为学习NOS(或HPS)课程的原因。这七项科学特征，或者说NoS要素可以从哲学和历史角度得到完善和发展，以便更好地帮助师生收获NOS成果。这七个重要的、哲学的、微妙的要素及其背后长久的传统争论寥寥几页就能概括，他们需要进一步的详细阐述，但关键点不在这里。关键是清单的含糊不清大大削弱了科学本质课程的目标、评价标准、科学教师教育课程的目标这些主题的实用性。实证基础举个例子，考虑清单中的第一项一科学的实证基础。在本书第六章中阐述“观察”的意义时，我们已经对此话题进行过部分讨论了。然而，仍有必要在此进一步阐述，已有的区别引出了以下问题：第一，科学中理论实体的本体论地位；第二，科学中抽象化和理想化的作用。首先讨论科学的实证本质，相比现象实体而言，客观实体的存在更能得到大家的认同(Lederman2004,p.303)o这一点的确如此，但哲学家争论不休的严肃话题并非现实世界，而是科学理论中解释实体的现实性。这场辩论从亚里士多德(AristOtle)时代就已经展开了，一方为实在论者，另一方为经验主义者、建构主义者及工具主义者。本书第九章从历史和哲学层面对这场辩论进行了概述。从阿那克西曼德(AnaXimander)提出用水晶球模型模拟天体假设开始的2,700年里，没有人怀疑过世界的存在一一贝拉尔米内(Benannine)、贝克莱(Berkeley)马赫(MaCh)和玻尔(Bohr)并不怀疑物体的存在，而只是怀疑不可见的实体和机理，这些实体和机理在他们所处时代的科学用以解释物体可见的、宏观的和能感知的行为。当莱德曼清单中的第一项简单地说“科学有实证基础”时，整个历史都科学教育的讨论相去甚远。事实确实如此，但问题显然更复杂，而且与许多事情一样，错误就藏于细节当中。也许可以这么说，虽然学生无法理解这些细节，但这是一个实证问题；当然，教师可以而且应该理解这些细节，而真正有效的NOS清单会引导他们理解这些细节。莱德曼团队是关于世界的实在论者，但关于科学理论实体他们是否也是实在论者，这一点却并不清楚一一这与实在论者和工具主义者(建构主义者)的争议是有联系的。教师需要引导的不是关于现实世界的真实性，而是科学理论假设的现实或实体的其他方面。莱德曼的问题是：“如果学生没有认识到基因'是用来解释实验结果的建构产物，那么能说他真的理解了基因的概念吗？"(Lederman2004,p.314)o他反复追问：“那些认为基因是一种物理存在，类似于项链上的珍珠的学生真的深入理解了基因的概念吗？”(出处同上)还有：“一些学生不知道原子（如课本图片那样）是用来解释物质行为的科学模型，不知道原子无法被直接观察到，那他们真的深入理解了原子的概念吗？”（出处同上）在哲学意识的引导下，可以看出关于基因和原子是否存在的问题背后有着严重的、误导性的歧义。乍看之下，这些问题似乎在为核心的解释实体提供一个工具主义和非实在论的观点，它们“原则上”似乎是不存在的，仅仅是人类的“建构”。如果学生认为基因不像项链上的珍珠而是项链上的连接，这可以看做是关于NOS高水平的理解吗?或者，如果一个学生认为原子不像课本图片上所见的那样，而是某种微小的粒子，这可以看做是高水平的关于NOS的理解吗？NOS的关键问题是基因和原子是否真实存在或者原则上存在，而不是任何特定图片中的基因或原子是否正确。一旦我们承认它们原则上存在，就可以不必拘泥于任何特定的图片，这只是填补优质科学教育的空白。然而，莱德曼对它们到底是原则上存在，还是只是一些被否定的特殊存在（如珍珠样的基因或红绿色的原子）却保持沉默。该团队的另一名成员哈力克对这个问题也同样含糊其辞，他认为“科学世界被大量的理论实体占据，如原子、光子、磁场和引力等”。所有的实在论者都认识到，列出的这些实体都是科学的理论和核心。但他又继续说这些是“功能性的理论模型，而不是复制现实'的"（Abd-EI-Khalick2004,p.409-410）。这里再一次出现了重要的歧义，人们不禁要奇怪为何“现实”要加着重引号，因为这句话出现了一些质疑现实本身的元素，但可以暂且将它放到一边，因为哈力克是一个关于现实的实在论者。然而更重要的是，功能理论模型要么有参照物（指现在存在的东西），要么通常仅用一种没有本体论输入的数学方法联系可观察的事物。由于列出的理论实体并不是“忠于现实的复制”，或由于它们的根本属性，对它们是否是原则上不存在的“功能理论模型”这一关键问题，哈力克给出的说法是模棱两可的。这是对假设性建构（原则上存在，但可能事实上不存在或者被认为没有这种归于它们的属性）与中介变量（原则上不存在，仅仅用于联系可观测事物）之间经过长期讨论后的区别的重述2。在19世纪，热质和海王星都是假设性建构，其中一个被证明确实存在，而另一个不存在。在社会学中，”平均家庭成员数量”的概念作为一个中介变量发挥作用没有任何迹象表明一个家庭会有3.7个成员，后者显然不是严格(或不严格)复制现实的。关键问题在于原子、光子、磁场、引力的概念是否像平均家庭成员数量一样?贝拉尔米内、贝克莱、马赫和玻尔会说“是的”，哈力克是否同意他们的观点我们并不清楚。如果“功能理论模型”的阐释能够得到重视的话，就不会产生这样的歧义了。更重要的是，教师和学生就可以进入科学史漫长而丰富的哲学对话当中。初看之下，关于科学中的理论实体，莱德曼团队是经验主义者和建构主义者。若是这样的话，这将是一个错误，而且也不是科学教师应该传达的关于NOS的信息。在这场争论中，这个错误与其说是建构主义的哲学主张，还不如说给人们留下了可以接受且已经被接受的、没有争论或无可替代的印象即实在论的地位。另外，专注于学习NOS的清单而不是公开讨论和探究FOS,也将导致这个错误。关于莱德曼团队“实证基础”特性的第二个问题是它掩盖(如果尚未完全扭曲)了科学的非实证性成分。抽象化和理想化的过程是现代科学的开端。这是一种可以看到整片森林而非仅仅看到一棵棵树的能力。想想伽利略单摆“成千上万次的摆动”，正如本书第六章详细说明的，显然伽利略并没有看到这样的现象，这个主张是关于如果消除阻碍单摆运动的阻力，那么伽利略将会看到什么。同样，牛顿也没有看到惯性物体持续沿直线无限运动。如果所有阻力都去掉，那么他将看到上述现象。费尔米(Fermi)和贝尔纳迪尼(BeriIardiili)在伽利略的传记中这样强调这T惭：“在系统阐述惯性定律时，要抽象出运动物体没有受力，特别是不受任何形式的摩擦力，这种抽象并非易事，因为几千年来，摩擦力一直掩盖了简单有效的运动定律。换句话说，摩擦力在所有人的经验中是一个基本要素，我们的直觉由摩擦力控制，人可以走动是因为摩擦力，由于摩擦力人们可以用手抓住物体，可以织衣物、造汽车、建房子等。超越复杂的摩擦力来筑探运动的本质，这确实需要强大的洞察力。”(FermiScBernardini1961,p.116)对莱德曼清单上第一项的持久讨论得出的要点表明，关于实证基础及推理作用的主张，需要在更为复杂的层面上进行阐述，这样既有益,又能避免对科学事业产生重大误解。此外，阐述时尽可能少用HPS,这样就可以使“科学是基于实证的”这一或多或少非争议性且平常的主张转变成有吸引力的研究，该研究将教师、学生与哲学史的核心哲学争论（即科学理论的实在论或工具主义解释）联系起来，这将是一场双方都拥有伟大思想的争辩。而这并非是简单的、可以被一份陈述性清单简化的“一目了然”的东西。这一论点同样也适用于莱德曼清单中的其他观点。人们普遍认为，这些必要的论述取决于教师是否拥有某些能力，或者至少教师是否熟悉科学史和科学哲学，然而众所周知，教师教育培训中并没有包括这方面的培训。主观性第四个观点是“科学知识是主观的或渗透理论的”。这一说法又是模棱两可的：既可以说“是”又可以说“不是”。首先，承认渗透理论这一说法并不等同于它在通常的心理学意义上是主观的。渗透理论的描述与理论本体描述都很好且一样可靠，就其本身而言，它与主观性没有瓜葛。然而,莱德曼团队使用的“主观性”一词容易产生歧义。例如，莱德曼谈到“我不提倡科学家是主观的"（Ledennan2004,p.306）o这里的“主观”必定是心理学通常意义上的术语，科学家确实应该避免这种主观性。然而之前我们一直在说的所谓的“哲学主观性”，已经表明主观性等同于理论渗透性，并且“主观性是不可避免的”（出处同上）。显然，正如莱德曼所指出的，所有的科学都是渗透理论的，但是如果这样，那么无论提倡与否，科学家都是主观的（就如哲学主观性一样），但这完全不同于心理学上的主观性。现代科学的悠久历史为在测量和解释中避免或减少心理主观性做出了贡献，最早开始于为了获取重量、长度、时间等主体间的一致而使用测量仪器。如第六章中提及的，伽利略为了能够在医疗诊断中客观测量脉搏而发明了“脉搏摆”。同病人脉搏摆动一致的摆长替代了完全主观的“快速”蝴、“中速”蝌或“慢速”m所有人都可以看到这个度，并且可以测量出来，脉搏频率不再是一个完全内部、主观的事情了。这个过程和关系在所有自然科学测量工具(电流表、电压表、弹簧秤等)以及社会科学测量工具(智力测试、性格测试、健康测试等)的发展中重复出现。因而第四个观点完全是一种模棱两可的说法，不幸的是，这种观点竟被列入检测NOS理解程度的清单之中，并得到了广泛应用。文化该团队的第五个说法是“科学是植根于文化的，它与文化的多种要素和知识领域相互影响”(Lederman2004,p.306)o重要的是这个观点已经得到了认可，但错误藏于细节之中，细节却未被提及。正如本书第十章所述也懈主义如七(Beyerd三1977)、斯大!杜又如：(Birstein2001,GrahamI973)、伊斯兰教文化(Hoodbhoyl991)和印度教文化(Nanda2003)为例，它们的力量强大到足以对科学研究产生重大影响。当然，影响有好有坏，基督教文化、信仰和权威对科学的影响是有据可查的(Lindberg&Numbers1986,Reiss2014),本土科学在传统社会中得以实践，本土科学受到世界观和传统社会结构的影响，这种影响构成了本土科学存在的意义。所有欧洲科学革命的评论者都认识到，伽利略、惠更斯(HUygens)、牛顿、波义耳(BOyIe)等人开启的新科学之风依赖于17世纪欧洲的社会和文化环境一一虽然并非由此引起。整个研究项目一直致力于梳理这些文化的贡献P。与此相反的是，学者们试图去确认那时的中国并未出现这种文化环境，以此来解释为什么中国没有类似的科学革命(NCedham&Lingl954-196S)。在一个颇具争议的著名研究中，保罗福尔曼(PaUIForman)试图证明魏玛时期的德国文化和不确定量子理论的创建之间存在着因果关系(Forman1971)。这样的社会和历史事实是亳无争议的，科学依赖于技术、数学、通信、财富、教育、哲学，从更广泛的意义上讲，科学还依赖于文化它有助于师生了解上述内容并了解相关案例。然而，为使这一事实真正有用，而不仅仅是作为一种人类学观察，教师(及其学生)需要参与或探究这些问题，如：区分文化中的糟粕和精华；区分科学的好坏；识别科学发展的外因和内因；尝试判断西方科学和本土科学的相似之处；清楚这种信息是如何对主张的真实性或受其影响的科学发展施加压力的；等等。然而，莱德曼团队对这些根本规范性问题保持沉默。有人告诉我们，尽管西方科学在北美学校中占据主导地位，但在世界其他地方仍“存在着其他类似的科学(如本土科学)”(Ledennan2004,p.307)o关于“类似”产生的歧义意味着无论在对抗西方科学的文化中或在多元文化环境中，清单上的内容无法为教师提供任何指导。将人类学主张转移到教育结论上是很容易的一步，以至于只要其他类似的科学存在，就应当被传授14。莱德曼团队确实正确指出：相比其他，NOS教学就是识别“科学知识及其发展的固有价值观和信仰”(Ledennall2004,p303)。但对这些价值观的具体阐述即便存在，也少之又少。如果它是为了让师生去寻求自己的答案，那么这是件好事，但这个清单的目的是为了描述科学的本质特征，它应当对教师是有用的，但是正如前面所争论的，有用与否取决于涉及HPS的阐述。如本书第五章所示，在关于科学的内部及外部价值观、认知和伦理价值观的作用方面，有数量相当可观的HPS文献，如果老师参与讨论将会十分有益。科学史和科学社会学说明了个人、社会、性别和文化兴趣对科学发展的影响。认识到这些影响是优秀科学教育的重要组成部分。通常，只有从历史或另一种文化的角度来看，这些假设才会变得明显。很少有人能比恩斯特马赫表达得更好，他在1883年出版的力学史中写道：“对科学发展的历史研究是极为必要的，避免其中蕴含的法则变成一个一知半解的系统，或者更糟的是，变成一个充满偏见的系统。历史研究不仅促进对现，在的理解，也为我们带来了新的可能性。"(Mach1883/1960,p.316)科学家背负着文化重担，这一事实并不意味着他们的发现存在主观性或者他们的工作就是理性地妥协。几个世纪以来，出身于不同文化、种族和宗教背景下的科学家们依赖于其他文化和早期科学家的成果开展自己的工作。如今，“西方”科学归功于来自全球各地的科学家。的确，相比于英国和美国，一些非西方文化对科学教育投入了更多，也取得了更大的成功。这一事实符合科学的结构主义或客观主义理论，这些理论主张科学独立于任何特定科学家的经验，并且一般来说，科学形态决定了科学家的经验，而不是科学家的经验决定科学形态(ChalmerS1990)。科学的特征前文讨论过，莱德曼团队关于NOS清单的七项要素可以被看做是对FOS的不同描述、讨论和探究，而非用于学习和评估NoS的术语。正如之前讨论过的清单所列的三项要素，哲学家、历史学家及其他学者已经对每一种特征都进行了详细的描述。但如果它们是FOS,那么就无法很好地解为何只选出了这七条特征，而不是其他众多的特征-譬如认识论的、历史的、心理学的、社会的、技术的、经济的特征等这些特征能够表现科学的进步，也满足可获得性、一致性、有用性三个标准。而莱德曼团队正是用这三个标准来缩减NOS使其适应课堂教学。该团队认识到，许多其他项目也可以添加到上面的清单中，这个清单并不是封闭的。这种开放性原则是变相的NOS教育术语。在哲学家中，关于NOS的讨论和辩论历来围绕着科学的认识论、方法论、本体论和伦理义务研究。然而也有启蒙性的、非哲学的科学研究，比如由历史学家、认知心理学家、社会学家、经济学家、人类学家和许多其他学科学者主导的研究，所有这些都可以贴上“科学研究”的标签。这个名词包含完整的学术谱系，所有组成部分都有其优点，反映着科学的不同特征。以下是一些附加的特征、话题、议题或问题，这些可以有效帮助教师和学生学习科学或教授NOS,这些特征已经在本书的第五章至第七章中列出。第八项：实验正如本书第六章所示，长期占统治地位的亚里士多德学派主张如果我们想要理解自然就不要干涉自然，这一长期禁令首先被伽利略著名的斜面实验打破，该实验让人了解到自由落体现象。此后其他早期现代科学的基础数据逐步确立，最著名的就是牛顿的光学棱镜实验。该实验可以使光线发生折射、色散、聚合。这里引用康德(Kant)的话来评价这个新引入的实验主义“当伽利略拿起测过质量的小球，使小球从斜面上滚落；当托里拆利(TorriCeni)用空气托起了重量等同于他之前计算过的一定量的水一道光照亮了所有学生的本性。他们发现，对原理的洞悉只有经过对它的一番设计之后才能产生，在大自然的束蹲下，原理并不允许自身像以往那样被人们所掌握。”(Kant1787/1933,p.20)康德写下这些时，普里斯特利(本书第七章所示)正在进行气动化学和后来被称为光合作用的研究。关于这个主题历史学家和哲学家已经写了很多，并且其中一些人坚称是自然实验和操作策划了这场科学革命。该话题也可直接与学校实验室操作和学生实验等更复杂的理解联系起来(Chang2010,Hodson1993,1996,Jenkins1999)0这些都是任一NOS清单应当包含实验这一项很好的理由，并且如果从NOS思维转变为FoS思维,这一项也很容易加入其中，不会引发去掉某一项的争议。实验是学校科学的特点，是了解HPS的教师阐明重要科学特征的契机。第九项：理想化同样，这一项在第六章中也曾有所提及，而且在马修斯(200Oa)中做过更为深入的阐述。伽利略是第一个将理想化植入自然探究的人，正是这种方法论的改变使他的新科学在中世纪和文艺复兴时期的背景中脱颖而出。伽利略认为，自然法则在自然界中并不明显，也无法通过直接经验得出，它仅适用于理想环境。这种理想化的运用与长期以来经验式的亚里士多德传统相悖，即“科学”是关于世界的所见和所感。亚里士多德认为：“如果我们不能相信我们的眼睛，那我们还能相信什么？”相反，伽利略在证明了他著名的抛物运动定律后说道：“我承认这些经过抽象证明的结论在实际应用时会有所不同，实际中这甚至是错误的，它在水平方向上不是假定的速率，也不会有预期的自然加速度，路径也不是抛物线。”(Galileo1638/1954,p.251)只有理想化才能给实验特定指导，这是至关重要的，所以自然科学专业的学生引用一句康德的名言一“在对它的一番设计之后”可以得到关于自然的模型。数十年乃至数百年以来，由伽利略开启的经典力学的发展就是一个将自然转化成理论对象的漫长过程；实验就是控制所有经理论验证过的无关变量，以及改变会导致某一现象的单一变量。历史学家威廉布罗克(WinialnBrock)在讨论约瑟夫普里斯特利的研究时t艮好地写道：“当科学理想化时，就会留下异常现象，需要后来的研究者提供解释，如'副作用'、杂质的存在、改变物理条件等。但过去的例子一再表明简化是科学过程的一个必要特征，也是知识进步的第一步。”(Brock2008,p.78)没有理想化就没有现代科学。因此，我们完全有理由在任何一个NoS清单上添加理想化这一项。同样，如果从用本质主义NoS思维思考转向更加灵活的用FOS思维思考，那么将理想化这一项加入其中会更加容易。第十项：模型众所周知，模型广泛存在于科学历史和现行实践中，确实很难想象没有模型的科学：原子的“弹子球模型”、“葡萄干布r模型”、“太阳系模型”、元素周期表的电子轨道模型、盐的晶体结构模型、电的流体流动模型、染色体的双螺旋模型、生态系统中人口增长的适者生存模型、光的粒子模型、宇宙大爆炸模型、日一地一月相互作用的三体模型、古生物学用骨碎片构建的完整的恐龙模型、地球物理学的板块构造模型、遗传和人口研究中的数学得分模型以及经济学、工程学等学科中成千上万的数学模型。任意一本科学教材十页内所包含的模型数量可能都是上述模型数量的两倍，并且其中许多模型都以全彩、高水准的图表呈现。在过去的半个世纪里，科学史学家和科学哲学家花费了大量时间记录和理解模型在自然科学和社会科学中的地位。这些研究引导学者们去验证模型相关的话题，如科学理论的本质、假设的地位、比喻和类比在科学解释中的作用、科学思想实验以及理想化在构思中的中心地位、模型的应用和测试等。其中玛丽海森(MaryHesse)的科学中的模型和类比(HeSSe1966)尤为重要。心理学家和认知科学家关于模型的研究成果是推动模型相关教育研究的动力(GeIItner&Stevens1983),如菲利普约翰逊(PhilipJohnson)勋爵的心理模型(1983)具有重要影响。他和同事详细阐述了模型是具有普遍性的，