武汉理工科学技术史编史学部分讲义11科学史教学.docx
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1、第十一章科学史教学用专业知识教育人是不够的。通过专业教育,他可以成为一种有用的机器,但是不能成为一个和谐发展的人。一爱因斯坦,培养独立思考的教育I、概述在科学史公认的诸多功能中,在教育方面的功能是重要的一项。用于教学目的科学史有时甚至被称为“应用科学史”。科学史教育的问题虽然很早就为科学史家和教育家所提及,但科学史在教学实践方面的进展却相对落后于科学史在其它方面的进展。虽然科学史的教学主要是一个实践的问题,但在科学史教学的目的、方法和困难等方面,也涉及到许多理论性的问题,而且这些问题又是随着科学史这门学科自身的发展和人们对之认识的不断加探而在变化着的,只有对这些理论性的问题进行深人的探讨,才可
2、能使科学史教学的实践得到顺利的发展。最一般地讲,科学史的教学可分为培养科学史专业人才的职业训练和面向非科学史专业学生的科学史教育。对于前者,随着科学史学科的职业化,尤其是在像英、美等科学史较发达的国家,已有了较长的历史,并已相对系统化、规范化了。与之相比,我国目前虽然尚有差距,并在不断的发展和完善中;但这部分教育的对象在人数上毕竟是相当少的。这里所要考虑的,是后一种面向非科学史专业学生的科学史教学。至于面向非科学史专业对象的科学史教学,其对象又可再作若干细分。首先,从教育层次上,可分为大学中的科学史教学和中学中的科学史教学,其前者开展的历史亦较后者为长,但近来西方国家一些科学史家和教育家们也开
3、始愈来愈关注后者。从专业方面,又可分为面向科学专业(或按我国的习惯,即所谓理工农医科)学生的科学史教学及面向人文一社会科学专业(也即文科)学生的科学史教学。而面向人文一社会科学专业学生的科学史教学,也可分为结合在一般历史教学中加入科学史的内容、单独开设的科学史课程教学,以及在为这些学生专门开设的科学入门课程中加入科学史的内容。从开设课程的方式上,还可分为与专业课程相结合的科学史教学,也就是将科学史的内容融于专业教学(主要是科学专业的教学)之中,以及单独开设科学史课程的科学史教学。在目前已发表的关于科学史教学的研究文献中,以关注前者的居多。相应于以上分类,与各类科学史教学相关的目标、方法和困难彼
4、此间也有一定的差异。在这里,我们将忽略在各类科学史教学中更具体的操作问题,而是着眼于讨论对各类科学史教学有较多共同性的理论性问题,对之作一种理论性的编史学讨论。n、与科学史教学相关的发展首先,作为必要的背景,我们可以简要地回顾一下有关的历史发展。在本书的第一章中我们曾讲到,作为学科的科学史大致可以说是在18世纪开始逐渐形成的。就科学史学科的发展来说,一条线索是,从更早的时期以来,甚至从古代开始,许多专业学术文献和著作中就包含有叙述该学科历史的章节。而到了18世纪之后,随着科学的蓬勃发展,科学家们更经常地在其著作中包括了“历史导言”,而且这样做当时是为了将自己的工作置于该学科的历史传统背景中,以
5、强调其独创性和重要性。从18世纪到19世纪到20世纪的今天,这种传统一直被继承下来。当今许多科学专著和教科书中仍常常以“历史导言”作为开始,这种历史主要是为了叙述和理解专著中所涉及的专业内容而服务的。虽然这种“历史导言”的作者大多并非职业科学史家,对其“史学价值”也常常为科学史家提出疑问,并且还不是全都直接针对教学的目的,但这种对科学史进行应用的方法,我们至少可以将其视为与科学史教学有关的一种应用手段。明确地将科学史与教学联系起来似乎是更晚近些的事。这里我们可以列举若干有关的重要人物、观点和事件。至少在19世纪下半叶,著名科学家和科学史家马赫便己意识到了这一问题。马赫除了著有影响广泛的关于力学
6、、热学和光学等的历史的著作之外,他在自己的科学教学中,也加进了历史的材料,并开设了一些较专门化的关于特殊领域发展的课程。在18731876年,他还支持帮助其助手德沃夏克(V.DVOiak)开设了题为“斯蒂芬和伽利略的物理学”、“惠更斯和牛顿的光学”和“牛顿时代力学的发展”等课程。在他于1895年发表的一篇题为“论古典学和科学的教育”的向中学教师的演讲中,马赫也特别提倡在中学的科学教学中应用哲学和历史的方法。稍后,在20世纪初,法国科学家和科学史家迪昂也大力倡导在物理学的教学中使用历史的方法,认为在让学生们接受物理假说方面,显然历史的方法是合法而且富有成效的方法。更值得注意的是,迪昂还是最初在科
7、学的发展和个体理解的发展之间发现相似的人。1922年,法国物理学家郎之万(P.Langevin)在一次演讲中,专门论述了科学史的教育价值的问题,着重分析了历史观点在科学教学上所能够和应该起的作用,以及历史观点在将来从事科学教学工作的师资的培养上的重要性。他注意到,在当时法国的中学和大学的科学教学中,人们往往略去了这些课程的历史的一面,而仅注意到它实用的一面,从而使科学教学表现出一种“教条式的畸形发展”的倾向。“但是,为了对一般文化有所贡献,并尽量发挥科学教学对思想的养成所能起的作用,那么,再也没有比过去努力的历史更好的东西了,这一历史由于它触及到著名学者的生平和思想的逐渐演进,其内容是很生动的
8、”。“只有通过这种方法才可以培养出承继科学事业的人们,使他们体会到科学的永恒运动和它的人道价值。这种需要对于将来创造新科学的人们是很明显的,对于教育家和对于各种事业的先导者们也是同样重要的,而对于广大群众,对于那些只能满足于在学校读书的那几年所获得的一点文化的人们则是更为重要的”。再者,他认为,研究科学的历史不仅是对于教育学方面和纯科学方面具有上述种种益处,”这种研究还能补充和明确同科学相接近的其他学科的教学”。除了这种个人的观点之外,在科学团体方面,早在1917年,英国的科学促进会就在其一份报告中敦促将历史的方法用于科学教学,认为科学史是一种“溶剂”,能“溶解由学校课程表带来的在文学和科学之
9、间人为的壁垒”。在第二次世界大战后,出现了新的转折。在本世纪50年代末,英国学者斯诺(C.P.Snow)指出,在“科学文化”和“人文文化”之间存在着一条相互不理解的鸿沟,而这种文化的分裂对社会则是一种损害、一种损失。他认为产生文化分裂的主要原因之一,就是我们对专业化教育的过分推崇,从而,要改变文化分裂的现状,唯一的方法就是要改变现有的教育制度和教育方法。实际上,斯诺并不是第一个提出两种文化及其分裂问题的人,但他是第一位使这一问题引起了人们广泛重视和广泛争论的人。斯诺关于“两种文化”问题的提出对科学史教学后来的发展有着密切的关系,因为面对斯诺提出的问题,许多科学史家和教育家都是将科学史视为联结科
10、学文化和人文文化之间的一座重要的“桥梁”。在美国,科学史教学的发展要更加迅速一些。在第一次世界大战前夕,科学史这一学科在美国的大学中就已被广泛引进,并编写出了既包括“科学通史”也包括专科史的教科书。有代表性的,诸如像美国科学史学科的奠基人萨顿的实践。萨顿在1915年因战争从比利时流亡美国后,从1920年起在哈佛大学系统地面向各专业的学生开设科学史课程。其实,他在斯诺提出两种文化问题之前,就已认识到科学史家和科学史教师的主要任务是在国际间、在科学和人文学科之间“建造桥梁,哈佛大学这种注重科学史教育的传统在其校长、物理学家和科学史家柯南特(J.B.Conant)的支持下,得到继承和发展。由柯南特主
11、编于1948年出版的两卷本哈佛实验科学中的案例研究,也成为科学史教学方面非常有影响的经典文献。柯南特尤其是强调通过科学史教育而使人文一社会科学专业的学生感受到所谓“科学的战术和策略”。在这方面重要的背景是,第二次世界大战后,在美、苏的冷战中,由于苏联出乎美国人意料首先成功发射了人造卫星,使美国人为加强自己在科学技术方法的实力而重新思考其科技政策,包括对科学教育的改革。人们开始更普遍地相信,科学史这座“桥梁”可以把科学学科和人文学科的“两种文化”统一起来,并认为在学术专业划分越来越细的情况下,科学史完全有权利成为一个独立的专业领域。自60年代以后,科学史在美国的职业化过程迅速完成。据有人统计,在
12、60年代,美国就已有三十多所大学招收了数百名科学史专业的研究生,并有约一百五十名左右的专业科学史家从事教学和研究。此后,美国科学史队伍在相当一段时间中,一直在缓慢但稳定地增长。由于众多科学史家在大学中工作,在大学中开设相关的科学史课程的合法性便得到了承认,并使科学史课程有了保证。对于像这种由科学史家开设的科学史课程,人们的争议是不大的。而对科学史教学的进一步发展,人们将更多的关注与讨论指向了科学史教学在科学教学中的应用。对此,这里我们也可以举出一些有关的重要进展。在美国关于科学在基础教育中所起作用的讨论的启发下,1952年,美国哈佛大学的科学史教授霍尔顿(G.HOItOn)编写了一部面向文科学
13、生的物理学教材一物理科学的概念和理论导论,这部教材被称作是科学教育中的一块里程碑。该书的独到之处之一,就是充分而有效地利用了科学史和科学哲学来向学生阐释物理科学的本质。与这本书相比,影响更大的,是从1962年开始,在美国自然科学基金会的资助下,由霍尔顿和一些教育学家、中学教师及科学史家参与的“哈佛物理教学改革计划”,此计划的产物是于1970年出版的一套为中学教学准备的物理教材一改革物理学教程(TheProjectPhysicsCourse)。这部大量利用科学史内容,具有明显人文取向的教程成了在美国有重要影响的物理教材之一,并在美国被比较广泛地采用。到70年代中期,约有15%的学生使用了这部教材
14、。1974年的一份研究报告表明,采用这套教材的学生学习成绩与采用传统教材的学生成绩不相上下。(其中一个原因是这种对比不是严格“受控的”,因为一些能力稍差的学生被劝说选用它)当然,这是就物理考试成绩而言,而未考虑学生在其它方面的收益。稍后一些,在荷兰,也有类似的研究计划进行。1970年,在更多人关注在科学教学中应用科学史方法的形势下,在美国的麻省理工学院召开了一次关于在物理教育中物理学史的作用的国际研讨会。在随后出版的会议录中,包括了会上的特邀论文、工作报告以及与会者对在物理学教学中应用物理学史方法相关的各种看法、经验、问题和未来计划的讨论。另一件值得提及的事,是美国科学促进会于1985年开始进
15、行了一项名为“2061计划”的全国性研究,力图彻底改革美国中学的科学教育。四年后,1989年,此计划在一份题为“面向所有美国人的科学”的报告中发表了其建议。在此报告的12章中,第1章就是关于“科学的本质”,涉及到一些科学哲学、科学伦理学和科学社会学的内容;而第10章则是关于“历史的观点”,它提出,有两个理由将某些科学史的知识包括在此建议中,其一是,如果没有具体的例证,关于科学事业怎样运行的概括就将是空洞的,其二是,对于我们的文化遗产,科学事业历史中的某些时期具有特殊的重要意义。在法国,近些年来,科学史教育也引起越来越广泛的重视,科学史被应用于各种形式的教育活动和教师培训中。在一些有师资条件的大
16、学中,科学史一直是理科学生在一、二年级的选修课。1984年,法国科学院成立了一个临时委员会,来促进科学史教学工作的开展,此后,一些中学也组织了一些与科学史有关的教学和课外教育活动;于1993年夏季后采用的新的中学物理化学教学大纲中,也多处提到物理学史和化学史的内容。在教育部颁发的1992-1994年大学中教师培训学院(IUFM)的培养规划中,也谈到科学史、各个学科的教育史和认识论对培养教师的重要意义及对教师工作的影响与作用。法国教育部还决定在IUFM中增加科学史研究教学人员的席位。英国也是非常注重科学史教学的国家,而且英国教育界和科学史界似乎更加注意在中学教学中对科学史的应用。第二次世界大战后
17、,英国的科学史学会和中学科学教师的组织之间就开始有了联系,50年代,在普通教育资格考试中就提供了科学史的教学大纲和考试。当然,在考试内容中科学史只占极少的比例。在此期间,对教育中过早专业化的倾向和“二种文化”的争论鼓励了在中学的科学教学中对科学史的关注,到了60年代,科学史的某些方面也在一些科学课程的有选择地被考虑,再往后,一系列的课程设置议案还涉及到了与科学史相关的STS(科学、技术与社会)的领域。在1979年,科学教育协会有人提议把一门关于科学思想史和科学哲学的课程作为14T6岁学生的选修课,但未获通过。80年代初,英国科学教育协会支持了两项由中学教师策划的课程设置改革计划,一是“科学与社
18、会”计划,一是“在社会与境中的科学”计划。1985年,在英国教育与科学部的一份政策性文件中,提到“在科学教育中,关于科学与技术活动的社会与经济含义有一席之地”,但又补充说这样做是为了让“教学主要致力于促进对科学自身的教育”。1989年,在英国教育与科学部和威尔士事务部新公布的国家规定的中学科学课程设置中,科学史教学有了更进一步的进展。这份法规性的文件,要求学生和教师了解“科学的本质”。在国家课程设置委员会发表的相应的指南中,甚至出现了“科学是一种人类的建构”的提法,这样,从法律上,便要求“学生应逐渐认识和理解科学思想随时间的变革,以及这些思想的本质和它们所得到和利用是怎样受到了社会、道德、精神
19、和文化与境的影响,而它们是在这样的与境中发展起来的;在这样做时,他们应开始认识到虽然科学是对经验进行思想的一种重要方式,但却不是唯一的方式:“科学的本质”就是此课程设置所要求达到的17个目标中的最后一项。这一目标中还包括若干具体条款,如“学生应能够给出在诸如像医学的、农业的、工业的或工程的与境中某些科学的进展的说明,描述新的思想、探索或发明,以及所涉及的主要科学家的生平和时代能够给出对所接受的理论或解释的变革的历史说明,表明理解这些理论或解释对人们的物质、社会、精神和道德生活的影响,例如理解生态平衡和对环境的更多的关注,理解对木星卫星运动的观察和伽利略与教会的争端能够说明来自不同的文化和不同时
20、代的科学解释怎样对我们目前的认识有所贡献”,等等。除了这些与科学史直接相关的内容之外,这份文件还有一些更多与科学哲学相关的要求,例如I:学生应“能够清楚地与他人讨论,以他们自己的方式来思考某些对于他们来说是新的实验能够表明,对于他们收集的实验证据,可能有不同的解释能够利用一种或两种在他们的科学学习中学到的解释模型,来表明那些刺激了新的实验的预言是如何做出的能够描述和解释科学史中的一个事件,其中为确立新的模式而做出了成功的预言,例如像科学家们关于空气中带有的有机物(巴斯德)或大气压的证据(帕斯卡)的工作能够表明对科学的证据和富于想象力的思想的不同功能的意识,例如在对DNA结构的发现中,富兰克林与
21、华生和克里克所用的不同方法能够区分概括性的理论和预言式的理论,并给出它们各自的例子,例如像如下这些成对的例子:所有的金属都导电和预言了这一性质的自由电子气理论,或冬天的晴空总是意味着夜间的严寒,和没有云层把地球的辐射反射回去是这种预言的基础通过研究相关的文献,能够表明对一些课题(过去的或现在的)科学观点中的差异的理解,例如像板块构造和收缩的地球的褶被,或有生命的东西繁殖与自己相同的后代和物种的自发产生能够把科学观点的差异同科学证据不确定的本性联系起来,例如:婴儿碎死症的原因是什么,或欧洲森林中树木死亡的原因是什么”。从这些要求中,我们可以看出,在目前的科学教学中,科学哲学也像科学史一样得到重视
22、,被提到议事日程上来,并与科学史的教学密切相关。这是一种新的动向和潮流。至于为什么科学教师在教授“科学的本质”时要考虑“历史的维度”?有人提出,至少可以提出三种教育的目的,这就是:1,通过科学的参与而达到一种社会意识形态的改变和设计,如反对反科学思潮和恢复科学人性的方面等;2,加强方法论的训练;3,使学生具有作为公民的社会责任感,实现对科学合理的社会控制。当然,对此课程设置还有争议,如有人指出,它的目标只是鼓励对科学事业本质的理解,而历史研究只不过是达到这一目的的手段,只在此意义上,历史才是重要的。而且,这种课程设置的最终形式还有待在修订、教学、再修订及各种评价手段被提出和采用后才会确立,其编
23、史学意义目前还不明确。但无论如何,这毕竟是科学史教学方面的一大进展。关于科学史教学的学术会议是科学史教学日益引起人们关注的另一标志。除了前面提到的1970年关于物理学史与物理学教学的研讨会之外,近年来,科学教育界和科学史界举办有关科学教学中应用科学史的各种国际学术讨论会已成为常事。例如,欧洲物理学会自1983年起就开始组织两年一次的关于物理学史与物理学教学的会议。(分别于1983年在意大利的帕维亚、1986年在德国的慕尼黑、1988年在法国的巴黎、1990年在英国的剑桥召开)1989年,第一届关于科学史和科学哲学与科学教学的国际会议在美国的弗洛里达州立大学召开。英国科学史学会也于1987年在牛
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