馬俊杰　仲扣莊

(1. 江蘇省丹陽(yáng)高級(jí)中學(xué)，江蘇　丹陽(yáng)　212300)

2. 南京師范大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇　南京　210046)

科學(xué)本質(zhì)觀教育的“歷史案例討論反思教學(xué)模式”研究①

馬俊杰1，2仲扣莊2

(1. 江蘇省丹陽(yáng)高級(jí)中學(xué)，江蘇丹陽(yáng)212300)

2. 南京師范大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇南京210046)

仲扣莊(1962—)，男，江蘇鹽城人，博士，南京師范大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授，碩士生導(dǎo)師，主要研究物理課程與教學(xué)論.

摘要：科學(xué)素養(yǎng)是當(dāng)今世界各國(guó)基礎(chǔ)教育階段科學(xué)教育的中心概念，也是我國(guó)新一輪課程改革中理科課程的主旨目標(biāo).而作為科學(xué)素養(yǎng)重要組成的科學(xué)本質(zhì)觀的研究剛剛興起，筆者就如何進(jìn)行科學(xué)本質(zhì)觀教育作了一些嘗試，希望能為科學(xué)教育提供啟示.

關(guān)鍵詞：科學(xué)本質(zhì)觀教育；物理學(xué)史；教學(xué)模式；教學(xué)實(shí)踐

1問(wèn)題的提出

2004年開(kāi)始的新一輪課程改革正在改變我們一些傳統(tǒng)的做法，科學(xué)課程要解決科學(xué)是什么？即科學(xué)的本質(zhì)觀問(wèn)題.而我們所關(guān)心的是如何有效實(shí)施科學(xué)本質(zhì)觀教育？

物理學(xué)史是物理學(xué)家的探究過(guò)程，這一過(guò)程所充滿(mǎn)的艱巨性和創(chuàng)造性、洋溢的科學(xué)精神、滲透的科學(xué)的思想和方法，是我們?cè)谖锢斫虒W(xué)中的重要資源；在教學(xué)過(guò)程中運(yùn)用物理學(xué)史，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到教學(xué)過(guò)程中充滿(mǎn)曲折和樂(lè)趣，以提高學(xué)生科學(xué)探究所需要的能力和增進(jìn)對(duì)科學(xué)探究的理解,領(lǐng)悟到科學(xué)的本質(zhì)特征.

如何開(kāi)展科學(xué)本質(zhì)觀教育？國(guó)內(nèi)外有很多介紹，筆者認(rèn)為必須要立足于我們平時(shí)的教學(xué)，離開(kāi)現(xiàn)有的教學(xué)就是空談.必須立足于課程標(biāo)準(zhǔn)、教材，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展.

理解科學(xué)的本質(zhì)應(yīng)該是一種認(rèn)知性學(xué)習(xí)結(jié)果，應(yīng)該顯性地進(jìn)行，而不是期望“在科學(xué)活動(dòng)中通過(guò)一種滲透過(guò)程被同化”.所以有學(xué)者倡導(dǎo)通過(guò)顯性和反思性方法，發(fā)展學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解，認(rèn)為促進(jìn)學(xué)生科學(xué)本質(zhì)觀的目標(biāo)應(yīng)該有計(jì)劃地進(jìn)行教學(xué)，而不是預(yù)期作為科學(xué)教學(xué)方法的副產(chǎn)物或第二種產(chǎn)物.“反思性”是與教學(xué)要素相關(guān)的，涉及到為學(xué)生提供認(rèn)識(shí)論層面的分析活動(dòng)機(jī)會(huì).簡(jiǎn)要來(lái)說(shuō)，顯性和反思性方法強(qiáng)調(diào)學(xué)生應(yīng)意識(shí)到一些與他們參與的科學(xué)活動(dòng)有關(guān)的科學(xué)本質(zhì)觀，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在包含這些科學(xué)本質(zhì)觀方面的框架下的反思活動(dòng).研究表明，顯性和反思性方法是促進(jìn)學(xué)生科學(xué)本質(zhì)理解的較為有效的方法.

依據(jù)以上結(jié)論，筆者提出了“歷史案例討論反思”的教學(xué)模式.

2模式的提出及其實(shí)踐

2.1模式的提出

歷史案例討論反思模式是指選擇物理學(xué)史上具有重大意義的歷史案例，展示科學(xué)家的探究過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生討論思考后，使學(xué)生在反思物理學(xué)家之間、自己和物理學(xué)家之間的思考方式中獲得對(duì)科學(xué)本質(zhì)認(rèn)識(shí)的一種教學(xué)模式，其教學(xué)流程如圖1.

圖1

(1) 創(chuàng)設(shè)情景，提出問(wèn)題.教師開(kāi)始上課時(shí)利用演示實(shí)驗(yàn)或生活情景引入課題，當(dāng)然也可以是物理學(xué)史上一個(gè)故事情景引入，由此產(chǎn)生一個(gè)需要解決的問(wèn)題.

(2) 由教師或?qū)W生展示物理學(xué)史上對(duì)這一典型問(wèn)題的探究過(guò)程.

(3) 師生一起討論科學(xué)家這樣探究的目的、過(guò)程、及科學(xué)家在其中的作用.并反思科學(xué)家與科學(xué)家之間、自己的認(rèn)識(shí)與科學(xué)家的認(rèn)識(shí)之間的不同點(diǎn)、優(yōu)缺點(diǎn).

(4) 總結(jié)科學(xué)本質(zhì)觀內(nèi)容.在此基礎(chǔ)上教師引導(dǎo)學(xué)生明確相關(guān)的科學(xué)本質(zhì)觀內(nèi)容.

在我國(guó)目前內(nèi)容與課時(shí)矛盾比較突出的情況下，反思學(xué)生自己的認(rèn)識(shí)活動(dòng)可能是一種較為可行的方案.筆者認(rèn)為，參照當(dāng)代科學(xué)本質(zhì)觀的幾個(gè)重要方面，可以引導(dǎo)學(xué)生從以下幾個(gè)方面進(jìn)行反思：科學(xué)認(rèn)識(shí)的對(duì)象是客觀的，認(rèn)識(shí)主體具有主觀性，科學(xué)認(rèn)識(shí)過(guò)程是一個(gè)什么樣的過(guò)程？認(rèn)識(shí)主體與客體的作用關(guān)系是什么？認(rèn)識(shí)結(jié)果是客體的“拷貝”嗎？在科學(xué)認(rèn)識(shí)的過(guò)程中，認(rèn)識(shí)主體的經(jīng)驗(yàn)和文化背景對(duì)于科學(xué)認(rèn)識(shí)有影響嗎？科學(xué)認(rèn)識(shí)的基本過(guò)程是什么？科學(xué)認(rèn)識(shí)需要以實(shí)驗(yàn)事實(shí)為基礎(chǔ)，我們得到的認(rèn)識(shí)都是觀察到的嗎？在觀察和推論兩種認(rèn)識(shí)水平之間有什么區(qū)別？在科學(xué)認(rèn)識(shí)的結(jié)果中，科學(xué)定律和科學(xué)理論的產(chǎn)生方式有什么不同？在科學(xué)認(rèn)識(shí)中有沒(méi)有想象性和創(chuàng)造性成分？對(duì)于一個(gè)科學(xué)認(rèn)識(shí)，我們相信它的理由是什么？科學(xué)家發(fā)展了一個(gè)科學(xué)理論后，它還會(huì)改變嗎？總之，學(xué)生只有對(duì)科學(xué)認(rèn)識(shí)活動(dòng)進(jìn)行反思，才有可能認(rèn)識(shí)到科學(xué)認(rèn)識(shí)活動(dòng)中的“建構(gòu)性”特點(diǎn).

其中學(xué)生的討論活動(dòng)可以穿插在某個(gè)環(huán)節(jié)中，也可在整個(gè)探究活動(dòng)結(jié)束后進(jìn)行反思、討論和交流.教師的引導(dǎo)主要體現(xiàn)在引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注科學(xué)本質(zhì)方面的問(wèn)題，并引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)合理的認(rèn)識(shí)論觀點(diǎn).

2.2“劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)”的教學(xué)實(shí)踐

例如人教版3-2電磁感應(yīng)的第一節(jié)“劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)”的教學(xué)，利用物理學(xué)史上典型案例進(jìn)行教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)參與其中體會(huì)物理學(xué)家思維活動(dòng)的過(guò)程，并讓學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)和反思，通過(guò)這一過(guò)程挖掘其中蘊(yùn)含的科學(xué)本質(zhì)問(wèn)題.

2.2.1教學(xué)目標(biāo)

(1) 知道與電流磁效應(yīng)和電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)相關(guān)的物理學(xué)史實(shí).

(2) 知道電磁感應(yīng)、感應(yīng)電流的定義.

(3) 從電磁感應(yīng)產(chǎn)生使學(xué)生認(rèn)識(shí)到只有暫態(tài)過(guò)程中才會(huì)有電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生.

(4) 通過(guò)對(duì)電磁感應(yīng)—?jiǎng)潟r(shí)代的發(fā)現(xiàn)進(jìn)行學(xué)習(xí)反思，使學(xué)生對(duì)科學(xué)研究的過(guò)程、證據(jù)的重要性、科學(xué)研究主觀和客觀性、社會(huì)性等有正確認(rèn)識(shí).

2.2.2教學(xué)設(shè)計(jì)

(1) 創(chuàng)設(shè)情景，引出問(wèn)題

介紹當(dāng)今電氣化時(shí)代，人們離不開(kāi)電.電能的應(yīng)用涉及到人類(lèi)社會(huì)的各個(gè)角度.提出問(wèn)題：電能生磁嗎？你如何來(lái)證明？磁能生電嗎？你如何來(lái)證明？

(2) 展示物理學(xué)史案例

德國(guó)哲學(xué)家謝林認(rèn)為宇宙間具有普遍的自然力的統(tǒng)一.謝林的思想對(duì)奧斯特具有深刻的影響，導(dǎo)致奧斯特去研究電和磁之間的聯(lián)系.

1807年奧斯特宣稱(chēng)正在研究電和磁的關(guān)系.因?yàn)楦惶m克林曾在1751年證明，用萊頓瓶中的電可以使磁針磁化或退磁，萊頓瓶只能供給瞬間電流，所以沒(méi)能繼續(xù)研究下去.伏打電堆的發(fā)明，為連續(xù)電流提供了電源，奧斯特才能對(duì)電磁聯(lián)系的問(wèn)題繼續(xù)研究下去.

1820年4月的一天，奧斯特在去哥本哈根大學(xué)講課的路上，產(chǎn)生了一個(gè)念頭：如果靜電對(duì)磁石毫無(wú)影響，那么若用一根導(dǎo)線把伏打電池的兩極聯(lián)系起來(lái)，讓電荷在其中運(yùn)動(dòng)，這樣會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？他帶著這些問(wèn)題走進(jìn)了教室.奧斯特把自己帶去的伏打電堆放在講臺(tái)上，然后用一根白金絲把電堆的兩極連起來(lái)，并將一枚小磁針?lè)旁谒浇?這時(shí)，奇怪的現(xiàn)象出現(xiàn)了：磁針本該指南北的，現(xiàn)在卻轉(zhuǎn)動(dòng)了，并在垂直于導(dǎo)線的方向停下來(lái).聽(tīng)眾無(wú)動(dòng)于衷，而演示者卻激動(dòng)萬(wàn)分.課后他繼續(xù)留在教室里，核對(duì)了他剛剛發(fā)現(xiàn)的這個(gè)不尋常的現(xiàn)象，從而翻開(kāi)了電磁學(xué)暫新的一頁(yè).

教師在向?qū)W生介紹以上史實(shí)后，并演示奧斯特實(shí)驗(yàn).

教師展示第二個(gè)史實(shí)：1831年，法拉第在一個(gè)軟鐵圓環(huán)上繞上兩個(gè)彼此絕緣的線圈.原來(lái)設(shè)想，通以強(qiáng)電流的線圈A將成為一個(gè)電磁鐵，產(chǎn)生強(qiáng)大的張力，這張力將通過(guò)鐵環(huán)中的粒子傳遞到另一側(cè)，作用于線圈B使其中產(chǎn)生出電流.實(shí)驗(yàn)未觀察到預(yù)期效果，這一設(shè)想仍然是想由一根通電導(dǎo)線的磁場(chǎng)作用在另一根導(dǎo)線中產(chǎn)生出電流.

1831年一次偶然的實(shí)驗(yàn)，他觀察到了放在線圈下方的小磁針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，他立刻意識(shí)到這是尋找了近十年的磁產(chǎn)生電流的現(xiàn)象，但是他還沒(méi)領(lǐng)悟到暫態(tài)性的本質(zhì).他立即想是否還有其它辦法產(chǎn)生這種現(xiàn)象；特別是線圈和鐵環(huán)是不是產(chǎn)生這一效應(yīng)的必要條件.他很快找到了答案，只要具有暫態(tài)即可.

教師演示實(shí)驗(yàn)：在同一鐵芯上有兩個(gè)線圈不相連，一個(gè)通過(guò)開(kāi)關(guān)與電源連接，另一個(gè)與電流計(jì)連接.

法拉第之所以取得這一成就，是同他關(guān)于各種自然力的統(tǒng)一和轉(zhuǎn)化的思想密切相關(guān)的.法拉第深受戴維思想的影響，而戴維很熟悉康德關(guān)于力的統(tǒng)一和轉(zhuǎn)化的學(xué)說(shuō).正是這種對(duì)于自然界各現(xiàn)象普遍聯(lián)系的堅(jiān)強(qiáng)信念，支持著法拉第始終不渝地為從實(shí)驗(yàn)上證實(shí)磁向電的轉(zhuǎn)化探索不已.

教師演示第二個(gè)實(shí)驗(yàn)：串有電流計(jì)的閉合線圈靠近一段鐵芯，分別拿磁鐵靠近鐵芯的兩端.

(3) 討論與反思

在電與磁的認(rèn)識(shí)過(guò)程中，奧斯特的經(jīng)驗(yàn)和文化背景對(duì)于科學(xué)認(rèn)識(shí)有影響嗎？科學(xué)認(rèn)識(shí)需要以實(shí)驗(yàn)事實(shí)為基礎(chǔ)，在奧斯特實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，臺(tái)下學(xué)生的認(rèn)識(shí)都是觀察到的嗎？觀察與推理有區(qū)別嗎？從萊頓瓶到伏打電堆的發(fā)明對(duì)電流的磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)有作用嗎？法拉第為什么堅(jiān)信磁能生電？我們相信電磁感應(yīng)的理由是什么？為什么法拉第前一個(gè)實(shí)驗(yàn)失敗了，說(shuō)明什么？科學(xué)不能完全做到絕對(duì)客觀.是不是后一個(gè)實(shí)驗(yàn)就說(shuō)明法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律了？

(4) 從科學(xué)本質(zhì)觀方面總結(jié)

實(shí)踐性：堅(jiān)實(shí)的證據(jù)是科學(xué)探究的關(guān)鍵，科學(xué)的正確性遲早要通過(guò)對(duì)現(xiàn)象的觀察和實(shí)驗(yàn)來(lái)判定.

科學(xué)研究的創(chuàng)造性：科學(xué)探究不僅涉及邏輯推理和實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，同時(shí)還是一個(gè)充滿(mǎn)創(chuàng)造性思維的過(guò)程.

科學(xué)研究不能做到絕對(duì)客觀：科學(xué)研究會(huì)受到科學(xué)家自身背景和研究期待等因素影響，無(wú)法做到絕對(duì)客觀.

社會(huì)和文化的影響：科學(xué)家的哲學(xué)信念或指導(dǎo)思想對(duì)科學(xué)研究的重要作用.

2.3模式的教學(xué)效果

筆者選擇江蘇地區(qū)一所四星級(jí)高中的兩個(gè)班進(jìn)行前測(cè)，了解高中生科學(xué)本質(zhì)觀的的現(xiàn)狀.在對(duì)其中一個(gè)班實(shí)施科學(xué)本質(zhì)觀教學(xué)后再進(jìn)行后測(cè)，以評(píng)估顯性科學(xué)本質(zhì)教學(xué)的效果，其前后測(cè)各項(xiàng)得分如表1.

表1

從表1可以看出：后測(cè)分?jǐn)?shù)各項(xiàng)均比前測(cè)有不同程度提高，其中“主客觀性”后測(cè)比前測(cè)增加1.9070分，“社會(huì)文化的影響”后測(cè)比前測(cè)增加了2.4884分，“觀察推理”后測(cè)比前測(cè)增加1.5116分，“科學(xué)定律和科學(xué)理論”后測(cè)比前測(cè)增加4.2791分，“科學(xué)研究方法的多樣性”后測(cè)比前測(cè)增加2.4651分，后測(cè)總分比前測(cè)總分增加11.4419分.特別是“主客觀性”、“社會(huì)文化的影響”、“研究方法的多樣性”、“科學(xué)理論與科學(xué)定律”這幾方面提高較多.

進(jìn)一步可以看出實(shí)驗(yàn)班級(jí)的學(xué)生在經(jīng)過(guò)科學(xué)本質(zhì)顯性課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)后，量表總分由174.3256分增加到185.7674分，經(jīng)過(guò)配對(duì)樣本T檢驗(yàn)，存在顯著性差異(P<0.05).“主客觀性”分量表上得分增加1.9070分，經(jīng)過(guò)相關(guān)樣本T檢驗(yàn)，存在顯著性差異(P<0.05)；科學(xué)定理與科學(xué)理論的后測(cè)得分比前測(cè)得分增加4.2791分，經(jīng)過(guò)相關(guān)樣本T檢驗(yàn)，存在顯著性差異；社會(huì)文化的影響后測(cè)比前測(cè)加2.4884分，但未呈現(xiàn)顯著差別.由此可見(jiàn)科學(xué)顯性教學(xué)模式使高中生在“主客觀性”、“科學(xué)定理與科學(xué)理論”兩方面能獲得較顯著提高.

同時(shí)在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的學(xué)習(xí)后，出現(xiàn)了一些變化，H同學(xué)對(duì)科學(xué)理論和主客性的看法的變化有一定的代表性：“科學(xué)理論”是被創(chuàng)造出來(lái)的，由一個(gè)人對(duì)某一方面知識(shí)加以自己的理解來(lái)反映科學(xué)的某一屬性.M同學(xué)對(duì)科學(xué)研究是否會(huì)受到社會(huì)和文化的影響也有了新的看法：科學(xué)家處于社會(huì)之中，或多或少會(huì)受到當(dāng)時(shí)社會(huì)文化的影響，社會(huì)和文化可能起到推進(jìn)作用也可能起到阻礙作用.比如亞里士多德和伽利略的理論都是時(shí)代的產(chǎn)物，有其局限性，但不失為那個(gè)時(shí)代的先進(jìn)理論.

可以看出，通過(guò)顯性教學(xué)，同學(xué)們科學(xué)本質(zhì)觀提高有一定的作用，許多同學(xué)在前測(cè)很少有文字表達(dá)，但在后測(cè)卻有不少文字表達(dá)，說(shuō)明他們的科學(xué)本質(zhì)觀有一定轉(zhuǎn)變，了解到一些這方面的知識(shí).他們也弄清了一些科學(xué)本質(zhì)方面的概念，開(kāi)始思考一些科學(xué)本質(zhì)的內(nèi)涵了.

3教學(xué)模式實(shí)施過(guò)程應(yīng)注意的問(wèn)題

(1) 限于時(shí)間要把握好“度”

在高中物理教學(xué)中，是否每節(jié)課都進(jìn)行顯性教學(xué)模式教學(xué)？還是有的課采用HPS探究教學(xué)？有的課采用討論反思式教學(xué)？有的課采用傳統(tǒng)式教學(xué)？還是在一節(jié)課上又有傳統(tǒng)式又有探究式？這就涉及到如何把握這個(gè)“度”.實(shí)際上，不同的教學(xué)方式都有其自己的優(yōu)點(diǎn)與不足，所以教學(xué)應(yīng)包括多種形式，只有靈活采用多種不同的教學(xué)方式，才能優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，有助于學(xué)生的學(xué)習(xí)，有利于學(xué)生的發(fā)展，有助于課堂教學(xué)效率的提高.所以這個(gè)“度”要視具體情況而定，而且要看學(xué)生原有的基礎(chǔ)知識(shí)與技能水平，要看學(xué)生的認(rèn)知水平和能力，要看教師對(duì)學(xué)生的了解程度，要看教師的教學(xué)藝術(shù)，要看學(xué)生與教師的配合程度等.

(2) 教學(xué)中教師應(yīng)注意教學(xué)語(yǔ)言的適當(dāng)運(yùn)用

為幫助學(xué)生形成現(xiàn)代的科學(xué)本質(zhì)觀，教師應(yīng)在教學(xué)中適當(dāng)使用“產(chǎn)生式話(huà)語(yǔ)、反思性話(huà)語(yǔ)”和“認(rèn)識(shí)論話(huà)語(yǔ)”.教師在涉及科學(xué)定律與科學(xué)理論時(shí)要注意：研究科學(xué)定律時(shí)用“從大量的事實(shí)可以歸納出……”這一類(lèi)話(huà)語(yǔ)；研究科學(xué)理論時(shí)用“我們提出……理論能夠很好地解釋這些事實(shí)，這種理論的合理性可以通過(guò)證實(shí)其預(yù)測(cè)的情況來(lái)間接找到支持性依據(jù).”

在涉及觀察與推論時(shí)，經(jīng)常用到“我們觀察到什么”和“我們能夠推論出什么”.同時(shí)應(yīng)設(shè)計(jì)一些反思性話(huà)語(yǔ)，應(yīng)該根據(jù)教學(xué)主題的特點(diǎn)適是當(dāng)問(wèn)一些諸如“為什么要引入這個(gè)概念、如何知道……是正確的”這樣的認(rèn)識(shí)論問(wèn)題.用這樣的問(wèn)題引導(dǎo)教學(xué)，會(huì)讓教學(xué)內(nèi)容具有認(rèn)識(shí)論的意義，從而形成對(duì)科學(xué)本質(zhì)的正確理解.

(3) 要選擇好歷史案例

鑒于當(dāng)前的課時(shí)限制，不是每一節(jié)內(nèi)容都可以采用此類(lèi)探究，但可以選擇一些歷史上的典型案例或在物理學(xué)發(fā)展過(guò)程中十分重要的案例來(lái)進(jìn)行探究.如：自由落體運(yùn)動(dòng)、電磁感應(yīng)現(xiàn)象、能量守恒定律、光的本性等，在這些案例中一般都蘊(yùn)涵著十分豐富的科學(xué)本質(zhì)觀教育內(nèi)容.借助于典型案例，既省時(shí)又達(dá)到了科學(xué)本質(zhì)觀教育的目的.

參考文獻(xiàn)：

[1] 梁永平.促進(jìn)學(xué)生科學(xué)本質(zhì)理解的教學(xué)設(shè)計(jì)[J].化學(xué)教學(xué)，2008,(9).

[2] 梁永平.理科教師科學(xué)本質(zhì)教學(xué)話(huà)語(yǔ)的重建[J].教育理論與實(shí)踐，2005,(7).

作者簡(jiǎn)介：①馬俊杰(1973—)，男，江蘇丹陽(yáng)人，教育碩士，中學(xué)高級(jí)教師，江蘇省丹陽(yáng)高級(jí)中學(xué)副校長(zhǎng)，主要研究中學(xué)物理教學(xué).