在科学史教学中渗透科学本质观教育，本文主要内容关键词为：科学论文,本质论文,教学中论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
2006年3月，国务院发布了《全民科学素质行动计划纲要（2006-2010-2020年）》，指出我国公民科学素养水平的现状不容乐观，“根据有关调查，我国公民科学素质水平与发达国家相比差距甚大……公民科学素质水平低下，已成为制约我国经济发展和社会进步的瓶颈之一”。“提高全体学生科学素养”因此已成为我国新课程改革的目标之一。 目前国际上关于科学素养的内涵有各种不同的描述角度，绝大多数的描述认为科学本质观是科学素养的核心内容。美国《国家科学教育标准》认为，“良好的科学素养还包括认清科学的性质、科学事业以及科学在社会和个人生活中所起的作用”。[1] 一、科学本质观概述 科学本质是从哲学层面回答“科学究竟是什么”的问题。随着科学本身的不断发展，人们对科学本质的认识也经历了一个不断地扩展和深化的过程。大体上分为“传统”的科学本质观与“现代”的科学本质观。经验主义、实证主义、逻辑经验主义和理性主义被视为“传统”的科学本质观；证伪主义、后实证主义被视为“现代”的科学本质观。 传统科学本质观认为，科学家在探索自然现象的过程中保持客观的价值判断，个人已有的观念对科学研究没有影响。因此，传统科学本质观认为科学知识就是科学的本质。 现代科学本质观受建构主义影响，认为科学家是在已有理论的基础上，认知自然现象，建构科学知识。随着科学认识的不断发展，已有的知识会不断被完善、修正甚至推翻。因此，科学知识具有暂时性、主观性、建构性的特征。由于科学知识具有暂时性的特征，因而不能以之代表科学的本质。 二、人教版高中生物教材科学史中隐含的科学本质观 19世纪以来，关于科学本质的内涵，很多学者的看法不太一致。教育界达成共识，认为中学阶段并不要求学生从哲学的高度来理解科学的本质，而是要了解以下几点科学本质的基本内容。 （一）可验证性是科学的重要特征 科学是从经验事实中推导出来的知识，自然界的客观存在是科学认识的对象。可验证性是科学区别于伪科学的重要特征，科学强调和尊重经验事实对科学理论的检验。理论是否被接受的一个重要条件是理论是否得到实验观察的事实支持。 生物学是以自然界的生命为认识对象的一门自然科学，其知识都是建立在实验、观察的基础上。高中生物教材所呈现的生物学知识、原理都体现了这个特征。例如，罗伯特·虎克通过显微镜第一次观察到细胞的结构；细胞流动镶嵌的模型，是众多科学家们在观察到的现象和已知的知识基础上创造性构建出来的；达尔文通过大量的观察事实提出了以自然选择为核心的生物进化论等。 （二）区分事实和观点（结论） 在实验中观察到的事实与基于事实推导出来的观点是有区别的。在中学教学中，由于混淆事实和观点的区别，学生在实验中不能区分因变量与实验结论的现象时有发生。探究实验中，随自变量的变化而变化的变量称作因变量，因变量是可观察、可测量的。通过对因变量的观察、测量得到的现象、数据等就是实验得到的事实。根据实验得到的事实，结合已知的规律、原理，经过逻辑推理的过程，推导出实验的结论。 例如，我们研究空气中
浓度、土壤中水分含量、光照强度等环境因素对植物光合作用强度影响的实验，光合作用强度是否是因变量，一些教师颇有争议。实验中随自变量的变化而变化并且可以观察、测量的因素是因变量。本实验中，植物光合作用的强度并不能直接观测，可以直接观测的是一定时间内原料消耗或产物生成的数量，即上述实验中因变量是一定时间内
吸收的量、或
生成的量、或于物质产生的量。然后，我们根据光合作用的有关原理，对因变量观察、测量得到的事实进行分析、推理，得出光合作用强度如何随环境因素变化而变化的结论。因为对光合作用强度变化的描述是根据事实推导得到的实验结论，而不是实验观察到的事实，所以光合作用强度不是因变量。 （三）科学定律和科学理论是两种不同建构类型的知识 定律是人们通过对自然现象的观察，发现事物间存在的规律或者模型。理论是人们对定律的内在原因提出的假说或解释。两者是不同种类的知识，科学定律是通过归纳产生的，而科学理论是科学家建构的产物，定律和理论的知识不会互相转变，也不是包含关系。 例如，人们通过观察生物化石在不同地层出现的情况，发现了如下现象：越古老的地层中，挖掘出的化石所代表的生物，结构越简单，分类地位越低等；在距今越近的地层中，挖掘出的化石所代表的生物，结构越复杂，分类地位越高等；早期生物的化石为水生生物，后期才出现陆生生物。据此人们归纳出生物进化的规律是由简单到复杂、从低等到高等、从水生向陆生发展的进化规律。达尔文从大量观察到的事实出发，提出以自然选择理论为核心的生物进化论，对生物进化的原因作出合理解释。教学中，对于规律性的知识应该使用“通过观察（或者实验），人们发现了XX规律”等类似的用语，而对于理论性的知识适合使用“XX提出了XX理论，解释了这一现象（规律）”等类似的用语。 （四）科学认识的结果具有想象性和创造性 科学知识并不是客观自然本身，而是人脑对客观自然认识的产物，因此，科学知识产生的过程中包含科学家的主观想象和创造性。科学家根据一定的事实，依据已知的科学原理，提出解释某些自然问题的假说或模型，这些假设或模型还需要实验等事实的支持，才能得到人们的认可。 例如，美国的沃森和英国的克里克根据当时已知的DNA分子的化学成分、DNA分子的X射线衍射照片和DNA分子碱基的数量关系等研究成果，用自制的硬纸板，通过大胆的想象与推理，最终构建出DNA双螺旋结构的模型，该模型能很好地解释DNA是遗传信息的携带者以及遗传物质的复制传递与变异等现象，所以得到科学界的承认。 （五）科学知识的暂定性 科学知识具有主观性，只是人们在一定时期内对自然世界的合理描述。随着科学技术的发展，如果有新的证据反对原来的理论，这些理论就要被修正、完善甚至被推翻，所以科学知识具有暂定性。 例如，在孟德尔之前的19世纪，关于遗传性状是如何传递的理论，曾经出现过泛生论、预成论、渐成论、泛子学说以及种质连续说等观点。孟德尔的工作奠定了遗传学的基础，之前关于生物遗传的各种假说被推翻。后来，摩尔根等科学家的工作，又使孟德尔学说得到了进一步的发展。教学中，很多时候教师会将生物科学知识当作一种不可怀疑的绝对真理传递给学生，让学生记忆、理解，并通过各种练习反映或运用这些知识。不可否认，当前已有的科学知识具有一定的持久性，但如果我们的教学使学生认为他们学到的科学知识是恒定不变的真理，忽略其发展与变化的特性，缺失科学知识形成的过程与方法，这将阻碍学生科学创新精神的发展。 （六）科学认识的过程受科学家已有经验的影响 科学家在工作的过程中，他们已有的理论背景对其观察什么、怎么观察起指导作用。 例如，关于酸性食糜进入小肠引起胰液分泌这个现象，巴甫洛夫学派认为盐酸引起的胰腺分泌是一个反射，当他们切除了和小肠相连的神经后，酸性食糜进入小肠依然引起胰液分泌。即使在这种情形下，他们依然认为这是“一个顽固的局部反射”。贝利斯和斯塔林重复他们的实验，得到相同的结果，但是他们大胆地提出另一种假设：“这不是神经反射而是化学反射”，在此前提下，他们做一个简单的实验进行检验，发现了刺激胰液分泌的化学物质——促胰液素。贝利斯和斯塔林第一次发现了神经调节之外的调节机制，这是生理学史上的一个革命性发现。[2]上述事例表明，同样的实验现象，具有不同经验或背景的科学家，有可能产生不同的解释。大多时候，经验对于人们认识自然界是有帮助的，已有的经验在指导人们观察自然、发现问题、作出假设、获取数据、逻辑推理等方面具有不可或缺的作用。然而，经验有时会成为束缚我们思维的枷锁。在探究自然奥秘的过程中，要充分尊重已有的经验，但是不能把局部经验误认为是普遍真理，生搬硬套。只有做到尊重经验而不囿于经验，科学才能在继承中创新，不断发展。 （七）科学和技术相互影响 科学与技术同样以自然界为对象，自然科学研究的目的是为了认识自然，揭示自然现象的内在规律和相互联系。而技术侧重改造自然以适应人类的生活需要。技术上的进步，总体来说基于科学的发展，新技术的产生又促使人类提高认识自然的手段，进一步推动科学的发展。 例如，光学原理的研究促使科学家研究发明了显微镜，这是科学对技术的推动作用；而显微镜的发明促进了细胞学说的诞生，这是技术对科学的促进作用。上述实例很好地说明了科学与技术之间互相影响、互相促进的关系。 三、提高学生科学本质观的教学策略 目前我国的科学教育中对科学本质的教育尚处于低层次的水平。一是因为很多科学教师本身对科学本质的认识还处于朴素的浅层面水平，无法在教学中主动地引导学生正确认识科学的本质；二是考试压力导致“知识”教学模式的泛滥；三是因为科学本质的教学是科学教育中较难把握的问题，不像科学知识那样直观、可检验，也不像科学过程、科学技能那样便于体会、模仿。科学本质观属于观念方面的认识，需要在日常教学中对学生进行及时的启示和潜移默化的熏陶。 （一）以显性的方式在课堂教学中体现科学本质观 目前的高中生物学教学，科学本质观大多是以潜课程的形式隐含在课堂教学中。教师习惯让学生通过科学探究活动等方式体验科学的过程，从而以间接的方式感悟科学的本质。莱德曼教授指出，对科学本质的学习应该是显性的、善于反思的教学，而不是隐性的做中学[3]。科学教育领域的研究表明，学生很难在探究活动中自己领会、理解科学本质和科学探究。教师应该充分利用科学探究活动、科学史素材等教学内容，以课堂讨论等方式，在课堂中用显性语言表达出科学本质的观点，用明确的话语告诉学生所学习的内容涉及科学的哪些本质观念。这种直白的传达方式，对于帮助学生理解、建立现代的科学本质观，进而提高科学素养，具有明显的成效。 （二）通过科学探究活动体现科学本质观 布鲁纳学习理论认为：“学习是一种过程，而不是结果。学习不仅是让学生掌握这些知识，更在于让学生体验知识的形成过程。”由于应试的功利性教育目的的影响，不少教师采用在黑板上讲实验的方式替代真实的实验课程，学生不能在真实情境中动手进行实验探究，无法体验探究的过程与方法，使生物学科的教育价值大为削弱。因此，教师要充分挖掘条件开设实验探究课，让学生积极主动地进行科学探究，不仅学习实验的思想、方法、原理和技能，而且感受科学知识是如何产生的、在科学的发展史中科学知识是怎么进步的，从而对科学的本质有所领悟。例如，“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”“观察DNA和RNA在细胞中的分布”等实验，能让学生更进一步体验科学知识必须依赖实验和观察的证实；“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验，除了让学生学习实验操作技能以及如何控制变量、设计实验等方法，还可以通过问题“实验观察到的是过氧化氢分解所释放的气泡（产物），我们是如何得到过氧化氢酶的催化具有高效性的结论的”，让学生体会在实验中观察到的事实与基于事实推论得出来的观点是有区别的。 （三）融入科学史的教学 教师在生物教学中充分利用教材中的科学史素材，让学生在特定的历史背景中，感受科学的发展过程，了解科学概念、定理和理论的发现和演变，能更有效地理解科学的本质。目前国际上利用科学史素材开展科学本质观教育的主要方式是HPS教学模式。英国科学教育学者孟克和奥斯本结合建构主义理论，在总结科学教育历史经验的基础上，提出HPS教育模式[4]。该模式的主要程序是：演示现象→引出观点→学习历史→科学探究→呈示科学观念和实验检验→总结与评价。例如，可以将“植物生长素的发现”与“生长素的生理作用”两节课融合成一个单元进行教学：教师演示植物向光性现象和达尔文的向光性实验→让学生尝试对实验的现象作出解释（假设），引出不同观点→教师介绍科学家研究生长素的探究历程，着重让学生理解其中的科学方法、原理，了解生长素的生理作用→尝试设计实验探索生长素类似物促进插条生根的最适浓度→介绍关于生长素的科学观念、分享同学的实验设计与结果→教师总结概念，从思想、方法、原理等方面对学生的科学探究作出评价。 原标题：利用教材资源开展科学本质观教育研究——例谈人教版高中生物教材科学史中隐含的科学本质观
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