科学史：助于科学知识理解和观念转变

科学史引入科学教学，传统而常见的一种做法是在科学教学中加入科学史内容，即给科学知识裹上科学史的“糖衣”，以此增加教学的故事性和趣味性。马修斯（1994）对此指出，这是一种“外加型”模式。而将科学史引入科学教学的另一种模式是“渗透型”，即以科学史为基础对传统的科学教学进行改造或重构。“外加型”模式对科学教学的意义是相当有限的，当代科学史融入科学教学的研究与实践，主要是强调和侧重“渗透型”模式。

重视理解与观念转变是现代科学教学的一个重要特征。在很多科学教育专家看来，判断科学课程改革的各项主张和建议的一个基本标准就是这些主张和建议是否可以增进学生学习科学时的“理解”与“观念转变”（明茨基等，1998）。

理解式教学主要是强调各个相关的科学概念和结论对于学生是真正有意义的，而并非只是机械记忆的结果。“意义学习”意味着对直接经验的超越，即由对现象或事件的直接感知深入到对本质的正确把握，从而也就能依据普遍性原理对相关的现象或事件作出具体解释（郑毓信，2006）。明茨基（1998）等人明确指出“意义重于记忆，理解重于知觉”。

教育界的研究表明，对理解式学习而言，重要的是强调科学知识的整合性，特别是打破不同学科领域之间的界限，将科学概念与原理，知识与技能进行融通和连接，理解自然界的内在统一性以及科学、技术与社会的关系（郑毓信，2006）。

科学史可以通过向学生展示科学发展的历程，来揭示科学的整体面貌以及科学作为整体的产生、发展和革命过程，将具体的、孤立的、零散的、片段的科学知识联系起来，揭示科学如何在发展的过程中形成了统一的观念、原则和规范，并如何体现出自然界的内在统一性。科学史在帮助学生理解科学知识的整体性上，有丰富的资源和独特的优势，科学史可以使学生更好地理解科学动态的发展，在对科学概念演变的历史中更好地理解科学概念（刘兵，1996）。由此，科学史能够促进学生对科学知识的“理解”和“意义学习”。正如马赫所指出的：“只有通过对相关历史的考察，我们才能置身于相关的思想传统之中，才能真正理解相关的科学概念以及它们借以获得意义的理论框架是如何历史地得以形成的。”（郑毓信，2006）

学生在接受科学教学之前，头脑中并不是一个“空的容器”或“一块白板”，而是带着各种关于自然事物或现象的朴素见解，甚至是相当确定的看法，这些已有的见解或看法在科学教育界被称为“前概念”或“先有概念”（郑毓信，2006）。学生的“前概念”往往是错误的，并且常常与相应的科学概念直接冲突，在这个意义上，学生的学习过程就应该被看成一个“概念转变”的过程，即从“前概念”向“科学概念”的转变过程。

学生的“前概念”对科学学习的影响研究一直受到科学教育界的普遍重视，“这种研究指出学生在正式学习之前，有关自然世界的个人理论已经存在他们脑中了。这种情形影响了学生解释科学教学内容，学生甚至到该学科学期结束时仍不放弃自己原有的解释”（格林等，1996）。科学教育界的很多学者认为“概念转变”在很大程度上是科学学习活动的主要特征之一。例如马修斯曾指出：“如果一些认识是与日常认识相一致的，则就几乎不可能是科学的，因为，世界并不是像日常意识所认识的那样运作的。”（马修斯，1994）进而，“概念转变”也被看作学生科学学习的主要困难所在：“科学学习对于学生而言，在未来也仍将是一件困难的课业，很多问题都是因为科学知识‘本质’的问题：科学学习常常意味着学习一个全新的观点。”（格林等，1996）(www.xing528.com)

“科学概念”是与学生通过日常生活所建构起来的朴素观念直接冲突的，因此，“科学概念”对学生往往是“不自然的”“反直观的”，从而，他们就不仅会表现出对于“前概念”的依恋，而且也会自觉或不自觉地表现出对于“科学概念”的抵制和反抗（郑毓信，2006）。“学生的个人理论和模式在他们日常生活中运作自如，唯有在科学课时，教师才指出他们观念的缺点，而学生却不愿意放弃他们的错误观念，他们宁可相信他们自己那些在现实世界中解释得通的理论”；“学生通常很得意于他自己的观念，他们并不认为新观念很明显地比他自己的旧观念来得合理。其实，科学观念常比学生观念来得更抽象、更难以解释”（格林等，1996）。

由于学生所具有的“前概念”是与日常生活密切相关的，因此，即使他们在课堂上暂时接受了一些新的科学观念，但是，如果他所遇到的日常生活中的熟悉情境，原有的朴素观念往往又会被重新“激活”——显然，这事实上也就更为清楚地表明了“观念转变”的困难性，特别是单一的反例并不足以造成彻底的观念转变，在现实上更可经常看到的往往是观念的反复（郑毓信，2006）。

“观念转变”的重要性和困难性，表明科学教学要从科学史中寻求支持。因为“个体认识的发展在很大程度上即可被看成人类在整体上的认识发展过程的一个重演或缩影，特别是学生在观念转变上的困难程度与反复性在很大程度上就与科学史上新旧观念的长期斗争十分相似”（郑毓信，2006）。

科学教学的实际经验表明，学生有很多“前概念”与科学史是平行的，即学生对于某些问题的认识常常与历史上的科学家曾经有过的认识一致。例如学生关于“真空”的“前概念”与古希腊以亚里士多德为代表的“自然憎恶真空”的观点十分相似（明茨基，1998）；学生关于光合作用的“前概念”，与科学史上光合作用概念的演变有密切的关系（Wandersee，1986）；学生对于“看见”与“颜色”的“前概念”，与科学史上相关概念的发展有类似的过程（Mc Donald，1989）。

因此，引入科学史可以帮助学生了解自己的“前概念”以及相应的“科学概念”产生的情境，并可以帮助教师预测学生的“前概念”，以此来协助教学设计。学生的认识发展和观念转变可以看成人类整体性的认识发展和观念转变过程的一个缩影，“对于特定科学在历史发展中所经历的漫长和困难的历程的了解可以帮助教师设计出合适的教学方案，选择适当的实验和活动，并知道如何去对教学中出现的问题或疑难作出反应”（马修斯，1996）。