“科学史—探索”中新教学模式的理论基础.doc

■•科学史一探索•，中新教学模式的理论基础在科学教育领域，科学探究既是重要的科学内容，也是科学学习的重要方式之一,口益得到广大 科学教育丁作者的重视科学史在科学教育中的价值得到了全世界范围内科学教育丁•作者的认 同，科学史独特的教育教学价值在于：科学史可以促进学生理解科学的本质、可以促进学生对科 学知识的建构、可以提高学生的人文素养、可以培养学生的批判精神［1］将科学史融入科学教 育的科学探究教学已经成为科学教有工作者的研究领域z—,本文拟就如何将科学史融入科学教 育的科学探究教学阐述其“重演"论基础一、“重演‘论的滥觞古希腊哲学家亚里士多徳所认为的儿童在发展过程中必须一个时期、一个时期地复演人类的理 智发展和道徳发展的阶段理论，［2］被赫尔巴特主义者用來作为根据儿童发展阶段选择内容和材 料的原则Z-O法国伟大的启蒙思想家卢梭(J.J.Rousseau, 1712〜1778)把儿童放在教育过程的中 心，认为儿童冇一种潜在的发展可能，而教育就是为儿童提供优良的环境儿童从出生到成年的 发展就是人类种族进化过程的重复，即所谓的“文化重演理论^(recapitulation theory)徳国教育学 家戚勒(Ziller, J.1817〜1XX2)受到达尔文进化论的信奉者海克尔(E.Haeckel, 1834-1919)的“生物 巫演律”(注：徳国胚胎学家海克尔于1866年提出的“生物亜:演律"，英内容是“个体发生就是种 系发生的短暂而迅速的巫演”。

例如人的胚胎发育快速经历了从单细胞简单生命、水生多细胞复 杂生命、右尾右鲤裂假鱼生命、两栖类、爬行类、攀缘类、古猿、人等进化阶段说明人的个体 发育反映了人类的进化历程)的影响，主张课程编制应当贯穿两条线索：以文化史阶段 (Kurthrhistorische Stufen)为纵线，以中心统合S(Konzentration)为横线所谓文化史阶段论，指运 用生物学的复演学说，将儿童心理发展的顺序等同于人类从野蛮到文明的历史发展的顺序来处 理，认为抓住人类文化史的发展阶段，依据这个顺序排列教材，是儿童理解力能够腔任的［3］ 儿童的认识和思维的发展，是通过形成人类文化的历史过程在教育上的复演［4］即将过去文化 史可以看到的单纯内容是适合儿竜理解力的内容，应该放在前而教，而将现代文化史中难以理解 的文化内容放在后面教英国哲学家柯林武徳(R. G. Collingwood, 1889〜1943)认为“一切历史都是思想史”对他而言， 历史过程不仅仅是历史爭件的发生和发展过程，更为SE要的是历史过程中思想演变和发展的过 程，研究历史的价值在于揭示历史爭件的“思想过程所构成的内在方面”的外在“行动的过程”，思 想历程是历史研究所要着力追寻的过程。

研究历史不仅仅是研究历史步件，更为重要的是研究者 的思想必须复归到刃史事件行为者的思想，即研究者探索刃史事件行为者的思想根本地讲，历 史是过去经验在历史研究者头脑中的“重演”，即历史学家必须在他自己的心灵中巫演过去［5］ 这就是柯林武徳所提出的“历史重演论发生认识论的创始者皮亚杰(Jean Piaget, 1896〜1980)认为儿童知识的增长与科学知识的增氏 遵循相同的机制，并以此探寻儿童思维的心理发生和科学概念的历史发展Z间的连续性他通过 对“动量"概念的形成和发展过程的历史考察与儿童“动量"概念的心理发生进行比较，发现“动量" 概念的发展历程与心理发生过程都经历了四个主要时期，其建构的过程存在相似性［6］教育巫演理^(Recapitulation theory education)认为:第一，一个人的教育发展是一个过程进 入高一级的教育阶段一定以通过了低一级的教育阶段为前提，阶段不可跳跃或颠倒第二，现代 学生的学习过程是对人类文化发展过程的一-种认知意义上的重演，即现代人的认知发展是对其祖 先认知水平长期演化过程的浓缩，恰似生物学上胎儿在母体内的发育过程重演祖•先的进化过程 ⑺在科学发展的历史进程中，科学概念、规律的发生和发展过程是极其复杂的，某一科学概念、 规律形成的关键点、突破点往往是这一科学概念、规律在教学过程中的巫点和难点。

学习者在学 习科学过程中所遇到的困难往往是人类在科学研究过程中需要长时间累积、消化、突破点人类 在研究科学世界的过程中，总是从已知探索未知，学习者在探究科学的过程中亦是从自身已知的 出发，迈向白身的未知人类认识科学卅界的活动与学习者探究的活动类似，总是从感性的具体 到抽象的规定，并从抽象的规定到思维的具体人类在认识科学世界过程中所使用的科学方法(归 纳—演绎法、假说一演绎法、类比法等)与学习者探究过程中所使用的方法类似因此，学习者 学习科学的过程与人类研究科学的过程理应存在一 •定的相似性，应该说学习者学习科学的过程 “重演"着人类研究科学的过程二、 “重演”概念辨析所谓“巫演"，表观上是指爭物或爭物的具体内容的巫复再现、类似例如口常生活中常见的现 彖，太阳东升西落、月有阴晴圆缺、四季周而复始等在白然科学领域，实验现象能够多次“重 演”出现，验证科学定律的相关实验能够得到无限的“巫演"重演”的本质是指爭物或事物的具 体内容内涵木质规律性的同类，例如日常现象的“巫演”、实验现象的蚀演”受到内在规律的支配 在社会科学领域，虽然不存在类似与自然科学领域的严密的“迈演观象，但是社会科学领域的研 究者只仃把同类事物或相似性的巫复出现看成巫演，才能对此进行合理的解释。

正如“历史巫演" 论所认为的：人类社会在演进过程中，在不同地域、不同时空态中重复出现的，带有一定规律性 的历史现彖，特指在新的时空背景条件卜連现与过去相同或相似的历史现象⑻因此，’連演" 意指事物或事物的具体内容具有内在规律的同一性或相似性三、 “重演％仑的实证研究“巫演"论能否成为“科学史一K索墩学模式的理论基础需要进行实证研究笔者拟从以下三个 方而进行论证：肖先从物理学的发展特征入手，探究物理学家探究物理世界的发展进程；其次从 学习者物理学习的进程入手，探究学习者物理学习的进程；最后比较两种进程是否存在相似性, 从而为“科学史一探索教学模式奠定理论基础)经典物理科学发展的进程物理学史是科学史的巫要组成部分，物理学发展的历史是人类探索、研究自然规律形成物理概 念、思想的历史，是人类的智慾在物理学的探索中一步一步深入地寻找观念世界与现实卅界之间 联系的历史，是物理学基本概念的演化史，也是人类探究物理学的历史物理学发展的历史进程 大体上分为三个时期，古代物理时期、经典物理时期和现代物理时期山于古代物理时期物理学 的发展是极其缓慢的，是处于哲学层面上思辨的产物，并忖是低水平徘徊的，加Z缺乏丰富的文 献资料，难以准确把握其发展进程。

另一方面现代物理学还在不断向前迈进，因此我们以相对而 言发展比较完善和成熟并具备丰富的文献资料的经典物理学发展进程作为研究的对彖我们采用科学计量学的量化方法对经典物理学发展进程进行探索，以物理学成果数作为统计的 对象，将整个经典物理学发展的历史进程均分为10个年段间隔，以年份为横坐标(X),以在某一 段时间范围内发生的物理学大爭数量作为纵坐标(Y)为了具冇权威性，我们利用我国科学计量 学家赵红州著作《科学史的数理分析》中的科学成果数作为统计对彖我们以1500年作为经典 物理学的开端，以190()年作为经典物理学的终端因为在16世纪之前物理学还没右从哲学中分 化出來，1900年12月普朗克(Max Planck, 1858-1947)在徳国物理学会上发表了影响现代文明的 苦名论文《关于JE常光谱的能量分布定律的理论》，宣告了量子论的诞生，是现代物理学的开端 山此，我们得到经典物埋学发展进程曲线(图1)：物理成果数夙啊碎號碍年代图1经典物理学发展进程曲线从物理学发展进程的曲线可以看出：经典物理学大体经历了三个时期；渐进期、高原期、突变 期在牛顿的经典力学体系建立Z前，经典物理学在漫长的发展进程中呈现渐进的趋势，可以说 经典物理学处于渐进期。

但在以后的发展中即大约整个IX世纪，虽然牛顿力学体系已经诞生， 但就整个经典物理学而言，经典物理学的发展还是较为缓慢的，这一时期是经典物理学突飞猛进 的准备时期，也就是我们说的经典物理学发展的“高原期随后以热力学与统计物理、经典电磁 场理论为支柱的经典物理学发展到鬲峰，是经典物理学的“突变期”从物理学研究的思想方法角 度看，物理学山于引进了系统的观察实验和严密的数学演绎的研究方法才导致了在17壯纪诞生 了牛顿的经典力学体系；随后物理学处于消化、积累、准备时期，牛顿的科学思想、方法和理论 得到传播、完善和扩展，牛顿的经典力学完成可解析化工作，建立分析力学，同时光学、热学和 静电学也完成了奠革性的工作，但是这一时期的物理科学共同体(The scientific community)总是以 经典力学模式去认识和分析各种物理现象，机械决定论是这一时期统治物理学的遁要思想；到了 1780年以后，物理学获得了飞速的发展，H然领域里的备种联系和转化相继被发现，新的数学 方法也被广泛引进物理学，建立了波动力学、热力学和分子运动论，经典电磁场理论形成完整的、 解析式的理论体系,从而将经典物理学推向高峰，直到完善,是经典物理学的“突变期”。

经典物 理学如果没有前期的渐进和“高原期”,就没有随后的突飞猛进二)学习者物理学习的进程物理概念的形成、物理规律的学握和物理问题的解决是物理教育、教学的中心任务为了了解 和拿握学习者物理学习的进程，我们以物理概念的形成为例，探讨学习者在物理概念形成过程中 心理发展的进程和走向我们采用假设检验模型的原理以“爛”概念为学习内容，研究中学生、成 人和中学生“小组合作”三类被试概念形成的进程和走向，得到图2：学习成效图2三类被试概念形成曲线从图2中可以发现：三类被试曲线均可分为明显的三个部分：第一部分是成人和“小组合作 被试从横轴的0%处至70%处所截曲线段（中学生被试从横轴的0%处至50%处所截曲线段），这 段曲线相对漫长而缓慢地徐徐上升，呈渐进振荡式：第二部分是成人和“小组合作"被试从横轴的 7（）%处至90%处所截曲线段（中学生被试从横轴的5（）%处至6（）%处所截曲线段），这部分曲线的 平均斜率儿乎为0,呈平台式；第三部分是成人和“小纽合作”被试从横轴的90%处至100%处所 截曲线段（中学生被试从横轴的60%处至100%处所截曲线段），这段曲线以较快的速度急剧上 升，呈突变式从图2的分析中可以发现三类被试在形成“爛“物理概念的时候具有这样的规律，在开始学习 “爛“概念的漫长过程中呈渐进振荡过程，随着学习的深入，冇一段时间出现停滞不前的现象，称 Z为“高原期"，高原期Z后是学习的突变期,这一段时间掌握哪旷概念的程度E速增加,在较短 的时间内就能掌握概念。

三）两种进程的类比从经典物理科学发展的进程和学习者物理学习的进程的比较可以看出，人类探究经典物理学的 进程与人类物理概念的学习进程冇着内在的相似性，总体上都彷经了“渐进期高原期”和“突变 期"，可以说学习者物理概念学习的进程是人类研究物理学的进程的“复演"，是作为学习者的人 在学习物理的过程中“重演"着人类探索物理的过程在物理教学过程中，学习者对物理概念、规律的认识和形成过程中大量地存在许多前物理概念 和观念，学习者的绝大多数前物理概念和观念与物理学发展过程中产生的错谋的、不完备的概念 和观念冇联系或完全“重演例如“冇力才有运动的错谋概念就与亚里士多徳的物理学和中世纪 的冲量理论中的观点是一致的光的传播是否需要时间的问题,保定师专的张喜荣等人作过研究， 他们发现仅冇12%的学生认为光的传播需要时间，⑼在物理学史上，开普勒（Johannes Kepler, 1571〜1630）就认为光的传播是瞬时进行的。