轻松读懂科学史和科学哲学,开启全新的科学教学之旅

『如果我们相信教科书的描述,那么有个基本问题:这种所谓的单摆等时性为什么直到16世纪才被看到?几千年来,无数具有天赋和敏锐观察力的人在推孩子荡秋千、观看摆动的灯和重物、使用悬浮摆给乐器调音时,为什么都没有看到它们的等时性?』

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《科学教学:科学史和科学哲学的贡献》

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出版社:外语教学与研究出版社

作者:(澳大利亚)迈克尔·马修斯 (Michael R. Matthews)

译者:刘恩山 郭元林 黄晓

出版时间:2017年04月

“科学史和科学哲学(HPS)”是近年来国际科学教育领域的一个研究热点。本书围绕科学教学中的重要概念和主题,阐释了如何利用科学史和科学哲学解决科学教学中的问题,丰富科学课堂教学,激发学生学习兴趣,促进学生对科学的深层理解。本书涉及科学史、科学哲学和科学教育之间的关系,科学教育中的启蒙传统,科学课程的发展历程,科学课程和课堂教学中的科学史与科学哲学,建构主义和科学教育,科学的本质和教师教育等内容。书中列举了大量的科学史和科学哲学应用于科学教学的案例,对于科学教师和教研员而言,这既是关于HPS的启蒙读本,又是HPS用于课堂的教学指南,对加深科学教师对理科教学的理解,提高科学教师的教学技能,都有难以替代的价值。

迈克尔·马修斯(Michael R. Matthews)是澳大利亚新南威尔士大学教育学院荣誉副教授。他是国际期刊《科学与教育》的创始主编;历史、哲学与科学教学国际组织的创会主席;科学史与科学哲学国际联合会国际教学委员会主席。在科学教育、科学史与科学哲学方面具有丰富的培训、教学经验,并在相关领域发表过大量文章。

【精彩书摘】

标准教科书对于单摆运动的特征是用伽利略发现单摆运动的等时性这一故事来讲述的。对该故事的一种描述如下:

“他(伽利略)成长于比萨(Pisa),17岁时在当地教堂无意观察到枝形吊灯像摆一样摆动。他注意到每当微风穿过教堂半开的门,吊灯就在微风中摆动。他对教堂讲道感到无聊,于是开始仔细观察吊灯,然后把指尖放在手腕上感受脉搏,结果发现了令人惊奇的事情……吊灯有时摆动幅度很大,有时几乎没有摆动……(然而)脉搏每跳动60次,吊灯总会摆动相同的次。”  (Wolf 1981,p. 33)

在世界上使用最广泛的中学物理教材《PSSC物理学》的开头几页,也有与之相同的故事(PSSC 1960)。如果我们相信教科书的描述,那么有个基本问题:这种所谓的单摆等时性为什么直到16世纪才被看到?几千年来,无数具有天赋和敏锐观察力的人在推孩子荡秋千、观看摆动的灯和重物、使用悬浮摆给乐器调音时,为什么都没有看到它们的等时性?几个世纪以来,为了达到科学目的也为了方便日常生活,人们一直试图发现一种可靠的计时工具来测定活动和事件的持续时间,以便在大海上确定经度——这是航海中极为重要的事情。尽管摆的等时性是所有问题的解决方案,人们却普遍忽视了一些明显的事情,这就提示我们:这不仅涉及观察力的问题,还包含了更深层次的问题,即认识论问题,或者说规律是如何被发现的。

下图(图6.13)展示了历史和哲学融合的课程方式,在图中,列代表课程的学科名称,圆圈代表学科内的主题。

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图6.13 融入HPS知识的课程联系。A:设计论证; B:欧洲航海的发现;C: 亚里士多德的物理学和方法论; D: 摆钟; E: 理想化和理论验证;F:计时和社会管理; G:圆的几何学; H:应用数学; I:测量和标准;J:时间; K:能量; L:大地测量学

一个教学日或至少一个教学年的内容应当更像一个挂毯,而不是彼此没有连在一起的珠帘。后者是很多文件中都提及的美国科学教育存在的问题(即所谓的“一英里宽一英寸深”,只重视广度不重视深度的课程)(Kesidou & Roseman 2002)。然而,如果从历史和哲学的视角来进行单摆运动的教学,那么它就能与宗教、历史、数学、哲学、音乐和文学中的主题建立联系,也能与科学教育中的其他主题建立联系。这种教学有助于对科学、科学方法论以及科学对社会和文化的贡献产生更好的理解。课程编写者和负责课程或实现目标的教师首先要认识到这种联系。这也就提出HPS在职前(或在职)教师培训中存在的问题,这些不同的问题将在不同章节中进行讨论。

文章来源:百道网