“科学史—探索”教学模式的“重演”论基础，本文主要内容关键词为：教学模式论文,基础论文,科学论文，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。
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，日益得到广大科学教育工作者的重视。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工作者的认同，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育工作者的研究领域之一，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德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德发展的阶段理论，[2]被赫尔巴特主义者用来作为根据儿童发展阶段选择内容和材料的原则之一。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，认为儿童有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)。德国教育学家戚勒(Ziller，J.1817～1882)受到达尔文进化论的信奉者海克尔(E.Haeckel，1834～1919)的“生物重演律”（注：德国胚胎学家海克尔于1866年提出的“生物重演律”，其内容是“个体发生就是种系发生的短暂而迅速的重演”。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、有尾有鳃裂假鱼生命、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，以中心统合法(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，是儿童理解力能够胜任的。[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童理解力的内容，应该放在前面教，而将现代文化史中难以理解的文化内容放在后面教。
英国哲学家柯林武德(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事件的发生和发展过程，更为重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事件的“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事件，更为重要的是研究者的思想必须复归到历史事件行为者的思想，即研究者探索历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重演过去。[5]这就是柯林武德所提出的“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长遵循相同的机制，并以此探寻儿童思维的心理发生和科学概念的历史发展之间的连续性。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]
教育重演理论(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。[7]
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重点和难点。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，迈向自身的未知。人类认识科学世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—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“重演”，表观上是指事物或事物的具体内容的重复再现、类似。例如日常生活中常见的现象，太阳东升西落、月有阴晴圆缺、四季周而复始等。在自然科学领域，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“重演”。“重演”的本质是指事物或事物的具体内容内涵本质规律性的同类，例如日常现象的“重演”、实验现象的“重演”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“重演”现象，但是社会科学领域的研究者只有把同类事物或相似性的重复出现看成重演，才能对此进行合理的解释。正如“历史重演”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象，特指在新的时空背景条件下重现与过去相同或相似的历史现象。[8]因此，“重演”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”论的实证研究
“重演”论能否成为“科学史—探索”教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面进行论证：首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—探索”教学模式奠定理论基础。
（一）经典物理科学发展的进程
物理学史是科学史的重要组成部分，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，是人类的智慧在物理学的探索中一步一步深入地寻找观念世界与现实世界之间联系的历史，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。由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，并且是低水平徘徊的，加之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象。
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事数量作为纵坐标(Y)。为了具有权威性，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象。我们以1500年作为经典物理学的开端，以1900年作为经典物理学的终端。因为在16世纪之前物理学还没有从哲学中分化出来，1900年12月普朗克(Max Planck，1858-1947)在德国物理学会上发表了影响现代文明的著名论文《关于正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。由此，我们得到经典物理学发展进程曲线（图1）：
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之前，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18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高峰，是经典物理学的“突变期”。从物理学研究的思想方法角度看，物理学由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世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基性的工作，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重要思想；到了1780年以后，物理学获得了飞速的发展，自然领域里的各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、物理规律的掌握和物理问题的解决是物理教育、教学的中心任务。为了了解和掌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“熵”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：
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70%处至90%处所截曲线段（中学生被试从横轴的50%处至60%处所截曲线段），这部分曲线的平均斜率几乎为0，呈平台式；第三部分是成人和“小组合作”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“熵”物理概念的时候具有这样的规律，在开始学习“熵”概念的漫长过程中呈渐进振荡过程，随着学习的深入，有一段时间出现停滞不前的现象，称之为“高原期”，高原期之后是学习的突变期，这一段时间掌握“熵”概念的程度飞速增加，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有着内在的相似性，总体上都历经了“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误的、不完备的概念和观念有联系或完全“重演”。例如“有力才有运动”的错误概念就与亚里士多德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，他们发现仅有12%的学生认为光的传播需要时间，[9]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，不需要时间，而且笛卡儿(Rene Descartes，1596～1650)也有相类似的想法，他认为光是压力传递的过程，所以也不需要时间。
在物理教学过程中，学习者也大体经历“渐近期—高原期—突变期”的过程。学习者在学习新的物理概念、规律过程中，随着学习活动量的增加，掌握物理概念、规律的水平也在提高（渐近期）；但是学习到某一阶段，总感觉无法进步，物理概念、规律的掌握水平停滞不前（高原期）；随着学习活动量的进一步增加，“顿悟”“融会贯通”的现象迟早会出现（突变期），从而准确掌握物理概念、规律。
四、“科学史—探索”教学模式的概念
学习者物理学习的进程和人类研究物理学的进程的内在相似性要求在某一课题实施之前，必须搞清人类探索该课题的过程，搞清物理学发展过程中与该课题相关的各种错误的物理前概念、观念，为学习者设计出能够经历物理科学探究活动和过程的课程实施计划和结构。在物理课程标准中提出让学习者经历物理科学探究活动的过程，就是让学习者经历科学家研究物理科学的过程，为此物理课程标准提出了物理科学探究的七个要素。
在新课程标准的教科书中，也出现了基于科学史的科学探究教学内容编排方式。例如在自由落体运动规律的探索中，束炳如先生主编的高中物理教科书就用一节的内容展示物理学家伽利略是如何研究自由落体运动的，在研究过程中伽利略是如何克服研究过程中的一系列困难，如何将实验、数学和人的逻辑思维进行整合，从而建立了自由落体运动的规律。
基于“重演”论的“科学史—探索”教学模式，具体来讲就是指教师对某一科学（物理）概念、规律进行解构，其根据是按照科学史（物理学史）上此概念、规律形成的几个关键特征进行分析，探索学习者在学习此概念时可能存在的障碍；然后对这几个特征进行重构，其标准是按照每一个特征的难易程度进行序列化，重新组织概念、规律教学进程；在重构的基础上实施教学，教学过程中让学习者历经概念（规律）形成几个关键时期科学（物理学）家探究科学（物理）概念的活动，同时教师进行引导和点拨，从而学习者完成自组织突变的一种科学（物理）教学模式。
基于科学史的“科学探究”，就是要让学生做到“读、做、悟、创”，即学习者通过阅读教科书的典型物理史料的活动，感知典型物理概念、规律的发现历程，理解科学发现是艰难曲折的过程；学习者通过“亲历”和“重演”科学家们的探究活动，建构相关物理概念、规律，深刻理解科学概念、规律；学习者通过反思所经历的探究活动，体悟科学的人文精神；学习者通过身边的实验器材，创新设计探究实验的思路与步骤，超越物理学家，体验科学探究的成功喜悦感。