葉寶生 曹溫慶 徐燕

摘要科學(xué)作為人類的一種特殊的實(shí)踐活動(dòng)，既強(qiáng)調(diào)哲學(xué)家傳統(tǒng)，也強(qiáng)調(diào)工匠傳統(tǒng)，也就是既強(qiáng)調(diào)思辨的思維活動(dòng)，也強(qiáng)調(diào)以觀察實(shí)驗(yàn)為主的實(shí)踐活動(dòng)。而科學(xué)史是以文本（文字和圖片）的方式呈現(xiàn)在教材中或用講故事的方式出現(xiàn)在教學(xué)中。將科學(xué)史引入科學(xué)教學(xué)，會(huì)出現(xiàn)閱讀史料和講解歷史的情形。這樣，科學(xué)史料的學(xué)習(xí)和觀察實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，在教學(xué)實(shí)踐中會(huì)產(chǎn)生教學(xué)方式選擇困難——“講”科學(xué)還是“做”科學(xué)。本文以哲學(xué)重演律為基礎(chǔ)，探討以重演的方式，“做”科學(xué)史和“用”科學(xué)史，將科學(xué)史融入科學(xué)教學(xué)中，既發(fā)揮科學(xué)史的科學(xué)教育意義，又可以讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探索過程。

關(guān)鍵詞 科學(xué)史 重演 科學(xué)實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G424文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.05.027

Realizing the Educational Value of the History of Science by Repeating

YE Baosheng， CAO Wenqing， XU Yan

（Elementary Education College of Capital Normal University， Beijing 100048）

Abstract： As a special practical activity of human beings， science emphasizes not only the tradition of phi？ losophers， but also the tradition of craftsmen， that is， it emphasizes not only the speculative thinking activity， but also the practical activity based on observation and experiment. The history of science is presented in text？ books in the form of text （words and pictures） or in teaching in the form of storytelling. If the history of sci？ ence is introduced into science teaching， there will be situations of reading historical materials and explaining history. In this way， the study of scientific historical materials and observation experiments will lead to difficul？ ties in the choice of teaching methods in teaching practice - "speaking" science or "doing" science. Based on the law of philosophical repetition， this paper discusses how to "do" and "use" the history of science by means of repetition， and how to integrate the history of science into the teaching of science. It can not only give play to the significance of science education in the history of science， but also enable students to experience the pro？ cess of scientific exploration.

Keywords： the history of science； repeat； scientific practice

對(duì)于科學(xué)史引入科學(xué)教育的意義和價(jià)值，科學(xué)教育工作者早已形成共識(shí)。袁維新先生總結(jié)出如下四點(diǎn)：理解科學(xué)本質(zhì)、理解科學(xué)過程、培養(yǎng)人文精神和培養(yǎng)批判精神。吳國盛先生在《科學(xué)的歷程》中開宗明義地指出：科學(xué)史有助于理科教學(xué)；科學(xué)史有助于理解科學(xué)的批評(píng)性和統(tǒng)一性；科學(xué)史有助于理解科學(xué)的社會(huì)角色和人文意義。這些學(xué)者不但指出了科學(xué)史的科學(xué)教育內(nèi)涵，而且指出了科學(xué)史在科學(xué)教育中的重要作用。將科學(xué)史引入科學(xué)教學(xué)成為科學(xué)教育的一種重要選擇。

科學(xué)作為人類的一種特殊的實(shí)踐活動(dòng)，既強(qiáng)調(diào)哲學(xué)家傳統(tǒng)，也強(qiáng)調(diào)工匠傳統(tǒng)，也就是既強(qiáng)調(diào)思辨的思維活動(dòng)，也強(qiáng)調(diào)以觀察實(shí)驗(yàn)為主的實(shí)踐活動(dòng)。而科學(xué)史是以文本（文字和圖片）的方式呈現(xiàn)在教材中或用講故事的方式出現(xiàn)在教學(xué)中。將科學(xué)史引入科學(xué)教學(xué)，會(huì)出現(xiàn)閱讀史料和講解歷史的情形。這樣，科學(xué)史料的學(xué)習(xí)和觀察實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，在教學(xué)實(shí)踐中會(huì)產(chǎn)生教學(xué)方式選擇困難——“講”科學(xué)還是“做”科學(xué)。如何將科學(xué)史融入科學(xué)教學(xué)中，既發(fā)揮科學(xué)史的科學(xué)教育意義，又可以讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探索過程？本文以哲學(xué)重演律為基礎(chǔ)，探討以重演的方式，“做”科學(xué)史和“用”科學(xué)史，解決科學(xué)史融入科學(xué)教學(xué)所面臨的問題。

科學(xué)學(xué)習(xí)的重演律特征

重演律最早是赫克爾提出的，即“個(gè)體發(fā)育是系統(tǒng)發(fā)育的簡短而迅速的重演”，也稱為生物發(fā)生律。后演化發(fā)展為哲學(xué)重演律，包括三個(gè)推論：第一重演律又稱胚胎發(fā)育重演律，即高等生物在胚胎階段的發(fā)育過程，重演生物進(jìn)化史；第二重演律又稱個(gè)體發(fā)育重演律，即個(gè)體一生的發(fā)育重演群體發(fā)展的歷史；第三重演律又稱思維發(fā)展重演律，即一個(gè)人思維概念的發(fā)展、思想情感的發(fā)展成熟過程，重演整個(gè)人類的認(rèn)識(shí)歷史。

重演，就是簡要重復(fù)發(fā)展過程的關(guān)鍵成功點(diǎn)，這樣，重演就使發(fā)展過程大大縮短。人個(gè)體的思維發(fā)展，重演人類的思維發(fā)展史?？梢酝普摚瑐€(gè)人對(duì)世界認(rèn)識(shí)的發(fā)展，重演人類的認(rèn)識(shí)歷史。科學(xué)是人類對(duì)自然世界的認(rèn)識(shí)，是人類整體認(rèn)識(shí)的組成部分。又可以推論，個(gè)人科學(xué)認(rèn)識(shí)過程，重演人類科學(xué)認(rèn)識(shí)過程?，F(xiàn)在強(qiáng)調(diào)科學(xué)學(xué)習(xí)的過程性，就是視科學(xué)學(xué)習(xí)過程為科學(xué)認(rèn)識(shí)過程。這樣，學(xué)生以重演的方式進(jìn)行科學(xué)學(xué)習(xí)，就是一種自然的選擇。也就是說，學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)具有重演律特征。

人類科學(xué)認(rèn)識(shí)過程，包括科學(xué)實(shí)踐、理論思維、探索精神以及科學(xué)家個(gè)人的情感態(tài)度?？茖W(xué)史中記載科學(xué)家群體豐富的科學(xué)思想、巧妙的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、堅(jiān)韌的探索精神、個(gè)人的科學(xué)信仰和對(duì)世界與人類的關(guān)懷等。如何在教學(xué)中重演科學(xué)史呢？首先，根據(jù)所傳授的科學(xué)內(nèi)容，考慮“做”科學(xué)史，就是在課堂上或?qū)嶒?yàn)室，創(chuàng)設(shè)類似科學(xué)家面臨的問題情境，重復(fù)相關(guān)內(nèi)容的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，理解科學(xué)結(jié)論是怎樣獲得的。其次是“用”科學(xué)史。因?yàn)檎n堂教學(xué)（包括實(shí)驗(yàn)室）不是實(shí)際的科學(xué)研究，很多實(shí)驗(yàn)無法重復(fù)。這時(shí)，將可重復(fù)的實(shí)驗(yàn)和科學(xué)家歷史上的實(shí)驗(yàn)結(jié)合使用，理解科學(xué)認(rèn)識(shí)過程。最后，是針對(duì)“做科學(xué)史”和“用科學(xué)史”，引出對(duì)應(yīng)科學(xué)家的探索故事，體現(xiàn)科學(xué)認(rèn)識(shí)過程中人的信仰、精神、態(tài)度和思維，將“講故事”和“做”科學(xué)結(jié)合在一起。

總體來看，以“做”科學(xué)史的方式，隱性地重演科學(xué)史；以“用”科學(xué)史方式，隱性與顯性相結(jié)合地重演科學(xué)史；以“講故事”的方式，顯性地重演科學(xué)史。以此為指導(dǎo)，尋找將科學(xué)史融合到科學(xué)教學(xué)中的實(shí)踐路徑。

在科學(xué)教學(xué)中重演科學(xué)史的路徑

1.以“做”的方式重演科學(xué)史，突出科學(xué)的實(shí)踐性

“電”已經(jīng)是我們熟悉的科學(xué)概念，但是“電現(xiàn)象”的發(fā)現(xiàn)，起源于摩擦起電。物體經(jīng)過摩擦可以吸引其他輕小的物體，這種現(xiàn)象區(qū)別于磁作用現(xiàn)象和重力作用現(xiàn)象，稱為電現(xiàn)象。電現(xiàn)象又區(qū)分為“琥珀電”和“玻璃電”兩類，這兩類相互吸引，各自同類卻相互排斥，后來區(qū)分為“正電”和“負(fù)電”。在教學(xué)中，提供給學(xué)生橡膠棒、有機(jī)玻璃棒、絲綢、皮毛，體會(huì)這種靜電現(xiàn)象——用絲綢摩擦有機(jī)玻璃棒，用皮毛摩擦橡膠棒，都可以吸引像紙屑這樣的輕小物體；體會(huì)兩種電性及其相互作用——帶電的玻璃棒（帶電的橡膠棒）之間相互排斥，帶電的玻璃棒、帶電的橡膠棒之間相互吸引，這就是以“做”的方式重演科學(xué)史。再結(jié)合杜菲、富蘭克林進(jìn)行電現(xiàn)象探索的歷史故事，能讓學(xué)生在“做”科學(xué)的基礎(chǔ)上，理解人類探索電現(xiàn)象的旨趣和進(jìn)取精神。

2.遵從科學(xué)認(rèn)識(shí)邏輯，突出科學(xué)的歷史探究性

幾乎所有小學(xué)生都知道，地球是球體，但人類認(rèn)識(shí)到地球是球狀的，卻經(jīng)歷了漫長的過程。從“天圓地方”到觀看海面船只的桅桿先看到頂端后看到整體，亞里士多德看到月食的邊緣總是圓弧狀，哥倫布環(huán)球旅行，得到地球是球體的推斷。當(dāng)人類發(fā)射衛(wèi)星和空間探測器，跳出地球看地球，則證實(shí)了地球是球體。在教學(xué)中，教師引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到我們腳踩大地、頭頂著天，大地一望無垠，天包圍著我們，很容易得到“天圓地方”的認(rèn)識(shí)。但如果大地是“方”的，它的邊緣在何處？人們沒有發(fā)現(xiàn)大地邊緣，則對(duì)“地方”產(chǎn)生疑問。若疊一只小紙船，船上粘一根直立小棍，從籃球的一端向另一端移動(dòng)，對(duì)面觀察者先看到小棍，后看到船身。再結(jié)合科學(xué)史觀看大海上“船的桅桿”的故事，通過類比的方式得出海面（地面）應(yīng)該是弧面。教師提供學(xué)生圓錐體、圓柱體、球，用手電筒從不同方向照射，會(huì)看到只有球在任何方向上的投影都是圓形的。再呈現(xiàn)月食的照片，月食是地球遮擋陽光在月球上的投影，這些投影（陰影）邊緣總是弧形的，還是通過類比得到判斷，地球是球體。如果地球是球體，那么從一點(diǎn)出發(fā)向一個(gè)方向行走，就一定能回到出發(fā)點(diǎn)。這就是歷史上哥倫布的環(huán)球探險(xiǎn)。當(dāng)人類跳出地球束縛，再看地球，則清晰地看到蔚藍(lán)色的星球。這個(gè)教學(xué)過程，就是將科學(xué)的認(rèn)識(shí)邏輯或說科學(xué)認(rèn)識(shí)過程與科學(xué)史結(jié)合起來，讓學(xué)生充分體驗(yàn)人類的科學(xué)探索過程。

3.將科學(xué)史資料與科學(xué)活動(dòng)相結(jié)合，深化對(duì)科學(xué)性質(zhì)的理解

伽利略在教堂做禮拜時(shí)，看到吊燈在風(fēng)的作用下擺動(dòng)，但不管擺動(dòng)幅度大還是小，擺動(dòng)一次的時(shí)間總是相等的，從而發(fā)現(xiàn)“擺”的等時(shí)性。后來惠更斯用一個(gè)重錘的重力作為驅(qū)動(dòng)力，經(jīng)多個(gè)齒輪的傳動(dòng)向單擺施加周期性的、瞬時(shí)沖力，制作出第一臺(tái)“有擺落地大座鐘”。告別了沙漏、水鐘等弱周期計(jì)時(shí)，開啟了精確計(jì)時(shí)時(shí)代。正是科學(xué)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致技術(shù)發(fā)明，科學(xué)認(rèn)識(shí)通過技術(shù)實(shí)現(xiàn)成為在現(xiàn)實(shí)世界應(yīng)用的工具。教學(xué)中，通過講述伽利略發(fā)現(xiàn)“擺”等時(shí)性的故事，激發(fā)學(xué)生的探究欲望。教師再準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材，利用鐵架臺(tái)、絲線、擺錘制成“擺”，讓學(xué)生測量在不同擺角、不同擺錘質(zhì)量、不同擺長情況下的擺動(dòng)周期。知道了當(dāng)一個(gè)“擺”做好后，其擺動(dòng)周期是確定的，調(diào)節(jié)擺長又可以調(diào)節(jié)擺動(dòng)周期。最關(guān)鍵的是利用所制成的“擺”測量時(shí)間間隔，體會(huì)“擺”作為技術(shù)產(chǎn)品的功能。如測一段音樂的播放時(shí)間，體會(huì)“擺”等時(shí)性的應(yīng)用。理解科學(xué)對(duì)技術(shù)發(fā)展的作用，即科學(xué)是對(duì)自然規(guī)律的認(rèn)識(shí)，通過技術(shù)成為實(shí)用工具或設(shè)備。

4.以科學(xué)史資料為證據(jù)，深化科學(xué)認(rèn)識(shí)活動(dòng)

學(xué)習(xí)人體的“血液循環(huán)系統(tǒng)”時(shí)，充分利用科學(xué)史資料，加深學(xué)生的認(rèn)識(shí)。人類由流血、出血，早就認(rèn)識(shí)到血液的存在。許多國家的古文化都相信，青春、膽量、陽剛之氣和性格等均可通過血液傳遞，科學(xué)家和哲學(xué)家都把血液看成是力量的源泉。直到解剖學(xué)的建立和發(fā)展，以哈維為代表的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)心臟結(jié)構(gòu)與血液流動(dòng)的關(guān)系。與心臟連接的大血管，結(jié)扎某根，會(huì)發(fā)現(xiàn)有的是結(jié)扎點(diǎn)上端隆起、心臟膨脹，有的是下端隆起、心臟癟小，說明有的是流入心臟的，有的是流出心臟的。初步提出血液流動(dòng)是循環(huán)的。同時(shí)發(fā)現(xiàn)與肺連通的血管血液流入心臟和從心臟流入肺，提出血液的肺循環(huán)（小循環(huán)），且流入的顏色暗一些，流出肺的血液顏色更鮮紅，提出靜脈血管和動(dòng)脈血管觀點(diǎn)。另外大血管中血液也有流入和流出，且也區(qū)分為動(dòng)脈血管和靜脈血管。但是如何構(gòu)成循環(huán)的？直到顯微鏡發(fā)明后，發(fā)現(xiàn)毛細(xì)血管是在肺、腎、大腦皮層、植物輸導(dǎo)組織系統(tǒng)和無脊椎動(dòng)物中廣泛分布的微細(xì)結(jié)構(gòu)。特別是研究人和哺乳動(dòng)物紅細(xì)胞的移動(dòng)，證明毛細(xì)血管連接了動(dòng)脈和靜脈，建立了血液循環(huán)理論。這時(shí)，對(duì)應(yīng)肺循環(huán)，建立了體循環(huán)（大循環(huán)）。可以看到，對(duì)血液循環(huán)的認(rèn)識(shí)是一個(gè)艱苦的、復(fù)雜的探索過程，特別是涉及解剖學(xué)，在課堂教學(xué)中肯定是不可重復(fù)的。這時(shí)我們要充分利用科學(xué)史料，體會(huì)科學(xué)探索的艱難和困苦，理解人類的批判質(zhì)疑和探究的勇氣。在探究科學(xué)史學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，學(xué)生可以體會(huì)心臟（脈搏）的跳動(dòng)，理解心臟作為推動(dòng)血液循環(huán)的“泵”的功能。同時(shí)要結(jié)合“呼吸系統(tǒng)”的學(xué)習(xí)，理解肺部毛細(xì)血管進(jìn)行著氧氣和二氧化碳的交換；結(jié)合“消化系統(tǒng)”學(xué)習(xí)，理解小腸絨毛將食物營養(yǎng)送入毛細(xì)血管；正是毛細(xì)血管將氧氣和營養(yǎng)輸送到人體全身的組織和細(xì)胞，進(jìn)行物質(zhì)和能量的新陳代謝。心臟的“泵”動(dòng)力功能和毛細(xì)血管的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)功能，協(xié)調(diào)作用，保證人體正常的生理活動(dòng)。學(xué)生深入認(rèn)識(shí)到有機(jī)體各個(gè)組成部分互為存在條件，由各自結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)各自的功能，達(dá)到有機(jī)體生長發(fā)育存活的目的。

總的來看，以人類的科學(xué)認(rèn)識(shí)過程為依據(jù)，以“做”的方式重演科學(xué)史，將科學(xué)史料與科學(xué)活動(dòng)相結(jié)合，使科學(xué)史料成為科學(xué)認(rèn)識(shí)的證據(jù)，據(jù)此解決科學(xué)實(shí)踐和學(xué)習(xí)科學(xué)史之間的矛盾，達(dá)到有效發(fā)揮科學(xué)史教育價(jià)值的目的。