外专讲座2:科学哲学应用于科学教学案例

时间:2017-11-05浏览:203

1030,新南威尔士大学Michael R. Matthews教授在“融HPS与科学教学研讨会”中做了一天的报告,报告主题涉及“科学哲学(HPS)对科学教学的贡献”、“应用科学史哲(HPS)于社会性科学议题”、“普利斯特利与光合作用教学”、“单摆的科学史哲教学”。此次报告的受众者除了参会的代表之外还有我院理科(物理、化学、生物、科学)学科教学论研究生与教师。

Matthews教授在梳理国际关于科学史哲应用于科学教学历史与现状同时,以中国传统文化中的“风水”为例,阐述了如何从社会性科学议题的教学中去区分科学与非科学、伪科学。进而以中学理科教学中两个典型的主题,即“光合作用”、“单摆”为例阐述了科学史哲在科学教学中的应用。

Matthews首先以伽利略、牛顿、普利斯特利、达尔文和爱因斯坦五个科学家及现代世界观的形成来说明:历史是更好地理解学科知识的前提。普利斯特例作为一个启蒙典范,Matthews着重强调他的科学贡献,如控制变量实验法的发现,使得科学工作区别于其他。

       进而他详细讲解理解光合作用的哲学障碍并在现场尽量还原了普利斯特例光合作用的实验过程,通过理解光合作用的哲学障碍,力图让在场教师更深刻的理解融HPS于科学教学的内在意蕴。他提出在科学课堂上进行光合作用的教学时,要思考几个问题:在课堂上可以怎么利用普里斯特利的生活与成就;如何将人文的东西加入科学的课程中;可以进行怎么样的课堂活动等。相应的,他也给出了自己的一些理解,如在课堂上要让学生了解普里斯特利的生平并进行分享交流,讨论和光合作用有关的一些重要人物;可以采用各种材料进行实验(如花、叶子、根等),并联系到树木对环境的重要性。

Matthews高度评价普里斯特利在科学界、教育界的重要性,认为在课堂上也可以以他作为一个标杆进行学习,并阐述在光合作用这一节内容中要融HPS于科学教学涉及各个领域,可以多个教师合作交流,进行跨学科教学。他提出HPS与综合课程、普里斯特利与光合作用中跨学科整合性也包含了宗教、历史、科学、哲学、技术五个维度。

对于单摆这一主题教学Matthews首先与我们分享了单摆运动在近代发展中扮演的一个角色,进而提出在我们看似简单的单摆运动,为什么有关单摆运动的参考书目高达1200多本?基于这个问题,Matthews从《科学教学科学史哲和科学哲学的贡献》等书中对单摆运动蕴含的历史以及其他领域的知识、单摆运动的原则等时性、单摆运动在近代运动中的角色、单摆运动对社会做出的贡献这几方面对单摆运动进行了详细的说明。Matthews提出,单摆运动不仅仅是纯物理的方式,它的背后蕴藏着丰富迷人的历史发展史,许多伟大的历史人物如卡文迪许。Matthews还特别强调,没有单摆运动,就没有牛顿原理,牛顿正是使用了看似简单的单摆运动,才确立了很多东西如天体运动等来展示宇宙中的运动。此外,Matthews惠更斯利用单摆运动确立了计时解决经度问题这一促进社会发展的例子出发,介绍了单摆运动为国际单位米的确立、子弹与抛射弹的速度确立、地球的自传和地球密度确立等做出了贡献。可见,单摆运动这个内容的价值是非常大的。

那么如何融HPS单摆教学中呢?Matthews教授对惠更斯的单摆与计时的发展历程做了一个简短的单摆实验回放,并详细讲解如何通过单摆为长度确定单位Matthews指出,除了长度以外,单摆在重量上也有很大的作用。在课堂中,可以让学生讨论如何通过单摆去获得重量单位。但是Matthews又提出通用的长度标准是依据重力的,认为长度标准不会随着地点的改变而改变,指出里希在旅行的过程中就打破了惠更斯认为长度不变的说法。例如如果我们要在赤道上知道地球的形状的话,需要将摆长缩短。

Matthews教授用简单的科学器具及丰富的学科历史材料,内含科学本质,为教师及职前教师提供了一个教学中如何处理科学史料的参考方式。作为理科的学习者,在单摆运动这一内容,我们应该看到的是测量和定量化在科学中的意义,以及观察与实验在科学教育工作中的意义。