刘兵 | sts 与中国基础教育改革- 以普通高中物理新课标为例
作者 刘 兵(清华大学科技与社会研究中心教授) 责编 许嘉芩 刘愈 作者 刘 兵(清华大学科技与社会研究中心教授) 责编 许嘉芩 刘愈 sts,既是一个重要的学术研究领域,又在许多其他领域中体现出其 影响和应用。对于教育来说,就是sts 之应用的重要领域之一。 近年来,以新制定的课程标准为代表的中国的基础教育改革引人瞩 目,在这其中,sts 的影响和渗透非常明显。本文就以普通高中物理新课 标作为案例,来具体分析sts 与中国基础教育改革的一些问题。 1 基础科学教育中涉及的sts 的内容:国际背景 1.1 从历史发展看涉及的学科领域  斯诺(c.p. snow) 从国际上的发展来看,广义的角度讲,科学史和科学哲学本是sts 中 最重要的核心组成部分之一,但又不是sts 的全部。在基础教育的发展 中,在早期阶段,至少从20 世纪初开始,首先被引入的,正是科学史与 科学哲学的内容。先是引入了相对成熟的科学史与科学哲学的学科。在这 个过程中,尤其值得提到的是,在20 世纪50 年代末,英国学者斯诺(c. p. snow)提出,在"科学文化"和"人文文化"之间存在着一条相互不理 解的鸿沟,而这种文化的分裂对社会则是一种损害,一种损失。他认为产 生文化分裂的主要原因之一,就是我们对专业化教育的过分推崇,从而, 要改变文化分裂的现状,唯一的方法就是要改变现有的教育制度和教育方 法。斯诺是第一位使两种文化及其分裂问题引起了人们广泛重视和广泛争 论的学者。关于"两种文化"问题的提出与科学史教学后来的发展有着密 切的关系,因为面对斯诺提出的问题,许多科学史家和教育家都是将科学 史视为联结科学文化和人文文化之间的一座重要的"桥梁"。 在此之后,随着国际学术界对于科学的人文研究的深入,在基础教育 改革的进一步发展中,才逐渐开始引起了我们现在所讲的涉及到更多学科 研究内容的sts。 1.2 被普遍关注的内容 在国际背景中,在一些重要、典型的基础科学教育文献,特别是一些 重要的有关科学教育的标准,或类似于标准的大纲或要求等文献中,我们 可以清楚地看出sts 的内容在其中的渗透与影响。如果要做一个初步总结 的话,在这些文献中,我们可以清楚地看到如下一些涉及到sts 的内容 被人们所强调。它们分别是: 1. 对于科学方法的培养； 2. 对于科学态度的 培养； 3. 对于科学思维习惯的培养； 4. 对于科学观的培养； 5. 对于科学与 技术之差别的认识； 6. 对于科学技术(主要是技术)在社会生活方面的影 响； 7. 对于科学技术内容之具体应用的认识； 8. 对于人与自然的关系、可 持续发展概念 ,以及科学(主要是技术)对环境影响的认识； 9. 通过对科 学史的学习,加深对科学之本质的理解； 10. 对于社会责任感的培养；11. 对于在理解科学技术之本质的基础上做出合理决策之能力的培养。 1. 对于科学方法的培养； 2. 对于科学态度的 培养； 3. 对于科学思维习惯的培养； 4. 对于科学观的培养； 5. 对于科学与 技术之差别的认识； 6. 对于科学技术(主要是技术)在社会生活方面的影 响； 7. 对于科学技术内容之具体应用的认识； 8. 对于人与自然的关系、可 持续发展概念 ,以及科学(主要是技术)对环境影响的认识； 9. 通过对科 学史的学习,加深对科学之本质的理解； 10. 对于社会责任感的培养；11. 对于在理解科学技术之本质的基础上做出合理决策之能力的培养。 (刘兵, 2002)以上各项内容,分别涉及到科学观、科学方法、历史的观点和科学 的伦理学。 从国际上一些重要的教育标准制定的时间顺序来看,也即从发 展的角度来看,人们也会发现,在基础科学教育中引入sts 的内容方面也 是一个不断加深的过程,例如对于环境和可持续发展问题越来越明确的强 调,甚至于对性别问题的提出等。 1.3 一个实例:关于科学的本质 为了更清楚地说明问题,在这里,我们还可以再举出一个具体的,但 又更加富于理论色彩的例子。即在国际基础科学教育中,目前对于"科 学的本质"的看法。关于"科学的本质",可以说是典型的涉及sts 观念 (包括了科学哲学、科学史、科学社会学甚至科学文化研究之成果)的教 学内容,曾有国外学者对于在八种国际科学标准文献中总结出来的对于科 学的本质的一致性看法,它们分别是: 1. 科学知识是多元的,具有暂时特征； 2. 科学知识在很大程度上依赖于观察、实验证据、理性的论据和怀 疑,但又不完全依赖于这些东西； 3. 通向科学没有唯一的道路,因而没有一种普适的一步一步的科学方 法； 4. 科学是一种解释自然现象的尝试； 5. 在科学中,规律和理论起着不同的作用,因此学生应明白,即使有 额外的证据,理论也并不变成规律； 6. 来自一切文化背景的人都对科学做出贡献； 7. 新的知识必须要清楚地、公开地得以报道； 8. 科学家需要保存准确的记录,需要同行评议,需要可复现性； 9. 观察渗透理论； 10. 科学家要有创造性； 11. 科学史既揭示了科学的进化的特征,也揭示了科学的革命的特征； 12. 科学是社会和文化传统的一部分； 13. 科学和技术彼此影响； 14. 科学思想受到其社会和历史环境的影响。(mccomas and almazroa, 1998) 1. 科学知识是多元的,具有暂时特征； 2. 科学知识在很大程度上依赖于观察、实验证据、理性的论据和怀 疑,但又不完全依赖于这些东西； 3. 通向科学没有唯一的道路,因而没有一种普适的一步一步的科学方 法； 4. 科学是一种解释自然现象的尝试； 5. 在科学中,规律和理论起着不同的作用,因此学生应明白,即使有 额外的证据,理论也并不变成规律； 6. 来自一切文化背景的人都对科学做出贡献； 7. 新的知识必须要清楚地、公开地得以报道； 8. 科学家需要保存准确的记录,需要同行评议,需要可复现性； 9. 观察渗透理论； 10. 科学家要有创造性； 11. 科学史既揭示了科学的进化的特征,也揭示了科学的革命的特征； 12. 科学是社会和文化传统的一部分； 13. 科学和技术彼此影响； 14. 科学思想受到其社会和历史环境的影响。(mccomas and almazroa, 1998) 从以上这些关于科学的本质的一致性的观点来看,相比之下,在我们 国内,其中的许多观点甚至在学术界也仍不无争议,更不用说在基础科学 教育或者科普中的普遍反映了。这种情况也鲜明地反映出我们在观念中的 滞后。当然,我国有我国的具体国情,我们也不可能一下子就与国际上基 础科学教育中sts 的渗透完全接轨,但了解国外的相关动态,对于中国的 教师来说仍然是重要的知识背景。 2 在中国普通高中物理新课程标准中涉及sts 的理念、目标与基本概念 2.1 课程标准中的相关要求 为了说明sts 内容在普通高中的物理课程标准中的体现,我们首先 可以从新课程标准中纲要性、理念性、总论性的要求中看出相关的内容。 (中华人民共和国教育部,2003)在普通高中物理新课程标准的前言中对 于物理课程之定位的要求里,制定者就明确指出:"高中物理课程应体现 物理学自身及其与文化、经济和社会互动发展的时代性要求,肩负起提高 学生科学素养、促进学生全面发展的重任。" 在课程标准中关于课程性质的部分,标准指出:"高中物理课程有助 于...了解科学研究方法...认识物理学对科技进步以及文化、经济和社 会发展的影响；为终身发展,形成科学世界观和科学价值观打下基础。" 相应地,在课程基本理念部分,标准提出:"高中物理课程在内容上 应...加强与学生生活、现代社会及科技发展的联系,关注物理学的技术应 用所带来的社会问题,培养学生的社会参与意识和对社会负责任的态度。" 在课程目标部分,标准要求,作为学习物理课程的总目标,应该包 括"发展好奇心与求知欲,发展科学探索兴趣,有坚持真理、勇于创新、 实事求是的科学态度与科学精神,有振兴中华,将科学服务于人类的社会 责任感",要"了解科学与技术、经济和社会的互动作用,认识人与自然、 社会的关系,有可持续发展意识和全求观念"。在课程具体目标中,在知 识与技术部分,标准也要求"初步了解物理学的发展历程,关注科学技术 主要成就和发展趋势以及物理学对经济、社会发展的影响。关注物理学与 其他学科之间的关系,知道一些与物理学相关的应用领域,能尝试运用有 关的物理知识和技能解释一些自然现象和生活中的问题"。 在新课标中,突出强调的是"知识与技能"、"过程与方法"和"情感 态度与价值观"这三个维度。应该说明的是,关于在高中物理教学中"科 学· 技术· 社会理念的渗透"的问题,与课程教学中有关情感态度价值观 教育的目标在很多情况下是密切相关的,就此来说,课程标准中还有其他 一些相关的具体要求,但考虑到论题的集中,在这里就不再摘录了。 2.2 何为"科学·技术·社会"(sts) 说到此,我们应该转过头来重新考虑一下课程标准制定者(当然,在 以后的实施中更涉及到广大教师)如何理解sts 的概念的问题。 如果就学科,或者学术研究领域来说,"科学· 技术· 社会"所对应 的,大致就是我们经常用英文缩写来表示的sts。不过,sts 这个缩写其 实也还是可以有着不同的含义的。一种在传统中最常见的含义,就是指英 文的science,technology and society。在这种意义上,虽然对于科学技术 与社会之关系的研究可以追溯到很早的时代,但一般认为,sts 是大约在 20 世纪60 年代末70 年代初诞生于美国的一个新兴的学科,在其迅速发展 中,也在欧洲许多发达国家得以传播。从sts 这一学科产生的背景来看, 与发达国家因其在科学技术方面的领先以及在科学技术之应用方面的深入 和普及,所导致的科学技术的社会化及社会的科学技术化密切相关。在美 国,对于sts 常见的观点,有广义与狭义两种。在广义的理解中,sts 体 现为一个学科群,是科学史、技术史、科学哲学、技术哲学、科学社会 学、技术社会学、科技政策研究等学科对科学、技术与社会的相互关系之 研究的总称。至少在美国,大多数学者持此看法。在狭义的理解中,sts 则是以传统的科学史、技术史、科学哲学、技术哲学、科学社会学、技术 社会学等学科为基础,在更高的水平上进行理论综合,并由此而形成的融 合了上述传统学科之基本内容,追求对科学、技术与社会之相互关系的新 理解的一门的新兴的交叉学科。在某种意义上,狭义的sts 可以视为是广 义的sts 进一步发展。 其实,除了上述的对于sts 的理解之外,sts 还有另外一种表述,也 即science and technology st dies。在这两种不同的理解中,还是存在着一 些重大的、本质性的差别的。在science and technology st dies 所指的这种 sts 中,"sts 持有一种 新的 科学技术观,即科学和技术本质上是并 且无可抗拒地是一项人的(因而也是社会的)事业-无论是从孕育、支 持和指导它们环境方面来看,还是从其内在的性质上看都是如此,这是一 种振奋人心的、积极向上的人本主义,而不是让你沮丧地去承认 科学家 无非是人罢了 ,因为你发现他们也会出差错,会发怒、会保密,会欺世 盗名"(艾杰,2004, p.4)。 这也就是说,在science and technology st dies 意义上的sts,更具有 一种在科学已经相当发达的情况下对于科学的批判性和反思性,而不只 像传统中那样把科学作为唯一正确的、只给社会发展带来好处的东西。它 与更后一些时间在西方出现的"科学知识社会学"(sociology of scientific knowledge)也有着密切的关系(当然不是唯一的关系)。而且,这种sts 的研究和传播者,也非常注重它与教育的关系,认为我们传统的理科教育 太"狭隘",太"专业化",因而是行不通的,我们不仅需要专才,而且也 需要"通才",并期待着"所有学理科和工科的学生都能对他们将要在其 中工作的社会有所理解。只有这样,我们的教育体系才能培养出健全的学 生"(艾杰,2004, p.7)。 当然,我们也应注意到,就结合我国基础教育目前的现实情况和实际 需要来说,讲到关于"科学· 技术· 社会"理念,更多地是来自science, technology and society 意义上的sts,而不是来自science and technology st dies 意义的sts。不过我们也同样需要注意的是,后者中的一些观念, 其实也还是部分地可以而且应该反映在我们的基础教育中的。 3 普通高中物理新课程标准中涉及sts 的具体内容要求 3.1 共同必修模块中涉及sts 的内容 除了上述那些理念性的内容之外,在普通高中物理课程标准中,还有 许多具体的要求是与sts 密切相关的。按照标准,高中物理课程由12 个 模块构成(每个模块占2 学分),其中"物理1"和"物理2"为共同必修 模块,而其他模块则为选修模块(选修模块又因不同的目标侧重而分为3 个系列)。在这里,我们先来看看在共同必修模块中的相关要求。 在"物理1"中,与sts 内容最为密切相关的,是在"运动的描述" 部分中,"通过史实,初步了解近代实验科学产生的背景,认识实验对物 理学发展的推动作用"的要求。在标准给出的两个示例(例1、例2)"了 解亚里士多德关于力与运动的主要观点和研究方法",以及"了解伽利略 的实验工作,认识伽利略有关实验的科学思想和方法"中,突出地体现了 在sts 中涉及到科学史及科学家人物的内容。而在示例5 中,要求"通过 史实,了解伽利略研究自由落体运动所用的实验和推理方法",以及在活 动建议(2)中,要求"通过查找资料等方式,了解并讨论伽利略对物理 运动的研究在科学发展和人类进步上的重大意义",也是属于此类内容。 在必修模块"物理2"中,与sts 相关的有这样几部分内容。其一,是 在内容标准(6)中,要求"通过能量守恒以及能量转化和转移的方向性, 认识提高效率的重要性。了解能源与人类社会发展的关系,知道可持续发展 的重大意义",以及在其下的例5"评价核能为人类带来的好处和可发生的 问题",是属于sts 中,涉及到科学与社会的关系、科学技术的应用的正、 负面效应,以及涉及到可持续发展问题的重要内容。其二,在第三部分"经 典力学的成就与局限性"中,在要求(1)"通过有关事实了解万有引力定律 的发现过程。知道万有引力定律。认识发现万有引力定律的重要意义,体 会科学定律对人类探索未知世界的作用",及其下的例1"通过用万有引力 定律发现未知天体的事实,说明科学定律对人类认识世界的作用",是属于 科学史的内容。而要求(5)"通过实例,了解经典力学的发展历程和伟大成 就,体会经典力学创立的价值与意义,认识经典力学的实用范围和局限性", 以及其下的两个示例,"了解经典力学对航天技术发展的重大贡献"和"了 解重物下落与天体运动的多样性与统一性,知道万有引力定律对科学发展所 起的重要作用"等,也同样是属于科学史的内容。 3.2 选修模块1-1、1-2 中涉及sts 的内容 相比其他的选修模块(系列),选修模块1-1 和1-2 有其特殊性,因为 这两个选修模块的设计,结合对于电磁、热现象、能源等物理学知识的学 习,所侧重的是物理学与社会科学和人文科学的融合,强调物理学对人类 文明的影响。在选修1-1 的说明中,也明确地提出要"...了解这些知识产 生的历史背景；由此引发的人类思维、生产方式、生活方式的变革；认识科 学技术和社会发展的互动关系；体验科学家不畏艰辛、勇于探索和创新的精 神"。在选修1-2 的说明中,也有类似的要求,不过,又补充了关于"思索 科学、技术与社会协调发展的关系；培养可持续发展的意识"的要求。 具体地讲,在选修1-1 的要求(二)"电磁技术与社会发展"这一部 分中的绝大部分要求,都非常直接地体现了sts 的内容和思想,而且在 活动建议中,直接提出"举办以 科学、技术与社会 为主题的研讨会或 展览"的建议。在要求(三)"家用电器与日常生活"部分的活动建议中, 也涉及到"从资源利用、环境保护和社会发展角度,讨论电器不断更新和 废旧电器处理等问题"。在选修1-2 中,在要求(一)"热现象与规律"的 内容标准中关于永动机的讨论,就涉及到科学与非科学的问题；在要求 (二)"热与生活"中涉及的太阳能供电问题、了解人类为保护臭氧层所做 的努力问题、讨论汽车的广泛使用所带来的社会问题；以及在要求 (三) "能源与社会发展"中所涉及的大部分要求,也都属于sts 的内容。 3.3 其他选修模中涉及sts 的内容 选修模块2-1、2-2、2-3 更为侧重从技术应用的角度展示物理学,强 调物理学的应用和实践,而选修模块3-1、3-2、3-3、3-4、3-5 则更注重 系统地介绍物理学内容,强调物理学的研究思想和方法。类比我们在前面 的举例,在这些模块中,虽然直接涉及sts 的内容不如选修模块1-1 和 1-2 那么多、那么集中,但还是可以发现诸多与sts 相关或具有sts 的 意味的内容。例如,选修2-1 要求(一)"电路与电工"部分的活动建议 (2)中要求"了解当地废电池的处理情况、与环保部门联系,建议废电池 回收站"中体现的环保意识教育,在要求(二)"电磁波与信息技术"部 分第(7)项中"了解网络技术对经济、社会的影响"；在选修2-2 中涉及 汽车与大气污染的关系；在选修2-3 中对核能与经济社会发展的意义及可 能产生的问题的认识要求；选修3-1 中涉及中国古代在有关磁现象方面的 研究成果和对人类文明的影响的内容,以及认识电磁现象的研究在社会发 展中的作用的要求；在选修3-2 中要求了解电磁感应现象的发现过程、体 会人类探索自然规律的科学态度和科学精神；在选修3-3 中有关能源与可 持续发展部分的内容；在选修3-4 中对认识光纤技术对经济社会生活的重 大影响,以及体会相对论的建立对人类认识世界的影响的要求；在选修 3-5 中对于在学习中体会科学方法、科学思想、感受科学的和谐美的要求。 如此等等。