科学和教育10：345-367，2001年。
2001年copy;Kluwer学术出版社。荷兰出版.。
345
在物理教学实践中运用科学史和科学哲学的专家观点
IGAL GALILI和AMNON HAZAN
耶路撒冷希伯来大学科学教学部，耶路撒冷91904，以色列
摘要：本研究考察了物理、物理教育、历史和科学哲学（HPS）专家的代表性样本对将基于HPS的材料纳入物理教学的看法。所获得的意见涉及三个领域：包括HPS的理由、最适当的方法以及在这种新的教育方法中预期的困难。 所引出的观点，经过解释和分类，反映了以色列学院和大学的科学教育工作者对这一主题的态度。 所构建的轮廓表明，人们对最近在理解学习和HPS在这些变化中的作用方面的变化知之甚少。这些知识可以指导那些致力于利用科学教育中的HPS内容构建和实施学习材料的人的活动。
导言
今天的科学学科教学是否应该包括历史和科学哲学（HPS）的内容，这一问题取决于一个人所选择的教育哲学和价值观， 因此引发了持续的辩论（Matthews1994）。尽管已经进行了一百多年的密集讨论，但自这一想法首次提出以来，HPS很少得到执行。这可能表明这一问题的复杂性和争议性，以及在综合分析中投入理论努力的必要性。 最近，教育研究人员开始深入研究在实际教学中实施HPS的问题，以便提供更坚实的理论和经验基础， 以确定这种方法的有用性（例如Galili和Hazan2000b）。如果要执行HPS，最重要的是我们要了解那些将最参与其筹备和执行的人的看法。 需要这些知识来帮助课程设计人员、理论家和实践者制作所需的HPS材料， 因为它允许考虑他们可能对这样一个方案有什么想法来改进它，同时减少他们可能有的任何先入为主的概念或保留会破坏这样一个方案的机会。
由于学科性质为三角形：（1）科学史与哲学在（2）物理（3）教育中的运用，我们引出并分析了观点：
这三个知识领域的专家。研究的对象，大学或大学教授，参与物理教学， 并在实际教学中广泛使用和实施基于HPS的材料。这项研究旨在提供科学教育参与者实际持有的观点的现实情况，而不是人们可能对这些观点持有的假设。虽然人们可能期望观点在意识形态上具有相当大的多样性，从支持历史方法的有力论点到明确拒绝它，但只有一项明确的研究才能说明“真实”的情况。
使用HPS的基本原理简史
我们在这里的意图是重述使用HPS的理由的出现，以及在较小程度上关于这种方案的价值的辩论（Matthews1994）。
詹金斯（1991），在追踪将HPS纳入常规教学的论点时，始于19世纪阿盖尔公爵呼吁，通过科学史来教授科学过程及其产品。1917年，英国科学促进协会（BAAS）发表了一项声明，声称通过利用科学史来实现教育的完整性（BAAS, 1917, p.140）：
科学史为文学研究和科学之间的人为障碍提供了溶剂，这是学校时间表规定的。
Ernst Mach主张将HPS纳入物理教育，提出了一种“遗传”教学方法，在向学习者介绍特定科学学科时，明确暴露了理解特定科学学科的历史演变（Matthews，1990年）。马赫称赞科学史是一种工具，在他看来是独特的， 以获得对现代科学内容的真正理解，适当地面对新的问题，并促进科学的进一步进步。 他向学校教师讲课，他说（马赫1886/1986, p.347）：
一个已经阅读和理解希腊和罗马作家的人，已经感受和经历过，不止一个人只限于对现在的印象。他看到人们在不同的环境下，如何判断与我们今天所做的事情完全不同。因此，他自己的判决将更加独立。
与此同时，著名的科学哲学家杜赫姆提出了他的论点，赞成同样的教学方法。他声称，科学知识的发展与个人对自然的理解的增长之间是一个类比。正如在当代关于常识在科学学习/教学中的作用的辩论中一样，Duhem 写道（Duhem1954,p. 268）：
准备学生接受物理假设的合法、可靠和富有成果的方法是历史方法。追溯理论形态时经验物质积累的转化
首先勾画；描述长期的协作，通过这种协作，常识和演绎逻辑分析了这一问题，并对其进行了建模，直到一个人完全适应另一个人：这是最好的方式，当然甚至是唯一的方式，给那些研究物理学的人一个正确和清晰的观点，这个科学的非常复杂和活生生的组织。[重点增加]
谢拉特（1982）回顾了20世纪上半叶英国的科学课程，他提到了使用HPS 的以下好处：（A）展示科学的人文和文化方面，（B）教授科学的性质和方法，（C）通过消毒的、只关注最新产品的教学来防止过度专业化。 此外，还有一个很大的好处，特别是对教师的好处-通过意识到科学中替代观点和解释的合法性来丰富智力。 后者发生在今天的学生身上，就像它发生在科学的历史过去一样。
将科学史纳入教育的著名先驱康南特主张采用案例研究方法，并包括两卷哈佛实验科学案例史（康南特1957年）。在他看来，科学的文化、历史和哲学背景可以减少抽象和敌对形式主义对学习的障碍，并为普通学生提供科学信息的“更广泛的视角”和“持久价值”的感觉（Conant1945，第155 页）。康南特为大学生准备的材料鼓励在中学科学教学中采取类似的方法。 Klopfer领导了“学校科学案例史”项目（1964-66年）。尽管有某些成功的迹象，Klopfer自己认为他的尝试是：“很少持续很长一段时间，并且在科学教育领域留下很少的痕迹”（Matthews1994，第56页）。
哈佛项目物理课程（HPPC）是在卢瑟福，霍尔顿和沃森（1970）下开发的，是最著名的项目，充满了HPS的内容。这一特点的理由是需要制作一门具有人文取向的物理课程，吸引和激励更广泛的学生学习物理， 就像其他人学习历史和文学的方式一样（Brush1989）。评估表明，针对这种教学，学生改善了他们对物理的态度（Welch和Walberg，1972年）。他们中的许多人惊讶地发现物理知识的历史哲学方面，这将他们的物理形象比作严格的形式（“数学”）和僵化的理论结构。 然而，没有确凿的证据表明这种方法对受试者的内容知识有任何好处（Ahlgren和Walberg，1973年）。
施瓦布教授科学的想法，实际上，一个对自然的探究，启发了康纳利等人。（1977年）在其“调查模式项目”中，重点研究科学调查的历史实例。新的方法涉及科学哲学（科学方法），掌握科学方法要求学生获得关键的探究技能，“能够评估知识要求的状况”，以说明“通常附在科学知识要求上的合理怀疑”（Connelly等人, 1977年，pp. 6,18）。
这种方法从科学认识论角度出发，与学生的方法不太兼容，很快就发现自己只是另一个经过学术训练的科目，而不是Shwab最初打算的真正的探究（Duschl，1994年）。
De Boer（1991，pp. 229-230）提到了传授科学发现史在提供科学及其方法的现实观点（哲学方面）方面的作用。这也包括直觉、运气和努力工作的作用，同时传达了这样的观点，即没有简单的公式可以保证科学的发现或成功。 同时，德布尔反思了教师不纳入历史内容的情况，认为这很费时， 使学习者的注意力从“现在组织起来的科学知识的研究”中移开，以及理论的积极呈现“不再被认为是真实的”。在他看来，所有这些都可能导致老师认为这种方法不值得实施。
1980年代对科学知识的重新关注（AAAS1990）引起了人们对使用HPS的新兴趣。新的社会要求其公民在技术饱和的环境中运作，并在科学问题上亲自和集体作出决定，它假定了一定程度的一般科学知识，而不管一个人的职业如何。这一政策面向的学生范围最广，而不仅仅是理科专业学生。“项目2061--全体美国人的科学”（同上）说明了新的方法。它认为自己提供了一系列的准科学知识，除了纯粹的具体内容。从哲学的角度来看，这样的课程必须阐明科学方法和企业的本质。关于历史，提到了两个目标-说明科学知识的累积性质，并将主要的科学成就作为构成人类文化的历史事件，“西方文明所有思想发展的里程碑”（同上）。 “人人享有科学”项目反映了教育范式“科学-技术-社会”（STS）的价值观，该模式旨在提高科学素养，展示科学、技术和社会的统一（De Boer，1991年, 178–184）。一些学者声称HPS 材料与STS 计划的性质相兼容（Duschl ， 1990 年； Matthews，1994年；McComas等人,1998）。
马修斯（1994年，第50页）总结了将科学史纳入教学的好处，这是自19 世纪其第一个倡导者以来在许多出版物中出现的：
-
- 更好地理解科学概念和方法；
- 个体思维发展与科学思想发展的联系；
- 文化-智力有效性；
- 理解科学的本质；
- 反对科学主义和教条主义（在科学教育中常见）；
- 使科学内容人性化，减少形式主义；
- 表现出人类成就的综合性和相互依存性。
他还建议将反对在科学教育中使用历史内容的论点看作是对其使用不足的警告， 而不是它们的完全反驳。 关于与科学教育有关的哲学问题， Matthews在以下声明中重申了马赫的愿景（同上，p. 98）：
-
- 科学提出了一种关于自然的节约思想和经验的智力建构；
- 科学是易错的，不能提供绝对的真理；科学是历
- 史上有条件的智力活动；
- 科学理论如果被理解，它的历史发展就可以理解。
在教育中使用HPS 的理论支持来自学习理论的最新发展，这是哲学建构主义的实施（例如， Staver，1998年；vonGlaserfeld，1989年）。 因此，一个简单但深刻的想法，即对世界的理解是由在每个发展阶段已经拥有的知识决定的，得到了一个健全的理论阐述（科学家使用的推理的“理论负载”性质（Hanson1958）和基于科学学习者的“p-prims”推理（diSessa1993）。 它提供了一个洞察杜希姆的文化责任主张，在发展科学知识的过程中，个体发生和自然发生的某些相似之处，使人联想到恩斯特·海克尔19世纪的“生物成因”学说，声称在胚胎发育过程中对进化阶段的重述（Moore1993，pp.）。 411-418；Raven and Johnson1999，pp.1180–1181）。新的教育愿景使学生在正式学习之前和期间（例如，Nussbaum1983年、1998年；Nersessian1989年；Thagard1990年、1992年；Galili1996年）持有的替代概念（“误解”）以及他们的思想、信仰和认识论承诺成为有效和必要的。教育的重要性被认为是把科学作为相互竞争的思想的相互作用，而不是灌输独特和正确的理论。 人们意识到，仅限于“线的尽头”知识的教学可能是“教育”计算机的方式，但对人类来说却不能很好地工作。 马赫和杜赫姆的价值主张得到了理论上的支持现代科学教育研究成果。
虽然所提出的历史和哲学优点清单可以得到其他支持者的支持，甚至进一步扩展（例如，Herget1989；Hills1992），但实际上，HPS在实际物理教学中的应用仍然很少，因此值得讨论。
鉴于这一背景，检查参与这一实施的从业人员对科学教学中HPS实施情况的看法，可能会揭示这种教育方法取得有限成功的可能原因。
数据收集和处理
这项研究是作为一种“案例研究”进行的，目的是征求专家的意见，建立关于HPS材料在介绍性物理常规教学中的使用情况的简介。 这12位专家采访了代表与研究相关的三个知识领域：
主题-物理（P）；物理教育（PE）和科学史和哲学（HPS）。该样本代表了进行研究的国家以色列。它包括在以色列承认的体育和HPS专家中的很大一部分，因为他们在这一主题上的能力和以一种或另一种形式参与在物理教学中实施HPS材料的尝试。物理教育（PE）专家由五位实践者代表，他们积极而多产地研究物理教育，开发学习材料，并在大学和高中教学中有经验。 物理学史和哲学领域由四位活跃的大学教授代表，他们都对科学教育感兴趣。 这些专家是三位大学物理教授，他们都有丰富的物理研究和教学经验，并且对物理教育非常感兴趣。所有参与者都是专业研究人员、以色列四个主要学术机构的教员。
每一位研究对象都被邀请就以下问题发表自己的看法：
- 在科学常规教学中使用HPS材料的理由；这样做的最佳方法；
- 在科学教学中使用HPS的困难。
所有面试都是由同一位面试官进行的，他是作者之一。 每个主题都有一个半结构化的议程，大约40-60分钟。 虽然访谈的一般形式保持不变，但在进一步阐述自己的主张方面，没有对被试的表达加以限制。
分阶段对收集的数据进行评价.. 起初，两位研究人员都从访谈的协议中独立地提出了解决我们所讨论的问题的主张，从而初步构建了专家的概念概况。 在下一阶段，每个研究人员根据他对数据的第一次解释对受试者的数据进行分类。 最后的观点是在研究人员之间的讨论之后获得的，其中包括对他们的第一种解释的比较，因此要达成一致。 在解释上有分歧的案例非常少，只发生在小类的定义和少数命题的分类上。 这种独立性旨在使所作推论达到更高的可靠性。 本研究中问题的直接性质提供了所收集数据的内容有效性。
调查结果和解释
对收集到的数据的分析使我们能够从不同的角度揭示在科学教学中使用HPS材料的理由，正如我们的受试者所提出的那样。 所表达的观点显然没有造成解释
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