第一节 HPS与科学教育
在国际科学教育界，人们对科学史（History of science）、科学哲学（Philosophy ofscience）和科学教学（Science teaching）常一起简称为HPS（History and Philosophy ofScience）。
HPS作为一个整体概念在科学教育领域中出现的一个重要原因，是由于它们有着紧密的内在联系。科学哲学家拉卡托斯曾说：“没有科学哲学的科学史是盲目的，没有科学史的科学哲学是空洞的。”实际上，从20世纪60年代兴起以库恩为代表的历史主义科学哲学以后，科学史与科学哲学开始变得你中有我，我中有你，融为一体了。而科学教学与科学哲学和科学史的关系也日益引起重视。
一、HPS引入科学教育的历史
在西方教育史中，最早提出将科学史融入科学教育的是法国哲学家、社会学家孔德，他认为，随着科学学科的不断分化，由学科教育主导的学校教育所培养的是一些专门人才，这些人才难以胜任法国大革命以后欧洲重建的重任。为此，他提出了一个以实证的科学知识为主体的通识教育的构想，以培养能够把握科学知识的实证取向的通识人才，以重建社会。
在培养通识人才过程中，所教的知识是在实证方法下可统整的知识，而科学史在通识教育中具有重要的作用，它可以帮助人们了解实证性科学知识的发展趋势。由此，孔德开了将科学史融入通识教育的先河，对西方科学教育产生了深远的影响。1895年，马赫提倡将科学史与科学哲学融入科学教育之中，他指出，没有任何科学教育可以不重视科学的历史与哲学。1917年，英国政府在一份题为《教育中的自然科学》的报告中明确地提出：在科学教学中，应当进行科学史和科学哲学的教学。报告指出，需要把科学的主要成就及取得这些成就的方法引进到教学中，应当要有更多的科学精神而不是干巴巴的事实。其方法是开设科学史课程，科学史和科学哲学知识应当成为每个中学理科教师智慧的一部分。20世纪初，萨顿（G·Sarton）开始在哈佛大学教授科学史，认为学习科学史能够帮助人们更深入地理解科学。
第二次世界大战后，在美国兴起反科学思潮，为了避免造成科学与人文的对立，科学史便开始在大学并非主修科学知识的科学课程中崭露头角，在此期间，首推哈佛大学校长科南特（J·B·Contant）为最具影响力的人物。科南特在大学生的通识教育中用案例教学法（编入8个科学史事例）实施科学史教育获得了极大的成功。他的理论和方法对60年代的“哈佛物理课程”以及80年代的“2061计划”都有极其重要的影响。美国科学教育专家克劳普福延续了科南特的想法，发展了适合高中生使用的8个科学史事例。根据克劳普福及库力的研究，在高中物理、化学及生物课程中使用科学史事例，可以增加学生对于科学及科学家的兴趣和认识，同时并未减少学生对于学科知识的学习。与此同时，国际物理教育学会也提出了物理学史有益于物理教育的观点。
20世纪60年代，哈佛大学的科学史教授霍尔顿（G·Holton）和一些教育学家、中学教师参与了“哈佛物理教学改革计划”（Harvard Physics Project），开发了《改革物理学教程》
（The Project Physics Course，简称PPC）作为中学物理教材（还包括补充读本、实验设备等），这部教材大量利用科学史内容，具有明显的人文取向。它以历史文化的观点呈现物理科学进展，成了美国有重要影响的中学物理教材之一，为中等学校引入HPS教育塑造了一个典范。
20世纪70年代至80年代，HPS的研究亦非主流，科学教育界流行“科学技能过程”的学习，强调学习获得知识的方法比学习知识本身更重要，也就是“科学即探究”的教育理念。
但美国物理学史家布拉什（S·G·Brush）已展开对科学史的相关研究，他指导美国物理学会成立的物理史部门与美国科学史学会成立的教育委员会，为科学史如何融入科学教育作出了贡献。自20世纪80年代以来，由于科学史哲与科学教育的学者在一些国际学术研讨会或学术专刊中不断提倡与呼应，迄今科学史哲的相关研究已逐渐成为当前的研究趋势。欧洲物理学会（European Physical Society）自1983年起，在各地陆续举办多场“物理学史与物理教学研讨会”。1987年，英国科学史学会（British Society for the History of Science）于牛津大学举行“科学史与科学哲学研讨会”。1989年，汇聚科学史、科学哲学、科学社会学及科学教育各领域的学者及学校教师研究成果的“科学与教育”（Science &； Education）季刊正式发行，专门刊登科学史、科学哲学和科学社会学与科学教育有关的论文。同年，国际科学史、科学哲学与科学教育社群在美国国家科学基金会（NSF）的赞助下，首次召开“科学教学中的科学史与科学哲学”（The History and Philosophy of Science in Science Teaching）国际会议。第二届国际会议于1992年举行，并易名为“国际历史、哲学与科学教学会议”，此后每三年举办一次。往后，一些相关的论文及专着相继发表，科学史哲又慢慢受到科学教育界的重视，成为当前科学教育研究的主要潮流。
此外，对HPS教育的关注也反映在当代各个发达国家的科学课程与教学改革中。美国的2061计划（1989），科学素养的基准（1993）和国家科学教育标准（1996），加拿大一些省新编的科学课程（1991），英国国家课程的科学部分（1988），荷兰的PLON 课程（1988），挪威的核心课程（1994），丹麦的科学技术课程（1990），以及西班牙的新课程中，都对HPS的课程与教学有着明确的要求。科学史和科学哲学课程也已成为上述国家培养理科教师课程的一部分。在美国有些学区，学完这门课才能取得教师资格证书。西班牙和丹麦最近也为理科师范生开设了这门必修课。英国在把科学史融入基础科学教学方面进展迅速甚至激进。1989年，在英国教育与科学部和威尔士事务部新公布的国家规定的中学课程设置中，要求学生和教师了解“科学的本质”，而HPS内容占5%左右。英国国家课程署在介绍这部分的内容时说：“学生应该理解科学概念随时间而变化、发展的方式，理解这些概念及其应用是如何受到社会、伦理和文化背景的影响的。”
1989年，美国科学促进协会（AAAS，1989）发表题为《普及科学——美国2061计划》的总报告（共12章）。在第十章“科学史的透视”中提出，把科学史引入科学课程有两个原因：
其一，“离开以具体事例谈科学发展就会很空泛”；其二，“一些科学进展为人类文化遗产作出过卓越贡献，……这些历史篇章为西方文明中各种思潮的发展树立了里程碑”。基于这种认识，为了说明科学知识发展的过程和产生的影响，在科学教育内容上，“2061计划”在第十章里选取了10个意义重大的发现和变革的范例，它们分别是：行星地球、万有引力、相对论、地质时代、大地构造、物质、放射性和核裂变、生物进化，以及疾病性质和工业革命。继“2061计划”之后，1994年美国国家研究理事会通过了《国家科学教育标准》。其中“科学的历史与本质”这一部分，将科学史与科学哲学的教育贯穿在从小学到高中的教育过程中。其要点有二：第一，逐步理解科学是一种人类的努力。第二，逐步理解科学的本质和科学史的一些内容。
1994年，澳大利亚科学哲学教授迈克尔·马修斯（Michael R·Matthews）出版了专着《科学教学：科学史和科学哲学的角色》（Science Teaching：The Role of History andPhilosophy of Science），他认为科学哲学和科学史素养对于理科教师十分重要，他希望理科教师多懂一些科学史、科学哲学。他认为，理科教学中都会不可避免地遇到一些科学史问题，教师如果具有较高的科学史素养就能有效地应用于科学教学中。同时，在马修斯看来，在任何一个理科课堂上，哲学问题无处不在。当教师和学生在科学教学过程中遇到诸如观察、假说、模式、理想化、证据、定律、理论等术语时，当他们停下来问一问它们是什么意思以及正确使用它们的条件时，哲学就出现了，因为所有这些概念都起源于科学哲学家的思考。
HPS教育的风潮同样席卷至我国。在中国台湾地区，台湾师范大学数学研究所及高雄师范大学科学教育研究所先后于1992年及1993年开设科学史、科学哲学的课程。在大学部，高雄师范大学及东吴大学目前也都设有科学史的课程。1996年，高雄师范大学的一群教师在“台湾国科会”的辅助下，成立了中国第一支结合科学史、科学哲学于科学教育的研究群，进行整合型计划。该研究群目前的研究成果包括：科学史融入科学教学的现况调查、教材的编写、通识教育、教学模式的建立、种子教师的培育等实证研究。1999年，该研究群于高雄师范大学举办“1999年科学史、哲学与科学教育学术研讨会暨研习会”，与会人士包括众多学者、科学教育机构、中学教师及研究生等，更将此风潮推至高潮。
在大陆，科学教育研究起步相对较晚，较早关注HPS教育在科学教育中应用的有刘兵、魏冰、丁邦平等。
2001年教育部颁布的《全日制义务教育科学（7～9年级）课程标准（实验稿）》中同样提出了明确的观点，在内容标准的“科学技术与社会”领域，科学史是三大主题之一。
二、HPS融入科学课程的教育价值
HPS教育受到许多学者的重视，大多数学者肯定科学史哲的教学功能，而不同的研究者归纳出了不同的重点。
HPS在科学教学中具有多重的角色与功能，已广为国外学者所肯定。HPS在科学教育中有其独特的教育价值，它不仅可促进学生更好地理解科学本质，还可推动学生科学知识的建构，并影响学生对科学的态度。
1.HPS与科学本质的理解
诺斯鲍姆（R·K·Nussabum）强调指出，人们往往只是注意到了科学知识阶层的目标，而忽视了科学本质阶层的目标。特别是，后一倾向在一定意义上就可以被看成是与建构主义在教育领域中的兴起直接相关的：“在许多宣称自己是建构主义的科学教育工作者当中，只有少数人对于上述两个学习阶层都有兴趣。许多教育学者所提出的理念和目标，仅限于达到学习的第一阶层目标。”
1.融入科学史的教材能使整个教学过程更为生动活泼，同时更能引起学生的学习兴趣 与学习动机；
2.藉由科学史学习，学生了解到科学探究的过程，科学家是如何经过争论才建构出目前 被广为接受的理论的，并进而学习相关的科学知识；
3.蕴含丰富科学史内容的教材，能让学生在科学史情境下，学习到适宜的科学本质，培 养学生的科学素养；
4.教师更可藉由科学史中呈现的知识发展过程，了解学生学习过程中可能出现的困难 及迷思概念，以便能进行更有效的教学，提高学生的学习效果。
在关于科学知识的认识上，HPS所蕴涵的当代科学本质观反对把科学知识看做是绝对客观真理，同时也批判了单一的、客观的、纯理性的科学方法论。绝大多数西方当代科学哲学家和科学史学家，像波普尔、库恩、拉卡托斯、劳丹（L·Laudan）等，都有这样的共识：不存在永恒不变的科学真理，科学在本质上是相对的、可变的，处在不断的修正和发展过程中。
科学进步既体现在“累积式”的量变中，又体现在“革命式”的质变中。通过HPS教育，学生认识到所有的科学理论都不是最终的真理，原则上要接受变更和改进，当科学家们遇到与已有的解释不一致的新的实验证据时，他们的确要改变有关自然界的概念，而事实上他们也已经是这样做的。教学不再将知识作为绝对真理来呈现，这将有利于学生怀疑态度和科学精神的培养。
在关于科学认识的过程中，当代科学哲学则共同认为，观察是理论渗透的（theoryladen），知识、信念决定着我们的知觉；人在接受感觉印象时绝不是空白的，而是他原来所具有的理论在很大程度上决定着观察到什么。因此，观察本身不是客观的、中性的，一个人的知觉必定依赖于他的信念、价值观及以往的知识与经验。
关于科学方法的本质，HPS所蕴涵的当代科学本质观抛弃了过去那种将“科学方法”神秘化的观点，认为并不存在一种单一的万能的“科学方法”，科学方法是多元化的、丰富的，既有实验的、理性的、逻辑的方法，也有非实验的、非理性的、历史的方法乃至系统思维方法，任何方法都是具体的、历史的。科学方法也与科学知识一样不是纯客观的。
