科學史與科學教學

任定成（2002）為《科學史：新的綜合》一書作序時提到，科學史學史 上，有影響的綜合嘗試，當推惠威爾（William Whewell, 1794~1866）、薩頓

（George Sarton, 1884~1956）和孔恩（Thomas Kuhn, 1922~1996）。惠威爾用 歸納主義科學觀寫了第一部科學通史著作；薩頓試圖用實證主義科學觀撰寫 出包羅萬象的科學人文主義的科學史作品；孔恩用一本小冊子的篇幅，描繪 出一幅科學發展的歷史結構。薩頓在 20 世紀初發展綜合科學史，將以往對 各門科學的分別敘述囊括其中，認為科學史是唯一能體現人類進步的歷史，

並以此促成科學史成為一門獨立學科（袁江洋，2002）。他的工作促使哈佛 大學形成一項包含大學生和研究生兩種程度在內的科學史計畫，1940 年代，

授予了第一個科學史方面的哲學博士學位（Debus, 1984）。

由此可知科學史可說是門新興學科，實際應用於科學教學的時間只有短 短 50 多年，以下本節將分成科學史應用於科學教育的發展、科學史在科學 教學上的理論基礎、科學史在科學教學的角色和功能、使用科學史的問題與 爭議以及科學教科書使用科學史的情況，五個部分來討論。

壹、科學史應用於科學教育的發展

科學史應用於科學教學獲得顯著成效的，首推美國哈佛大學校長 James B. Conant，Conant 在 1940 年代末期發展了一套科學史教材，將科學史以個 案研究導向（Case-study approach）直接應用到大學通識課程裡，認為透過 早期科學發展的事例，可以協助學生理解科學方法，學習科學概念。Klopfer and Watson （1957）採用 Conant 的著作《哈佛實驗科學個案研究》（Harvard

Case Studies in Experimental Science），並加以延伸也發展 History of Science Cases（HOSC）教材用於高中科學課程。在 Klopferand Cooley（1963）的研 究指出，使用 HOSC 教材可以增進學生對科學及科學家的了解，有較適切的 科學本質觀，對於科學概念的學習與建構也有所助益（引自林煥祥， 1999）。

1960 年代初期，在美國國家科學基金會（National Science Foundation）

的贊助下，由 Conant 主導，邀集科學家、史學家、哲學家和科教學者組成 跨學域的計畫，以設計人文導向的物理課程、吸引更多的學生學習普通物理 以及找尋更多影響科學學習的因素，為主要的三大目標，發展了適合高中生 學習的哈佛物理課程計畫（ Harvard Project Physics Course，簡稱 HPP）。HPP 課程注重理論發現的過程，教科書包含大量的科學史內容，也包含大量的實 驗，例如歷史實驗的模擬，當中不僅簡單呈現研究結果，亦包含此結果是如 何被獲得的；此外尚有相關影帶、投影片、實驗手冊和器材，以及教師手冊。

在學生成績的表現上，以 1970 年 5 月到 1974 年 1 月的大學物理成就測驗看 來，使用 HPP 課程的學生與採用其他課程或 PSSC（中學物理課程，為科學 知識導向）的學生來說，毫不遜色（Brush, 1989）。Aikenhead（1974）發現 採用 HPP 課程的實驗組學生，在科學的策略、科學價值、科學事業功能、

以及科學與社會的交互作用，四個主題表現遠超過控制組的學生。他們不會 以所謂標準化的『科學方法』來思考，更能鑑賞不同的方法、想像力、確定 驗證以及實驗儀器等在追求科學知識時所扮演的角色（引自 Brush, 1989）。

同時期芝加哥大學生物哲學教育學者 Schwab 亦提倡歷史取向的課程，

編製教師手冊，設計了小學、國中及高中的生物課程 Biological Science Curriculum Study (BSCS)，這套課程以科學即探究和科學與人文為基礎，認 為教師該鼓勵學生重視科學歷史中的人和事件，更甚於其概念（ Wang &

Marsh, 2002）。

然而，在當時以培養科學菁英的教育思潮下，HPP 和 BSCS 這樣的教材 並未受到重視。但是科學史應用於科學教學並未停止，在大學許多教師針對

非主修科學的學生採用科學史教學。 1970 年代美國物理學會（ American Physical Society）成立的物理學史部門，及美國科學史學會成立的教育委員 會（Education Committee），均將其研究成果提供給科學教師，以協助其進 行相關的教學（Brush, 1989；Matthews, 1994）。

1980 年代後期，國際上科學史的計畫與報告逐漸出現，例如英國的「國 家科學課程」、美國的「2061 計畫」（Project 2061）、丹麥「國家學校課程」

與荷蘭的「PLON 課程」等，具體將科學史哲融入課程當中。國際間各地的 研討會亦紛紛展開，歐洲物理學會（European Physical Society）自 1983 年 到 1990 年舉辦一連串的「物理史與物理教學」研討會；英國科學史學會

（British Society for the History of Science）在 1987 年舉辦「科學史與科學教 學」研討會（洪振方，1997；楊淑芬，1992）。1989 年首次「科學教學中的 科 學 史 與 科 學 哲 學 」（ The History and Philosophy of Science in Science Teaching）國際會議在美國舉行，第二屆於 1992 年在加拿大舉行時改稱「國 際歷史、哲學與科學教學會議」（International History、Philosophy & Science Teaching Conference），第三屆則於 1995 年又在美國舉行（劉廣定，1997），

往後每兩年舉辦一次，最近的一次是第八屆會議於 2005 年里茲（ Leeds）舉 行，可見科學史應用於科學教育的風潮已經開展。

1996 年 NRC 所出版的『國家科學教育標準』（NSES），在科學內容標 準正式列出 K-12 年級的學生應該學習的科學本質和科學史的內容（詳細內 容請看本論文 14,15 頁）。教育部（2003）國民中小學九年一貫課程綱要「自 然與生活科技」領域之教材內容要項中，亦在『科學與人文』主題下，將『科 學的發展』列在第一個次主題，教材內容細目包含科學家及發明家的故事、

科學發展的過程和科學發現的過程三大項，在不同學習階段的細目如表 2-3-1：

表 2-3-1 次主題『科學的發展』教材內容細目

（Justifying knowledge）：強調我們知道什麼。例如以教師講解或教科書寫明 的方式，權威地認為某事是事實，或以斷言（Assertive ）的方式要學生去了 解；（2）視科學為「發現知識」的過程（Discovering knowledge）：強調我們 如何知道。例如解釋科學家如何得知一個科學理論，或說明某個科學理論產

性，以及科學知識有絕對的對錯……等等。

Duschl（1990）認為教學生科學知識是『如何』成長，可以發展學生對 於『科學』的知識（科學家如何發展並說明一個科學理論、科學家如何思考 問題… … ）。Gil and Solbes（1993）也強調學生必須了解新舊典範的遷移，

包含概念和方法學的改變，唯有讓學生了解這些改變，才能真正了解科學知 識的本質。因此，在科學教學中我們應該說明科學家是如何得知一個科學理 論，或某個科學理論（知識）在什麼情境產生，也就是以『知識的發現』角 度來設計教學（許良榮， 1999）。使用科學史教學補足的便是科學知識本質 第二層面，亦即「視科學為『發現知識』的過程」的學習。

再則，從知識建構的層面來看，學生的科學概念學習可分成弱重建

（Weak restructuring），和根本重建（Radical restructuring）（Carey, 1985；洪 振方，1994）。「弱重建」是指知識以舊有概念架構可以相容或相似的方式建 構，類似皮亞傑的「同化」，知識建構的結果不是改變概念架構，而是內容 的改變，以 Lakatos 的理論則是「保護帶」（Protect belt）的改變。「根本重 建」則牽涉到概念架構的改變，以 Kuhn 的觀點則是發生「科學革命」，Lakatos 的理論則是「硬核」（Hard core）的改變，或是類似皮亞傑的「調整」（Duschl, Hamilton & Greudy, 1990），科學史的發展恰好提供了科學概念的架構。

二、情境學習理論與科學史教學

情境學習理論始於 Brown、Collins & Duguid （1989）三人對情境認知

（Situated cognition）與情境學習（ Situated learning）的討論，指出知識是情 境化的，且在部分上是其應用的活動以及文化與社會脈絡的產物；因此他們 強烈批評採取脈絡抽離式的教育方法，強調學習應在真實情境中進行（引自 朱則剛，1994）。

Höttecke（2000）提出複製歷史經驗是綜合教科學與其歷史的方法，他 以法拉第電磁旋轉器的個案研究讓學生在實驗室中進行探究，認為從複製歷 史經驗的方法，可以提供學生在一自然的狀態下對科學的多面向能有所了

解，也能對科學家在實驗室中的實際工作具備深入的洞察力。

Begoray and Stinner（2005）認為科學的觀點透過戲劇會變得更易理解，

因為戲劇的使用同時展現了說明及敘事的形式，來幫助學習者更有效的學習 科學，也提供科學老師及學者一個統整知識的方法，透過戲劇設計歷史中的 科學事件，學生將能在一個更全然的背景脈絡下來遇見知識。

Wandersee 在一九八九年發展出互動式歷史小故事（IHVs）的活動，認 為 IHVs 可以扮演認知橋樑角色，由科學歷史中建立出敘述形式，讓學生能 夠串聯他們已知及應知的，如此科學教育將能透過再發現的敘事體傳達學科 知識（Wandersee & Roach, 2002）。

綜合上述，科學史教學便是將科學理論發展的情境帶入學生的學習活動 當中，營造歷史情境、重現理論發展的軌跡、讓學生在理論成形的脈絡中學 習科學，體會科學家的思考過程。如此，科學概念不再孤立於單一的理論模 式，科學過程與科學方法的經歷，將讓學生融入科學文化當中，更能認識科 學家的實際面貌，了解科學事業的本質。正如 Carey and Smith（1993）所說，

強調與「情境」連結的教學，正反映了科學史所能提供的特質與功能（引自 許良榮、李田英，1995）。

參、科學史在科學教學的角色和功能

從科學史應用於科學教育的發展看來，科學史在科學教學的角色和功能 已受多數學者肯定，其多重功能在國內外科教學者的努力下，文獻中已有詳 盡探討（例如：Matthews, 1994；Chang, 1999；Solbes & Traver, 2003；許良 榮、李田英，1995；傅麗玉，1996；洪振方，1997；劉仲康，1999；林樹聲，

2001），研究者將近來的學者所提及的科學史功能整理如表 2-3-2：

表 2-3-2 科學史教學功能

學 者 科 學 史 教 學 功 能

Solomon, Duveen, Scot &

McCarthy

學 者 科 學 史 教 學 功 能

林樹聲 (2001)

1.增加學生對科學本質的認知與瞭解，進而提昇科學素養。

2.改進學生對科學的學習與態度。

3.增加研究者和教師瞭解學生對科學概念的發展、建立與改變，幫 助診斷且找出因應對策。

4.擴大學生的視野，促進科學與人文的交流。

4.擴大學生的視野，促進科學與人文的交流。