“科学的本质”怎么教

求科学本质教育的价值~

一、什么是科学的本质
关于科学的本质，人们对它的认识也是在不断深化的。总的来说，经历了由科学的“知识本质观”到科学的“探究本质观”的转变。
传统的科学本质观受逻辑实证主义的影响，认为科学的本质是科学知识，·最多再加上方法。逻辑实证主义认为，知识来自于纯粹客观的观察，再经由所谓的科学方法得到科学知识或理论，其中所谓的科学方法就是培根(Bacon)的归纳法，整个科学研究的过程，就是先以开放的眼光观察自然现象，通过归纳发现获得某些规则，进而在头脑中形成某种假说，再收集资料验证假说，若假说成立就变成科学知识。所以只要完全遵循上述的过程，所产生的知识就可称为科学知识。由于科学知识形成过程被认为相当客观，而且它是对自然界的本质的真实的描述，因此是极不易改变的，故科学知识被视为绝对客观的真理。同时，因为每一种科学知识都被视为真理，因此，科学知识的增长就意味着真理不断的累积。
由于视科学知识是客观真理，人们自然把知识及其结构看作是科学的本质。正如布鲁纳在《教育过程》一书中指出的：“一门学科的课程是由其基本原理赋予学科结构的，应当以这些基本原理的最基本的理解为目标决定其课程。未能弄清知识领域的广泛的基本结构情境而教授具体课程和技能，在某种意义上是不经济的。”此外，鲁宾逊(J．T．Robinson)也把科学本质看作是科学概念和知识结构。他认为，在美国经历了科学课程改革后，美国学校里“充满着科学工具以及包装精美的练习材料。让学生积极进行实验活动并给他们提供充分的阅读材料……不再有啥问题。”因而，他的博士论文就是要回答以下两个问题：(1)学生进行了这些活动、阅读并讨论了所读的材料后，是否真正提高了对科学的理解?(2)科学本质的内容能够被确定，以便为选择和组织纳入科学课程的材料提供指导吗?
逻辑实证主义认为，科学知识是通过科学方法获得的，所谓科学方法主要是指科学发现的归纳模式，这一模式可分为四个阶段：收集有关研究对象的全部事实，对这些事实加以分析、比较和归类，从这些事实中抽离出普遍性原理(假说)，以及在事实中重新检验已经提出的假说。这是人们公认的科学方法，而且可适用于任何学科领域的研究。基于这种认识，人们很自然地认为科学的本质主要体现于科学方法之中。因此，科学教育必须重视科学方法教学。这种思想在维斯特威(R. Westawgy)写的一本科学方法教学的书中得到充分的体现。在他看来，一个成功的理科教师应当是这样的人：“他知道自己所教学科……读了大量其他学科方面的书籍……知道如何教学……能够流畅地表达……擅长操作……精于逻辑，具有哲学家的气质……熟悉科学史，能够与一群孩子一起坐下来给他们讲解关于天才科学家——如伽利略、牛顿、法拉第和达尔文的观察和判断误差，他们的生活和工作。不仅如此，他还是一个热情洋溢的人，对自己独立的工作满怀信心。”
现代的科学本质观受建构主义的重大影响，正在发生深刻的变化。纳斯鲍姆(Nussbaum，J．)认为当今科学哲学思潮的主流是建构主义，其中波普尔(Popper，K．R．)和库恩(Kuhn)更是建构主义的早期代表人物。建构主义否定知识的客观性，主张科学的本质即科学探究。众所周知，在科学教学领域中长期占主导地位的是逻辑实证主义主张的客观主义知识观。这种知识观认为，“所谓知识，就它反映—的内容而言，是客观事物的属性与联系的反映，是客观事物在人脑中的主观映象。”知识是“人类认识的结果。它是在实践的基础上产生又经过实践的检验的对客观实际的反映。”从上述几个权威性的定义来看，人们对科学知识的本质的确是从“客观性”上定位的。这种认为科学知识是客观的、可靠的、稳定的观点，长期以来一直左右着科学教学的理论与实践。建构主义的观点与此相反，建构主义认为，科学知识的获得是科学家根据现有的理论(原有知识)来建构科学知识，建构主义强调科学知识是暂时性的、主观的、建构性的，它会不断地被修正和推翻。“在建构主义看来，知识不再是纯粹客观性的。可以将科学知识看成由假说和模型所构成的系统，这些假说和模型是描述世界可能是怎样的，而不是描述世界是怎样的。这些假说和模型之所以有效并不是因为它们精确地描述了现实世界，而是以这些假说和模型为基础精确地预言了现实世界。”正如波普尔指出的，科学知识的本性就是“猜测”，其中“混杂着我们的错误、我们的偏见、我们的梦想、我们的希望。”建构主义对知识的客观性的彻底否定，第一次在这种僵化的知识观上打开一条缺口，从而促使人们对科学知识本质的认识发生了根本的变化。科学知识作为一种科学活动的产物是一种可变的东西，不能体现科学的真正本质。“科学的本质不在于已经认识的真理而在于探索真理，”“科学本质不是知识，而是产生知识的社会活动，是一种科学生产。”
建构主义强调科学的本质即科学探究。Collette和Chiapetta认为科学本质的范畴与内涵如下：(1)科学是探究自然界的，“思考”方式(a way of thinking)：科学必须建立在真实的证据上，甚至根据证据可以推翻权威；科学知识是无法绝对客观的，只能尽量避免偏见与误差；科学知识的建立是一个提出假说、再加以验证、最后得出结论的过程；归纳法与演绎推理是科学研究的重要方法，但它们也有局限性；因果关系的推理只能视为一种可能，而非绝对的关系；类推(analogy)和溯因(carry back)也是科学解释自然界现象的两种常用的思维方式，但它们也有局限性；科学家必须时常进行自我反省，以及对现存的理论的合理性进行批判性思考。(2)科学是一种“探究”的方式(a method and a way of investigation)。科学家所采用的方法没有不变的程序，但是对问题解决必须采取有组织的方式，并拒绝接受毫无根据的资料。而且还要坚持这样一种观念：仅靠合适的研究方法未必能真正解决问题，因为并非所有的问题都能被解决。(3)科学知识是暂时的、动态性的。科学家使用所谓的科学方法来建立科学的知识体系，但是这些科学知识必须经常面对质疑、验证，进而发现其错误的地方，再加以修改，甚至完全推翻，或证实其合理性从而接受它。因此科学知识具有动态性本质(dynamic nature Of science)与暂时性本质(tentative nature Of science)。
总之，建构主义对科学知识的客观性的否定启示我们，每一种理论与法则的建立都隐含着科学家们的科学探索精神和科学方法的运用(知识的建构过程)。无论科学知识发生怎样的变化，这种精神和科学方法的运用是始终如一的，它们才是科学的本质。

二、科学本质的教育价值
(一)有利于学生形成正确的科学观
科学观包括科学的知识观、价值观、发展观等。科学观与科学的本质紧密相连，正确的科学观的形成离不开对科学本质的认识。开展科学本质教育有助于学生理解科学的探究本质，形成正确的科学观，具体地说，能促使学生从以下四个方面理解科学的本质：(1)理解所有的科学观念都不是最终真理，在原则上都要进行改进，但一些基本概念已经经过大量的实验证实，在未来不可能有大的变化； (2)科学家通过观察、实验、理论模型和数学模型来构建和检验对自然界的解释，当遇到与已有的解释不一致的新的实验证据时，就要改变关于自然界的概念；(3)在研究过程中，如果缺乏大量实验性和观察性证据，科学家们对同一现象作出不同的解释是正常的，不同的科学家可能会公布不同的实验结果，或者从同样的数据中得出不同的结论，但科学家会认识到分歧并努力消除分歧；(4)对已公布的科学研究成果加以评价，包括审查过程、检验证据、找出错误推理，对同样的观察结果提出不同的解释。上述科学本质观有利于学生形成以下科学观：从认识论角度看，科学是一种相对稳定的理论知识体系；从方法论上看，科学是一个永无止境的探究活动；从社会学角度上看，科学是一种人类的事业，科学会受社会文化、政治、经济及个人主观因素的影响。
(二)有利于学生体验科学的方法与过程
科学不只是人类认识自然的智慧成果的结晶——系统化、理论化的知识体系，科学更是人类探究自然界奥秘的过程。在这个过程中，人类要进行观察、猜想、假说、实验、操作，最终形成科学结论。开展科学本质教育，有利于学生体验科学家在科学探索中走过的艰难历程，进而认识到科学不是一帆风顺的事业，而是充满挫折、失败、谬误、猜想、·顿悟的不断探索的过程。正如爱因斯坦在谈及他创立广义相对论时所说：“这些都是思想上的谬误，使我艰苦工作了整整两年，直到1915年我才终于认清它们确实的谬误。”“在最后突破、豁然开朗之前，那在黑暗中对感觉到了却又不能表达出来的真理进行探索的年月，那强烈的愿望，以及那种时而充满信心，时而担忧疑虑的心情——所有这一切，只有亲身经历的人才能体会到。”
(三)有利于培养学生的批判精神
恩格斯在谈到科学家的科学精神时，曾十分中肯地指出：“怀疑、批判”的头脑是科学家的一个“主要仪器”。可见，恩格斯是多么重视科学的怀疑批判精神。科学的怀疑批判精神是一种理性探索精神，它对于现有的认识都要问一个为什么，都要追根溯源，看看是否有科学依据，依据是否充分，有没有内在的逻辑矛盾，决不是盲目地崇拜或迷信，而是努力寻求新的突破口，为创新开辟道路。
进行科学本质教育，有利于培养学生的怀疑批判精神，因为科学本质教育有利于学生正确认识科学的发展史，而科学的发展与进步的历史，就是科学怀疑的历史，就是科学家不断克服错误、追求真理的历史。例如，日心说正是在怀疑地心说的基础上提出来的。关于科学史，诺贝尔奖获得者汤川秀树说过一段发人深思的话：“当回顾理论物理学的历史时，我们说得过分一些几乎可以称为错误史。在许多科学家提出的所有理论中，大多数是错误的，因而没有生存下来。只有少数正确的理论才继续生存。……但是，没有少数成功背后的许多失败，知识就几乎不可能有任何的进步。”因此，对学生进行科学史教育，的确能够培养学生的批判精神。“向学生追溯一项发明的历史，向学生指明在发明者道路上经常出现的各种困难，以及他们怎样战胜它们、避开它们，最后又是怎样趋近于那从未达到的目标，再没有比这种做法更适于启发学生的批判精神、检验学生的才能的了。”

科学的本质就是创新。创新是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力。整个人类历史，就是一个不断创新、不断进步的过程。没有创新，就没有人类的进步，就没有人类的未来。当代科学技术的发展，更加雄辩地证明了这一点。对中国来说，大力推进科技创新、实现技术发展的跨越极为重要。我们必须紧跟世界潮流，抓住那些对我国经济、科技、国防、社会发展具有战略性、基础性、关键性作用的重大科技课题，抓紧攻关，自主创新。同时，我们也要积极加强同国际科技界的交流和合作，努力学习和运用世界先进科技成果。

帮助学生明确科学的多种含义，从中抓住本质。

1、科学一词的多种含义

科学一词和哲学一词一样，都是日本人的创造，日本人考虑到近代欧美science的特点是分门别类地研究客观事物，于是翻译为“科学”。科学的原义是“分科之学”，“分科”研究学问是为了更好地获得真理。后来，科学成为真理体系的代名词。

①科学知识。科学是真理性的思想体系，包括自然科学、社会科学和精神科学三大类。

②科学研究。科学是追求真理的实践活动；在当代，科学是群体性事业。

③科研方法。科学是获得真理的各种手段，包括物质性的科学仪器、精神性的思维方法。

④科学精神。科学精神是人类追求真理的崇高精神。

2、科学的本质是真理体系

①个别的真理不是科学，只是科学的要素（组成部分）。只有当一些具体的个别的真理相互联结形成“分科之学”的时候，才产生一门相对独立的科学（或者说一门学科）。

②科学研究和科学精神都是为了追求科学知识；科研方法也有是否科学的问题，即是否符合研究对象的特性，能否揭示其本质和规律。

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