論邏輯與科學(xué)規(guī)律的教學(xué)

1、論邏輯與科學(xué)規(guī)律的教學(xué)教育研究的發(fā)展趨勢(shì)表明，以往那種就“科學(xué)教育”研究“科學(xué)教育”的做法有很大的局限性。新的邊緣學(xué)科、交叉學(xué)科的興起，不僅豐富了科學(xué)教育的內(nèi)容，也為科學(xué)教育理論的研究注入了新的活力。 全國(guó)教育科學(xué)“十五”規(guī)劃要點(diǎn)提由了 “十五”期間教育科學(xué)研究的總體要求，其中第 5 點(diǎn)就是“加強(qiáng)基礎(chǔ)研究、新興邊緣交叉學(xué)科和跨學(xué)科的綜合研究”，指出要“鼓勵(lì)新興交叉邊緣學(xué)科和跨學(xué)科的綜合研究”；并且在“十五”規(guī)劃教育科學(xué)研究必須堅(jiān)持的方針原則 中明確指出“要積極支持體現(xiàn)新思路、 新視角、新內(nèi)容、新方法的研究”?？鐚W(xué)科的科學(xué)教育研究倡導(dǎo)對(duì)教育現(xiàn)象和問題進(jìn)行多學(xué)科、多視角的綜合研究，采用不同的學(xué)科方

2、法研究同一對(duì)象。從邏輯學(xué)的角度去研究學(xué)科教學(xué)，特別是理科自然科學(xué)的教學(xué)就是體現(xiàn)新思路、新視角、新內(nèi)容、新方法的研究，是邏輯學(xué)與學(xué)科教學(xué)研究的交叉。當(dāng)然從邏輯學(xué)的角度去研究科學(xué)教學(xué)并不研究邏輯學(xué)本身的問題，而是應(yīng)用邏輯學(xué)知識(shí)討論科學(xué)教學(xué)中的有關(guān)問題，研究科學(xué)知識(shí)創(chuàng)新的邏輯過程、新概念新規(guī)律的邏輯表述、邏輯方法在知識(shí)創(chuàng)新過程中的應(yīng)用以及邏輯思維的培養(yǎng)等問題。本文以科學(xué)規(guī)律的教學(xué)為例，討論從邏輯學(xué)的角度來審視科學(xué)規(guī)律教學(xué)所得到的一些結(jié)論。一、科學(xué)規(guī)律的建立過程第 15 頁科學(xué)規(guī)律的建立過程是科學(xué)探究的典型過程，弄清科學(xué)規(guī)律 的建立過程的特點(diǎn)是在科學(xué)規(guī)律教學(xué)中實(shí)施科學(xué)探究教學(xué) 的前提?？茖W(xué)規(guī)律的建立過

3、程應(yīng)該有兩種層次：其一是科學(xué) 家發(fā)現(xiàn)規(guī)律的過程；其二是學(xué)生頭腦中科學(xué)規(guī)律的建立過 程。這兩種過程的不同之處在于，前者屬于創(chuàng)造過程，而后 者屬于學(xué)習(xí)過程。當(dāng)然，這兩者也有相似之處，它們都是人 的認(rèn)識(shí)過程。無論是科學(xué)家的創(chuàng)造過程還是學(xué)生的學(xué)習(xí)過 程，總結(jié)起來最主要就是下面幾種不同的類型。 經(jīng)驗(yàn)歸納型。從大量的觀察、實(shí)驗(yàn)得來的經(jīng)驗(yàn)材料，總結(jié)出 科學(xué)規(guī)律，這是科學(xué)研究的最基本的工作。這一過程從特征 上來說是一個(gè)歸納的過程。因?yàn)闅w納的本質(zhì)特征就是由部分 到全體、由個(gè)別到一般。從經(jīng)驗(yàn)事實(shí)中通過歸納總結(jié)出的科 學(xué)規(guī)律，一般稱之為科學(xué)定律，一些基本原理也是由歸納得 出的。自從物理學(xué)的開山鼻祖伽利略把物理學(xué)建立

4、在觀察和 實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，歸納就成了科學(xué)最最重要的研究方法。在 這里就不必舉例說明了。當(dāng)然由歸納得出的科學(xué)定律，并不 一定是正確的，能否得以確立還必須通過不斷的實(shí)踐檢驗(yàn)， 但如果把一個(gè)定律其確立的完整過程分為建立和檢驗(yàn)兩個(gè) 過程的話，那么其建立過程稱為經(jīng)驗(yàn)歸納型是合適的，反映 了其基本特征。 理論演繹型。有些科學(xué)規(guī)律是從一些已知的科學(xué)規(guī)律通過理 論推理而得到的，由于這是從一般到特殊的過程，因而帶有演繹的性質(zhì)，一般這樣得到的科學(xué)規(guī)律稱為科學(xué)定理。比如在建立了牛頓三大定律之后通過理論推理提出動(dòng)量定理和動(dòng)能定理，由庫侖定律導(dǎo)出高斯定理等，就屬于這種形式。理論演繹的前提可以是通過其他類型途徑（一般是歸

5、納）獲得的，其正確性要經(jīng)過實(shí)踐的反復(fù)檢驗(yàn)，演繹的過程有著邏輯的必然性， 只要前提正確， 演繹形式有效， 結(jié)果必然正確。類比假說型。類比是根據(jù)兩個(gè)或兩類對(duì)象某些屬性相同或相似，推出它們?cè)诹硗獾膶傩陨弦蚕嗤蛳嗨频乃季S過程。通過類比，把陌生的對(duì)象與熟悉的對(duì)象相比較，從而從已知的規(guī)律獲得對(duì)未知規(guī)律的有關(guān)信息（比如規(guī)律的數(shù)學(xué)形式、探索新規(guī)律的研究思路等） ，得出新的結(jié)論。由于類比的過程是從特殊到特殊的過程，因而所得到的結(jié)論與前提之間缺乏必然性的聯(lián)系，只能稱之為假說，通過實(shí)踐后可以上升為科學(xué)定律和科學(xué)原理。如庫侖定律的得出就是通過與萬有引力定律的類比，再結(jié)合實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)果。直覺想象型。以上三種過程都是屬

6、于邏輯的過程，但實(shí)際上科學(xué)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過程并非全是邏輯的，有時(shí)純粹是一種直覺的過程。正如普朗克在其自傳中所指出的，需要“對(duì)新觀點(diǎn)的一種活躍的直覺想象力，這些新觀點(diǎn)不是演繹得出的，而是通過藝術(shù)家一般的創(chuàng)造性想象得生的。"日本杰生的科學(xué)家湯川秀樹也談到直覺的重要作用，他說：“抽象由于其本身性質(zhì)而不可能獨(dú)自起作用。人們必須從內(nèi)容上更為具體和豐富的他物中抽象出某物。換言之，人類必須從直覺和想象著手，然后才能借助于自己的抽象能力。”愛因斯坦也是直覺的極力推崇者，他說：“要通向這些定律，并沒有邏輯的道路；只有通過那種以對(duì)經(jīng)驗(yàn)的共鳴的理解為依據(jù)的直覺，才能得到這些定律。"這些定律指的是物理

7、學(xué)的普遍的基本定律。二、科學(xué)規(guī)律教學(xué)的邏輯程序科學(xué)規(guī)律教學(xué)的邏輯程序可以與科學(xué)規(guī)律的建立過程相吻合，也可以不同。在傳統(tǒng)的教學(xué)中，科學(xué)規(guī)律教學(xué)的邏輯程序主要是理解接受型。這一類型的科學(xué)規(guī)律教學(xué)主要存在于灌輸式教學(xué)之中，它直接給出已經(jīng)存在的規(guī)律，讓學(xué)生理解接受，但是它卻適合于建立過程為各種類型的規(guī)律的教學(xué)。比如高中物理中楞次定律的教學(xué)，可以直接給出結(jié)論結(jié)合實(shí)例加以理解。理解接受型的規(guī)律教學(xué)可以采用講授式、自學(xué)式、討論式等課堂組織形式，也可以輔之以實(shí)驗(yàn)。包括演示實(shí)驗(yàn)、邊教邊實(shí)驗(yàn)等形式，但實(shí)驗(yàn)的功能主要是提供理解所需的感性基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)支持。比如在楞次定律的教學(xué)中，無論是先給出結(jié)論然后配以實(shí)例說明，還是先

8、提供幾個(gè)演示實(shí)驗(yàn)再給出楞次定律來分析，其實(shí)質(zhì)是一樣的。在初中物理教學(xué)中，我們常常見到這樣的典型例子，如阿基米德定律的教學(xué)：教師在回顧前一節(jié)已經(jīng)初步認(rèn)識(shí)浮力并知道浸沒在水中的正方體所受浮力產(chǎn)生的原因，是在正方體上下表面處的壓強(qiáng)差的基礎(chǔ)上，提出“一般的不規(guī)則物體所受的浮力由什么決定?有多大 ?”的問題，然后說“對(duì)于不規(guī)則的物體我們需要通過實(shí)驗(yàn)來研究”，接著出示實(shí)驗(yàn)裝置，簡(jiǎn)單說明原理后進(jìn)行操作：在彈簧的下端掛一個(gè)空杯，空杯下面吊一個(gè)固體物塊（如金屬塊） ，記下彈簧伸長(zhǎng)的位置，另取一只溢水杯，杯里的水裝到溢水管口，使水剛好不流出，把物塊緩緩地全部浸入水面下，物塊受到水的浮力，彈簧縮短，被物塊排開的水全

9、部從溢水管流入小杯，然后把小杯里的水倒入彈簧下面的空杯中，彈簧又伸長(zhǎng)到原來的位置，說明物塊在水中受到的浮力與被物塊排開的水的重力相等，然后再進(jìn)一步推廣上升至阿基米德定律。在這樣一個(gè)過程中，一般的學(xué)生都只是一個(gè)觀察者，學(xué)生們不知道實(shí)驗(yàn)為什么會(huì)這樣做，怎么會(huì)想到把溢出的水再加到彈簧下的空杯里，所以他只能做一個(gè)觀眾。除了靜觀結(jié)果外，其思維未能啟動(dòng)。實(shí)驗(yàn)也只不過為定律的得出提供事實(shí)支持或?yàn)閷W(xué)生提供感性印象，幫助記憶或?yàn)榧ぐl(fā)學(xué)生興趣等，而與實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)特征（即科學(xué)探究）有關(guān)的功能卻得不到發(fā)揮。所以，雖然從形式上說符合科學(xué)探究的過程，但從邏輯本質(zhì)上來分析，仍然屬于理解接受型的教學(xué)。新課程理念推崇探索研究型的

10、教學(xué)。這一類型要求科學(xué)教學(xué)在重視知識(shí)本身的同時(shí)，還要重視規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過程，使學(xué)生在掌握知識(shí)的同時(shí)體驗(yàn)科學(xué)家創(chuàng)造知識(shí)的過程。探索研究型的規(guī)律教學(xué)可以采用問題探究式、實(shí)驗(yàn)探究式等課堂組織形式。其基本過程一般是創(chuàng)設(shè)問題環(huán)境、提出問題、研究解決問題、得出結(jié)論。比如法拉第電磁感應(yīng)定律的教學(xué)，可以仿照法拉第的研究歷程，通過實(shí)驗(yàn)探究，得出結(jié)論。這一類型的教學(xué)程序適合于建立過程為經(jīng)驗(yàn)歸納型、類比假說型、直覺想象型的規(guī)律的教學(xué)。再來討論阿基米德定律的教學(xué)，“關(guān)鍵的問題是，人們一開始怎么會(huì)想到要設(shè)法去收集那一部分由于物體的浸入而被排擠開的液體呢?在科學(xué)發(fā)現(xiàn)的故事中，這才是最具奧妙、最有魅力的一段。”在這里，理論外推

11、加實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證是這一案例所要反映的典型方法。先定量分析浸沒在水中的規(guī)則的立方體所受的浮力，得到： （這些計(jì)算學(xué)生在液體內(nèi)部壓強(qiáng)計(jì)算的作業(yè)中已做過） ，推廣到不規(guī)則的物體，然后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。這樣，想到要設(shè)法去收集那一部分由于物體的浸入而被排擠開的液體，并把它的重力與物體所受的浮力進(jìn)行比較就是很自然的事情，至于是不是要倒回掛在彈簧下面的空杯里進(jìn)行比較則是不重要的（當(dāng)然，作為一種儀器的巧妙設(shè)計(jì)是值得一提的。在明確了其“比較”功能之后，可體會(huì)到其妙處。否則反而會(huì)成為干擾因素，這也是很多新教師在如何介紹阿基米德定律演示儀時(shí)所遇到的困惑）這是一種比較好的教學(xué)策略，當(dāng)然還有其他的選擇。但不同的選擇有優(yōu)劣之分，雖

12、然在得到結(jié)果之前，并不是非常清楚孰優(yōu)孰劣，可教學(xué)應(yīng)該選擇最優(yōu)的途徑，從中獲取成功的經(jīng)驗(yàn)，掌握最優(yōu)的方法，不能以發(fā)散或開放為理由而沖淡最優(yōu)化的示范作用。比如有人把阿基米德定律的教學(xué)過程設(shè)計(jì)成猜想的過程：猜想由于浮力是液體對(duì)物體的作用力，所以浮力的大小可能與物體（物體的密度、體積）和液體（密度等）以及物體浸入液體的深度有關(guān)，然后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證猜想正確與否。這樣的設(shè)計(jì)未嘗不可，但不能說是與前者無優(yōu)劣之分。在對(duì)規(guī)則物體所受浮力的原因已做正確認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，不去利用已有知識(shí)，卻要去做無基礎(chǔ)的猜想，不是探究所走的應(yīng)有途徑。當(dāng)然，應(yīng)該承認(rèn)“探究式科學(xué)教學(xué)實(shí)際上不是一種統(tǒng)一格式的教學(xué)模式”，但也要注意到不同的案例

13、，有著與其相應(yīng)的比較合適的探究途徑作為學(xué)生應(yīng)該模仿并且能遷移的范式。不同的內(nèi)容不能用某一固定的模式處理，應(yīng)該用不同的方式去設(shè)計(jì)，但對(duì)于同一內(nèi)容卻應(yīng)該存在一種（或幾種）比較合適的處理方法。探究式教學(xué)提倡讓學(xué)生充分自主體驗(yàn)，但不能讓學(xué)生像無頭蒼蠅一樣亂撞；探究式教學(xué)要避免學(xué)生被教師牽著鼻子走， 但學(xué)生自己探路也要講究科學(xué)性。 這樣，就必須以上面所述的科學(xué)規(guī)律建立過程的不同特點(diǎn)為依據(jù)。三、科學(xué)規(guī)律的邏輯表述科學(xué)規(guī)律（包括定律、定理、原理、法則、公式等）反映了客觀事物在一定條件下必然發(fā)生、發(fā)展和變化的規(guī)律，它反 映了運(yùn)動(dòng)變化的各個(gè)因素之間的本質(zhì)聯(lián)系，揭露了事物本質(zhì) 屬性之間的內(nèi)在聯(lián)系。所以，科學(xué)規(guī)律是

14、在一定條件下某些 科學(xué)概念間內(nèi)在的必然的聯(lián)系。 從邏輯的角度來看，科學(xué)規(guī)律都是一些命題。命題就是反映 事物情況的思想。命題既然是對(duì)事物情況的反映，這種反映 就有是否符合實(shí)際情況的問題。凡是符合實(shí)際的命題是真命 題，不符合實(shí)際的就是假命題。 科學(xué)規(guī)律是在實(shí)踐中形成的，并且都在一定的范圍內(nèi)經(jīng)過實(shí) 踐檢驗(yàn)的，因而都是在一定的范圍內(nèi)的真命題。并且科學(xué)規(guī) 律一般是所謂的判斷。判斷就是被斷定了的命題。 科學(xué)定律必須用恰當(dāng)?shù)男问絹肀硎?。但是，在?shí)際教學(xué)過程 當(dāng)中，有些教師由于對(duì)定律表述的邏輯形式?jīng)]有很好理解， 會(huì)出現(xiàn)一些錯(cuò)誤。 比如在物理教學(xué)中的玻意耳定律，是關(guān)于溫度不變的時(shí)候， 反映氣體的壓強(qiáng)與體積的關(guān)系

15、。有些教師把它表述成“對(duì)于 一定質(zhì)量的氣體，如果其溫度保持不變，則其壓強(qiáng)與體積的 乘積是一恒量”，這是不恰當(dāng)?shù)?。?dāng)然，作為一個(gè)普通的陳 述并無科學(xué)性錯(cuò)誤，但作為一個(gè)定律的表述是不全面的。因 為它只是一個(gè)充分條件假言命題，只能說明“若溫度不變， 壓強(qiáng)與體積的乘積就不變”，并不能由它得到“如果溫度變 化了，則壓強(qiáng)與體積的乘積就變”等情況。所以，正確的表述應(yīng)該是以充分必要條件命題的形式出現(xiàn)。常見的用于表述科學(xué)定律的命題形式有直言命題或性質(zhì)命題、關(guān)系命題、聯(lián)言命題、選言命題、假言命題等。而且還經(jīng)常在表述形式中包含“必然”“可能”這些模態(tài)詞，構(gòu)成模態(tài)命題。這些對(duì)于教學(xué)工作人員來說，也是有必要搞清楚的，不

16、能說只要嚴(yán)格按照教科書的表述即可，應(yīng)該知其然更應(yīng)知其所以然。四、對(duì)科學(xué)規(guī)律教學(xué)的要求對(duì)科學(xué)規(guī)律教學(xué)的要求有多個(gè)方面。有從動(dòng)機(jī)和興趣方面來要求的，要求教學(xué)要直觀生動(dòng)，引起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；有從記憶理論來要求的，要求及時(shí)鞏固、適時(shí)復(fù)習(xí)等等。如果單從邏輯方面來要求，科學(xué)規(guī)律教學(xué)應(yīng)該做到以下幾個(gè)方面：第一，透徹理解科學(xué)規(guī)律的真實(shí)意義以及適用的條件。第二，領(lǐng)會(huì)科學(xué)規(guī)律的表述的邏輯形式。比如反射定律中關(guān)于“反射角等于入射角”的表述，是不能說成“入射角等于反射角”的，雖然特定語境下（比如解題當(dāng)中） ，這樣說并沒錯(cuò)，但作為定律的表述必須說成“反射角等于入射角”。第三，科學(xué)規(guī)律的教學(xué)當(dāng)中，必須重視邏輯方法的掌握。教學(xué)中要知識(shí)、方法、能力并重，這已經(jīng)是共識(shí)，不必多說。但要指出的是教學(xué)當(dāng)中，容易出現(xiàn)只重視本學(xué)科的具體方法而疏忽邏輯學(xué)方法的情況。同時(shí)，要重視科學(xué)規(guī)律建立的邏輯過程的體驗(yàn)，這也是新課標(biāo)所特別強(qiáng)調(diào)的。第四，運(yùn)用科學(xué)規(guī)律解決問題。學(xué)習(xí)科學(xué)規(guī)律并不是要記住一些公式，而是要利用這些規(guī)律去解決實(shí)際問題。而且對(duì)規(guī)律的認(rèn)識(shí)也有一個(gè)從抽象到具體的過程，通過實(shí)際應(yīng)用，才能使學(xué)生對(duì)科學(xué)規(guī)律的認(rèn)識(shí)具體化。實(shí)際問題都是非常具體的，存在著各種關(guān)系和矛盾，通過解決實(shí)際問題的訓(xùn)練，可以使學(xué)生對(duì)規(guī)律的認(rèn)識(shí)越來越具體化，使其真正掌握科學(xué)規(guī)律。注釋：全國(guó)教育科學(xué)