科學(xué)教學(xué)不能只突出過程

1、科學(xué)教學(xué)不能只突出過程從“測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系”談起“測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系”是上個(gè)世紀(jì)物理學(xué)上的一個(gè)對(duì)科學(xué)和哲學(xué)均有深遠(yuǎn)影響的偉大發(fā)現(xiàn)。海森堡在一篇文章中指出，他是在愛因斯坦所說的“正是理論決定了什么是可以觀測(cè)的”這一句話的啟發(fā)下才提出這樣的一個(gè)問題“如果從只有能用量子力學(xué)的數(shù)學(xué)方程式表示的那些情況才能在自然界中找到這樣的基本原則出發(fā)，那么，當(dāng)我們想知道一個(gè)波包的速度同時(shí)又想知道它的位置時(shí)，所能獲得的最佳準(zhǔn)確度是怎樣的呢？”“正是理論決定了什么是可以觀測(cè)的”。初次看這一句話，頭腦中首先想到的是，作為一名偉大的物理學(xué)家，愛因斯坦怎么是個(gè)唯心主義者呢？隨著閱歷的增長(zhǎng)，現(xiàn)在愈來愈信服愛因斯坦的這句話了。事實(shí)上，不僅理論

2、決定了什么是可以觀測(cè)的，而且理論也決定了如何觀測(cè)和觀測(cè)到的是什么。校園內(nèi)有一種很醒目漂亮的像喇叭樣的黃色小花（后來上網(wǎng)查了一下，原來叫黃蟬）。走近仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)這種花竟然沒有花蕊。怎么會(huì)沒有花蕊呢？開花不是為了結(jié)果嗎？沒有花蕊，怎么結(jié)果？花蕊可是花的最主要的部分。拾起一朵落花，小心撕開，發(fā)現(xiàn)花蕊原來藏在完全封閉的喇叭管中。試想，如果沒有關(guān)于花的結(jié)構(gòu)的相關(guān)認(rèn)識(shí)，那我可能就不會(huì)想到去撕開看看了。碰巧看到了，也許也不知是何物。自然界中的花草樹木的莖千姿百態(tài)。然而生物學(xué)家早就認(rèn)識(shí)到，莖分節(jié)，節(jié)處生葉和芽（部分植物的側(cè)芽幾乎被完全抑制），莖的頂端有頂芽。有了這一認(rèn)識(shí)，不僅不至于將某些羽狀復(fù)葉的葉柄誤認(rèn)作

3、莖，而且在觀察各類植物的莖時(shí)也會(huì)更有條理更深入。在沒有這方面的認(rèn)識(shí)之前，筆者從未對(duì)植物進(jìn)行有意識(shí)的系統(tǒng)的觀察沒有一定的理論，看也看不出什么名堂，最多也就僅能感受一點(diǎn)點(diǎn)表層式的感性美。有了這方面的一些粗淺的認(rèn)識(shí)后，再觀察植物時(shí)，對(duì)自然界的豐富多彩（沒有一定的認(rèn)識(shí)，觀察就很難細(xì)致深入。沒有細(xì)致深入的觀察，是看不到那種豐富與多彩的）及其內(nèi)在的統(tǒng)一（生物的統(tǒng)一性應(yīng)當(dāng)是自然進(jìn)化與選擇的結(jié)果）的體會(huì)就更深了。有時(shí)，甚至?xí)悬c(diǎn)像愛因斯坦所說的：“從那些看來同直接可見的真理十分不同的各種復(fù)雜的現(xiàn)象中認(rèn)識(shí)到它們的統(tǒng)一性，那是一種壯麗的感覺”的那種感覺。當(dāng)然，愛因斯坦所說的，也許更多的是指向那種影響人類文明進(jìn)程的

4、創(chuàng)造性的領(lǐng)悟。對(duì)于普通民眾而言，雖不能像富有影響的二十世紀(jì)上半葉英國(guó)純粹數(shù)學(xué)領(lǐng)袖哈代所說的“我曾為知識(shí)領(lǐng)域添磚加瓦，也曾幫別人添枝加葉；這些東西的價(jià)值，比起身后留下某種紀(jì)念物的大數(shù)學(xué)家或任何其他大大小小的藝術(shù)家們創(chuàng)造的價(jià)值，只是程度上有所不同，性質(zhì)上并無差異?！蹦菢訛槿祟愇拿鳌疤泶u加瓦”，但若能在一定程度上領(lǐng)悟偉大人物的創(chuàng)造性成就，也是一件很幸福很幸運(yùn)的事情。作為一名物理學(xué)家，愛因斯坦所說的理論也許更多的是指物理學(xué)方面的基本定律。物理學(xué)的發(fā)展史表明，不僅“正是理論決定了什么是可以觀測(cè)的”，什么是不可能觀測(cè)到的，而且也只有理論才能告訴我們觀測(cè)到的是什么，只有理論才能告訴我們什么是可能的、什么是可

5、行的。雖然沒有經(jīng)驗(yàn)，理論是空中樓閣；但沒有理論，人類就是睜眼瞎。如果不知道光沿直線傳播，那就不會(huì)明白大樹下的圓形光斑是什么；如果不是牛頓破解了顏色之謎，那人類也許至今仍沒能弄明白彩虹是什么。十七世紀(jì)后半葉，牛頓依據(jù)以他的名字命名的三大運(yùn)動(dòng)定律和萬有引力定律，畫出了人造地球衛(wèi)星的草圖。到了二十世紀(jì)，人類不僅成功地發(fā)射了人造衛(wèi)星，而且連普通人的生活都離不開人造衛(wèi)星了。在十九世紀(jì)中后半葉，科學(xué)家通過觀測(cè)太陽(yáng)光譜，發(fā)現(xiàn)了一條新的譜線，由此推測(cè)出太陽(yáng)上存在著一種地球上并不存在的元素，并將之命名為氦。氦的本意即是太陽(yáng)元素，不過人類后來在地球上也找到了氦元素。如果沒有光譜分析的基本理論，科學(xué)家們也就難以明了

6、新譜線背后的秘密。伽利略早就指出，“物理定律在一切慣性參考系中具有相同的形式，任何力學(xué)實(shí)驗(yàn)都不能區(qū)分靜止和勻速運(yùn)動(dòng)的慣性參考系。” 換句話說，這一原理告訴人們，想用力學(xué)實(shí)驗(yàn)區(qū)分靜止和勻速運(yùn)動(dòng)的慣性參考系是不可能的。英國(guó)十九世紀(jì)的偉大的物理學(xué)家麥克斯韋，從他總結(jié)出的電磁學(xué)基本規(guī)律出發(fā)，預(yù)言了電磁波的存在，并指出光就是一種電磁波。沒有他的預(yù)言，人類可能在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都不會(huì)知道電磁場(chǎng)還能獨(dú)立于電荷電流而存在，不知道光的本質(zhì)。下面再舉一個(gè)地理學(xué)方面的例子。在大約三十年前的一個(gè)端午節(jié)的傍晚，我在從學(xué)校往回家趕的路上無意間發(fā)現(xiàn)樹影居然是指向東偏南的位置。我當(dāng)時(shí)還在老家讀初三，我的家鄉(xiāng)位于北溫帶，我當(dāng)時(shí)就

7、想“太陽(yáng)不是偏在南邊嗎？怎么影子會(huì)偏南呢？”大約十年前，深圳教改，我也由教物理變?yōu)楦慕探炭茖W(xué)。在浙江版科學(xué)教材第一冊(cè)第一章“時(shí)間的測(cè)量”中，提到用日影測(cè)時(shí)間的工具日昝。日昝我在故宮和深大都見過，但當(dāng)時(shí)并未怎么留意。教材上的那樣簡(jiǎn)單的一句話，引發(fā)我思考這樣的幾個(gè)問題：日昝的昝針為何不與地面垂直呢？不同地方的昝針的指針指向相同嗎？如果將一根直桿立在水平面上，其桿影的指向隨時(shí)間將如何改變呢？為何沒有用它來計(jì)時(shí)呢？利用矢量三角形，我導(dǎo)出了一組豎直桿桿影指向等隨時(shí)間變化的數(shù)學(xué)關(guān)系式。由這組關(guān)系式，我立即發(fā)現(xiàn)，如果將此桿立在北極點(diǎn)，那桿影將在水平地面上勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。我在推導(dǎo)那組關(guān)系時(shí)，假定地球是勻速自轉(zhuǎn)，且忽

8、略一天之內(nèi)公轉(zhuǎn)對(duì)太陽(yáng)高度的影響，但關(guān)系式中卻含有太陽(yáng)直射緯度角。結(jié)合地球自轉(zhuǎn)想想，事實(shí)上確實(shí)應(yīng)當(dāng)如此。由此才推想到在北京故宮和深圳大學(xué)見過的日昝昝面與昝針雖然相差幾千公里遠(yuǎn)，但卻是彼此平行的。再分析那組數(shù)學(xué)關(guān)系式，筆者從中很自然地導(dǎo)出了晝夜長(zhǎng)短、極晝極夜、日升日落的方位等隨季節(jié)變化的規(guī)律。在這些認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，筆者對(duì)樹影、太陽(yáng)方位等的觀察也就不再像以前那樣混亂了?；蛘哒f，正是那組數(shù)學(xué)關(guān)系式告訴了我觀察到的是什么。也正是在這組數(shù)學(xué)關(guān)系式的基礎(chǔ)上，筆者在第二學(xué)期教季節(jié)形成、晝夜長(zhǎng)短變化規(guī)律時(shí)，很自然地想到了利用一個(gè)紙筒套在小地球上探究這些規(guī)律的小實(shí)驗(yàn)?，F(xiàn)在的教改有時(shí)會(huì)給科學(xué)教師一個(gè)“純理論沒什么用”

9、的印象。在很多情況下，人們都反反復(fù)復(fù)地強(qiáng)調(diào)要“重過程，輕結(jié)論”。筆者覺得，這一提法有點(diǎn)矯正過枉。對(duì)于學(xué)生而言，學(xué)習(xí)科學(xué)的最主要的任務(wù)仍然是學(xué)習(xí)各種理論知識(shí)那是人類文明的結(jié)晶。提出“重過程”，在很大程度上僅僅是為了矯正以往科學(xué)教學(xué)中的那種機(jī)械式傳授科學(xué)知識(shí)的方法，僅僅是為了矯正以往科學(xué)教學(xué)中忽視培養(yǎng)學(xué)生探究意識(shí)和探究能力的不足，它并沒有否定“理論”的重要性。沒有一定的“理論”認(rèn)識(shí)，就沒有細(xì)致深入系統(tǒng)的觀察，就不可能提出豐富多彩的具體而又深入的問題、猜想和探究。 “知識(shí)就是力量”，不要忽視了知識(shí)的重要性?！爸剡^程”，并是說可以輕視理論。切勿要從一個(gè)極端走向另一個(gè)極端！附：為了避免此文標(biāo)題給人們?cè)斐烧J(rèn)識(shí)上的可能出現(xiàn)的誤解，也為了讓讀者更好地理解此文的標(biāo)題，筆者在此再補(bǔ)摘愛因斯坦的另外兩句名言：純粹的邏輯思維不能給我們?nèi)魏侮P(guān)于經(jīng)驗(yàn)世界的知識(shí)；一切關(guān)于實(shí)在的知識(shí)，都是從經(jīng)驗(yàn)開始，又終結(jié)于經(jīng)驗(yàn)。必須把所有漫無秩序的事實(shí)搜集起來，用創(chuàng)造的想象力去理解和貫穿它們。后記：前段時(shí)間，在網(wǎng)上看到一篇何作庥院士回憶彭桓武先生的文章。文章中這樣的幾句話給我的印象特別深：“彭先生把我介紹給鄧稼先，讓我追隨鄧稼先從事衰變的研究。所以我就跟鄧稼先共同作衰變的研究。從事這樣研究有什么好處呢？好處是