《小學(xué)科學(xué)課程與教學(xué)》第1章 科學(xué)的本質(zhì)

小學(xué)科學(xué)課程與教學(xué)

（2009年版）

第1章科學(xué)的本質(zhì)第一節(jié)科學(xué)的定義與特征一、科學(xué)：通常所說的科學(xué)是自然科學(xué)的簡稱。

《辭海》對科學(xué)有如下的表述：“關(guān)于自然、社會和思維的知識體系。它是為適應(yīng)人們的生產(chǎn)斗爭和階級需要而產(chǎn)生和發(fā)展的，是實踐經(jīng)驗的結(jié)晶。顯然，《辭?！匪v的科學(xué)具有廣義性，不僅包括了自然科學(xué)，也包括了社會學(xué)科和人文學(xué)科。對于什么是科學(xué)這一問題，基于不同的思考亞里斯多德、羅素、貝爾納、巴伯、杜威、任鴻雋、胡明復(fù)等給出了不同的回答。對于什么是科學(xué)這一問題的回答有不同的觀點。有的強調(diào)科學(xué)與宗教的區(qū)別，有的強調(diào)科學(xué)與主觀意見的差異，有的強調(diào)科學(xué)與技術(shù)的不同；有的強調(diào)科學(xué)的知識體系，有的注重科學(xué)探究過程與方法，有的更重視科學(xué)的精神與氣質(zhì)。貝爾納說得很對，科學(xué)的本質(zhì)是不能用定義一勞永逸地固定下來，科學(xué)在人類社會發(fā)展的歷史中發(fā)生了急劇的變化，以至于人們無法給它下一個合適的定義，他認為：“過于刻板的定義有使科學(xué)精神被閹割的危險?！钡俏覀冞€是有必要對科學(xué)的概念加以適當(dāng)?shù)南薅ê驼f明。首先，科學(xué)是客觀存在在人腦中的反映，這一客觀存在不僅指自然界的物質(zhì)世界，也包括社會界的精神存在；其次，科學(xué)是以范疇、定理、定律、規(guī)律等形式反映客觀存在的本質(zhì)與規(guī)律，是一種系統(tǒng)化了的知識體系，它不同于意見、猜測和傳說；最后，科學(xué)不僅僅指認識的結(jié)果，也應(yīng)該包括認識的思維過程與思維方法。從探究的過程看，科學(xué)是一種探索未知的創(chuàng)造性活動，這一創(chuàng)造活動以批判為基礎(chǔ)?！舯緯兴傅目茖W(xué)是自然科學(xué)，它以物質(zhì)世界為研究對象，研究物質(zhì)世界的現(xiàn)象，力圖把握物質(zhì)的屬性、本質(zhì)和運行規(guī)律，以便于人們在社會實踐活動中合理地利用和改造物質(zhì)世界，并建立人與自然之間的和諧關(guān)系。一般而言，科學(xué)可以分為無機的科學(xué)和有機的科學(xué)，前者包括宏觀和微觀力學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、地質(zhì)學(xué)和天文學(xué)，后者包括生物科學(xué)以及研究人的生理學(xué)和部分心理學(xué)的內(nèi)容。人是自然界的一部分，人在物質(zhì)層面的某些屬性與特征可以成為科學(xué)研究的對象。二、科學(xué)的本質(zhì)特征

(1)科學(xué)應(yīng)該是系統(tǒng)化的，它是對物質(zhì)世界的一般性、共同性、規(guī)律性的描述。人們可以從不同的角度，以不同的方式，用不同的觀念來描述世界上的事物，但科學(xué)有它自己特定的角度、觀念和方法。(2)科學(xué)力圖對事物做出統(tǒng)一的、數(shù)量化的、因果性的解釋，甚至對未來的事情做出預(yù)測，這是科學(xué)家的愿望，但很多時候是做不到的。由于多種因素之間的相互作用，科學(xué)家研究的這些系統(tǒng)并不遵循簡單的規(guī)律。然而科學(xué)家們還是在努力探索。(3)科學(xué)是極為嚴(yán)謹?shù)?，它建立在實驗的基礎(chǔ)上。實驗是許多種文化都有的，但是科學(xué)的實驗有自己嚴(yán)格的定義，科學(xué)實驗是可以重復(fù)的。(4)從社會學(xué)的角度看，過去的許多知識系統(tǒng)，幾千年來基本上都保持不變或者變化很少。然而，科學(xué)要不斷充實自己的知識，人們不斷地用過去的知識創(chuàng)造新的知識。科學(xué)知識是一種不斷修正、補充和自我擴張的系統(tǒng)。(5)從某種意義上說，科學(xué)探索是一種帶有游戲性的活動，有時會得到意想不到的結(jié)果。人們進行科學(xué)探索的時候，很多重要科學(xué)成果的獲得，開始并不是出于直接預(yù)定的計劃和功利目的，而是出于對大自然持久的好奇心。(6)科學(xué)與技術(shù)之間呈現(xiàn)一種極其復(fù)雜的互動關(guān)系。從人類創(chuàng)造知識的歷史過程看，人類最先創(chuàng)造的是技術(shù)。在相當(dāng)長的時期內(nèi)，科學(xué)在很多國家依附在哲學(xué)的傳統(tǒng)上。技術(shù)則長久地依附在工匠的傳統(tǒng)上。這兩種傳統(tǒng)相互之間的影響非常小。直到17世紀(jì)近代科學(xué)誕生之后，這種情況才發(fā)生了質(zhì)的變化。(7)科學(xué)家們對待實驗結(jié)果很認真，在追求預(yù)想結(jié)果的時候，格外關(guān)注這些實驗帶來的副產(chǎn)品和副結(jié)果。如果實驗的結(jié)果偏離原來的假設(shè)和預(yù)期的結(jié)果，也可能預(yù)示著新的發(fā)現(xiàn)，科學(xué)家會感到高興。(8)科學(xué)是不可替代的，然而科學(xué)并不能解決一切問題。因為有很多人類關(guān)心的問題，在目前以至相當(dāng)長的時期內(nèi)，科學(xué)家還不能做出滿意的答復(fù)，但是他們會努力繼續(xù)探索這些問題的原因，并尋求解決問題的方案。(9)科學(xué)不僅僅是一種知識系統(tǒng)，而且是一種思維方法?？茖W(xué)從不迷信權(quán)威。科學(xué)家不斷地質(zhì)疑，發(fā)現(xiàn)新的東西。無論是探究自然的奧秘，或解決人類所面臨的實際問題，科學(xué)的途徑、方法和手段都在不斷地被創(chuàng)造。即使是應(yīng)用已有的知識解決問題，也是以創(chuàng)造性的方式實現(xiàn)的?？茖W(xué)在不斷地創(chuàng)造中增長自己新的知識?？茖W(xué)接納一切新的思想，但是它們最終都必須遵循科學(xué)本身的規(guī)則——嚴(yán)格的實驗驗證和嚴(yán)密的邏輯推理。(10)科學(xué)是人類共同的文化。人類的文化千差萬別，但科學(xué)是共同的文化，因為科學(xué)能夠促進任何一個地區(qū)的人類社會迅速發(fā)展。第二節(jié)科學(xué)的多維視角一、作為知識系統(tǒng)的科學(xué)科學(xué)理論作為科學(xué)研究的成果不僅僅是知識，而且是一種系統(tǒng)的知識。20世紀(jì)上半葉的邏輯經(jīng)驗主義認為，科學(xué)是一種可以確證的知識體系。與邏輯經(jīng)驗主義不同，英國哲學(xué)家波普爾（KarlPopper，1902～1994）提出：科學(xué)是一種可以證偽的知識系統(tǒng)。用經(jīng)驗事實證明科學(xué)理論是錯的，這是證偽。他認為可證偽性是科學(xué)知識的本質(zhì)特征。二、作為探究活動的科學(xué)在科學(xué)研究活動中，新的科學(xué)理論經(jīng)歷了一個探究的過程。最基本的發(fā)現(xiàn)科學(xué)理論的途徑有三種類型：“歸納—猜想”的認識程序、“假說—演繹”的認識程序和“認知調(diào)節(jié)”模式。(一)“歸納——猜想”的探究過程

◆古希臘的亞里斯多德認為，科學(xué)研究總是從對某些現(xiàn)象的觀察開始，人們通過觀察獲得大量的關(guān)于自然現(xiàn)象的經(jīng)驗事實。然后對這些經(jīng)驗事實進行歸納推理，概括出科學(xué)原理，即定律或理論?！粽軐W(xué)家培根（FrancisBacon，1561～1626）認為對自然現(xiàn)象的觀察應(yīng)主動進行科學(xué)實驗，以獲得更多有關(guān)現(xiàn)象的事實經(jīng)驗，為隨后歸納出科學(xué)理論奠定更堅實的基礎(chǔ)。在這個研究程序中，觀察在前，理論在后；歸納在前，結(jié)論在后。由于在科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程中的歸納都不是完全歸納法，得出的結(jié)論就帶有猜想的性質(zhì)，所以這一探究程序被稱為“歸納—猜想”的探究程序。◆“歸納—猜想”的探究程序有兩個核心思想，一是非常強調(diào)經(jīng)驗事實在整個科學(xué)研究中的作用；二是非常強調(diào)歸納的發(fā)現(xiàn)方法。（二）“假說—演繹”的探究過程

◆“假說—演繹”的核心思想有二個：其一，新理論是科學(xué)家依托一定的文化知識背景，通過創(chuàng)造性思維大膽設(shè)想并加上演繹方法而建構(gòu)的；其二，大膽猜想之后要用經(jīng)驗事實去檢驗，猜想若被證實，則形成了相關(guān)的科學(xué)理論。例如愛因斯旦創(chuàng)立的“狹義相對論”就屬于這種探究過程。（三）認知調(diào)節(jié)的探究程序

◆科學(xué)理論發(fā)現(xiàn)的實踐活動實際上是科學(xué)家作為認識主體與作為認識對象的客體之間的相互作用活動。這一活動包括三個層面：第一，科學(xué)家對客體的觀察實驗；第二，關(guān)于自然觀、方法論和已有科學(xué)理論的思維；第三，對被觀察到的經(jīng)驗事實的解釋?！艨茖W(xué)探究過程的模式一般涉及如下環(huán)節(jié)：科學(xué)問題的提出、科學(xué)事實和資料的收集、猜想和假設(shè)的建立、驗證與評價、表達與交流。杜威認為思維的過程包括“感覺問題所在，觀察各個方面的情況，提出假定的結(jié)論并進行推理，積極地進行實驗的檢驗”。三、作為思維方法的科學(xué)◆科學(xué)探究中進行猜想和提出假設(shè)，主要是一個創(chuàng)造性的思維過程，科學(xué)思維包括直覺、想象和抽象等具體方法。（一）直覺的思維方法

◆直覺是指人們對某一問題的一種突如其來的領(lǐng)悟或理解。直覺的思維方法主要有這樣幾個階段：（1）最初的一種持續(xù)不斷的研究，直到幾乎不可能再進行下去；（2）一段時間的休息后，再繼續(xù)恢復(fù)研究；（3）一個突然的、意想不到的思想的突然出現(xiàn)。盡管人們對直覺思維發(fā)生的機制不了解，但是它的發(fā)生也是有條件的。這些條件包括：（1）對問題和資料進行了長時間的思考。連續(xù)一段時間的思考依然沒有找到解決問題的思路或提出假設(shè)。在思考的過程中進入了“山重水復(fù)疑無路”的境地；（2）大腦中消除了分散注意力的其他事情或其他問題，保持樂觀開朗的心態(tài)；（3）在緊張思考一段時間之后，從事一些不費腦力的輕松活動，如沐浴、鄉(xiāng)間漫步、欣賞音樂等；（4）與他人對話，尋找激活思維的刺激點。與學(xué)術(shù)同行或其他人討論；發(fā)表相關(guān)的演說；閱讀他人的科學(xué)論文，包括與自己觀點不同的論文；嘗試寫出相關(guān)的一些研究內(nèi)容；（5）養(yǎng)成隨身攜帶紙筆的習(xí)慣，記下冒出來的每一個想法，不管這個思想當(dāng)時似乎多么微不足道。（二）想象的思維方法

◆

想象是一種形象思維方式，能夠把不在場的事物再現(xiàn)出來。

◆想象可以通過意象、隱喻等途徑來實現(xiàn)。

◆豐富的知識和經(jīng)驗是產(chǎn)生意象的重要條件。學(xué)習(xí)和理解一定的科學(xué)知識有利于形成有新意的見解。

（三）抽象的思維方法

◆事物都有它的現(xiàn)象和本質(zhì)，科學(xué)家透過現(xiàn)象深入事物內(nèi)部，認識事物的本質(zhì)，形成概念、定律和公式，這就是抽象的思維方法。第三節(jié)科學(xué)主義與偽科學(xué)、反科學(xué)

一、科學(xué)與科學(xué)主義

◆科學(xué)的發(fā)展引發(fā)了科學(xué)主義（scientism）思潮，科學(xué)主義思想源自啟蒙運動。◆20世紀(jì)初，在中國對西方自然科學(xué)的崇拜就曾泛化成為一種科學(xué)主義思潮。概括地講，科學(xué)主義有以下不同的表現(xiàn)形態(tài)：◆第一種形態(tài)，認為科學(xué)知識是人類知識的典范，它不僅是必然正確的，而且可以推廣用以解決人類所面臨的所有問題。◆

第二種形態(tài)，認為科學(xué)的方法應(yīng)該被應(yīng)用于包括哲學(xué)、人文學(xué)科和社會學(xué)科在內(nèi)的一切研究領(lǐng)域之內(nèi)，只有這樣的方法才能富有成效地被用來追求知識?！?/p>

第三種形態(tài)，認為一切研究領(lǐng)域都應(yīng)遵循科學(xué)精神。二、科學(xué)與偽科學(xué)

◆偽科學(xué)（pseudoscience）借用科學(xué)的名義有意識地把違反科學(xué)的內(nèi)容說成是科學(xué)，把沒有科學(xué)根據(jù)的非科學(xué)理論或方法宣稱為科學(xué)的言論，如星占學(xué)、李森科的“無產(chǎn)階級遺傳學(xué)”等。

◆偽科學(xué)常與科學(xué)研究中的作偽或者故意違背科學(xué)研究的慣用程序等活動相伴隨。

◆偽科學(xué)是一種復(fù)雜的社會現(xiàn)象，涉及認識、心理和政治三個層面，其影響已經(jīng)遠遠超出科學(xué)界內(nèi)部討論的范圍。

◆區(qū)分科學(xué)與偽科學(xué)需要有一定的科學(xué)素養(yǎng)。一般可以從以下幾個方面加以識別：（1）看它所聲稱的功能。（2）看它與現(xiàn)有整個科學(xué)的聯(lián)系。（3）看它的可重復(fù)性和可檢驗性。（4）要看它與神靈世界的關(guān)系。（5）看它對待經(jīng)濟效益的態(tài)度。（6）看它對待批評的態(tài)度。三、科學(xué)與反科學(xué)

◆反科學(xué)按字面理解就是反對或反思科學(xué)。與偽科學(xué)不同的是，反科學(xué)思潮是從反思科學(xué)技術(shù)產(chǎn)生的一些不利影響和后果出發(fā)而否定科學(xué)的價值和地位，批判科學(xué)的局限性。

◆反科學(xué)的目的是否定科學(xué)的價值，它不同于對科學(xué)的反省。對科學(xué)的反省是必要的，這是保證科學(xué)不至偏離人類文明進步軌道的一個重要因素。第四節(jié)科學(xué)、技術(shù)與社會

一、科學(xué)與技術(shù)◆我國近代學(xué)者很注意科學(xué)與技術(shù)之間的區(qū)別?？茖W(xué)是知識系統(tǒng)，科學(xué)探究是追求真理的過程，是認識世界的過程；技術(shù)是行為系統(tǒng)，技術(shù)發(fā)明是運用科學(xué)理論的過程，是改造世界的手段。二、科學(xué)、技術(shù)與社會

◆科學(xué)技術(shù)一方面為