论科学的本质与科学教育

论科学的本质与科学本质教育

近年来，科学教育界越来越重视科学本质的教育，认为这是提高学生科学素养的核心。美国在1996年颁发的国家科学教育课程标准中明确地将科学本质的相关理念放进课程标准中，另外，英国的科学教育协会，在1983年的课程改革草案中也提到：“学生应该对科学原理及理论的历史发展有一些基本的了解”。我国新颁布的科学课程标准也强调学生必须领悟科学的本质。因此，科学教师有必要在科学教学中促进学生对科学本质的了解，以达成科学教育的总目标。但是，对科学本质及其教育价值的研究一直没有引起我国基础科学教育界的重视，当前的科学教育改革迫切需要人们重新认识科学本质及其教育价值，并采取有效对策加强科学教育，以提升学生的科学素养。

一科学的本质

从词源学上看，英文“科学”( science) 一词来源于拉丁文中的scientia ，意思是知识、求知，即有知识，而不是误解或无知。关于“科学是什么”，长期以来，科学家、科学哲学家、科学史学家等一直在进行激烈的争论。

英国的科学哲学家乔治·奥威尔认为“科学一般被定义为：(1) 精确科学，如化学、物理等；(2) 一种通过逻辑推理从观察到的事实得出可验证的结论的思维方式”。

美国著名科学哲学家G·萨顿在《美国百科全书》中把科学理解为：“科学为系统化的实证知识”。

我国学者郭湛在《中国大百科全书·哲学》中认为：“科学是以范畴、定理、定律形式反映现实世界多种现象的本质和运动规律的知识体系”。

还有的观点认为：科学是人类籍此获取对外界环境控制的行为模式。按照这种观点，科学不仅包含理论知识，而且包含技术。

也有人提出：科学既是系统的知识体系又是探究活动。科学与技术是两个不同的概念，科学是理论形态的知识体系，而技术则是应用理论知识来解决实际问

题。《美国国家课程标准》则认为：科学的目标是探知自然，技术的目标是对这个世界加以改造使之适应人类之需。

而美国科学促进会在其制定的“2061 计划—面向所有美国人的科学”中，从科学世界观、科学探究、科学事业三个方面对科学的本质进行了阐述：

1.科学世界观

科学家对他们所从事的工作以及他们如何看待自己的工作都有一些基本的信念和态度，它们与自然世界的性质和我们对它的了解有关。

(1)世界是可知的。(2) 科学理论是变化的。(3) 科学知识的持久性。(4) 科学不能为所有的问题提供全部的答案。

2.科学探究

科学中不同的学科，对证据的依赖、利用假设和理论、应用逻辑等很多方面是相同的。不过，科学家们在确立研究对象、如何开展工作、是重视历史资料还是实验发现、应用定性还是定量方法、如何应用基本理论以及吸收多少其他科学家的研究成果方面是大不相同的。尽管如此，由于科学家们不断进行着技术、信息和概念的交流，所以他们对构成有效科学研究的要素是有共识的。离开了具体的科学研究，科学探究就难以表述，没有简单的、固定的科学探究模式，但科学的一些特点使科学探究模式具有下列明显的特征：

(1) 科学需要证据。(2) 科学是逻辑与想象的结合。(3) 科学能进行解释和预见。(4) 科学家需要明辨是非，避免偏见。(5) 科学不奉行独裁主义。从长远的观点看，理论由其结果来评判，即当某人提出新的或改进的理论后，如果它比以前的理论解释更多的现象或回答更重要的问题，那么新理论就会逐渐地取代以前的理论。

3. 科学事业

科学作为一项事业，有个人、社会和机构三个维度。科学活动是当今世界的主要特征之一，与其它特征相比，它也许更能把我们的时代与以前的时代区别开来。

(1) 科学是一项复杂的社会活动。由于科学具有社会属性，所以科学信息的传播是科学进步的关键。

(2) 科学分为不同学科，在不同的机构中进行研究。科学分为不同学科的优点是，它们可以为组织研究工作和研究结果提供有内在一致性的概念结构。

(3) 科学研究中有普遍接受的道德规范。准确记录、光明磊落、重复验证、以同行科学家的评判为支撑等一直是大多数科学家所恪守的职业道德传统。但是，有时由于首先公布一种理论或观察结果所带来的名誉上的压力，一些科学家可能不愿意公开自己的研究信息，甚至伪造他们的发现结果。

(4) 科学家在参与公共事务时，既是专家又是公民。通常，科学家能帮助公众理解一些事件发生的可能原因或可能性，能证明哪些想法是不可能的。与科学有关的公共问题和科学研究相比完全不同。涉及到公众利益时，与其他人一样，当自己的利益、个人的利益、合作者的利益、团体的利益或社区的利益受到威胁时，科学家们同样会产生偏见。

综上所述，科学就其本质来讲，实际上是人类对所观察或认识到的自然现象进行的合理解释或说明。为了使其具有可靠性、准确性和预见性，人们应用了逻辑、数学以及实验的方法，使其形成经过验证、系统的知识体系。自然界的复杂性、无限性以及人类认识的有限性，需要人们不断地进行科学探索才能逐步认识大自然运行的规律。由于科学是人类努力奋斗的事业，所以科学与人类社会的发展有着密切的关系，同时人及其所处社会的价值观、道德观等对科学探究活动也会产生深刻的影响。

二科学本质的教育价值

1. 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。

2.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。”

3. 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，诺贝尔奖获得者汤力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。”

4.有利于培养学生的科学情感

科学是富有情感和人文内涵的。萨顿认为，一旦让学生理解科学的起源和发展，科学就会显示出它的人文性，而且人文内涵丰富。所以，进行科学本质教育，可以促使学生更好地理解、评价、欣赏科学事业，科学家的探索过程更能激发其对科学探索的热情、勇气与欲望，培养其坚忍不拔的意志品质。竺可祯记录气候和物候日记（除1936年以前的因在抗日战争中散失外），从1936年1月到他逝世前一天，累计38年零3天，没有一天间断。科学研究可能在深山、冰川、极地、荒漠、原始森林甚至太空中，即使在实验室也可能条件十分艰苦，如居里夫人在十分简陋的实验室中连续多年才从几吨废铀渣中分离出镭。“英雄们一砖一瓦地建造了科学大厦，他们经受多少痛苦的斗争，表现出多大的坚忍不拔，这些事情，如果青年们知道得更多一些，不是将会以更大的勇气和热忱工作么不是对科学怀有更深的尊敬么不是会更加渴望进行某些不谋私利的研究么或者，至少，

他们看到科学事业在接踵而来的困难中完成，并曾分享欢乐与陶醉，不是会更好地评价全部科学事业的伟大与壮丽么”

三对当前我国科学教育改革的一些思考

对科学本质的理解，对于全面准确地认识和把握科学教育的特点和规律、切实地改善和提高教师的科学教育观念和行为、促进学生科学素养的发展，具有重要意义。上述对于科学本质的探讨和分析，引发了我们对当前科学教育及其改革的许多思考。

1.关于科学教育目标和内容的思考

科学教育的最终目标是培养具有科学素养的人，这已经成为科学教育界的共识。但对于科学素养的内涵，研究者们的认识却各不相同。美国《国家科学教育标准》将科学素养概括为统一的科学概念和过程、作为探究的科学、科学学科内容、科学与技术、个人和社会视野的科学、科学的历史和本质等内容。欧阳钟仁认为，科学素养包括了解并正确运用科学概念，运用科学过程的技巧，明了科学的本质及科学事业，明了科学、技术与社会间的关系，具备发展与科学有关的实用技术，将探究科学当成终身嗜好，具备严正的科学态度和价值观等七个方面。而王素则认为，科学素养包括四个核心要素，即对科学技术的理解，对科学、技术、社会三者关系的理解，科学精神和态度，运用科学技术解决日常生活及社会问题的能力等。

对于科学素养内涵的认识和理解直接影响到科学教育具体目标的制定和确立。根据上述研究，结合我们对于科学本质的理解，我们认为，科学素养主要包括三大要素：科学知识与能力，科学过程与方法、科学态度与精神。所谓科学知识与能力，是指对于科学事实、概念、原理等的理解以及运用科学知识与技术解决日常生活及社会问题的能力等；科学过程与方法是指对于科学研究的具体过程、方法的理解和运用；科学态度与精神则是基于对科学的本质，科学、技术与社会的关系以及科学过程的认识而形成的各种信念、态度等。

针对上述认识，我们认为，科学教育要实现“培养具有科学素养的人”这一

总体目标，教师必须明确:科学知识的获得和科学概念的形成固然是科学教育的一项重要内容，但并非最终目标；在获取知识的过程中，要培养学生领悟科学、运用科学的能力—即理解科学事实、概念、原理、定律和理论，进行科学推理，运用科学进行个人事务决策和形成对社会问题的看法等。因此，教师要有意识地引导学生将他们目前所掌握的科学知识与其从多种渠道获得的科学知识联系起来，认识各种科学知识间的关系；引导他们将所获得的科学知识应用到新的问题情境中，以培养和提高他们的科学理解和运用能力。同时，对于科学过程与方法的掌握和运用以及科学态度、精神和价值观的养成也是科学教育的重要内容。教师要经常鼓励学生参与各种形式的科学活动，认识和了解科学研究的过程和不同阶段，掌握进行科学研究所需要的各种方法，鼓励和培养学生进行科学探究的各种态度和精神，促进学生正确的科学价值观的形成。

2.关于科学教育过程与方法的思考

从对于科学本质的分析中我们可以看到，无论是作为活动的过程还是活动的结果，科学都非常调对周围世界的探索和发现，“作为探究的科学”是科学的一个本质特征。根据科学探究的过程，研究者们提出了各种不同的科学教育模式，从不同角度对科学教育的具体过程进行了阐述。如兰本达的“探究—研讨”模式(调查研究、讨论) 、卡普拉斯首创的“学习环”模式(概念探讨、概念介绍和概念应用)与5E 模式(吸引、探索、解释、加工和评价) 、萨其曼的探究训练模式(包括展示问题、假设和收集资料、提出新的假设并重新收集资料、得出结论、对探究模式和探究类型进行分析等) 以及施瓦布提出的生物科学探究模式(确立研究对象和方法重点、学生构建问题、推测问题症结、解决问题) 等。

结合已有研究和我们对于科学探究过程的理；科学教育应该包括以下四个主要环节或阶段。(1)提出和确立主题。教师通过提问、解释问题以及展示相互矛盾的事件等方式将学生吸引到需要研究的问题上，确立探究的主题。(2)探索与解释。学生通过自主的探索和操作，形成和检验假设，并对研究结果进行解释，形成结论。(3)交流与评价。同伴间、师生间对获得的研究结果、运用的研究方

法等进行交流与评价，以调整和扩展学生对科学概念的理解和科学方法的运用。

(4)推广和应用。学生将所学知识和技能运用于新问题、新情境中，以拓宽和加深对科学知识的理解，形成和掌握新的科学方法与技能。当然上述四个环节或阶段并不是固定不变的，根据不同的学习内容、不同的探究形式、不同年龄和发展水平的学生，可以有不同的侧重点，并不一定要完成教育的全过程。将科学教育的过程模式化、单一化，不利于激发学生的科学兴趣，影响学生对科学学习内容的掌握，进而影响科学教育的效果。

总之，科学本质说明了科学知识是如何产生、发展的，阐明了科学不仅是系统化的知识体系，同时也是一种不断发展和自我矫正的探究过程，任何科学知识都是人们进行科学探究的成果；在科学的发展历程中，不仅要涉及到自然现象之间的关系，而且还包括人与自然、人与社会之间的关系。所以，通过加强科学本质教学，促使学生理解科学本质，对于学生树立正确的自然观、科学观，培养学生自由探索精神，形成科学道德具有重要意义。