求科学本质教育的价值

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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。”

科学有哪些本质

科学本质的内涵是：科学作为生产知识的活动，具有客观性，其研究对象是客观存在的，不以人的意志为转移。实践性，它来源于社会实践和科学实验，又被实践所证明。理论性，通过运用科学的思维方法和实践手段，对大量感性知识进行概括和总结，从而形成知识体系。发展性，客观事物是复杂的，发展变化的，因而认识是不断丰富和深化的，而科学的任务正是在于揭示事物发展的客观规律，探索客观真理，作为人们改造客观世界的指南。

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：[6]

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

科学家们相信，运用智慧和扩展人类感官的仪器，人们能够发现自然运行的图式。

（2）科学理论是变化的

不管一种科学理论对一系列观察事实解释得多么完美，总可能有其它理论同样适用或比它解释得更好，使用范围更广。

（3）科学知识的持久性

尽管科学理论是变化的，但只是修正而不是彻底地否定。

（4）科学不能为所有的问题提供全部的答案

世界上有些事物是不能用科学方式有效地进行研究的。如，信仰就其本质来说是不能证明或否定的。尽管有时科学家们通过确认一些特殊行为的可能后果，权衡利弊后对讨论如善良与邪恶这类问题有所贡献，但他们无法解决此类问题。

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

科学主张的确立最终是由对现象的观察决定的。科学家们被动地进行观察（如地震、鸟的迁徙）、收集标本（岩石、贝壳）、主动地探究自然世界（如向地壳钻空或者配制实验药物）目的就是寻找证据。由于科学对证据的依赖，所以开发更好的仪器和观察技术具有很大的价值，同时，任何研究个人或小组的发现都需要被其他研究者验证。

（2）科学是逻辑与想象的结合

科学论据必须符合逻辑推理原则，也就是说，证据是应用一定的推理标准、证明和常识确定的，但是仅有逻辑和对证据进行严密的验证通常还不能满足科学的发展。科学概念不会仅从数据或一些分析中自动地产生，提出假设或理论去想象世界是如何运行的，然后再设计它们如何能在现实中得到验证，这与写诗、作曲或设计摩天大楼一样具有创造性。

（3）科学能进行解释和预见

科学理论的可靠性通常取决于它们揭示先前看起来没有联系的现象之间关系的能力。例如，大陆漂移理论的可靠性在于它说明了诸如地震、火山、不同大陆上化石、大陆的形状以及海底轮廓的匹配等各种现象之间的关系。

（4）科学家需要明辨是非，避免偏见

科学家的国籍、性别、种族、年龄和政治信仰等可能会使他们偏向于寻找或强调某种证据或解释。如，多年来，男性科学家对灵长类动物进行的研究，一直把重点放在雄性动物的竞争性社会行为上，直到女性科学家进入这一研究领域，人们才认识到雌性灵长类动物组建社会行为的重要性。在一个研究领域，避免难以察觉的偏见的方法是让不同的研究者或研究小组从事同一项工作。

（5）科学不奉行独裁主义

即使是最有声望的科学家，有时也拒绝接受新的理论，尽管已收集到足够的证据已经说服了其他科学家。然而，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

科学研究的方向受利益、政治气候、种族、社会价值等因素的影响。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。许多科学家以论文的形式在会议、专业科学杂志或互联网上发表自己的发现和理论，并由此向其他科学家通报自己的研究工作，让他们对自己的观点进行评论，最后这些发现成为科学知识的有机组成部分。

（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。缺点是，它们与世界的运行机制不一致，并且，由于不同领域的研究方式可能存在的差别，使学科间的交流产生困难。传统学科的交叉不断形成新的学科（如，天体物理学、基因工程、社会生物学等）。赞助机构（如，大学、企业、政府、私人基金会等）通过决定支持何种研究对科学研究的方向施加影响。

（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。还有一个需要关注的科学道德问题是科学实验中活体实验物的使用和处理，不管是人还是动物，都不应受到虐待，对人还要本着自愿的原则。此外，科学研究是应用于军事还是其它对人类有潜在危险的目的，也是敏感的道德问题。

（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、科学的本质在科学教育中的价值

1．科学的本质能使我们树立正确的科学观

进行科学教育，首先要对科学有正确的认识，树立正确的科学观。科学的本质阐明了科学所具有的基本特征，是人们对科学本质属性的正确认识。它使我们认识到：科学需要想象和推理，也需要猜想和假设，但它们不足以形成科学理论，科学理论的形成还需要以多次观察到的事实为依据。随着对自然世界的认识不断深入，人们会观察到更多的事实，并在此基础上发展出解释更多现象、应用范围更广的科学理论，这样原有的科学理论就会被新的科学理论所取代，所以科学理论形成以后不是永恒不变的，而是不断地在发展变化。科学作为人类认识和应对自然的一种方式，对人类社会的发展起着巨大的推动作用，但是它也有局限性，它不能解决人类所面临的一切问题。

对科学的认识，目前存在着“科学主义”、“伪科学” 和“反科学”三种错误思潮。“科学主义”过分夸大科学的力量，认为科学无所不能，并把科学方法引入人类文化的所有研究领域。“伪科学”是打着科学的旗号，把已经被科学界证明不属于科学的东西当作科学或把没有科学根据的非科学理论或方法宣称为比科学还要科学的主张[7]。“反科学”与“伪科学”不同，它是利用科学产生的一些不良后果或科学的缺陷来否定科学的价值。科学的本质能帮助我们认清它们的实质，在科学教育中避免犯“科学主义”、“伪科学” 和“反科学”的错误。

2．科学的本质揭示了科学教育的内涵

学校中的科学教育一方面要满足国家、社会和学生发展的需要，同时也要反映科学本身的内在要求。但是，国家、社会和学生发展对科学教育的需求最终是通过具体的科学教育内容实现的。长期以来，我国的科学教育内容一直把传授和掌握系统的科学知识放在首位，从科学的本质来看，这是片面的，没有反映科学的全貌。进行科学教育不仅要让学生获得系统科学知识，更重要的是使学生树立科学的自然观，掌握认识世界的科学方法，理解科学与社会的相互作用。科学教育内容应体现科学既是关于自然的系统的知识体系，也是人类探究、认识自然的过程，同时也包含有态度、价值观和道德方面的问题。美国的科学教育家拉费尔E.马丁等 (Ralph E. Martin)指出：科学教育应有三个方面的内涵，即，科学知识(Science Knowledge)、科学过程能力(Science Process Skill)和科学态度（Science Attitude）：[8]

（1）科学知识包括：事实、概念、原理和理论。

（2）科学过程能力包括：基本能力和综合能力。

基本能力有：观察、分类、交流、测量、估计、预测和推理。

综合能力有：明确问题、控制变量、给出操作定义、假设、实验、图形化、解释、模型化和研究

（3）科学态度包括：情感态度和智力态度。

情感态度指人们在学习和获得新经验时对自然的好奇心，它分为强烈的好奇心、毅力、对待失败的正确态度、开放的思维和与他人合作的精神。

智力态度指在积极学习经验时所表现出来的与智力有关的态度，它包括对可靠信息源的期望、怀疑精神（希望不同的观点被证实）、当证据有限时避免一般化、能容忍其它的观点和解释、在所有证据被发现之前不轻易进行判断、拒绝迷信和未经证实的观点、善于根据新证据改变自己的观点以及接受对自己的观点提出的疑问。它与情感态度最大的区别就是这里有理性的成分。

由此看到，拉费尔E.马丁等的论述，比较完整地反映了科学本质对科学教育内容的要求。

3．科学的本质加深了对科学探究的认识

“科学探究是科学家们用以研究自然并基于此种研究获得的证据提出种种解释的多种不同途径，也是学生们用以获取知识、领悟科学的思想观念、领悟科学家们研究自然界所用的方法而进行的各种活动”[9]。在科学教育中，倡导以科学探究为主的教育教学方式是当前科学教育改革的主要趋势。那么，为什么在科学教育中如此强调科学探究的重要性呢？过去我们一般从社会对人才的需要和学生发展的角度出发，把科学探究看成是培养高素质人才和发展学生各种能力的有效手段。毫无疑问，这是必不可少的，也是有重要意义的，但是，从科学本身来看，它们只是外部的原因。科学的本质说明，科学不仅是系统的知识体系，更是一种探究活动。所以，在科学教育中，把科学探究作为教育教学的主要方式更是科学本质的要求。

在我国，倡导以科学探究为主的教育教学方式具有更为深刻的意义。事实上，我们现在研究和学习的科学形成于14-15世纪的欧洲文艺复兴时期。19世纪中叶，西方科学开始大规模地传入中国。由于我国乃非近现代科学策源之地，加之西方文化与我国传统文化存在着较大的差异，这样，在向西方学习近现代科学的过程中难免带有强烈的功利主义色彩，重视科学研究的结果和应用，忽视获得科学知识的方法及科学研究中的价值因素。近一个世纪以来，我国中小学科学教育一直存在的一些积重难返的问题，如，重知识的灌输、轻知识的自我建构和探究，重视科学事实和结果传授、忽视方法过程和态度价值观教育，重知识的重复、轻知识的创新等不能不说与此有极大的关系。在科学教育中，我们倡导以科学探究为主的教育教学方式，重要目的之一就是要反映科学的探究的本质，还科学以本来的面目。

4．科学的本质是科学教育的重要目标

科学教育的目的不仅是让学生获得科学知识，更主要的是使他们形成关于自然的基本观点，获得探索自然规律的方法，同时培养学生的创新能力和科学精神。鉴于科学的本质在形成正确的自然观、科学观、提高学生进行科学探究活动的自觉性以及培养创新能力和科学精神中起着不可或缺的作用，在当前的科学教育改革中，它已成为科学教育的重要目标之一。

美国《国家科学教育标准》目的就是要在美国建立一个有很高科学素养的社会。它认为：良好的科学素养很重要的一方面是对科学本质的理解，知道科学是格物致知的一种途径，其基本特点是以实证为判别尺度、以逻辑作为论辩的武器、以怀疑作审视的出发点；认识什么样的东西是科学、什么样的东西不是科学，科学能够作什么、科学不能作什么以及科学如何在文化中起作用等一系列的问题[10]。所以，认清科学的本质已成为美国对学生进行科学教育的一个重要组成部分。我国2001年新颁布的义务教育科学课程标准以及分科的物理、化学、生物课程标准与过去颁布的教学大纲相比，一个突出的特点就是都明确提出或渗透了关于科学本质的教育。如，科学（7～9）课程标准明确提出：科学课程是建立在对科学本质认识的基础上，它应引导学生初步认识科学的本质[11]。这些事实表明：在中小学科学教育中，使学生认识科学的本质，并把它作为科学教育的重要目标已成为国内外科学教育改革的大趋势。

总之，科学的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，理解科学的本质，对于确立科学教育的指导思想、目的、内容以及教育教学方式等具有重要的价值。

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