实验室在科学创造力培养中的地位

王 伟

（河南大学 生命科学学院，河南 开封 475004）

一

科学教育的一项十分重要的任务就是要为科学事业的发展源源不断地培养出具有科学创造力的合格人才。从科学训练的内容上讲，科学教育可分为科学知识体系的理论教育和实验室训练两个基本部分。无论是理论教育还是实验室训练，它们都在未来青年科学家的科学创造力的培养方面承担着不可替代的作用。尤其是在实验科学中，实验室中的训练或许是更为重要的一项内容。我们知道，科学的理论教育主要通过课堂教学，使学生能够系统地掌握前人已发展出的科学成果，建构起满足专业需要的尽可能完备的知识体系。而实验教学主要是使学生能够娴熟地掌握和运用实验方法、技巧和实验仪器，最终能够独立地进行实验方案的设计和开展实验工作。从实验科学的学科特点看，科学家的工作主要是在实验室中进行的，因为，他们在研究过程中产生的在科学上可能具有意义的一切设想，最终都要在实验室中付诸实施，进行严格的验证。所以，离开了实验室，他们的科学研究及其可能的认识发展都将寸步难行。实验室就是他们主要的工作场所。从这个意义上讲，实验室教学在对未来的科学家训练过程中，担负着极其重要的职责。这是科学的理论教育所不具有的一个功能。

由此，实验室在科学创造力的培养方面同样担负着极其重要的责任。本文主要讨论在科学教育的过程中，如何才能更好地发挥实验室在培养学生的科学创造力方面的独特作用。

二

要理解并充分发挥实验室在培养学生的科学创造力方面不可替代的作用，我们首先要明确一个基本问题：什么是科学的创造力？只有准确地理解了科学的创造力，才能够知道如何通过实验室这个重要的环节实现科学教育这一重要任务。而对科学创造力的准确理解则又涉及到或取决于我们对科学认识活动的基本理解。因为，对科学活动的理解不同，我们因此得到的对科学创造力的理解也就不同。科学的创造力总是同对科学的某种理解联系在一起的。在一般的观念中，人们通常是把科学看成是人类认识和改造客观世界的一种活动。这种看法并没有错误，但是，这种观念在这里则显得过于笼统和模糊，因为，一方面，我们不能通过这样的观念比较方便和精确地将其转化为实验室的行为，对于科学创造力的培养，我们需要的是一种技术上的或操作意义上的理解；另一方面，在这个一般性的对科学的理解中，实际上涉及到了两个性质完全不同的理解背景。一个是认识意义上的，另一个是社会学意义上的。显然，在这两种完全不同的理解背景下，科学的任务和目的是完全不同的。本文所说的科学创造力仅与认识意义上的科学相联系。

从认识的角度讲，我们可以把科学研究活动看成是一个持续的“问题—解决”的探索过程，也即一个发现问题和解决问题的过程。爱因斯坦（A.Einstein）和英菲尔德（L.Infeld）在他们合著的《物理学的进化》一书中，“提出一个问题往往要比解决这个问题更为重要，因为解决一个问题或许仅仅是一个数学上的或实验上的技巧。提出新的问题，新的可能性，从新的角度去看待旧的问题，需要创造性的想象力，而且它们标志着科学上的真正的进步。”[1]95从这段话中，我们可以看到，在爱因斯坦和英菲尔德那里，他们本质上把科学理解为一个“问题—解决”的过程，只是特别强调了发现问题要比解决问题更加重要。此外，在对科学的哲学研究中，哲学家们把科学研究活动看成是一个“问题—解决”的过程，也已成为一种共识。例如，波普尔（K.Popper）[2]、库恩（T.S.Kuhn）[3]和劳丹（L.Laudan）[4]等著名的科学哲学家无一不把科学看成是一个“问题—解决”的过程。

既然科学家和哲学家们把科学研究看成是一个“问题—解决”的过程，那么，我们就可以从这个意义上来理解科学的创造力。根据科学的“问题—解决”观点，所谓科学的创造力，指的是一个科学研究者在认识的过程中具有的发现问题和解决问题的能力。这种能力体现在整个认识过程中。概括地说，科学的创造力应当表现在两个基本的方面：一是研究者发现问题的能力；二是研究者解决问题的能力。虽然，爱因斯坦和英菲尔德两人在发现一个问题与解决这个问题的重要性之间做出了明确的科学价值上的区分，但是，这种区分并不妨碍我们对科学创造力的完整理解。因为，尽管在发现问题和解决问题之间的确存在着科学价值上的差异，但是，这两者事实上都是作为一个完整的科学研究过程中的不可或缺的组成部分而存在着。可以说，没有问题的提出，就不可能有一项真正的科学研究活动的发生；同样，没有问题的解决，一项科学研究活动也不可能最终真正完成，并发展出新的知识。根据这样的理解，我们在科学创造力的培养方面，也就相应包括了上述两个方面的内容，即发现问题能力的培养和解决问题能力的培养。

三

在实验室这个特定的场所，我们如何通过一系列的实验教学活动来实现对学生的科学创造力的培养呢？笔者认为在目前的科学教育过程中，实验室的教学活动基本处在这样一种状态之中：长期以来，实验室所开展的教学活动的主要目的，就在于验证课堂上学到的各种理论知识的正确性，以及完成一个科学上的新手能够在实验室中独立进行科学实验的训练。这种情况在常规的实验室教学活动中似乎已成为一种常态。的确，通过实验室这一教学环节，我们可以达到如下基本目的：（1）验证课堂教学内容的真实性或正确性；（2）了解和熟悉各种实验仪器和设备的用途、性能和正确的使用方法；（3）严格地按照既定的实验设计方案和程序，能够顺利、准确地完成整个实验过程等。毫无疑问，这些方面的训练对于一个科学上的初学者而言是非常重要的，没有这些基本的训练，一个研究人员就无法独立和顺利地开展他的研究工作。

然而，这种训练在通常情况下与科学创造力的培养并没有什么必然的联系，接受训练的人在这个过程中只是完成了教学大纲所规定的一项教学任务。我们并不否认在这种常规的实验室的教学训练过程中，训练的内容都是由那些精心设计的经典的实验所构成的，而且，这些实验及其结果已在实验室的教学中经历了无数次的重复或再现，因此，期望在这个过程中可能会出现与原创的实验结果相背离的现象或例外的情况，在概率上是一个不可能事件。虽然这种性质的实验活动本身没有“新”的情况出现，但这不能成为我们的一个托辞，而且，这个过程本身也并不妨碍我们对学生的科学创造力的培养。换句话说，我们正是在这个既定的或事先设计好的过程中实现对学生的科学创造力的培养。既定的实验设计与科学创造力的培养之间不是一种对立的关系。

事实上，通过这些精心设计的经典的实验，为我们在实验室这样一个特定的情景中有目的地训练学生的科学创造力提供了重要的平台。实验指导教师应当意识到，这些实验本身虽然都是精心选择出来的实验设计方案，进入实验室教学环节已表明了它们的经典性，但是它们在科学训练上的“新”也同样是存在的。不过，这个“新”需要我们从那些经典性的实验设计中发掘出来。如前所述，如果我们把科学活动理解成一个“问题—解决”的过程，那么，在实验室中进行的每一个实验设计方案，实际上就是重复或再现出来的一个个的从问题的提出再到问题解决的过程。这是一个科学发现的重复或再现的过程。对此，我们需要向学生阐明的问题是，如何来理解这些被重复或再现出来的科学发现的过程本身。这就是说，作为一个完整的科学发现的过程，它们是通过什么样的方式产生出来的？尤其是，问题是如何被提出来的？问题的提出又受到什么样的因素影响？这些问题需要向学生提出来，从科学创造力的培养角度讲，使学生真正明确和理解这些问题的意义或重要性，甚至比他们能够顺利地完成一个实验过程更加重要。向学生阐明这些问题的重要意义就在于通过这些问题的思考可以使学生逐渐明白，所有这些展现在实验室中的实验过程，其实都是根源于人类永不停歇的探索自然的好奇心。我们就是要通过这样的实验室活动，激发起学生探索自然的兴趣和好奇心。这样，实验室中进行的每一个实验过程，就不再是僵化的、无生命的，而是充满了乐趣的探索活动。

科学是一个发现问题和解决问题的探索过程，而这个探索过程的逻辑起点则是问题的发现或提出。科学研究始于问题。因此从技术的或操作的意义上讲，在对学生的科学创造力的培养上，我们的重点应当把发现或提出一个有意义的问题的能力置于最重要的位置上，这对于科学研究而言是首要的事情。因为只有发现了问题，才有问题的解决。而发现问题的能力最终源于人的好奇心，源于对自然的持续的追问。没有这种追问就不可能有问题的产生。目前有许多关于科学创造力培养方面的论述，从各个方面强调各种各样的创造性思维，例如逻辑思维、形象思维、正向或逆向思维等，其实，人们所说的这些创造性思维，本质上并不都是根本意义上的。从根本上讲，发现问题的能力是一个与人的天性联系在一起的问题，或者说，首先是一个天性的问题，也即一个普遍的生物学意义上的问题。这里所说的天性，指的就是人与生俱来就有的对外部世界的好奇心，是我们每个正常的人都具有的一种对外部信息的刺激做出应答反应的能力。它是生物在漫长的进化中，在各种各样的、持续不断的环境压力的作用下所获得的一种生存的适应能力。所以，在实验室中，我们能够做的事情就是，不是幻想着制造出什么新的天性，而是要通过设计好的实验活动，最大程度地开启学生的天性，使学生展现出他们与生俱来就有的好奇心和探索的欲望。

四

实验室是一个集中地展现科学发现的场所，同时，它也应当成为一个集中和高效地培养学生的科学创造力的场所。为了更好地发挥实验室在科学创造力培养中的作用，笔者给出如下几点建议：

第一，实验室中的一切活动都应当紧紧地围绕着保护、诱导和激发学生的好奇心而展开。对此，我们所能做的事情是，努力为学生营造出一个宽松的、自由的思想环境。这应当成为一个基本的指导原则。这种做法的重要性在于虽然我们不能对好奇心这种天性本身做什么，但是，我们却可以通过营造出的宽松和自由的思想环境，保护进而诱导、激发学生在实验过程中可能产生的好奇心。进一步讲，这种做法的重要性还在于，我们应当明确地认识到，我们无法创造好奇心，但是，学生的好奇心却可以由于我们提供给他们的环境不自由而受到压制或打击；而一旦好奇心受到压制或打击，科学的创造力或者探索自然的欲望，也就从根本上丧失了它的最重要的动力源泉。所以，一个好的实验指导教师应当是一个好奇心的保护者、引导者和激发者。

第二，保护、诱导和激发学生好奇心的具体技术路径是，指导者应当鼓励学生在实验过程中，对出现的超出实验预期结果的那些现象大胆提出疑问，尤其是对这些疑问不要轻易地否定。当然，就实验设计本身而言，不可能出现真正的意外，但是，为什么我们还要强调要保护和鼓励这种疑问呢？因为，从科学发展的角度看，有许多重要的科学发现就是源于这种意外而获得的。此外，从认识的角度看，在科学探索中只要产生了一个疑问，这就是一个好的开端。这样做的目的是，一方面保护和鼓励了学生在科学实验中的珍贵的好奇心天性，通过这种长期的训练，可以使之成为专业上的一种习惯，一种敏锐的科学洞察力；另一方面则可以通过这种所谓的“意外”，追溯问题产生的根源，从而由此检验和塑造学生在实验过程中应当具有的严谨的科学态度。

第三，实验指导者应当对学生在实验过程中产生的疑问的性质有一个基本的认识。从人与自然之间的关系讲，这两者之间之所以能够成为一种明确和特定的“认识者”和“认识对象”的关系，根源在于人对自然产生了某种好奇和疑问。只要有了这种好奇和疑问，某种认识活动就会随之发生。至于这种好奇和疑问是否真正构成了一个科学上的问题，或者说，这种好奇和疑问是否指向了一个真实的对象或事实，这并不是一个重要的事情。甚至可以说，在科学上我们并不需要以是否指向或描述了一个真实的事物或现象，作为判断这种好奇和疑问是否有价值的前提或标准。在认识活动中，好奇和疑问本身是最重要的，不需要去确认被疑问的对象究竟是否真实。换句话说，那些被疑问的对象是否真实，只有当由此引发的一个完整的探索活动完成之时，才能得到最终的结论。在科学认识上，好奇和疑问的性质永远是一个待澄清的问题。

第四，基于上述考虑，实验指导者应当具备比较丰富和系统的科学发展史方面的背景知识。一个好的实验指导者，一方面，应当有娴熟的实验技术或技巧，这可以保证每一个实验都能够顺利进行和完成；另一方面，还应当对本学科的发展史有比较深入的了解。从“问题—解决”的观点看，科学发展史以及每一个学科的发展史，并不是对历史上曾经发生过的事件，或重要的科学发现的一个简单的汇集和记录，实际上，它们所呈现出来的都是一部问题的演化史，或者说，是一部“问题—解决”史。从这些“问题—解决”的历史中，我们能够清晰地看到，科学上那些激荡人心的每一次认识上的进步，都根源于一代又一代的科学家们不懈地提出的新问题以及它们的解决。通过这些学科发展史，指导者可以使学生们深刻感受到一个波澜壮阔的生动的科学发展的画面，进而激励他们投身于科学探索的坚定信念。所以，在实验室的训练过程中，实验指导者如果能够结合那些设计好的实验，向学生恰到好处地介绍一些学科发展史中的尤其是那些重大的科学发现过程，则会起到很好的科学创造力的激励作用。

［1］Einstein A,Infeld L.The Evolution of Physics［M］.Cambridge:Cambridge University Press.1938.

［2］K·波普尔.科学发现的逻辑［M］.查汝强，邱仁宗，万椿，译.北京：中国美术学院出版社，2008.

［3］T·S·库恩.科学革命的结构［M］.李宝恒，纪树立，译.上海：上海科学技术出版社，1980.

［4］L·劳丹.进步及其问题［M］.刘新民，译.北京：华夏出版社，1990.