论科学的本质与高等理科课堂教学改革

赵月梅

（晋中师范高等专科学校自然科学系，山西榆次030600）

大学生就业难已成为一个突出的社会问题，众多学者专家和政府官员认为，高等教育的反思与改革是解决这一问题的重要途径之一。笔者认为课堂教学是学校教育的主渠道，除课程设置与专业结构调整外，更新课堂教学理念、改革课堂教学方式、提高课堂教学质量，培养创业型、创新型、综合型高素质人才是解决大学生就业难的重要举措，是当前高等教育急待研究的重要课题。本文从科学的本质出发，对改革高等理科课堂教学作一些思考与讨论。

一、科学的本质

（一）传统的科学观

自古以来人们认为科学是一种知识体系，这种常识性的科学观有着其合理性，认识到科学研究的成果是一种系统化的知识即科学理论，但它没有刻画出科学的本质，因而也就不能将科学与非科学、前科学、伪科学等加以划分。20世纪上半叶石里克、卡尔纳普等提出了逻辑实证主义的科学观，把 “可证实性”（即具有被证实的可能性）作为科学的本质特征，认为科学是一种可实证的知识系统，科学认识的过程就是实证的过程。20世纪40年代后英国科学哲学家波普尔提出了逻辑证伪主义的科学观，他把 “可证伪性”（即具有被证伪的可能性）作为科学的本质特征，认为科学是一种可证伪的知识系统，科学认识的过程就是证伪的过程，是在寻找错误的过程中，不断逼近真理的过程。当允许证伪时一个科学假设的生命力在于它没有被证伪。他认为应当把理论系统的可反驳性或可证伪性作为分界标准，一个理论系统只有做出可能与观察相冲突的论断，才可以看作是科学的，通过设法造成这样的冲突，通过设法驳倒它，一个系统才真正受到检验。［1］波普尔把科学知识的可证伪性作为科学的本质特征的主要原因：一是从科学知识的本质特征上来看，科学知识往往具有 “可错性”，亚里士多德的物理学、托勒密的地心学说等都曾被认为是真理，但随着科学的深入和发展发现其中是有错误的。二是从逻辑上来看，对全称命题而言，证实是无尽的，人类的经验获得对于无尽是无能为力的，而证伪只需一项，即全称命题决不能从单称命题中推导出来，但能够被单称命题反驳，从单称命题之真论证全称命题之假是可能的。因此检验假说时并不要求它能在肯定的意义上被一劳永逸地挑选出来，而是能在否定的意义上借助经验检验的方法被挑选出来；［2］三是从可检验性程度上来看，一种理论愈是精确，它就愈易于遭到反驳，愈具有更高的可检验度，则也就愈具有更多的 “科学性”。

实际上逻辑实证主义的 “可证实性”与逻辑证伪主义的 “可证伪性”都是可检验性，他们从不同侧面揭示了科学知识的可检验性的特征，科学命题就是能够被经验事实检验其真伪的命题。上述三种观点把科学定义为系统化的可检验的知识，从既成的形态概括了科学的本质特征，有着它的深刻之处，长期为人们所接受，成为19世纪以来传统的科学观念。但是这种传统的科学观基本上只是把科学等同于科学研究的结果即静态的科学理论，忽视了科学研究的过程即建构科学理论的动态的探究过程，且基本上是只看到科学研究内部的认知要素，忽视了科学研究内部和外部的社会文化因素。因此，传统的科学观虽然正确地指出了科学研究的结果即科学理论是一个可检验 （可证实或可证伪）的知识系统，但是仅仅局限于这个命题就会让人们形成一种误解，认为科学只与科学理论和获取经验事实对科学理论进行证实或证伪的观察实验技能两个因素有关。

（二）新的科学观

20世纪60年代之后人们不再满足于传统的狭义科学观，开始从各个角度认识并定义着科学，对科学进行着各种解释。在这场什么是科学的讨论中，著名的加拿大科学哲学家萨伽德和邦格提出的一种广义的科学观，更全面更合理地界定了科学，成为科学观变迁的一次质的飞跃。他们认为科学是一种特殊的社会文化探究活动，且把科学这种社会文化探究活动的 “特殊性”作为科学的本质特征，邦格在解释这种特殊性时引入了 “认知域”的概念。邦格认为从文化的视角来看，人类的认识活动均包含十大元素，这些元素相互作用而构成一个认知域。可以表示为：E＝（C，S，G，D，F，B，P，K，A，M）。其中，E为认知域，C为认知主体，S为承认C的地位的社会，G是C所持的总体看法、世界观或哲学，D是E的论域，F是形式背景，即E所使用的逻辑或数学工具，B是特殊背景或从其他知识领域得到的有关D的一组前提，P是问题组合或E可能处理的一组问题，K是E所积累的特殊的知识储备，A是C对E所抱的目的或目标，M是方法体系。虽然各个认知域都由这十个元素组成，但元素的不同则表明认知域的不同。科学作为一种特殊的社会文化探究活动，其特殊性即本质特征表现在以下12个方面：（1）E的十个组成部分都随着各自同一领域或有关领域的研究成果而发生变化。（2）E中进行研究工作的社团C是由这样一些人组成，他们不仅受过专门训练，彼此交往密切，而且开创或者维护一种研究传统。（3）承认C的地位的社会S鼓励或至少容忍C的成员进行活动。（4）论域D完全是由过去、现在或未来的真正实体所组成。（5）总体看法或哲学包括以下各项：（a）一种认为世界是由按照规律发生变化的事物组成的本体论；（b）一种实在论立场的 （而不是唯心主义或约定主义的）认识论；（c）一种推崇清晰、精确、深度、融贯和真理的价值观体系；（d）主张自由探索真理的精神。（6）形式背景F是由最新的逻辑或数学理论组成的集合。 （7）特殊背景B是由从与E有关的其他研究领域中得到的最新的和有理由认为是可以得到确证的数据、假说和理论组成的集合。（8）问题组合P完全由有关D的组成部分的性质 （特别是规律）的认识问题及有关E的其他组成部分的认识问题所组成。（9）知识储备K是一个由最新的其可检验的理论、假说和数据组成的集合，它们与B和以前在E中取得的理论、假说和数据相一致。（10）目的A包括发现或使用D的规律，把有关D的假说加以系统化即使之成为理论以及改进M中的方法。（11）方法体系M包括可考察的和可以找到理由的程序。（12）E是一个更大的知识领域的组成部分，即至少有另一个 （相邻的）研究领域使得这两个领域的总体看法、形式背景、特殊背景、知识储备、目的和方法体系有着真正重合的部分；使得一个领域的论域包括在另一个领域的论域之中，或者说一个领域的论域中的每个分子即组成部分都是属于另一个论域的体系的组成部分。［3］一种社会文化认知活动如果具备上述12个特征就是科学活动。按照这个定义，科学包括物理学、化学、天文学、地学和生物学这五门学科。

以上这种广义的科学观多角度多方位地审视科学，较传统的狭义科学观具有更大的合理性，既看到静态的科学研究成果即科学理论，也看到动态的科学研究活动过程本身即科学理论的建构过程；既看到科学研究内部的认知要素，也看到科学研究内部和外部的社会文化要素。

二、改革高等理科课堂教学的两点思考

（一）更新课堂教学理念，真正确立素质教育的高等理科课堂教学目标观

传统的科学观曾经深深地影响着近现代科学教育观，科学教育理论都把科学教育仅仅等同于科学知识的教育，反映到科学教育实践上就是仅仅强调和注重科学知识与观察、实验技能 （即“双基”）教育，使受教育者接受已经确证的系统知识和相应的技能便成为科学教育的全部目的和最高目标。虽然新的科学观自从提出之后就开始影响着现代科学教育观，人们已经显著地认识到科学教育不应是仅仅强调和注重科学知识与观察、实验技能的传授和学习，而是要全面提高全体学生的科学素养。但是作为科学教育的高段教育高等理科教育目前仍然存在着误区，认为课堂教学的目标仍然是传授知识与技能，而学生科学方法的训练、科学能力的培养、科学观和科学精神的形成则是归于课堂之外的生产实习、课题研究、社会实践等活动之中，这种理念反映到课堂教学实践中就是先由教授传授科学理论，后由青年教师带领学生做实验，以对相应的理论加以验证。这种观念需要我们认真反思。

笔者认为理科教育的目标是全面提高学生的科学素养，且高等理科课堂教学是学生科学素养全面提高的重要阵地。第一，课堂之外的生产实习、课题研究、社会实践固然很重要，在学生科学素养的形成中有着不可替代的作用，但是课堂教学在当今仍然是小学、中学、大学本科等各个学段学校教育的主渠道，因此，理科课堂教学不仅是大学本科学生获取科学知识与技能的主渠道，也是他们掌握科学方法、提高各种科学能力、形成科学观和科学品质、全面提高科学素养的主阵地。第二，上述新的科学观认为，科学活动不只包括经验事实和科学理论 （B、K）两个要素，同时还包括文化观念因素 （G、F、A、M）和社会因素 （C、S）等，上述科学的12个特征表明，科学的本质是多元的，其过程是科学活动，科学活动的本质特征是探究，其成果是科学理论知识，科学知识最基本的本质特征是可以检验性和不断发展性，其认知主体是科学家，其活动规范是科学精神，其哲学信条是科学本体论和科学认识论，其社会功能是促进社会的物质文明与精神文明建设。这就告诉我们，科学家不只是站在一个理论背景上而是站在一个包含理论但又比理论大得多的文化、社会背景上去研究自然获得人类未知知识建构科学理论的。同样在高等理科课堂教学中，学生对科学知识的学习也不应是一个被动的接受过程，不应是只在理论背景上而是在一个包含理论但又比理论大得多的文化、社会背景上建构人类已知自己未知知识的，学生的科学素养就是在这种以一定的科学观为指导、运用一定的科学方法解决一定的科学问题从而建构新知识的学习过程中得以形成和提高的。因此，要提高高等理科教育质量必须更新课堂教学理念，真正确立从科学知识、科学方法、科学能力、科学观和科学精神等方面全面提高学生科学素养的高等理科课堂教学目标观。

（二）转变课堂教学方式，培养创业型、创新型、综合型高素质人才

要达成上述全面提高学生科学素养的高等理科课堂教学目标，就必须转变课堂教学方式。先进的教育观念是通过先进的教育方式体现出来，同时教育观念转变本身也是在教育方式转变中进行，观念不转变方式转变就没有了方向和基础；方式不转变观念转变就失去了归宿和落脚点。因此，高等理科课堂教学改革既要重视观念改革的先导作用，也要重视方式改革的载体作用。就教与学的关系而言，教师的教育观念、教学方式、教学行为的转变最终都要落实到学生学习方式的转变上，学生学习方式的转变对于学生科学素养的全面提高具有极其重要的实质性意义，因此转变大学生的学习方式是改革高等理科课堂教学的重要内涵。转变大学生的学习方式就是要改变目前理论课上接受知识、实验课上验证知识的这种单一、他主、被动的学习方式，倡导学生主动参与、乐于探究、勤于思考的多样化的课堂学习方式，使学习过程更多地成为学生发现问题、提出问题、分析问题、解决问题、发展问题的过程，从而使学生的主体性、能动性和创造性不断得到发展，使学生成为创业型、创新型、综合型高素质人才。

1．大力实施探究教学，加大学生探究学习的比重，在知识建构中实现学生科学素养的全面提高。由上述科学的本质可见，科学的目标是求真，科学的任务是认识自然界，对自然界的客观规律作理论表述。自然界的事物都有其现象和本质，现象是指事物的外部形态和联系，可被人们直接感知；本质是指事物的内部结构和联系，虽不能直接感知但它是决定事物现象的内在因素，能够通过现象表现出来。人类在科学活动中不仅认识事物的现象，而且透过现象认识事物的本质，获得了反映自然界事物现象与本质属性的系统的科学知识即科学理论，而这个过程就是科学探究。探究教学就是在教学活动中教师引导学生通过类似科学家透过现象认识事物本质的科学探究过程开展学习的教学方式，包括提出科学问题、建立科学假说、获取科学事实、检验与评价、表达与交流五个环节，［5］即针对教学内容提出相应的科学问题；依据已有的知识与经验对问题的答案进行猜想，建立科学假说；运用一定的过程和方法获取一定的科学事实对假说的正确性进行检验，确认假说获得新知，且对研究方法进行评价；对学习成果与大家交流，得到大家的认可且与大家共享。可见，探究学习是以发现和提出科学问题为起点，以运用一定的方法和途径解决问题为归宿，在这个过程中学生把对科学方法的训练、科学能力的培养、科学观的形成与科学精神的养成贯穿在科学知识的建构、知识体系的扩展和知识原理的应用之中，从而使自己的科学素养得以全面提高。在教学实践中应把握以下实施要点：①增强探究教学意识，加大探究学习比重。上述可见探究学习对于学生科学认知方式的形成和科学素养的全面提高具有其他学习方式不可替代的重要作用，而教材基本是以知识结论的形式呈现给学生的，这就要求教师增强探究教学意识，善于依据教材内容的特点、学生已有的认知经验与能力以及教学条件等，为学生的学习设计探究过程，加大学生探究学习的比重。这里就要充分体现教师不是教教材而是使用教材教学，师生不仅仅是教材的使用者和课程的实施者，更是教材的建设者和课程的开发者。②优化探究教学过程，提高探究教学质量。在探究过程中科学猜想与检验是两个最富有智慧和创造性的环节，蕴涵着极大的教育功能和价值，教师要精心设计。猜想的环节主要是一个思维过程，既要加强逻辑思维的运用，更要注重创造性思维的培养，特别是爱因斯坦推崇的理性的自由创造；在归纳推理中既要有亚里士多德的枚举归纳法，更要注重培根的排除归纳法的运用；［6］既要有定向思维的运用，更要有发散性思维的培养，在科学猜想环节上力求穷尽所有的解往往是获得研究成功的关键，例如哥白尼在研究天体运动时认识到了“视运动”与 “实在运动”的区别，指出每一个视在的位置变化都有观察对象运动、观察者运动或这两者位置发生不同的变化三种可能性，正是这个多向选择的猜想与检验，推翻了统治已久的“地心说”，导致了 “太阳中心说”的创立而成为科学史上的一大创举。检验的环节主要是一个观察、实验获取科学事实且分析实验结果与假说是否相符的过程，但这里首先要思考设计如何获取、获取怎样的科学事实可以对其假说的正确与否作出明确有效的检验，即设计观察实验方案，在此教师要善于引导学生把实验课上的验证性实验转化为探究性实验整合到理论课的探究学习中，且注重实验设计中变量的有效控制；善于引导学生理解和运用上述科学的本质特征中波普尔提出的科学知识的可证伪性是比可证实性更为合理的可检验性，运用批判性思维检验假说即在反驳中挑选真理；要注重引入科学史上科学家们经典的科学设计方案，从而加强对学生的科学发展思想、科学实验设计方法、科学认知方式等教育。

2．深入开展STS教育，加强学生的应用性学习，在知识运用中突显学生创新与创业能力的培养与提高。由上述科学的本质可见，科学活动有赖于认知、社会、文化等背景，但科学与社会是相互作用和联系的，科学的多元本质之一就是促进社会的物质文明和精神文明建设。如果说上述探究学习是学科学的先进方式，那么这里的STS教育则更多的是关注用科学教育，是加强科学、技术与社会相互关系中科学对技术和社会发展的促进作用教育。在高等理科课堂教学中，教师要注重引导学生把学到的科学理论运用于社会生产实践和生活实际中，特别要与当今的社会热点问题相联系，引导学生把课堂上的理论知识与相应的社会、文化、政治、经济、军事等问题如能源的开发与利用、空间技术的发展与前景、现代战争的特点与武器、国防与信息安全、通讯与网络、环境与经济发展、装饰材料与食品安全、生产安全与生产效益、生态农业与设施农业、土地性质与规划等相联系，对其现状、存在问题与改进措施开展讨论，这样不仅能够显著提高学生运用知识的能力，还可以为学生将来的就业和创业提供思路和选择。

总之，高等理科课堂教学要由过去仅仅强调和注重科学知识与观察、实验技能的传授和学习，转变为要全面提高全体学生的科学女，汉族素养；由过去仅仅强调和注重科学知识教育，发展为还要加强科学发展思想、科学研究方法和科学史实教育；由过去仅仅强调和注重观察与实验技能的培养，发展为还要加强科学思维能力、科学实践能力、科学学习能力、科学探究能力、科学创造能力以及把相关的科学知识运用于日常生活和生产的能力、正确处理日常事务的能力等综合能力的全面培养；由过去仅仅强调解决科学内部的认知问题，发展为还要整体认识自然和科学，正确认识和处理科学、技术与社会的相互关系，关注和解决科学、技术与社会的热点问题；由过去单纯的学科教育发展为有关科学的教育，从而提高课堂教学质量，培养创业型、创新型、综合型高素质人才。

［1］〔英〕卡尔·波普尔．猜想与反驳 ［M］．上海：上海译文出版社，1986：365．

［2］〔英〕卡尔·波普尔．科学发现的逻辑 ［M］．北京：科学出版社，1986：15．

［3］〔加拿大〕邦格论．什么是假科学［J］．哲学研究．1987（4）：46-48．

［4］赵月梅．科学课程与教学论 ［M］．太原：山西教育出版社，2008：40．

［5］〔美〕（德裔）爱因斯坦．爱因斯坦文集 （第一卷）［C］．北京：商务印书馆，1976：．541-543．

［6］〔英〕培根．新工具［M］．北京：京华出版社，2000：104-135．