王順義高中科學參考資料華東師范大學出版社

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1、《高中科學》教學參考資料 專題1： 科學探究的過程和成果 華東師范大學 王順義 一、編寫意圖（教學目標）與思路 專題1主要介了兩大內(nèi)容：一是“科學探究的過程和方法”，二是“科學探究的成果即科學知識的本質(zhì)特征”。這一專題是根據(jù)《上海市高中科學課程標準》中關(guān)于“科學的本質(zhì)”的學習要求設(shè)定的，科學的本質(zhì)是標準中主題三“科學技術(shù)與社會”的一個重要內(nèi)容。該標準指出：通過對有關(guān)科學本質(zhì)內(nèi)容的學習，學生應(yīng) “認識科學是以自然為研究對象的探究活動，認識科學求真、求

2、實的本質(zhì)，認識科學活動既需要遵循一定的研究規(guī)范，又需要遵循一定的道德規(guī)范，認識科學應(yīng)具有一致性、可檢驗性和可重復性，認識科學活動需要懷疑的精神?！保ǖ?9頁） 本專題在內(nèi)容上主要是圍繞這一達成目標展開的?！?.1科學探究的過程”和“1.2科學探究的若干環(huán)節(jié)和方法”介紹目標中“認識科學是以自然為研究對象的探究活動，…認識科學活動既需要遵循一定的研究規(guī)范”的內(nèi)容；“1.3科學探究需要科學精神和技術(shù)支持”介紹目標中“認識科學活動…又需要遵循一定的道德規(guī)范，…認識科學活動需要…（科學）精神” 的內(nèi)容；“1.4科學探究的成果是特殊的知識體系”和“1.5科學理論發(fā)展的兩種形式”則介紹目標中“認識科學求真

3、、求實的本質(zhì)，…認識科學（知識）應(yīng)具有…可檢驗性…”等特征的內(nèi)容。 《上海市中小學自然科學學習領(lǐng)域課程指導綱要》指出： “高中階段的科學探究活動要在初中階段的基礎(chǔ)上，進一步提供學生參與完整的科學探究過程的機會，讓學生體驗和認識以重要規(guī)律和理論為探究對象、以假設(shè)一驗證為基礎(chǔ)的科學探究過程。發(fā)展學生的科學探究能力，尤其是系統(tǒng)設(shè)計探究方案的能力和運用數(shù)學方法分析證據(jù)的能力，以及評價科學探究活動的能力，并以此加深對科學探究過程各要素的認識。學生應(yīng)根據(jù)已有的背景知識和觀察證據(jù)，通過邏輯的推理和科學的想象提出問題、形成假設(shè)或作出某些預測，在問題與假設(shè)的基礎(chǔ)上，設(shè)計探究方案，選擇工具烈器。設(shè)備來

4、更廣泛地搜集證據(jù)，并通過分析數(shù)據(jù)來驗證假設(shè)或修改假設(shè)，最終形成探究結(jié)果?！保ā渡虾Ｊ谐踔锌茖W課程標準》，上海教育出版社，2004年，第36~37頁） 根據(jù)這種要求，本專題的教學目標是，通過本專題的學習，學生應(yīng)： l 了解科學探究有一個完整的過程，并知道它是多種多樣的，能識別常用的兩種探究過程， l 了解科學探究全過程、科學探究環(huán)節(jié)（要素）和科學探究的具體方法三者之間的內(nèi)在關(guān)系， l 加深對科學探究環(huán)節(jié)（要素），特別是對提出問題、制定計劃、和解釋問題等要素的了解， l 了解科學探究的實踐需要科學精神維系， l 了解科學探究需要工具、儀器、設(shè)備的技術(shù)支持， l 理解科學理論具

5、有可檢驗性、相對真理性和發(fā)展的進步性， l 了解科學理論的發(fā)展有兩種形式。 二、教材結(jié)構(gòu) 科學精神維系 全過程 六要素 具體方法 科學探究 技術(shù)支持 科學知識體系 探究成果

6、 可檢驗性 相對真理性 發(fā)展進步性 三、核心內(nèi)容（重點） 本專題在內(nèi)容上有如下四個重點。 1、科學探究有一個完整的過程，它是多種多樣的，常用（見）的有兩種。 《上海市中小學自然科學學習領(lǐng)域課程指導綱要》指出：“高中階段的科學探究活動要在初中階段的基礎(chǔ)上，進一步提供學生參與完整的科學探究過程的機會”。 因此首先，必須讓學生了解科學探究有一個完整的過程。 其次，還要讓學生知道科學探究過程即途徑是多種多樣的，不存在唯一正確的科學探究過程。 再次，要讓他們知道科學家常用的科學探究過程有兩種，即伽利略的“歸納—演繹”探究過程和愛因斯坦的“假說—

7、驗證”探究過程。 2、科學探究全過程、科學探究環(huán)節(jié)（要素）和科學探究的具體方法三者之間的內(nèi)在關(guān)系， 弄清它們?nèi)咧g的內(nèi)在關(guān)系，才能澄清學生在科學探究上的一些模糊看法，幫助他們正本清源，以便他們用清晰的思路來梳理以前學習過的研究型課程的內(nèi)容和體驗，發(fā)展學生的科學探究能力。 3、加深對對提出問題、制定計劃、和解釋問題等科學探究環(huán)節(jié)（要素）的了解， 加深對科學探究過程各要素的認識，是高中階段科學教育應(yīng)達成的一個目標?！渡虾Ｊ兄行W自然科學學習領(lǐng)域課程指導綱要》指出： “制定科學探究要求的基本思路為： l 以提出問題、作出假設(shè)、制定計劃、使用工具和搜集證據(jù)、處理數(shù)據(jù)和解釋

8、問題、表達與交流為科學探究標準的六個基本要素。 l 科學探究所需要的能力，包括觀察、實驗能力，思維能力，想象能力，運用科學方法的能力，判斷決策的能力，表達、交流、合作的能力等，具體體現(xiàn)在科學探究的六個基本要素中?！保ā渡虾Ｊ谐踔锌茖W課程標準》，上海教育出版社，2004年，第34頁） 鑒于學時有限和高中學段的特點，我們覺得在專題1中應(yīng)特別注意對提出問題、制定計劃、和解釋問題等科學探究環(huán)節(jié)（要素）的了解。其原因在于，“提出問題”的能力對學生來說特別重要，但至今做得不夠；“制定計劃”涉及學生參與完整的科學探究過程的實踐能力的培養(yǎng)；“解釋問題”則是學生學習活動的主要內(nèi)容，學生大量的解題活動

9、從本質(zhì)上來說仍是一種“科學解釋”活動，理應(yīng)加深對其的認識。 4、理解科學理論具有可檢驗性、相對真理性和發(fā)展的進步性， 《上海市中小學自然科學學習領(lǐng)域課程指導綱要》對高中學生學習科學的本質(zhì)指出了如下要求： “學生通過學習‘科學的歷史與本質(zhì)’，應(yīng)逐步認識科學的歷史、本質(zhì)和價值，認識科學…揭示規(guī)律懈釋現(xiàn)象懈決問題，…科學發(fā)展是不斷積累、不斷增長的過程，但在某個階段會發(fā)生‘科學革命’，使科學進人新的發(fā)展階段?！茖W知識體系必須具有…可檢驗性，…?！保ā渡虾Ｊ谐踔锌茖W課程標準》，上海教育出版社，2004年，第53頁） 科學理論的本質(zhì)特征有很多，其中“可檢驗性”、“

10、相對真理性”和“發(fā)展的進步性”最為重要，它是人們籍以劃清科學與非科學、科學與偽科學界線的一種標準。人們利用“可檢驗性”，可以將科學與宗教、哲學、偽科學區(qū)分開來；利用“相對真理性”，可以將科學與數(shù)學、邏輯區(qū)分開來；利用“發(fā)展的進步性”，可以將科學與文學藝術(shù)區(qū)分開來。 四、教學建議 1、學時安排（共7學時） 1.1科學探究的過程 2學時 1.2科學探究的若干環(huán)節(jié)和方法 1學時 1.3科學探究需要科學精神和技術(shù)支持 1學時 1.4科學探究的成

11、果是一種特殊的知識體系 2學時 1.5科學理論發(fā)展的兩種形式 1學時 2、教材分析和教學方法建議 （1）1.1科學探究的過程 ① 第2頁至第3頁的第二段，是1.1的引言，主要講如下二層意思： l 科學探究不是停留在對自然現(xiàn)象的堆積上，而是要透過現(xiàn)象認識事物的本質(zhì)，（此處以人類對“燃燒現(xiàn)象”本質(zhì)的認識過程為例，其較為詳細的史料可參見“教學資料”的第6、7點。） l 科學探究源于科學家對自然規(guī)律的探究。 為什么現(xiàn)在的科學教育要突出科學探究？這與科學教育基本理念的變化有關(guān)，而這種變化又與科學本質(zhì)觀的變化

12、有關(guān)。關(guān)于20世紀科學本質(zhì)觀的變遷，可參見“教學資料”的第1點。教師要站在20世紀60年代之后的“廣義的科學本質(zhì)觀”來看待這次課改的基本理念，尤為重要。 ② 第3頁的第三段至第6頁，是1.1的核心內(nèi)容，主要講如下三層意思： l 完整的科學探究有一個過程，該過程有起點，也有終點， l 不存在唯一正確的科學探究過程，它是多元的，常用的有兩種（伽利略式，愛因斯坦式）， l 不同的科學探究過程有不同的特征。 在教學中，對兩種科學探究過程模式的案例分析要清晰，對其特征的刻劃要明確， 有關(guān)這方面內(nèi)容的理論梳理，可參見“教學資料”的第2點。有關(guān)常用的兩種科學探究過程模式的案例的較

13、為詳細的史料，可參見“教學資料”的第8、9點。 （2）1.2 科學探究的若干環(huán)節(jié)和方法 ① 第7頁至第8頁的第三段，介紹了科學探究的若干環(huán)節(jié)（即六大要素），主要講如下二層意思： l 科學探究過程還可以進一步剖分為若干環(huán)節(jié)（即六大要素）， l 搞好每一科學探究的環(huán)節(jié)（如科學解釋）需遵循一定的方法論原則 ② 第8頁的第四段至第12頁第一段，介紹了科學探究的若干具體方法，主要講如下二層意思： l 科學探究環(huán)節(jié)還可以進一步剖分出若干具體的方法， l 搞好每一個具體的科學方法（如直覺思維、想象思維、觀察方法）也需遵循一定的方法論原則。 教師要講清科學探究過程、環(huán)節(jié)（即

14、要素）和具體方法三者之間的關(guān)系，以正本清源，有關(guān)資料可參見“教學資料”的第2點。 （3）1.3 科學探究需要科學精神和技術(shù)支持 ① 第12頁第二段至第15頁的第二段，介紹了科學探究需要科學精神維系，主要講如下三層意思： l 科學探究需要科學精神維系， l 列舉科學家的實例，具體地介紹了若干科學精神， l 科學精神是學生科學素養(yǎng)的重要組成部分。 ② 第15頁的第三段至第16頁的第三段，介紹了科學探究需要技術(shù)支持，主要講如下二層意思： l 科學探究需要技術(shù)（儀器、設(shè)備、工具）的支持， l 技術(shù)發(fā)展對科學學科發(fā)展有推動作用。 有關(guān)科學精神內(nèi)涵的界定，是一個難點，關(guān)于這個

15、問題我們在“教學資料”的第3點中給教師提供了理論梳理的背景資料。 （4）1.4 科學探究的成果是一種特殊的知識體系 ① 第16頁第四段至第18頁的第六段，介紹了科學知識的可檢驗性特征，主要講如下二層意思： l 人類具有的知識是多方面的，有科學的，數(shù)學和邏輯的，哲學的，文學藝術(shù)的和宗教的，等等。但是科學知識有其不同于其它知識的本質(zhì)特征， l 可檢驗性是科學知識不同于其它知識的一個重要本質(zhì)特征。 ② 第18頁最后一段至第20頁第一段，介紹了科學知識的相對真理性特征，主要講如下二層意思： l 科學知識的真理性只是在一定條件下（即一定范圍內(nèi)）成立，超出這種條件或范圍，它就失去真

16、理性，（例如牛頓力學中的速度相加定理） l 即使是被實踐檢驗為真的某些科學知識，也可能后來被實踐進一步檢驗出其中尚包含一定的錯誤，（例如1.5中所提到的哥白尼日心說中包含的二個錯誤）。 了解科學知識的本質(zhì)特征，可以幫助學生提高對科學與非科學區(qū)分能力，對迷信和偽科學的鑒別能力。教師如要全面地了解科學知識的本質(zhì)特征，可參見“教學資料”的第4點。 （5）1.5 科學理論發(fā)展的兩種形式 ① 第20頁第二段至第21頁的第二段，介紹了科學理論漸進式發(fā)展的形式，主要講如下二層意思： l 科學史上存在著大量的科學理論漸進式發(fā)展的案例，如從哥白尼到開普勒的天文學理論的發(fā)展，從伽利略

17、到牛頓的力學理論的發(fā)展，等等， l 科學理論漸進式發(fā)展，同時也表現(xiàn)為知識發(fā)刁飧的連續(xù)積累性，繼承性，和內(nèi)容上的量變和局部（而不是整體）質(zhì)變性。 ② 第21頁第三段至第22頁的第一段，介紹了科學理論跳躍式發(fā)展的形式，主要講如下二層意思： l 科學史上也存在著少量的科學理論跳躍式發(fā)展的案例，如從托勒密至小哥白尼的天文學理論的發(fā)展，從亞里士多德到牛頓的力學理論的發(fā)展，等等， l 科學理論跳躍式發(fā)展，同時也表現(xiàn)為知識發(fā)展的間斷性，革命性，和內(nèi)容上的整體質(zhì)變性。 以上內(nèi)容實際上涉及科學理論發(fā)展的規(guī)律性問題，教師可參見“教學資料”的第4點中對其的理論梳理。 ③ 第22頁的第一、二段，介

18、紹了科學知識發(fā)展的進步性特征，該特性包含如下二層意思： l 科學理論客觀上在發(fā)展，并構(gòu)成一個系列， l 在前后相繼的科學理論發(fā)展的系列中，新的（即后面的）理論總是比舊的（即前面的）理論更好。 本專題在教學方法上的主要特點，是使用“案例教學法”。 一個觀念、原理的得出，主要是師生通過對科學史案例的閱讀、分析和提煉來完成。至于如何提高學生的閱讀效率，引導學生合理地分析案例和正地提煉出觀念或原理，教師可依學生的實際情況設(shè)計出具體的教學路徑和方法。 五、評價建議 1、評價原則：依據(jù)本專題的教學目標對學生學習進行評價。 2、評價的具體方式： （1

19、）關(guān)于學生對科學探究的一些核心的觀念、原理、概念是否掌握（了解或理解）的情況，可以采用“選擇填充題” 或“是非判斷題” 來進行測評。例如： ① 是非判斷題： 伽利略、牛頓的科學探究的過程模式，主張如要認識自然，必先觀察自然，甚至還要通過設(shè)計實驗來觀察自然現(xiàn)象，由此獲得必須的經(jīng)驗事實，這實質(zhì)上是非常強調(diào)科學探究應(yīng)有其經(jīng)驗基礎(chǔ)，從而保證科學探究的客觀性。 （ ） ② 選擇填充題： 16世紀天文學家哥白尼提出了有關(guān)太陽系的“日心說”， 在此基礎(chǔ)

20、上，天文學家開普勒又提出了“行星運動三定律”。天文學理論從哥白尼到開普勒的這種發(fā)展是一種漸近性的發(fā)展，因為后者對前者來說____________。 A 、包含內(nèi)容上的量的增多 B 、包含內(nèi)容上的質(zhì)的變化 C 、包含內(nèi)容上的局部質(zhì)的變化 D、包含內(nèi)容上的量的增多和局部質(zhì)的變化 （2）關(guān)于學生在科學探究能力發(fā)展上的情況，可以采用“提供背景材料，讓學生進行分析解答”來進行測評； 或采用“列出一個需探究問題，讓學生制定探究計劃”來進行測評。如： ① 閱讀下列“關(guān)于沃森、克里克提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)理論模型”的材料，并回答所提問題：

21、 “1951年11月，沃森聽了弗蘭克林關(guān)于DNA結(jié)構(gòu)的較詳細的報告。這個報告說明，濕度對DNA分子晶格衍射有影響，濕度低時DNA分子之間的距離近、密度大，還初步提出DNA呈螺旋型，其中磷酸根基團暴露在水中，等等。沃森和克里克在此基礎(chǔ)上很快就提出了一個關(guān)于DNA結(jié)構(gòu)的三股螺旋的設(shè)想，其中還錯誤地把親水性的磷酸基團放在螺旋的內(nèi)側(cè)。他們所以這樣考慮的原因是；四種堿基的形狀和大小很不相同，由堿基序列排成的多核昔酸長鏈肯定是很不規(guī)則的。但是，他們從衍射圖上看到，DNA卻是一個很規(guī)則的晶體，而這種規(guī)則性肯定來自規(guī)則的分子結(jié)構(gòu)。因此，他們沒有用堿基而用糖一磷酸作為螺旋的骨架。1951年底，他們請維爾

22、金斯和弗蘭克林等來討論這個模型時，弗蘭克林指出他們把DNA的含水量少算了一半。于是，第一次的模型被證偽。 1952年5月克里克請教劍橋大學數(shù)學家格里菲斯，后者說從理論上考慮，應(yīng)讀不是相同堿基的相互吸引，而似乎是不同堿基之間的相互吸引?？死锟肆⒖叹拖氲?，堿基的互補配對能很好地解釋DNA的自我復制：A與B配對，B與A配對。同年6月，查加夫參觀劍橋時，肯德魯將他介紹給沃森和克里克。據(jù)克里克回憶，那次見面時他們進征了以下對話： “我們正和他談?wù)撝鞍踪|(zhì)那家伙，‘從有關(guān)核酸的所有研究中能得出什么結(jié)論呢？它還沒有告訴我們?nèi)魏挝覀兿胍赖臇|西’，查哥夫略微帶點辯護的口氣答道：‘嗅，

23、當然，比例是l：1’。于是我說：‘這指的什么？’他說：‘這一切都已發(fā)表了！’誠然，我從未讀過這些文章，所以我一無所知。不過他告訴了我，并且效果是令人震驚的。這就是為什么我能記住的原因。我忽然想到：噢，天啊，如果你曉得互補配對，你就一定會得到1：l的比例了。不過，那時我確實忘記丁格里菲斯曾告訴我什么，也記不起那些堿基的名稱了；于是，我去找格里菲斯，問他是哪些堿基？并讓他把它們寫下來。可是，當時我又忘記了查哥夫?qū)ξ艺f過的內(nèi)容，所以又不得不回去查文獻。使我驚奇的是，查哥夫談到的配對和格里菲斯講過的配對竟是一回事?！保℅.E. 艾倫，《二十世紀的生命科學》，北京師范大學出版社，1985年，第291頁）

24、 在堿基配對原則的基礎(chǔ)上，沃森和克里克經(jīng)過緊張地連續(xù)工作，終于在1953年4月建立起第二個DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的分子模型。這個模型表明：兩股DNA長鏈以右手螺旋方向圍繞著一個中心軸盤旋，兩股螺旋鏈的走向相反，其外側(cè)為磷酸基團，內(nèi)側(cè)為四種堿基，由于腺嘌呤和胸嘧啶、鳥嘌呤和胞嘧啶之間產(chǎn)生相互吸引的氫鍵（即堿基配對原則），從而使兩條DNA長鏈之間存在互補的關(guān)系，等等。1953年4月25日，英國的《自然》雜志刊登了沃森和克里克的這個DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的分子模型。這一成就后來被譽為20世紀以來生物學方面最偉大的發(fā)現(xiàn)，也被認為是分子生物學誕生的標志。 沃森和克里克的分子模型公布后，美國化學家鮑林隨即提出存在

25、于烏嘌呤和胞嘧啶之間是三個氫鍵，不同于腺嘌呤和胸嘧啶之間的兩個氫鍵，糾正了沃森一克里克模型中這一具體錯誤。按此修改之后的就是沃森和克里克第三個關(guān)于DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的分子模型。 1953年5月沃森和克里克又在《自然》雜志上發(fā)表文章，提出DNA分子結(jié)構(gòu)在生物遺傳學上的含意。他們設(shè)想DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)就是遺傳基因，攜帶遺傳密碼。DNA復制時，堿基對間的氫鍵斷烈，兩條核苷酸鏈的旋繞松開，堿基顯露出來，象拉鏈一樣被拉開。核苷酸鏈上的堿基顯露后，它們按照互補配對的要求，吸引著帶有互補堿基的核苷酸，然后在鄰接的核苷酸間形成磷酸=酸鏈，這樣一條新的互補的核苷酸鏈就出現(xiàn)了。當這個過程完畢時，新形成的兩個DNA分

26、子相互一樣，也跟親代分子一樣，這就為說明DNA分子的自我復制和由親代到子代的遺傳傳遞找到了堅實的分子基礎(chǔ)。 1956年美國生化學家科恩伯格（A.Kopmberg，1918- 年）用DNA作模板實驗，1958年梅塞爾森（M．Meselson，1930-年）等用大腸桿菌研究 DNA復制的實驗，1959年美國生化學家泰勒（J.H．Taylor，1916-年）用氘標記堿基追蹤 DNA的復制，他們的實驗結(jié)果都證明沃森和克里克的設(shè)想是正確的。”（摘自：王順義、王心恒編，《簡明科學史》，上?？萍冀逃霭嫔?，2003年，第150-151） 請回答下列問題： A、從方法論上概述科學家們在探究DNA

27、雙螺旋結(jié)構(gòu)的全過程的路徑，它的特征是什么？它與專題1中所述的哪一種科學探究過程相似？ B、在探究DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的全過程中，有哪些要素貫串于其中？ ② 模仿牛頓或愛因斯坦的科學探究過程模式，制定解決下列問題的探究方案： A、春末夏初時節(jié)，下雨之前水泥地面常常會“出汗”，十分潮濕，這是為什么？ B、當家里一盞燈突然自熄滅時，你怎樣找出其原因？ 六、教學資料 為了便于教師在備課時進行再創(chuàng)造，下面提供兩類資料：一類是有關(guān)科學探究和科學知識本質(zhì)的理論上的梳理，另一類是有關(guān)課本中涉及到的科學史案例的較為詳細的資料。 1、20世紀科學本質(zhì)觀的變遷 《科學課程標準

28、》的研制專家們，在研制的初期就有一個明確的指導思想，就是要將科學課程標準建立在最新的科學本質(zhì)觀的基礎(chǔ)之上，這樣才能保證科學課程標準的合理性和本輪科學課程改革的正確性。 我們知道，合理的科學教育的基本理念，是建立在對科學本質(zhì)的準確理解的基礎(chǔ)上的。因此，在回答“什么是科學教育”之前，應(yīng)該先弄清“什么是科學”，這就涉及到“科學的基本理念”的問題?？茖W是什么？人們的回答也是眾說紛紜，莫衷一是的。歷史上，不同的科學觀曾經(jīng)對科學教育的基本理念產(chǎn)生過不同的影響。科學觀本身也有一個合理性問題，并在20世紀歷經(jīng)著一個變化的過程。 （1）常識性的科學本質(zhì)觀。 人們常常說，科學是一種知識系統(tǒng)，這是一種常識性的

29、科學觀。這種常識性的觀點是有一定的合理性的，因為作為科學研究的成果即科學理論，比如歐幾里得幾何學、哥白尼的日心說、牛頓的經(jīng)典物理學、愛因斯坦的相對論、道爾頓的原子論、達爾文的進化論、賴伊爾的地質(zhì)學原理等等，確實是一種知識，而且是一種系統(tǒng)的知識。但是，這種常識性的觀點是有很大的局限性的，它沒有把科學的其它一些本質(zhì)刻畫出來，因而也不能達到將科學和非科學、前科學、偽科學的界線劃分出來。按照這種常識性的觀點，宗教神職人員會說，宗教也是一門自然科學，因為宗教的主要功能是提出一套宗教倫理價值觀來規(guī)范人的行為，因此宗教教義在一定程度上可以被看作是告訴人們怎樣做人的知識，而且宗教也研究自然現(xiàn)象，也回答諸如“自

30、然界的起源”、“人類的起源”等問題，并且有系統(tǒng)的結(jié)論，只不過這些結(jié)論對于科學工作者來說并不認同而已，但宗教包含著一個一定的知識系統(tǒng)則是確定無疑的，因此宗教也應(yīng)該是一門自然科學。這就是說，按照常識性的觀點，我們并不能很好地將科學和宗教區(qū)別開來。確實，科學、哲學甚至宗教都是一種知識系統(tǒng)，但是科學這種知識系統(tǒng)與哲學、宗教等知識系統(tǒng)還是有區(qū)別的。 （2）狹義的科學本質(zhì)觀。 自近代以來，科學家往往強調(diào)通過實驗檢驗來斷定科學定理的真理性，也就是說，科學是最講究“實證”的。這一特點哲學、宗教等知識系統(tǒng)卻并不具備。于是，人們便把“可檢驗性”作為科學的本質(zhì)特征。他們認為，科學是一種可檢驗的知識體系。那么怎么

31、檢驗一個命題是科學的命題呢？那就是將這個命題所斷言的內(nèi)容與經(jīng)驗事實加以對照，如果它們是一致的，那么這個命題就被確證，它就是具有真的命題，否則它就是一個假的命題?？茖W命題就是能夠被經(jīng)驗事實檢驗其真?zhèn)蔚拿}。比如，1915年科學家愛因斯坦提出了廣義相對論的理論，其中有一條定理是“光線通過強的引力場會彎曲傳播”。一般人認為，在同一種煤質(zhì)中光線總是直線傳播的，但是愛因斯坦的這條定理告訴我們，即使在同一種媒質(zhì)中，光線如果通過強的引力場就不會是直線傳播，而是彎曲傳播。顯然愛因斯坦這條命題是可以用經(jīng)驗事實來加以檢驗的。若干年后，英國科學家愛丁頓就利用一次全日食的觀察組織了一次對愛因斯坦這條定理的檢驗，結(jié)果定

32、理與經(jīng)驗事實完全相符，于是愛因斯坦的理論也就被經(jīng)驗事實確證。 以上兩種科學觀雖然都有一定的合理性，但我們只能稱之為狹義的科學觀，因為它們基本上只是靜態(tài)地審視科學，把科學僅僅等同于科學研究的結(jié)果--科學理論，而忽視了科學研究的動態(tài)過程本身；它們基本上只是從科學內(nèi)部去審視科學，僅僅看到科學研究內(nèi)部的認知要素，而忽視了科學研究的內(nèi)部和外部的社會文化因素和條件；雖然它們正確地指出了科學研究的結(jié)果即科學理論是一個可確證或可證偽的知識系統(tǒng)，但是局限于這個命題的本身卻容易給人留一個誤區(qū)：以為科學只與兩個因素有關(guān)，一是科學理論即知識系統(tǒng)，二是觀察、實驗的技能，因為在它們看來確證或證偽一個科學理論，需要用到經(jīng)

33、驗事實，而經(jīng)驗事實是通過觀察、實驗獲取的，因此具備觀察、實驗的技能就尤為重要。 以上兩種科學觀曾經(jīng)深深地影響著近現(xiàn)代科學教育理論的基本理念。依據(jù)這些對科學本質(zhì)的理解，近現(xiàn)代科學教育理論都把科學教育僅僅等同于科學知識的教育，僅僅強調(diào)科學知識和實驗的技能（即雙基）的傳授與學習，這可以從我固1978年《全日制十年制學校中學物理教學大綱》中關(guān)于中學物理教學的目的基本理念的如下一段表述中明確地顯現(xiàn)出來： “中學物理教學的目的是：使學生比較系統(tǒng)地掌握進一步學習現(xiàn)代科學技術(shù)需要的物理基礎(chǔ)知識，了解這些知識的實際應(yīng)用；培養(yǎng)學生的實驗技能、思維能力和應(yīng)用數(shù)學解決物理問題的能力；培養(yǎng)學生的辯證唯物主義觀點?！?/p>

34、（1978年《全日制十年制學校中學物理教學大綱》，第1-2頁） 當然強調(diào)科學知識和實驗的技能（即雙基）的傳授與學習是必要的，但局限于此就忽視了其它科學素養(yǎng)的培養(yǎng)，這樣就致學校的科學教育并不能有效地全面提高每一個學生的科學素養(yǎng)，而把沒有達到的目標部分地留給學生畢業(yè)之后和社會去完成。 （3）廣義的科學本質(zhì)觀。 20世紀60年代之后，人們開始從一種廣義的角度來認識科學的本質(zhì)：從廣義的角度看，科學實際上是一種特殊的社會文化探究活動。這里有兩點需要強調(diào)，一是科學首先是一種探究活動，而作為知識系統(tǒng)的科學理論只是這種探究活動的結(jié)果；二是科學是一種特殊的社會文化現(xiàn)象，參與這種活動的要素不僅僅只有理論和經(jīng)

35、驗事實這兩個認知因素，而且還有社會、文化等方面的多種因素，如哲學觀念滲透和方法的使用，先進技術(shù)儀器、設(shè)備的實施基礎(chǔ)，社會價值取向的約束，社會經(jīng)濟的支持，教育的人才支撐，有利的文化氛圍的烘托，等等。匯總這種觀點的代表人物有加拿大著名科學哲學家、物理學家M. 邦格。 這種廣義的科學本質(zhì)觀自提出來之后就開始逐步影響世界各國的科學教育理念。例如在美國的《2061計劃》及其國家科學課程標準中，其科學教育理念明顯地是建立在這種廣義的科學本質(zhì)觀之上的。全國和上海的《科學課程標準》關(guān)于科學教育的基本理念，也是建立在這種最新的科學理念的基礎(chǔ)上的。這種新的科學觀自提出之后已經(jīng)開始影響著現(xiàn)代科學教育理論的基本理念

36、，從20世紀80年代之后科學教育理論的文獻和基本理念來看，巳經(jīng)呈現(xiàn)了這種觀點。其重要標志是，科學教育從原先僅僅強調(diào)科學知識的傳授和學習，發(fā)展為現(xiàn)在要全面提高每一個學生的科學素養(yǎng)；從原先僅僅強調(diào)觀察實驗技能的培養(yǎng)，發(fā)展為現(xiàn)在的注重科學探究能力全面培養(yǎng)和實踐；從原先僅僅強調(diào)解決科學內(nèi)部的認知問題，發(fā)展為現(xiàn)在還要關(guān)注涉及科學、技術(shù)與社會熱點問題的分析和決策能力的培養(yǎng)。 2、科學是一個探究活動的過程 科學教育的重要的一個基本理念是“突出科學探究”，當前新一輪課程改革便把科學教育的理念建立在科學本質(zhì)的一個重要理念的基礎(chǔ)上。下面我們先來介紹一下，為什么探究性是科學知識形成過程的本質(zhì)特征？ 探究性

37、是科學知識形成過程的本質(zhì)特征 雖然一些非科學的文化形態(tài)如神話、宗教、藝術(shù)和哲學都曾經(jīng)在一定程度上刻意描述和說明自然現(xiàn)象，試圖具有認識自然界的功能。例如，在《圣經(jīng)》中就有上帝創(chuàng)造人和各種生物的說法，試圖以此來解釋生物和人類的起源；在中國古代哲學中就有“陰陽說”，以此來說明自然界萬物運動變化的原因。但是歷史證明，在眾多的文化中只有科學才為人類提供了認識自然的精確的、有效的工具。雖然科學理論不是絕對真理，但是自從科學產(chǎn)生以來，人類對自然界的認識就愈來愈正確，愈來愈深入。那么為什么科學較之其它文化形態(tài)而言在認識自然上有這么大的神奇功效呢？這是因為科學在認知自然時所具有的一種“探究性”使然。探究性是科

38、學知識形成過程的本質(zhì)特征。認清這一點對確立合理的科學教育理念特別重要。 首先，對自然現(xiàn)象的認識不停留在事實的層次上。在人類追求“真、善、美”的文化活動中，科學的目標在于求真。認識自然界運動變化的規(guī)律即真理，是科學的根本任務(wù)。事物都有它的現(xiàn)象和本質(zhì)?，F(xiàn)象是指事物的外部形態(tài)、外部聯(lián)系；本質(zhì)是指事物內(nèi)部的矛盾運動、內(nèi)部聯(lián)系。本質(zhì)隱藏在現(xiàn)象背后，不能為人們直接感知。科學家認為對自然現(xiàn)象的認識不停留在事實的層次上，，常常要進一步透過現(xiàn)象，深入里層，抽取有關(guān)事物的本質(zhì)，并且舍棄一切非本質(zhì)屬性的結(jié)論，即提煉出反映事物本質(zhì)屬性和內(nèi)在的客觀的規(guī)律的各種“概念”和“定律”來。這個過程是通過探究來完成的。例如，人

39、們常?？吹侥静脑诳諝庵腥紵默F(xiàn)象：當人們用火點燃一根木材時，它先是冒煙，接著便被點燃起火，然后燃燒，有熊熊的火焰，直到最后燃盡剩下一點灰碴。如果將這個過程記錄下來，就是關(guān)于木材燃燒的經(jīng)驗事實。一般人對燃燒的認識通常是僅僅滿足于在現(xiàn)象層面上對其過程的了解，但是歷史上的化學家則不同，他們還要進一步探究這種燃燒現(xiàn)象背后隱芷的事物運動變化的規(guī)律。經(jīng)過長期的研究科學家認識到，木材燃燒現(xiàn)象實質(zhì)上是一種物質(zhì)的氧化現(xiàn)象，木材中含有碳元素，空氣中含有氧元素，這兩種元素在高溫下會化合成為二氧化碳并放出熱量，這就是木材在空氣中燃燒現(xiàn)象背后的規(guī)律，用化學反應(yīng)方程式可表示如下： C

40、+ O2 = CO2 ↑ + Q 其次，對自然現(xiàn)象的規(guī)律性認識也不能通過對經(jīng)典的注釋而得出。在人類的一些文化型態(tài)中，如宗教、政治意識形態(tài)等，引經(jīng)據(jù)典、詮釋經(jīng)典，然后邏輯演繹出要得的結(jié)論，這是它們的主要認知方法。在中世紀，經(jīng)院哲學曾提倡的研究方法是引經(jīng)據(jù)典、詮釋經(jīng)典，然后邏輯地演繹出關(guān)于自然現(xiàn)象的論述。這種研究方法忽視科學探究及其經(jīng)驗基礎(chǔ)，嚴重地阻礙了人們對自然界的有效認識。這種錯誤的方法在文藝復興運動中開始被糾正。首先人們開始批判中世紀這種極端理性主義的方法論。這種方法后來被F.培根批評為，“人們所醉心的一切‘象煞有介事’的沉思、揣想和詮釋等等實如盲人暗摸，離題甚遠，… 正如現(xiàn)有的科學不能

41、幫助我們找出新事物，現(xiàn)有的邏輯亦不能幫助我們找出新科學?！?現(xiàn)在所使用的邏輯，與其說是幫助著追求真理，毋寧說是幫助著把建筑在流行概念上面的許多錯誤固定下來并鞏固起來。所以它是害多于益?！保‵. 培根，《新工具》商務(wù)印書館，1986年版，第9-10頁。）在人怎樣才能獲得關(guān)于自然界真實現(xiàn)象和知識這個問題上，人們開始認識到不能單純地靠理性的推論，因為人的理性時常曲解事物。F.培根強調(diào)科學認識有一個區(qū)別于宗教認知的探究過程，雖然這是一個經(jīng)驗主義的過程。他指出，“鉆求和發(fā)現(xiàn)真理，…一條道路是從感官和特殊的東西引出一些原理，經(jīng)由逐步而無間斷的上升，直至最后才達到最普通的原理。這是正確的方法?！保‵. 培根

42、，《新工具》商務(wù)印書館，1986年版，第12-13頁。） 當然，其它有些文化系統(tǒng)，如哲學、藝術(shù)、歷史、社會學等，不能說其研究過程沒有探究性，但與科學比較起來，其探究的全過程與科學探究全過程，還是有所不同的，而且在客觀性、嚴格性和有效性等方面的要求也有所不同。下面我們來看看科學探究全過程是怎樣的。 科學探究的全過程 要弄清科學探究全過程，只需要看一看科學家是怎樣進行科學研究的，因為這是考察科學探究的源頭。以伽利略為例。我們知道，自由落體運動定律是由物理學家伽利略（Galieo）提出的。在提出這條定律之前他先提出了一條預備定理，這就是：“球在斜槽上滾動時所通過的各種空間距離的比率與其時

43、間間隔的平方的比率相同”。將這條定理稍加推廣伽利略就得出了自由落體運動定律。那么伽利略是如何提出這條預備定理的呢？對此他在《關(guān)于兩種新科學的對話》一書中對其探究過程作了如下說明： “拿一塊12肘長、半時寬、3指厚的木板?？克倪吘壙桃坏兰s略大于一指定的小槽，把這個槽做到盡可能的直和光滑，里面墊上盡可能光滑的羊皮紙。然后拿一個硬的、光滑的、極圓的銅球，放在槽內(nèi)去滾。將這塊木板放在傾斜位置，使一端比另一端高一肘或二肘，再將銅球沿槽滾去，同時照下述的方法注意它降落的時間。我們把這實驗多做幾次，使得時間可以量得準確，準到兩次觀察結(jié)果相差不到一次脈搏的十分之一的地步。完成了這種動作并確定了它的可

44、靠性之后，我們現(xiàn)在將銅球放在槽的1／4長度內(nèi)滾動，再量它的降落時間，我們會發(fā)現(xiàn)它恰等于上次時間的1／2。我們再用其他各種距離作同樣的實驗，以槽的全長距離與1／2長的、2／3長的或其他任何長度的距離相比，把實驗重復一百次以后，我們總是發(fā)現(xiàn)：球所通過的各種空間距離的比率與其時間間隔的平方的比率相同，這在任何斜度的平面即該槽的任何斜面中都是一樣準確的。我們也觀察到，球在各種不同斜度降落的時間，如我們即將看到的，其比率恰恰和作者所預言并論證的比率一樣?！保╓.F. 馬吉，《物理學原著選讀》，商務(wù)印書館，第13-14頁） 只要仔細地分析伽利略的科學事例，我們就可以發(fā)現(xiàn)，伽利略為了解決落體問題，第一步是

45、進行相關(guān)的實驗，通過實驗、觀察獲得大量有關(guān)自然現(xiàn)象的經(jīng)驗事實、數(shù)據(jù)。第二步是對這些經(jīng)驗事實、數(shù)據(jù)進行歸納推理，概括出具有一般性的科學原理即定律或理論。如伽利略用簡單枚舉歸納法對實驗結(jié)果數(shù)據(jù)組的數(shù)據(jù)進行處理，概括出在相繼的相同時間間隔內(nèi)，從斜面上滾下的小球所通過的距離與時間的平方成正比的規(guī)律，而且這一規(guī)律與斜面的傾斜度無關(guān)。第三步是檢驗所得結(jié)論的正確性，第四步是人們根據(jù)這些科學理論去說明自然現(xiàn)象，解決當初要解決的問題，或者預測新的現(xiàn)象，這一步可以用演繹的方法去完成，即以科學理論為大前提，通過三段論推理，演繹出關(guān)于自然現(xiàn)象的有關(guān)陳述。這就是創(chuàng)造性地認識自然現(xiàn)象的一個完整的科學探究的過程。 上述

46、科學探究的過程，實際上是歷史上不少科學家大師，如牛頓（I.Newton）、波義耳（R.Boyle）以及當代眾多的科學家，多次表明自已曾經(jīng)親歷過的科學探究過程，并認為遵循這種過程就可以認識自然界萬物的屬性和運動規(guī)律。牛頓在其劃時代的著作《自然哲學之數(shù)學原理》中談到： “在自然科學里，應(yīng)該像在數(shù)學里一樣，在研究困難的事物時，總是應(yīng)當先用分析的方法，然后才用綜合的方法。這種分析方法包括做實驗和觀察，用歸納法去從中作出普遍結(jié)論，并且不使這些結(jié)論遭到異議，除非這些異議來自實驗或者其他可靠的真理方面?！m然用歸納法來從實驗和觀察中進行論證不能算是普遍的結(jié)論，但它是事物的本性所許可的最好的論證方法，并且

47、隨著歸納的愈為普遍，這種論證看來也愈為有力。如果在許多現(xiàn)象中沒有出現(xiàn)例外，那末可以說，結(jié)論就是普遍的。但是如果以后在任何時候從實驗中發(fā)現(xiàn)了例外，那時就可以說明有這樣或那樣的例外存在。用這樣的分析方法，我們就可以從復合物論證到它們的成份，從運動到產(chǎn)生運動的力，一般地說，從結(jié)果到原因，從特殊原因到普遍原因，一直論證到最普遍的原因為止。這就是分析的方法；而綜合的方法則假定原因已經(jīng)找到，并且已把它們立為原理，再用這些原理去解釋由它們發(fā)生的現(xiàn)象，并證明這些解釋的正確性?！保ㄟx自《西方自然哲學原著選輯（三）》，主編王太慶等，北京大學出版社，1993年版） 上述文字，顯然是牛頓對自已科學探究實踐的總結(jié)，也

48、是對伽利略探究過程的注釋。我們可以用圖把這種科學探究的過程表示為： 問題 （ 歸納 ） 觀察實驗 經(jīng)驗事實 假設(shè)模型 實驗檢驗 （ 演繹 ） 圖 伽利略的科學探究過程 這種科學探究過程模式的特征可以歸結(jié)為兩條，一是非常強調(diào)“經(jīng)驗事實”在整個科學研究程序中的奠基作用，它認為如要認識自然現(xiàn)象，必須先觀察自然現(xiàn)象，包括在實驗中觀察自然

49、現(xiàn)象，故它認為觀察實驗是科學研究的起點。觀察、實驗的目的，是為了獲得經(jīng)驗事實，在經(jīng)驗事實的基礎(chǔ)上才能歸納出理論。二是非常強調(diào)“歸納”的認識作用，認為歸納就是科學理論發(fā)現(xiàn)的邏輯通道，它認為科學研究基于歸納方法。 科學史告訴我們，科學家的科學探究過程的路徑是多種多樣的，并非只有伽利略這一種。例如我們知道，在電學理論中庫侖定律是一條重要的定律。下面我們來看一下庫侖是如何探究出這一條定律的，其路徑與伽利略探究過程路徑有什么不同？ 人們早就發(fā)現(xiàn)，帶電粒子之間存在著力的相互作用，如帶電的物體對棉布、毛皮或紙屑有吸附能力。18世紀英國化學家普里斯特利猜測性地指出，這個力應(yīng)類似于兩個質(zhì)量之間的萬有引力，即

50、與距離的平方成反比，與它們的電荷量成正比。法國物理學家?guī)靵稣J同普里斯特利的這一猜想，并于1784年利用自已首創(chuàng)的扭秤實驗證明了，兩個帶電質(zhì)點之間的靜電力與它們之間的距離的平方成反比。通過與萬有引力的對比，庫侖又認為兩個帶電質(zhì)點之間的靜電力與它們的電荷量的乘積成正比，后來他間接地證明了這個假定的正確性。這兩個命題的含義就是關(guān)于電磁學的第一個定律，后人稱之為庫侖定律。該定律表明，兩個帶電質(zhì)點之間的靜電力與它們的電荷量成正比，與它們之間的距離的平方成反比。 只要我們仔細地分析上述這個案例就可以發(fā)現(xiàn)，普里斯特利和庫侖的探究路徑與伽利略有很大的不同。他們在解決某些科學問題時，第一步往往不是進行有關(guān)的實

51、驗，而是先大膽猜想，構(gòu)建一個假設(shè)，試圖來解決這個問題。如普里斯特利首先是提出猜想：電力應(yīng)類似于萬有引力，即與距離的平方成反比，與它們的電荷量成正比；而庫侖則是認同了普里斯特利的猜想。第二步才是庫侖設(shè)計實驗來檢驗普里斯特利的猜想，一旦假設(shè)被實驗確證，則假設(shè)便成為科學理論。第三步是用這種科學理論來解釋其它類同的自然現(xiàn)象。 上述科學探究的過程，實際上是歷史上不少科學大師如愛因斯坦以及當代眾多的科學家多次表明自已曾經(jīng)親歷過的科學探究過程，并認為遵循這種過程就可以認識自然界萬物的屬性和運動規(guī)律。愛因斯坦曾于1952年5月7日總結(jié)了自己的科學探究過程，并用下圖來說明： 公理集 演繹

52、 A 思想的自由創(chuàng)造 S1 S2 S3 S4 導出命題 E 直接經(jīng)驗 愛因斯坦對自已1905年創(chuàng)立狹義相對論和1915年創(chuàng)立

53、廣義相對論的科學探究實踐的總結(jié)，這也是對普里斯特利-庫侖式的科學探究過程的注釋和圖解。普里斯特利-庫侖式的科學探究過程的特征也可以歸結(jié)為兩條：一是新理論是科學家依托一定的文化知識背景即規(guī)范，通過創(chuàng)造性思維大膽猜想并加上演繹方法展開建構(gòu)出來的。二是大膽猜想之后，尚需用經(jīng)驗事實去檢驗，因為猜完全可能猜錯，必須事后進行嚴格反駁、排錯。 顯然，伽利略和普里斯特利-庫侖的科學探究過程模式的特征，都保證了對自然現(xiàn)象探究的客觀性、嚴格性和有效性。其客觀性體現(xiàn)在：科學探究的結(jié)論要么必須以經(jīng)驗事實為奠基，要么必須接受經(jīng)驗事實的嚴格檢驗；其有效性體現(xiàn)在：科學探究的結(jié)論必須能說明原初欲認識的自然現(xiàn)象，甚至還要能預

54、見新的自然現(xiàn)象；其嚴格性體現(xiàn)在：在科學探究中理論模型的表述必須滿足可檢驗性，經(jīng)驗事實必須滿足可重復性，實驗操作必須具有規(guī)范性，思維推理必須具有邏輯性，等等。 如果我們能在課外再查看一些科學史的著作，就一定還會發(fā)現(xiàn)一些既不同于伽利略、又不同于普里斯特利-庫侖的科學探究的過程模式?？茖W史會告訴我們，科學探究的全過程的路徑是多元的，并不存在惟一的過程模式，只要能夠探求出自然現(xiàn)象背后的規(guī)律，“怎么都行！”。如果有人認為，科學探究的過程只有一種模式，而且它是唯一正確的，大家只能照此進行科學探究，那么這種說法本身就是錯誤的，而且對科學理論的發(fā)展是有害的。 科學探究的階段 雖然科學探究的全過

55、程是形形色色的，但一般來說都可以將其全過程分為三個階段：“科學理論發(fā)現(xiàn)”，“科學理論的檢驗、評價”，和“科學解釋和預測”。如在伽利略的探究全過程中，其探究的第一、二步，即從提出問題--進行觀察、實驗--到建立假設(shè)模型，就是“科學理論發(fā)現(xiàn)”階段；其探究的第三步，即建立假設(shè)模型--實驗檢驗，就是“科學理論的檢驗、評價”階段；其探究的第四步，即將檢驗后是正確的理論用來解釋已觀察到的自然現(xiàn)象和預測新的自然現(xiàn)象，就是“科學解釋和預測”階段。在普里斯特利-庫侖或愛國斯坦的科學探究過程中，其探究的第一步，即從提出問題--猜想（公理）--到導出性命題，就是“科學理論發(fā)現(xiàn)”階段；其探究的第二步，即實驗檢驗，就是

56、“科學理論的檢驗、評價”階段；其探究的第三步，即將檢驗后是正確的理論用來解釋已觀察到的自然現(xiàn)象和預測新的自然現(xiàn)象，就是“科學解釋和預測”階段。 科學探究的要素 雖然科學探究的全過程是形形色色的，但是無論哪一種過程模式，它都會涉及如下的要素： 提出問題，形成假設(shè)，制定計劃，收集證據(jù)，處理信息，表達交流。 科學探究過程中的三個階段，分別是由上述若干要素組合而成。如科學理論發(fā)現(xiàn)階段，常常包含提出問題、制定計劃、收集證據(jù)、處理信息和形成假設(shè)等要素；科學理論的檢驗、評價階段，常常包含制定計劃、收集證據(jù)等要素；科學解釋和預測階段，常常包含處理信息等要素。 科學探究的具體方法 在上述科學

57、探究的六大要素中，分別會運用到一些具體的科學方法。如在收集證據(jù)的要素中，需要運用觀察方法、實驗方法、測量方法、識別與控制變量和設(shè)計操作方法等等；在形成假設(shè)的要素中，需要運用歸納方法、抽象方法、直覺、靈感、頓悟、想象方法和模型方法等等；在處理信息的要素中，需要運用分類方法、比較方法、演繹推理方法等等。在表達交流的要素中，需要運用科學解釋方法，等等。 上述關(guān)于科學探究的全過程、階段、要素和具體方法的四個層次的區(qū)分告訴我們，在科學教育中學生科學探究的能力不僅要包括選擇或制定科學探究的過程模式的能力，還要包括科學探究的過程中三個階段的能力，還要包括科學探究的過程中六個要素上的能力，以及包括運用具

58、體科學方法的能力。由于學時有限，在教材的專題1中，我們略去了科學探究三個階段的介紹。 這四個層次的區(qū)分還告訴我們，在科學教育中組織學生進行科學探究時，在規(guī)模上可以分成四種級別：一是全過程級的探究，二是階段級的探究，三是要素級的探究，四是具體方法級的探究。對初中6~7年級的學生來說，并不是一談到科學探究就一定是全過程級的規(guī)模，在數(shù)量上應(yīng)該是具體方法級的探究居多，要素級的探究其次，再次是階段級的探究，而全過程級的探究應(yīng)極少。 科學教育中的科學探究的一個重要特點 科學教育中科學探究雖然源于科學家的科學探究，后者對前者有重要的模板與啟示作用，但是前者與后者還是不完全一樣的?？茖W家的科學探究活動，

59、主要是“自主性”的，是前人沒有做過的，全靠自已摸索，難度很高；而且其全過程的周期往往很長。但是，科學教育中科學探究，大量的是“在教師引導下”的，難度相對低一些，而且其全過程的周期也不能太長。 在“在教師引導下”的科學探究活動中，學生不是孤軍奮戰(zhàn)、盲目摸索，而是在教師的引導下通過做科學來學習未知的知識。教師在學生所處每一探究階段、要素或方法時，特別是在學生對探究處于無所適從時，應(yīng)及時提供向?qū)?、幫助和鼓勵。教師不是包辦代替式地指導，而是在充分計劃的基礎(chǔ)上為學生提供資源，作好向?qū)?。教師選擇課題，介紹單元和課程目標，設(shè)立情景，引導學生探究的路徑和提供背景知識框架。教師及時地鼓勵學生問問題，鼓勵學生提

60、出自已的想法，鼓勵學生驗證自已的問題和想法，鼓勵學生們開展討論。這樣便可以降低原本是自主探究中的曲折和難度，讓學生多、快、好、省地達到通過做科學來學習未知的知識的目標。套用心理學家皮亞杰發(fā)生認識論的術(shù)語，在“在教師引導下”的科學探究活動中，教師施教的認知特點是進行“認知同化”，學生學習的認知特點是進行“認知建構(gòu)”。教師通過自已在“認知同化”水平上駕輕就熟的運演，引導學生多、快、好、省地自主完成 “認知建構(gòu)”水平上艱難探索的歷程。 科學探究活動具有多元文化背景 過去，狹義的科學本質(zhì)觀認為，科學探究活動的背景僅僅是科學理論，科學理論的發(fā)現(xiàn)是科學家們站在一定的理論背景上大膽猜想的結(jié)果，科

61、學解釋和預言也是站在科學理論上運用邏輯推理的結(jié)果。這種觀點在社會上有著根深蒂固的傳統(tǒng)和廣泛的影響。它對科學教育也有過很大的影響，這樣就造成過去科學教育的目標只放在科學知識和實驗技能的傳授上，而對學生科學素養(yǎng)的其它方面，則很少問津。 廣義的科學本質(zhì)觀告訴人們，科學工作者的科學素養(yǎng)不只有兩個即“理論”和“實驗技能”，而是多方面的，除了有理論和實驗技能外，科學方法、科學思想和科學的情感、態(tài)度與價值等都是科學素養(yǎng)的重要內(nèi)容，不可偏廢。因此科學家在科學探究時的文化背景框架如下圖中的第二個方框（主體的理性思維活動）所示。 OS

62、 主體的理性思維活動 情感、態(tài)度與價值 主體的 客體的活 　科 觀察、 　 動及其被 　學 實驗 自然觀 方法論　 　 觀測到的　 　解 活

63、動 經(jīng)驗事實 　釋 　　　　　　　　　 　　　　　 科學理論 SO 圖 科學研究活動的認知調(diào)節(jié)模式 在此我們要強調(diào)的是，廣義的科學本質(zhì)觀并不否認科學知識的重要性，只是在強調(diào)科學知識的重要性的同時，還要強調(diào)其他科學活動要素的重要性和不可缺少。不能因為強調(diào)科學探究的重要性，

64、就反過來低估科學知識的重要性。廣義的科學本質(zhì)觀同樣也在這一點上為我們提供了理由。如科學哲學家拉卡托斯還認為科學研究綱領(lǐng)或研究傳統(tǒng)是有“結(jié)構(gòu)”的。它有“硬核”，即理論的公理和核心自然觀命題，處于重要的核心部位;此外還有“保護帶”，即一些輔助性定理，處于外圍部位;此外還有“方法規(guī)則”。例如，在近代牛頓的研究傳統(tǒng)的硬核包含：牛頓三定律和萬有引力定律，以及牛頓認為“世界萬物都由微粒構(gòu)成”的自然觀假定等；其它一些輔助性定理則處于保護帶。我們知道，牛頓三定律和萬有引力定律是牛頓經(jīng)典力學的公理。這說明，廣義的科學本質(zhì)觀對科學理論在科學探究中的作用一點沒有低估，更沒有將其放在方法規(guī)則之下。所以也不能因為強調(diào)科

65、學探究的重要性，就反過來低估科學知識的重要性。那種認為“科學探究比科學知識更重要”的提法，本身就是缺乏合理性的。在當前新一輪課程改革中，強調(diào)科學探究式的教學，強調(diào)情感、態(tài)度和價值觀，并不否定具有可檢驗性等特征的科學知識體系的重要性。 3、 科學“情感態(tài)度與價值觀”的內(nèi)涵 到底什么是科學“情感態(tài)度與價值觀”，下面將作較詳細的說明，以幫助廣大教師對其有一個大概的了解。在教育界稱之為“科學的態(tài)度、情感與價值觀”，就是人們常說的“科學精神”，這兩種提法是等價的。科學精神是科學素養(yǎng)的一個重要方面。 （1）科學精神的由來、界定和作用 科學是一種特殊的社會文化活動。科學研究活動的主

66、體是科學家。科學研究活動的成果是科學理論，即關(guān)于自然界運動規(guī)律的知識?？茖W像所有社會有組織的活動一樣，都需要文化精神的參與，是一項精神事業(yè)。也就是說，科學研究活動不能僅僅被看作是一組技術(shù)性的和理論性的操作活動的集合，而且同時還必須被看作是一種獻身于既定價值取向或受倫理標準約束的社會文化活動。這種特定的、合理的價值取向或倫理標準，常常通過科學家們在科學研究活動中的某些高尚卓越的氣質(zhì)、風格、意志、態(tài)度和修養(yǎng)體現(xiàn)出來。人們把它們的總和稱為科學精神。這就是對科學精神的一種界定。 科學是人類文化的瑰寶。作為人類文化的一部分，科學事業(yè)是與其他社會活動相關(guān)聯(lián)的，也是與其他一般文化價值相關(guān)聯(lián)的。科學精神雖然為科學家所體現(xiàn)，但是它的形成與一般人類文化精神有關(guān)。它是一般人類文化精神在科學這塊沃土上特殊培育和發(fā)揚光大的結(jié)果。 科學精神是科學探索活動得以開展的社會文化條件之一。這是因為：第一，科學研究活動是一項艱巨的認知活動?？茖W研究的目的，在于探究自然現(xiàn)象背后的規(guī)律。這種規(guī)律并不是表象的，而是隱藏在表象背后的本質(zhì)。因此，科學理論并不是信手拈來、唾手可得的。它需要科學家付出辛勤的勞動，經(jīng)歷