科学本质和科学教育

科学的本质与科学教育 王耀村 浙江省教育厅教研室 一、课程性质和价值 (一)科学课程（7～9年级）是以培养学生科学素养 为宗旨的科学入门课程 • 科学课程将培养学生良好的科学态度、情感与价值 观，使学生初步认识科学的本质以及科学、技术与 社会的关系，形成保护自然的意识和社会可持续发 展的意识，培养社会责任感。 (二)科学课程建立在以下对科学本质认识的基础上, 并将引导学生逐步认识科学的本质 国家科学（7—9年级）课程标准的要求 二、课程的基本理念 全面提高每一个学生的科学素养是科学课程的核心 理念。 (一) 面向全体学生 (二) 立足学生发展 (三) 体现科学本质 (四) 突出科学探究 (五) 反映当代科学成果 研究表明，教师对科学性质的认识程度，比其 拥有科学知识的多少更直接影响教学水平。 科学是系统化的知识 科学知识是真理 哲学、占星术等，是科学吗？ • 科学教师对科学本质理解 真理不一定是科学，科学也并不一定是真理。 “明天可能下雨也可能不下雨” “光棍没有老婆” “爹在娘先死” 燃素说、热质说 科学哲学家查尔斯沃思 什么是科学？如果没有人问我，我知道；但当我要向 发问者解释时，我就不知道了 《论语》中说： 知之为知之，不知为不知，是知也。” 任定成： 知之为不知，不知为知之，是知也。 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、学问，即有知识，而不是误解或无知。 一、科学究竟是什么？ （科学的本质） 《现代汉语词典》科学： 人们反映自然、社会、思维等的客观规律的分科的知 识体系。 《中国大百科全书·哲学》： 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。 1.词典等的解释 《辞海》科学： 关于自然、社会和思维的知识体系”，是反映客观事实 和规律的知识。 吴国盛：什么是科学 • 科学就是分科之学。 2.学者的观点 王渝生:科学的昨天、今天和明天 • 第1.科学就是知识。 • 第2.科学是理论化、系统化的知识体系。 • 第3.科学还是科学家群体、科学共同体对自然 、对社会、对人类自身规律性的认识活动。 • 第4.科学还是一种社会建制。 • 第5.科学技术是第一生产力。 • 第6.科学还是一种文化。 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。 美国学者威廉和玛丽指出： 科学的本质就是模式建构的过程，是建构能够解 释未知世界本质的心理影像的过程；思考、解决 问题和形成概念是科学的全过程。 美国教育家施密特和罗克卡特认为： 科学除了事实、原理、定律、理论和假说等内容外 ，还包括有观察、实验、深思、想象、预言以及获 得知识的其他手段等特殊的态度和感觉。 费士齐认为： 科学是一个包含知识、方法和态度三向度的活动。 科学知识与能力、科学过程与方法、科学态度 与精神是科学的三大基本要素。 科学既是系统的知识体系，又是探究活动。 科学是人类籍此获取对外界环境控制的行为 模式。即科学不仅包含理论知识，而且包含 技术。 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。 3. 来自科学哲学的研究 逻辑经验主义-维也纳学派 • 科学是经验性知识 • 科学是真理的知识 • 科学是理性事业 (石里克、卡尔纳普、赖欣巴哈 、亨普尔等) 科学知识是已证明了的知识。科学理论是严格地 从用观察和实验得来的经验事实中推导出来的。 科学是客观的。科学知识是可靠的知识 • 可证实原则 • 积累模式 • 科学概念是明确不变的 • 科学的方法是归纳法 科学始于观察 在一九七五年一月一日半夜十二点，金星出现于天空 中某个位置。 部分浸入水中的那根木棒，看起来是弯的。 石蕊试纸浸在液体中变成红色。 天文学：行星以椭圆轨道绕太阳运行。 物理学：当一光线从一种介质进入另一种介质时，它 以这样一种方式改变方向：人射角的正弦除以折射角 的正弦就是表示这一对介质特性的常数。 化学：酸使石蕊变红。 鲁宾的面孔／花瓶幻觉 • 观察经验不单纯取决于视网膜 • 观察陈述渗透着理论 批判理性主义-否证主义 • 观察渗透着理论 • 反对归纳法，主张科学方法是假说-否证法 • 假说1-否证2-假说1-否证2- • 不断革命说 • P1——T T——EE——P2 (波普尔) 1．星期三从来不下雨。 2．所有的物质受热都膨胀。 3．当光线从平面镜上反射时，它的入射角与反射角相 等。 4．天或者下雨或者不下雨。 5．在欧几里得圆上，所有的点与圆心等距。 6．所有单身汉都是未婚的. • 广义相对论提出了三项可供检验的预言： • 水星近日点进动 • 引力红移 • 光线弯曲 日全食 爱因斯坦成了传奇人物 批判理性主义-精致否证主义 • 科学研究纲领的进化阶段——科学研究纲领 的退化阶段——新的科学研究纲领证伪并取 代退化的科学研究纲领 ——新的科学研究纲 领的进化阶段 • 拉卡托斯 历史主义-相对主义 • 范式 • 前科学时期——常规科学时期——反常—— 危机——科学革命（新范式战胜旧新范式） ——新的常规科学时期…… • 库恩 历史主义-非理性主义 • 反对方法——怎么都行 《反对方法：无政府主义认识论纲要》 • 反对教条 • 反对科学崇拜 (费耶阿本德 ) 科林斯、沃尔加等。 科学知识具有依赖社会而决定的性质。 科学知识社会学（SSK） (爱丁堡学派 ) 后现代主义科学观：科学知识是科学家大脑对客观 世界的主观反映，科学理论模型是不能真实反映客 观世界的，因此不是客观真理。科学研究方法也不 能获得客观的数据。科学知识体系和科学研究范式 是一代科学家大脑制造的，随着科学家的代际更替 而发生科学革命，产生新范式。 建构主义科学观：科学知识不是客观真理，而是科学 家大脑在其已有的认知图像的框架下自己建构的主观 意志的产物。 注意： 发达国家的政府科学教育文献都不采用这种极端的 怀疑主义观点 4.美国科学促进会（AAAS） 和 《国家科学教育标准》的阐述 科学的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。 美国科学促进会（AAAS）: 科学所看到的世界、科学探 究、科学事业三个方面对科 学的本质进行阐述： 1．科学所看到的世界 （1）世界是可以被认识的 （2）科学是一个产生知识的过程（观察和理论 ） （3）科学知识不是绝对真理 （4）科学知识是有生命力的并会越来越接近事 实真相 （5）科学并不能对所有问题提供完全的答案。 2．科学探究 （1）科学重视证据 （2）科学是逻辑与想象的结合 （3）科学进行解释和预见 （4）科学避免偏见 （5）科学拒绝专制 3．科学事业 （1）科学是复杂的社会活动（个人、社会和公共 机构三个维度） （2）科学具有不同的研究领域 （3）科学研究中具有普遍接受的道德原则 （4）科学家既作为专家也作为公民参与公共事务 客观性、确定性、精确性、可靠性、合理性、 重复性、真理性 科学观的核心： 托勒密体系 解释行星的不规则视运动 • 天体既然是完美的 ，行星的不规则视 运动则需要得到解 释。 哥白尼和他的《天体运行论》 • 简洁的解释 • 本轮数：34对80 • 从托勒密处获益 • 影响有限 • 迟到的证据 1835年白塞尔用精密的 仪器发现了恒星周年视 差，这是盼望已久的证 据。可以直接证明地球 确实是在绕太阳运动。