地球科学是以地球系统(包括大气圈、水圈、岩石圈、生物圈和日地空间)的过程与变化及其相互作用为研究对象的基础学科。主要包括地理学(含土壤学与遥感)、地质学、地球物理学、地球化学、大气科学、海洋科学和空间物理学以及新的交叉学科(地球系统科学、地球信息科学)等分支学科。地球科学是一个大题目,纵横几万里,上下数亿年,几乎辐射到自然科学的其他各个领域。对地球的认识同世界各民族的起源、历史、文化乃至这个世界文明的进展,都是紧密联系在一起的。
地球科学的研究任务
地球科学是研究地球的科学,重点研究地球表层的物质、结构与构造。
地球科学的研究对象
地球,地球的时、空、源。
? 地球的结构:层圈状(slide)
?地球的构造:指地球各个部分之间关系及其它们的分布规律及演化。如大气圈、水圈、岩石圈、地幔、地核,壳幔作用,山脉-盆地,大陆-海洋;
? 地球物质:各种元素-矿物-岩石-矿床-地层,它们的分布及其迁移富集规律
? 地质事件:地壳运动在地表反映.如地震、火山、海啸、褶皱、断裂等;
? 预测和预防将来发生的地质事件
地球科学的研究意义
地球科学在寻找、开发和利用自然资源中起着巨大作用。自然资源主要包括能源资源、矿产资料、水资源及土地资源等。能源在整个国民经济中居于首要位置,而现阶段的能源资源还主要是依靠石油、天然气和煤等,这些都必须从地下寻找和开采;发展工业需要充足的矿产资源作为原料保证,发展农业所需要的磷、钾等肥料的原料也是来自于地下矿产资源;水资源对人类社会的重要性更是不言而喻,无论工业、农业、以及民用都离不开水,而地下水是目前水资源的重要来源,也需要用地球科学的理论寻找和开发。
地球科学在指导人类如何适应、保护、利用和改造自然环境以及同各种自然灾害作斗争方面发挥着重要作用。气象学的研究与人类的生活、生产等各方面的活动关系极为密切。在农业生产中,利用短期和中、长期的气象预报,可以加强各种农事活动的计划性,如播种、移栽、收割等;为了保护农作物,避免或减轻一些不良天气现象,如霜冻、干旱、大风、暴雨等的危害,必须洞悉这些天气现象的发展规律。同样,对于航空工作也随时都需要气象情报来保证飞行安全;航海工作也要避免恶劣天气的危险;强烈的暴雨、风、雪会影响陆上的The rectification measures: (LED Leadership: Luo Mingjun, rectification time: before September 25th, 1, long-term adherence) to solve the problem of lack of awareness of the harm of Party cadres the "four winds". To further strengthen education and guidance on the implementation of the central eight provisions, the provincial nine provisions of the county committee of the "ten provisions" extensive publicity, eliminate thoughtBarriers
交通安全;此外,水利、城市建设、林业乃至人类生活的一举一动都无不与气象或天气变化有着紧密的联系。
同时,地球科学也是一门理论性很强的自然科学。它承担着揭示整个地球的形成、演变规律的科学使命。它的研究对人类正确地认识自然界、建立辩证唯物主义世界观起着重要作用,对整个自然科学的发展也具有促进和推动作用。当代自然科学的一些重大基本理论问题,如天体的起源、生命的起源等问题的最后解决也都离不开地球科学的研究。所以,地球科学的研究也具有重要的理论意义。
地震的震级烈度如何划分
震级是指地震的大小,通常用字母M表示。是以地震仪测定的每次地震活动释放的能量多少来确定的。我国目前使用的震级标准,是国际上通用的里氏分级表,共分9个等级。震级每差1.0级,通过地震波释放的能量约差32倍,每相差2.0级,能量相差约1000倍。目前世界上最大的地震的震级为8.9级。烈度是指地震在地面造成的实际影响,表示地面运动的强度,也就是破坏程度。影响烈度的因素有震级、距震源的远近、地面状况和地层构造等。
按震级大小可把地震划分为以下几类:弱震震级,3级,如果震源不是很浅,这种地震人们一般不易觉察。3级?有感地震震级?4.5级,这种地震人们能够感觉到,但一般不会造成破坏。4.5级,中强震震级,6级,属于可造成破坏的地震,但破坏轻重还与震源深度、震中距等多种因素有关。强震震级?6级,其中震级?8级的又称为巨大地震。
我国把烈度划分为12度,不同烈度的地震,其影响和破坏大体如下:小于3度人无感觉,只有仪器才能记录到;在夜深人静时人有感觉;4到5度睡觉的人会惊醒,吊灯摇晃;6度器皿倾倒,房屋轻微损坏;7到8度房屋受到破坏,地面出现裂缝;9到10度房屋倒塌,地面破坏严重;10到12度毁灭性的破坏。
如何预防地震
(1)学习地震知识
——学习地震知识可使你在地震时不害怕、不惊慌,避免不必要的伤亡。
——了解家庭、学校和办公房所处的地质构造情况。
——掌握基本的地震防御办法。
The rectification measures: (LED Leadership: Luo Mingjun, rectification time: before September 25th, 1, long-term adherence) to solve the problem of lack of awareness of the harm of Party cadres the "four winds". To further strengthen education and guidance on the implementation of the central eight provisions, the provincial nine provisions of the county committee of the "ten provisions" extensive publicity, eliminate thoughtBarriers
——注意身边自然界的异常现象。
(2)室内防震措施
——高柜要和墙体固定在一起,以免倾倒砸人或堵塞逃生之路。
——较高的家具上面堆放笨重物品。
——最危险的是组合家具,可用角铁或结实的木条固定各部分,再和墙体连接,或干脆拆除。
——固定底座带轮子的家具或物品,如钢琴等。
——固定桌面上的贵重物品,如计算机等。
——系紧或加固悬挂物,如灯具、挂钟镜框和厨房用品等。
——取下阳台围栏上的花盆、杂物。
——卧室,尤其是老人或儿童的卧室,尽量少放家具和杂物,尤其不要放高大物品。
——有条件的家庭,可设计一个室内避震空间。如重点加固一间居室或在床上增设结实的抗震框架等。
——每个家庭成员都要熟悉电、水、气阀门的位置,掌握正确的关闭方法。
——不要把易燃、易爆物或农药、有毒物品放在屋内。
(3)室外防震措施
——正门、楼道、走廊不堆放杂物,以利人员疏散。
——选择疏散避震的安全场地。场地应就近、宽敞,应避开高大建筑物、电线杆、砖墙、路灯和变压器。
——发布临震预报的地区,应按政府安排,按指定地点修建临时防震棚。在外期间注意卫生,防火,储备饮用水等,遵守和维护社会秩序。
(4)准备一个防震包
——防震包应足够结实,内装食品、水、急救药品等基本生活用品。因为是备用应急,所以应按保质期及时更换食品和水。另外,还应准备小铁铲、钳子、改锥等工具,可以在你自救或救人时发挥作用,准备一哨子,可以帮助救援人员发现你被埋地点。
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什么是地球科学地球科学 是以地球系统[精解]
5100309850 张家豪什么是地球科学
地球科学是以地球系统(包括大气圈、水圈、岩石圈、生物圈和日地空间)的过程与变化及其相互作用为研究对象的基础学科。主要包括地理学(含土壤学与遥感)、地质学、地球物理学、地球化学、大气科学、海洋科学和空间物理学以及新的交叉学科(地球系统科学、地球信息科学)等分支学科。地球科学是一个大题目,纵横几万里,上下数亿年,几乎辐射到自然科学的其他各个领域。对地球的认识同世界各民族的起源、历史、文化乃至这个世界文明的进展,都是紧密联系在一起的。
地球科学的研究任务
地球科学是研究地球的科学,重点研究地球表层的物质、结构与构造。
地球科学的研究对象
地球,地球的时、空、源。
? 地球的结构:层圈状(slide)
?地球的构造:指地球各个部分之间关系及其它们的分布规律及演化。如大气圈、水圈、岩石圈、地幔、地核,壳幔作用,山脉-盆地,大陆-海洋;
? 地球物质:各种元素-矿物-岩石-矿床-地层,它们的分布及其迁移富集规律
? 地质事件:地壳运动在地表反映.如地震、火山、海啸、褶皱、断裂等;
? 预测和预防将来发生的地质事件
地球科学的研究意义
地球科学在寻找、开发和利用自然资源中起着巨大作用。自然资源主要包括能源资源、矿产资料、水资源及土地资源等。能源在整个国民经济中居于首要位置,而现阶段的能源资源还主要是依靠石油、天然气和煤等,这些都必须从地下寻找和开采;发展工业需要充足的矿产资源作为原料保证,发展农业所需要的磷、钾等肥料的原料也是来自于地下矿产资源;水资源对人类社会的重要性更是不言而喻,无论工业、农业、以及民用都离不开水,而地下水是目前水资源的重要来源,也需要用地球科学的理论寻找和开发。
地球科学在指导人类如何适应、保护、利用和改造自然环境以及同各种自然灾害作斗争方面发挥着重要作用。气象学的研究与人类的生活、生产等各方面的活动关系极为密切。在农业生产中,利用短期和中、长期的气象预报,可以加强各种农事活动的计划性,如播种、
移栽、收割等;为了保护农作物,避免或减轻一些不良天气现象,如霜冻、干旱、大风、暴雨等的危害,必须洞悉这些天气现象的发展规律。同样,对于航空工作也随时都需要气象情报来保证飞行安全;航海工作也要避免恶劣天气的危险;强烈的暴雨、风、雪会影响陆上的交通安全;此外,水利、城市建设、林业乃至人类生活的一举一动都无不与气象或天气变化有着紧密的联系。
同时,地球科学也是一门理论性很强的自然科学。它承担着揭示整个地球的形成、演变规律的科学使命。它的研究对人类正确地认识自然界、建立辩证唯物主义世界观起着重要作用,对整个自然科学的发展也具有促进和推动作用。当代自然科学的一些重大基本理论问题,如天体的起源、生命的起源等问题的最后解决也都离不开地球科学的研究。所以,地球科学的研究也具有重要的理论意义。
地震的震级烈度如何划分
震级是指地震的大小,通常用字母M表示。是以地震仪测定的每次地震活动释放的能量多少来确定的。我国目前使用的震级标准,是国际上通用的里氏分级表,共分9个等级。震级每差1.0级,通过地震波释放的能量约差32倍,每相差2.0级,能量相差约1000倍。目前世界上最大的地震的震级为8.9级。烈度是指地震在地面造成的实际影响,表示地面运动的强度,也就是破坏程度。影响烈度的因素有震级、距震源的远近、地面状况和地层构造等。
按震级大小可把地震划分为以下几类:弱震震级,3级,如果震源不是很浅,这种地震人们一般不易觉察。3级?有感地震震级?4.5级,这种地震人们能够感觉到,但一般不会造成破坏。4.5级,中强震震级,6级,属于可造成破坏的地震,但破坏轻重还与震源深度、震中距等多种因素有关。强震震级?6级,其中震级?8级的又称为巨大地震。
度,不同烈度的地震,其影响和破坏大体如下:小于3度人无感 我国把烈度划分为12
觉,只有仪器才能记录到;在夜深人静时人有感觉;4到5度睡觉的人会惊醒,吊灯摇晃;6度器皿倾倒,房屋轻微损坏;7到8度房屋受到破坏,地面出现裂缝;9到10度房屋倒塌,地面破坏严重;10到12度毁灭性的破坏。
如何预防地震
什么是科学探究
什么是科学探究,
什么是科学探究~为什么要强调科学探究?科学探究到底包括了哪些基本的过程技能?对这些问题我们可以做深入的讨论。
一、 为什么要通过科学探究来进行教学其中有很多理由~而我们所要强调的是~我们的小学生应该用类似于像科学家研究科学的方法那样来进行学习。
1 可以保持儿童的好奇心。本来好奇心就是人与生俱有的~但后来不知道为什么~到了小学毕业的时候~孩子们的这种好奇心反而逐渐减弱了。通过科学探究保持这种好奇心实在是太重要了。我一直在找一张照片~一直没有找着~那就是在国外的机场上~两位大胖子物理学诺贝尔奖获得者,我不知道他们叫什么名字,在看~看什么呢?在看地上的陀螺~那个陀螺一直在地上转~先是在反过来转~转转转~后来正着转了~两位大胖子物理学家一直在盯着看~看这个陀螺是怎么回事。其实科学家和我们常人相比~不同在哪儿?不同在他们的好奇心能保持终生。前年法国专家到我们南京来~孩子们问他:把糖块放到水里~体积会不会改变?科学家一时回答不上来。然而~第二天早晨~人们把这事给忘了~到底是物理学诺贝尔奖获得者~他却念念不忘~先不吃早饭~而是先做这个实验~一块方糖一块方糖地往杯子里加~发现放了8块以后~才看得出体积有一点变化。所以说~保持孩子们的好奇心实在是太重要了。我们用科学探究的方式~就能将孩子们的这种好奇心保持得长一些~我想~从刚才的探究活动中就能看出来了。
2 可以让孩子们参与要求高级认识能力的学习活动。我想让老师们明白这样一个道理~教知识可以让人变得更聪明一些~这话似是而非。如果我们总是告诉孩子们各种各样的结论的话~儿童是可以获得很多知识~但是他的智慧并不一定可以同步地成长~因为人的智慧与人的认知技能有很大的关系~也就是认知的方法。法国大学的一个研究成果强调:什么样的知识才算是深刻的理解~知道并不是理解~照本解释不是理解~照本运用也不是理解~它有一套完整的关于理解的标准~就是从知识、方法、目的、形式这四个维度来界定孩子们是否对知识真正理解了。什么是知识~是孤零零的呢~还是在一个网络中间和其他知识建立起了联系~这是衡量知识质量的一个重要标志,第二个指标是方法指标~就是知道这个知识是怎么来的,第三个指标是目的指标~就是不仅知道这个知识是怎么来的~还知道这个知识可以运用到什么地方去~也叫目的维度,第四个指标就是会用各种不同的形式来表达~也叫形式维度。对知识真正理解了~儿童就能
用各种方式来表达他对知识的理解。所以~现在对科学教育与20世纪60年代的科学教育的重大区别~在于不仅仅是教知识~而且是通过知识的教育来培养孩子们的高级认知能力。杜威说:“科学教育在培养人的认知能力方面~它的作用是不可替代的~因为教科学方法跟教思维方法是完全相同的。”大教育家杜威在那个时候就看到了科学教育的独特价值——可以让人变得更聪明一些。
3 可以培养儿童对科学的积极态度。这一点不用展开~从刚才老师们对探究活动的积极投入~不愿下课~休息的时候都没有休息~这种对科学的积极态度足以体会到了。
4 可以培养儿童达到形式操作阶段。什么是形式操作阶段?它是符号运算。皮亚杰说过~11岁以后的儿童才能进行形式运算~就是A,B~B,C~那么A就一定大于C。小孩子搞不过来~但是到了初中以后应该可以了~这需要有个铺垫~这个铺垫就是感觉运动阶段和表象阶段之间的一个具象的东西。孩子们搞不懂A,B~B,C~那么A就一定大于C这个道理~但请3个高矮不同的同学上来~他比他高~他比他高~他就一定比他高~孩子们马上就理解了。所以~通过操作性的活动~可以为那些还没有经过前面感觉运动阶段和表象阶段的孩子~没有达到和不能达到形式操作阶段的孩子提供具体的经验~因为在探究活动中~他一定是通过具体的物体来操作的。所以~在操作性的探究活动中间~可以让孩子们很好地理解这些知识。很多孩子到了中学对科学就不那么感兴趣了,可能就是没有重视让学生经历科学探究活动,。到20世纪90年代以后~许多国家开始了“动手做”的科学教育项目~用法国物理学诺贝尔奖获得者乔治?夏巴特的说法是~“用这种探究的方式来学科学~孩子们表现出来的科学热情让我感到震撼”~这就是为什么他在80岁高龄的时候~也是在获得诺贝尔奖以后~不再搞他的物理学的研究~而是一头扎到幼儿园、小学的科学教育的项目中来的原因。现在全国很多省份正在推行“做中学”科学教育项目~“做中学”这个项目就是从法国引进的。其实~最早开始是在美国~法国人是看到美国人这样做了以后~感到非常震惊~所以法国人也在做。法国做了以后~韦钰部长到法国去访问~看到了这样一个科学教育项目~她也想开展“做中学”的科学教育项目~她在退休以后专门做这件事情~在中国推广这个“做中学”的项目。
二、 关于科学探究的过程技能
在我们的《课标》中间~涉及到一些科学探究的技能~有很多老师给我们提意见~说20世纪80年代的那些分类啦、推断啦这些东西为什么在《课标》中间看不见了~我觉得这些意见是对的。我们现在的《课标》上面可能过多地强调国外称之谓“综合技能”的东西。现在看了很多资料~觉得可以把科学探究所涉及到的过程技能~分成两大类:一类叫做基础的过程技能~还有一类叫做综合的过程技能。
1 基础的过程技能。基础的过程技能有哪些项目呢?不同的资料有不同的说法~大致有五类是一致的:
,1,观察。观察是一种非常重要的基础过程技能。
,2,分类。分类是人在头脑中的一种非常重要的思维活动。
,3,交流。可能与20世纪80年代不同的是强调交流~为什么交流这么重要~因为科学与其他学科不一样~比如就与历史、哲学不一样~历史学家~或者是哲学家他们的结论是怎么得出来的呢?我不能说他们是拍脑袋拍出来的~但可以是一个人有一个人的想法~有人不是说“历史是个小姑娘~是可以任人打扮的”嘛~你的认识可以对历史作出这种解释~我也可以作出另外一种解释~但是科学不行。科学与其他学科~与历史、哲学不一样在哪里?它的最大特点是在于它的实证~你作出的这种解释对不对呢?我得说出来让更多的人认可~让更多的人来验证~所以交流这种技能就成了科学探究活动中的一种非常重要的技能。
五年级上册的教材里面~我们专门有一项这样的交流训练~怎么训练的呢?让孩子们用纸做一个纸飞机~然后把你做纸飞机的步骤写下来~和你的同桌交换~按你的同桌所写的做纸飞机的方式~再做一个纸飞机~你会发现有的时候做不起来~什么原因做不起来呢?这里有表达的困难。所以~要在有限的时间里面把一个事情很清楚地表达出来~并不是一件那么容易的事情~但是在科学教育中间~它是个非常重要的训练项目。
我们的老师说~每次课堂教学在汇报的时候~他们,学生,都不听~或者他们,学生,只顾自己的汇报。在这个方面我们是要下点功夫的~比如说~要是在比较的过程中~老师提出这样的要求:“说别人没有说过的。”这下子就可以吸引孩子注意听别人说过了什么~等一下我要说别人没有说过的。所以~应该把交流作为科学教育中一种重要的技能。
,4,测量。测量也不用多说~老师们是知道的。
,5,预测和推断。预测和推断有联系~但不是一回事~推断是在事实的基础上面~对事实之间的联系,可以是因果联系啊、整体与部分的联系啊,所作出的一种判断、一种解释~比如说~狗叫了~狗什么原因叫的呢?你可以推断:生人来了。但是~是不是一定是生人来了~不一定的。所以~推断和事实是两回事~推断和根据观察所获得的信息是两回事~我们在五年级教材中~专门有这方面的训练。什么是通过感官获得的事实~什么是在事实的基础上的解释~这是截然不同的两回事~我们很多老师在自己的教学活动中经常搞不清楚。推断~我们随时随地都可能做出来~是我们人独有的一种思考问题的能力。猴子不可能~猴子可能发现这块石头是烫的~但是~它就跳开了~只有人~才能在“石头为什么烫”这个问题上~作出可能是太阳晒的~也可能是地热原因使这块石头变烫的推断。只有我们人才能在这两个事物之间建立起联系来。所以~推断和分类一样~也是属于基础过程技能里面的内容~是非常重要的技能。
预测是推断的一种高级形态~首先是对未来世界所做的一种推断~但是要根据以前的经验~对未来的世界作出一种推断~天气预报就是一种很典型的预测。再如~科学和数学是一对亲姊妹~通过测量~通过计算~一个是数字联系~还有的是时空联系。时空联系是康德提出的一对范畴~老师们认为根本没有什么~但是~如果没有这对范畴~世界会是什么样的?世界永远是乱糟糟的~要是没有时间这个概念的话~达尔文也不会这样有名了~正是有了时空这个概念~才能把乱糟糟的生物世界立刻变得有序了。所以~时空范畴是一对非常了不起的范畴~现在我们已经非常非常熟悉它了。
在小学科学教育过程中~对于这些基础的过程技能~我们可以通过分项的训练来激活某一个知识点。如进行观察的训练、分类的训练~只要有可能~老师们就应该让学生们经常进行这方面的活动。通过这些活动~经常对孩子们进行激活知识点的教育~孩子们就会变得越来越聪明。
2 综合的过程技能。和探究有关系的这类过程技能有哪些呢?
,1,识别和控制变量。比如说~乒乓球反弹与什么因素有关?可能与起始的高度有关~可能与地平的材料有关~可能与乒乓球的质量有关。为了公平起见~我们在研究的时候~在进行实验时~必须对有关变量进行控制~才能研究自变量
和因变量之间的关系~才能得出正确的结论~不可能同时研究乒乓球的起始高度和地平材料对乒乓球反弹的影响~这是实验的公平性问题。所以~综合过程技能与实验研究更紧密地联系在一起了~在科学探究过程中识别和控制变量是十分重要的。
,2,形成和验证假设。假设和推论有没有关系?是不是一回事呢?差别在哪里?假设可否看成待验证的推断?推断是随时都可以作出的~例如~狗叫了~生人来了~到底是不是生人来了~不一定去验证。但假设是科学研究专有的术语~一旦是假设的话~接下来的活动一定要有验证性的活动~假设和推断有联系~但假设和推断的最大区别就在于推断不一定要验证~而假设了的就一定要进行验证。
,3,下操作性定义。老师们可能对“下操作性定义”这个词不很熟悉~其实就是实验研究。你们在每做一个实验时~都要对所做的实验进行界定~这个界定就是你们对该实验所下的操作性定义。如做摆的实验~在验证摆线的长短与摆的快慢有关时~你们会在实验步骤里这么描述:“取50厘米长的绳子一根~取100厘米长的绳子一根……”这个“取50厘米长的绳子一根~取100厘米长的绳子一根……”就是你们对当下所做实验下的,操作性,定义。有时我们对反应变量也要下定义~如施肥的多少或施肥的时间对植物生长的影响~这是你们想研究的问题~那么~反应变量就是植物生长的好坏对不对?生长的好坏可以从哪些方面来看呢?可以从植物的高矮、大小、茎的粗细、叶的厚薄等等对不对?有的时候~你们要把问题说清楚~光高矮可能还不行~还要对茎的粗细、叶的厚薄等做个界定是不是?这个定义是你对当下实验所做的。操作变量、反应变量都可以下定义~然后做实验~做数据分析和解释~有时我们所做的解释~还要用模型的方式来解释。所以~建立模型也是科学教育中一种非常重要的活动~我们在五年级上册的教材中有专门的单元来训练。综合过程技能~也就是我们平时所说的比较严谨的实验研究。
三、 探究的不同类型
探究存在着不同的类型~有的老师说这是探究~有的老师说这不是探究~究竟谁是探究、谁不是探究呢?我们可以对探究作不同的划分~大致有如下四种不同的类型。
1 提问法。提问是不是探究?老师用可以操作的材料~向学生提出一种现象~
如小车在地上直转直转不往前走~先提出一种现象~然后指导学生得出一种科学的概括,老师演示一种现象~让孩子们针对这种现象~研究后得出一种科学结论来。这些都是我们在课堂上经常做的~这就是一种探究~尤其在低年级时~我们经常用这种方式来让学生探究~别一讲到探究~就是有实验~就是有变量。
2 发现法。有的老师搞不清楚发现法和探究的关系~发现法是探究中的一种类型~但是它没有变量。发现法有两种:
,1,纯粹的发现。如玩磁铁~在玩磁铁的过程中~孩子们会有很多的发现~不但发现磁铁可以吸铁~还可以隔着书吸~隔着水杯也可以吸,如果把条形磁铁调一个头~它们不仅不吸了~而且还相斥~所以~孩子们在玩磁铁的过程中可能会有一种纯粹的发现。像我们教材中的《照镜子》也是~让孩子们有一种纯粹的发现~在照镜子的过程中~看哪个学生能发现很多很多他原来不知道的东西。
,2,指导下的发现。当我们希望孩子们都具备这种经验时~可以采用指导下的发现。比如当孩子们并没有知道磁铁还可以隔着水杯对铁起作用时~老师们可以建议孩子们这样去试试看~这就是指导下的发现。在一学期的活动中间要有1~2次这种用发现。
3 实验法。这才是严格意义上的探究。狭义的实验有假设、数据搜集、数据分析、解释结论等~实验法实际上就是叙述你认为正确的东西~并找到一种方法来检验你正确的叙述~这是严格意义上的实验。
4 研究法。它有一定的程序~也要搜集数据~但是没有假设~也没有变量。比如说:“月相是怎么变化的”~我并不知道~我可以去观察~每天记录~有一定的数据~这就和前面讲到的“乒乓球反弹与什么因素有关”不一样了~它有一定的程序~有数据的搜集分析~但没有假设~也没有变量的控制~所以~我们把它叫做研究法。
对于孩子们来说~以上四种方法不一定要让他们去区分它~我们老师们心中有数就可以了~不要把什么东西都看成是探究~也不要只把狭义的、第三种实验法称之为探究~其他都不叫做探究~现在我们有很多老师这样认为~这是不对的。
最后我想说的一句话是: 探究是不是惟一的?不是的。有人说~今年流行西北风。一讲到探究~就认为不是探究的就不是好课。千万不是的:其实教学中~
探究只是其中的一种策略。探究固然有很多好处~但比较费时间~不可能所有的课都上成探究课。最近我们在翻译一本书~叫做《科学探究的策略》~我们可以发现~里面有很多有趣的策略~刚才带你们做的活动~都是《策略》书里面的一部分~有各种各样~包括实施有利于孩子记忆的策略……可以看到~科学教育有很多方法~有几十种策略。
四、 在科学教育中教师究竟应该扮演怎样的角色我对这个问题是非常欣赏的~大家知道~探究能力的形成~不可能一蹴而就~它是要慢慢培养的~所以说~探究有一个阶梯。阶梯的两极~一种是“传统的动手做”——所有的都为孩子们设计得好好的~孩子们就照着做去吧~以前验证性研究和验证性实验是不是这样的?前面的做得好好的~但探究的成分实在太有限了,还有一种是“大撒把式”的——任孩子们随便怎样探究去吧。这是一个问题的两个极端~一个是“扶”得太厉害~一个是“放”得太厉害。其实~“扶”和“放”是一个辩证的关系~老师在这中间究竟应该扮演一个怎样的角色呢?我们可以看到~如果我们把探究进行一下梳理的话~大体上包括这样的程序:主题的确定、问题的提出、材料的选择、步骤的设计、结果的分析、结论的得出~我们把探究的程序罗列出来~可以发现~老师和学生在这里面有这样一个关系。,见下表,
一种是从问题的提出到结论的得出都由老师来完成~老师滔滔不绝地对学生讲~偶然穿插一些提问~这在我们平时的教学中经常看到。但是~我们老师可不可以在探究过程中间适当放开一些?如刚开始时~探究的主题、问题由老师提出~材料是由老师提供的~步骤是由老师设计的~结果/分析能不能由师生共同完成~有可能的吧,结论能不能由学生自己得出~然后慢慢来放,步骤的设计有没有可能?也可能吧~不要以为步骤的设计只有老师才行~其实孩子们也能想得出来。所以~在步骤设计的时候~能“放”的话~应该适当“放”开一点~老师和学生一块儿来商量~我小学科学探究的阶梯
学生们怎样来设计这个实验。我觉得在这方面~我们的小学老师做得比中学老师好。我最近看了一个中学的实验报告~哑然失笑~我们小学老师肯定会对其持批判态度的。这是某某出版社刚刚出版的一本新课标教材上的学生实验报告~
说的是种子萌发需要什么样的外界条件。他把目的要求写出来了~需用的器材也规定好了~然后实验步骤是在一根玻璃棒上面绑上三颗成熟的豌豆~一颗完全浸到水里面~一颗接触水面~一颗暴露在空气中。你说这个活动~中学生了~还要给他这样规定吗?能不能让孩子自己想象?非要用成熟的豌豆啊~黄豆行不行?所以~在这些环节中~哪些该“放”~哪些该“扶”~全部的教学艺术都在这个地方。有的时候~问题的提出可不可以由学生自己提出?可以啊:既然提问是科学探究很重要的一个环节的话~那么老师就应该经常给孩子这样的机会~让孩子自己提问啊:有人担心学生会海题~海题完了别怕~适当收口就是了~选择适合我们可以研究的问题~学生慢慢就学会了~找一个我们自己可以研究的问题~他的能力慢慢慢慢就能提高了。所以~全部的教学艺术就在“扶”和“放”之间~看你怎么“扶”~要巧妙地“扶”。有的时候~我们老师会“错了、错了”~其实最好的“扶”是老师反过来问一句~让他自己去发现矛盾之所在~而不要直接地去告诉他。比如摩擦力产生的条件~大连的老师讲了~孩子也意识到摩擦力产生要两个物体。有了两个物体~不运动也产生不了摩擦呀~但是老师不直接讲~反过来问同学~这两个物体我这么放,不运动,行不行?孩子们意识到了~刚才说的“两个物体”不严谨~孩子们说:“要两个物体运动。”这样一来~问题的矫正是由学生自己做了。所以~鉴别一堂课的好坏~一个是在这些环节中~要看能“放”的“放”了没有~“放”了多少。好课要有挑战性~在这些环节方面有没有“放”?在“放”的过程中~老师又是怎么来“扶”的?这个“扶”~我们非常强调~用教育部刘坚老师的话来说~就是“讨价还价式的对话”。对话~不是问答~有时老师为了发挥学生的主动性~经常“你说~你说~你说”~全班学生都说过了~就是看不到老师的主体作用。是要对话~一方面你是平等对话中的一员~但是~你又是平等对话中的首席。所以~一个巧妙的反问~也是对话~就是在这个反问中间~孩子们一下子意识到了他的问题出在哪里了。冯凌老师在上《认识液体》时~孩子们说:“液体之间有轻重的不一样。”她反问一下:“那我拎一桶油来和一杯水比~哪个轻哪个重啊?”孩子们立刻发现这个话说得不严谨了~所以他们后来说:“要倒出同样多的来。”因此~好的引导的话~一个问题反问过去~就能让孩子们意识到问题出在哪里了。好的课堂教学要看该“放”的时候是怎样“放”的~该“扶”的时候又是怎么“扶”的。我们提倡今后老师们写精彩的对话片断~老师们不要花那么多的精力去写空对空的论文~精彩
的对话片断那是最有价值的科研论文。我在东北的时候~听了一堂数学课~老师叫孩子们研究角的特征~东北的孩子们喜欢用报纸折大的“四角”~我们小时候折过的~放在地上掼~看谁能把它掼翻过去~老师叫每个孩子折一个“四角”~然后来探究角的特征~孩子们探究出角的第一个特征是“角是尖尖的”~老师说:“请同学们打开铅笔盒~拿出铅笔戳戳自己。”孩子们一下子就意识到了~“角是尖尖的”不是角的最重要的特征~因为铅笔尖也是尖尖的啊~老师就是这样一步一步引导孩子们自己得出角的特征的。所以~精彩的东西就在和孩子们的对话中间~你既是平等对话中的一员~又是平等对话中的引导者、平等对话中的首席~好课的评价标准就在这两个标准上面~当然~这需要经验~也需要老师的智慧。当老师难~甚至比当医生还难~为什么呢?孩子发烧了~可以判定是哪个地方有炎症了~但有时候小孩子说的话~成人却不知道他说的是什么意思~对不对?你要在瞬间~特别是在有人听课的情况下~判断出他为什么这么说~他的问题出在哪里了~然后还要作出相应的回应~这是一件非常困难的事情~这真的是需要智慧的。我有一次在某地听课~老师带孩子们到室外去寻找有生命的物体~孩子们找来了“花有生命”、“草有生命”、“树有生命”~没想到三个孩子进来说“云彩有生命”、“地球有生命”、“火山有生命”。当时有很多老师在听课~执教老师很紧张~不敢就这个话题展开~而是说“这个问题我们课后去解决”~其实~精彩的对话就应该从这个地方开始。所以~老师们今后可以经常回忆~课堂上总有这样精彩的东西吧~把这些精彩的东西写下来~到时候我们专门来搞一个《精彩对话集》。什么是科学探究~为什么要强调科学探究?科学探究到底包括了哪些基本的过程技能?对这些问题我们可以做深入的讨论。
一、 为什么要通过科学探究来进行教学其中有很多理由~而我们所要强调的是~我们的小学生应该用类似于像科学家研究科学的方法那样来进行学习。
1 可以保持儿童的好奇心。本来好奇心就是人与生俱有的~但后来不知道为什么~到了小学毕业的时候~孩子们的这种好奇心反而逐渐减弱了。通过科学探究保持这种好奇心实在是太重要了。我一直在找一张照片~一直没有找着~那就是在国外的机场上~两位大胖子物理学诺贝尔奖获得者,我不知道他们叫什么名字,在看~看什么呢?在看地上的陀螺~那个陀螺一直在地上转~先是在反过来转~转转转~后来正着转了~两位大胖子物理学家一直在盯着看~看这个陀螺
是怎么回事。其实科学家和我们常人相比~不同在哪儿?不同在他们的好奇心能保持终生。前年法国专家到我们南京来~孩子们问他:把糖块放到水里~体积会不会改变?科学家一时回答不上来。然而~第二天早晨~人们把这事给忘了~到底是物理学诺贝尔奖获得者~他却念念不忘~先不吃早饭~而是先做这个实验~一块方糖一块方糖地往杯子里加~发现放了8块以后~才看得出体积有一点变化。所以说~保持孩子们的好奇心实在是太重要了。我们用科学探究的方式~就能将孩子们的这种好奇心保持得长一些~我想~从刚才的探究活动中就能看出来了。
2 可以让孩子们参与要求高级认识能力的学习活动。我想让老师们明白这样一个道理~教知识可以让人变得更聪明一些~这话似是而非。如果我们总是告诉孩子们各种各样的结论的话~儿童是可以获得很多知识~但是他的智慧并不一定可以同步地成长~因为人的智慧与人的认知技能有很大的关系~也就是认知的方法。法国大学的一个研究成果强调:什么样的知识才算是深刻的理解~知道并不是理解~照本解释不是理解~照本运用也不是理解~它有一套完整的关于理解的标准~就是从知识、方法、目的、形式这四个维度来界定孩子们是否对知识真正理解了。什么是知识~是孤零零的呢~还是在一个网络中间和其他知识建立起了联系~这是衡量知识质量的一个重要标志,第二个指标是方法指标~就是知道这个知识是怎么来的,第三个指标是目的指标~就是不仅知道这个知识是怎么来的~还知道这个知识可以运用到什么地方去~也叫目的维度,第四个指标就是会用各种不同的形式来表达~也叫形式维度。对知识真正理解了~儿童就能用各种方式来表达他对知识的理解。所以~现在对科学教育与20世纪60年代的科学教育的重大区别~在于不仅仅是教知识~而且是通过知识的教育来培养孩子们的高级认知能力。杜威说:“科学教育在培养人的认知能力方面~它的作用是不可替代的~因为教科学方法跟教思维方法是完全相同的。”大教育家杜威在那个时候就看到了科学教育的独特价值——可以让人变得更聪明一些。
3 可以培养儿童对科学的积极态度。这一点不用展开~从刚才老师们对探究活动的积极投入~不愿下课~休息的时候都没有休息~这种对科学的积极态度足以体会到了。
4 可以培养儿童达到形式操作阶段。什么是形式操作阶段?它是符号运算。皮亚杰说过~11岁以后的儿童才能进行形式运算~就是A,B~B,C~那么A就
一定大于C。小孩子搞不过来~但是到了初中以后应该可以了~这需要有个铺垫~这个铺垫就是感觉运动阶段和表象阶段之间的一个具象的东西。孩子们搞不懂A,B~B,C~那么A就一定大于C这个道理~但请3个高矮不同的同学上来~他比他高~他比他高~他就一定比他高~孩子们马上就理解了。所以~通过操作性的活动~可以为那些还没有经过前面感觉运动阶段和表象阶段的孩子~没有达到和不能达到形式操作阶段的孩子提供具体的经验~因为在探究活动中~他一定是通过具体的物体来操作的。所以~在操作性的探究活动中间~可以让孩子们很好地理解这些知识。很多孩子到了中学对科学就不那么感兴趣了,可能就是没有重视让学生经历科学探究活动,。到20世纪90年代以后~许多国家开始了“动手做”的科学教育项目~用法国物理学诺贝尔奖获得者乔治?夏巴特的说法是~“用这种探究的方式来学科学~孩子们表现出来的科学热情让我感到震撼”~这就是为什么他在80岁高龄的时候~也是在获得诺贝尔奖以后~不再搞他的物理学的研究~而是一头扎到幼儿园、小学的科学教育的项目中来的原因。现在全国很多省份正在推行“做中学”科学教育项目~“做中学”这个项目就是从法国引进的。其实~最早开始是在美国~法国人是看到美国人这样做了以后~感到非常震惊~所以法国人也在做。法国做了以后~韦钰部长到法国去访问~看到了这样一个科学教育项目~她也想开展“做中学”的科学教育项目~她在退休以后专门做这件事情~在中国推广这个“做中学”的项目。
二、 关于科学探究的过程技能
在我们的《课标》中间~涉及到一些科学探究的技能~有很多老师给我们提意见~说20世纪80年代的那些分类啦、推断啦这些东西为什么在《课标》中间看不见了~我觉得这些意见是对的。我们现在的《课标》上面可能过多地强调国外称之谓“综合技能”的东西。现在看了很多资料~觉得可以把科学探究所涉及到的过程技能~分成两大类:一类叫做基础的过程技能~还有一类叫做综合的过程技能。
1 基础的过程技能。基础的过程技能有哪些项目呢?不同的资料有不同的说法~大致有五类是一致的:
,1,观察。观察是一种非常重要的基础过程技能。
,2,分类。分类是人在头脑中的一种非常重要的思维活动。
,3,交流。可能与20世纪80年代不同的是强调交流~为什么交流这么重要~因为科学与其他学科不一样~比如就与历史、哲学不一样~历史学家~或者是哲学家他们的结论是怎么得出来的呢?我不能说他们是拍脑袋拍出来的~但可以是一个人有一个人的想法~有人不是说“历史是个小姑娘~是可以任人打扮的”嘛~你的认识可以对历史作出这种解释~我也可以作出另外一种解释~但是科学不行。科学与其他学科~与历史、哲学不一样在哪里?它的最大特点是在于它的实证~你作出的这种解释对不对呢?我得说出来让更多的人认可~让更多的人来验证~所以交流这种技能就成了科学探究活动中的一种非常重要的技能。
五年级上册的教材里面~我们专门有一项这样的交流训练~怎么训练的呢?让孩子们用纸做一个纸飞机~然后把你做纸飞机的步骤写下来~和你的同桌交换~按你的同桌所写的做纸飞机的方式~再做一个纸飞机~你会发现有的时候做不起来~什么原因做不起来呢?这里有表达的困难。所以~要在有限的时间里面把一个事情很清楚地表达出来~并不是一件那么容易的事情~但是在科学教育中间~它是个非常重要的训练项目。
我们的老师说~每次课堂教学在汇报的时候~他们,学生,都不听~或者他们,学生,只顾自己的汇报。在这个方面我们是要下点功夫的~比如说~要是在比较的过程中~老师提出这样的要求:“说别人没有说过的。”这下子就可以吸引孩子注意听别人说过了什么~等一下我要说别人没有说过的。所以~应该把交流作为科学教育中一种重要的技能。
,4,测量。测量也不用多说~老师们是知道的。
,5,预测和推断。预测和推断有联系~但不是一回事~推断是在事实的基础上面~对事实之间的联系,可以是因果联系啊、整体与部分的联系啊,所作出的一种判断、一种解释~比如说~狗叫了~狗什么原因叫的呢?你可以推断:生人来了。但是~是不是一定是生人来了~不一定的。所以~推断和事实是两回事~推断和根据观察所获得的信息是两回事~我们在五年级教材中~专门有这方面的训练。什么是通过感官获得的事实~什么是在事实的基础上的解释~这是截然不同的两回事~我们很多老师在自己的教学活动中经常搞不清楚。推断~我们随时随地都可能做出来~是我们人独有的一种思考问题的能力。猴子不可能~猴子可能发现这块石头是烫的~但是~它就跳开了~只有人~才能在“石头为什么烫”这
个问题上~作出可能是太阳晒的~也可能是地热原因使这块石头变烫的推断。只有我们人才能在这两个事物之间建立起联系来。所以~推断和分类一样~也是属于基础过程技能里面的内容~是非常重要的技能。
预测是推断的一种高级形态~首先是对未来世界所做的一种推断~但是要根据以前的经验~对未来的世界作出一种推断~天气预报就是一种很典型的预测。再如~科学和数学是一对亲姊妹~通过测量~通过计算~一个是数字联系~还有的是时空联系。时空联系是康德提出的一对范畴~老师们认为根本没有什么~但是~如果没有这对范畴~世界会是什么样的?世界永远是乱糟糟的~要是没有时间这个概念的话~达尔文也不会这样有名了~正是有了时空这个概念~才能把乱糟糟的生物世界立刻变得有序了。所以~时空范畴是一对非常了不起的范畴~现在我们已经非常非常熟悉它了。
在小学科学教育过程中~对于这些基础的过程技能~我们可以通过分项的训练来激活某一个知识点。如进行观察的训练、分类的训练~只要有可能~老师们就应该让学生们经常进行这方面的活动。通过这些活动~经常对孩子们进行激活知识点的教育~孩子们就会变得越来越聪明。
2 综合的过程技能。和探究有关系的这类过程技能有哪些呢?
,1,识别和控制变量。比如说~乒乓球反弹与什么因素有关?可能与起始的高度有关~可能与地平的材料有关~可能与乒乓球的质量有关。为了公平起见~我们在研究的时候~在进行实验时~必须对有关变量进行控制~才能研究自变量和因变量之间的关系~才能得出正确的结论~不可能同时研究乒乓球的起始高度和地平材料对乒乓球反弹的影响~这是实验的公平性问题。所以~综合过程技能与实验研究更紧密地联系在一起了~在科学探究过程中识别和控制变量是十分重要的。
,2,形成和验证假设。假设和推论有没有关系?是不是一回事呢?差别在哪里?假设可否看成待验证的推断?推断是随时都可以作出的~例如~狗叫了~生人来了~到底是不是生人来了~不一定去验证。但假设是科学研究专有的术语~一旦是假设的话~接下来的活动一定要有验证性的活动~假设和推断有联系~但假设和推断的最大区别就在于推断不一定要验证~而假设了的就一定要进行验证。
,3,下操作性定义。老师们可能对“下操作性定义”这个词不很熟悉~其实
就是实验研究。你们在每做一个实验时~都要对所做的实验进行界定~这个界定就是你们对该实验所下的操作性定义。如做摆的实验~在验证摆线的长短与摆的快慢有关时~你们会在实验步骤里这么描述:“取50厘米长的绳子一根~取100厘米长的绳子一根……”这个“取50厘米长的绳子一根~取100厘米长的绳子一根……”就是你们对当下所做实验下的,操作性,定义。有时我们对反应变量也要下定义~如施肥的多少或施肥的时间对植物生长的影响~这是你们想研究的问题~那么~反应变量就是植物生长的好坏对不对?生长的好坏可以从哪些方面来看呢?可以从植物的高矮、大小、茎的粗细、叶的厚薄等等对不对?有的时候~你们要把问题说清楚~光高矮可能还不行~还要对茎的粗细、叶的厚薄等做个界定是不是?这个定义是你对当下实验所做的。操作变量、反应变量都可以下定义~然后做实验~做数据分析和解释~有时我们所做的解释~还要用模型的方式来解释。所以~建立模型也是科学教育中一种非常重要的活动~我们在五年级上册的教材中有专门的单元来训练。综合过程技能~也就是我们平时所说的比较严谨的实验研究。
三、 探究的不同类型
探究存在着不同的类型~有的老师说这是探究~有的老师说这不是探究~究竟谁是探究、谁不是探究呢?我们可以对探究作不同的划分~大致有如下四种不同的类型。
1 提问法。提问是不是探究?老师用可以操作的材料~向学生提出一种现象~如小车在地上直转直转不往前走~先提出一种现象~然后指导学生得出一种科学的概括,老师演示一种现象~让孩子们针对这种现象~研究后得出一种科学结论来。这些都是我们在课堂上经常做的~这就是一种探究~尤其在低年级时~我们经常用这种方式来让学生探究~别一讲到探究~就是有实验~就是有变量。
2 发现法。有的老师搞不清楚发现法和探究的关系~发现法是探究中的一种类型~但是它没有变量。发现法有两种:
,1,纯粹的发现。如玩磁铁~在玩磁铁的过程中~孩子们会有很多的发现~不但发现磁铁可以吸铁~还可以隔着书吸~隔着水杯也可以吸,如果把条形磁铁调一个头~它们不仅不吸了~而且还相斥~所以~孩子们在玩磁铁的过程中可能会有一种纯粹的发现。像我们教材中的《照镜子》也是~让孩子们有一种纯粹的
发现~在照镜子的过程中~看哪个学生能发现很多很多他原来不知道的东西。
,2,指导下的发现。当我们希望孩子们都具备这种经验时~可以采用指导下的发现。比如当孩子们并没有知道磁铁还可以隔着水杯对铁起作用时~老师们可以建议孩子们这样去试试看~这就是指导下的发现。在一学期的活动中间要有1~2次这种用发现。
3 实验法。这才是严格意义上的探究。狭义的实验有假设、数据搜集、数据分析、解释结论等~实验法实际上就是叙述你认为正确的东西~并找到一种方法来检验你正确的叙述~这是严格意义上的实验。
4 研究法。它有一定的程序~也要搜集数据~但是没有假设~也没有变量。比如说:“月相是怎么变化的”~我并不知道~我可以去观察~每天记录~有一定的数据~这就和前面讲到的“乒乓球反弹与什么因素有关”不一样了~它有一定的程序~有数据的搜集分析~但没有假设~也没有变量的控制~所以~我们把它叫做研究法。
对于孩子们来说~以上四种方法不一定要让他们去区分它~我们老师们心中有数就可以了~不要把什么东西都看成是探究~也不要只把狭义的、第三种实验法称之为探究~其他都不叫做探究~现在我们有很多老师这样认为~这是不对的。
最后我想说的一句话是: 探究是不是惟一的?不是的。有人说~今年流行西北风。一讲到探究~就认为不是探究的就不是好课。千万不是的:其实教学中~探究只是其中的一种策略。探究固然有很多好处~但比较费时间~不可能所有的课都上成探究课。最近我们在翻译一本书~叫做《科学探究的策略》~我们可以发现~里面有很多有趣的策略~刚才带你们做的活动~都是《策略》书里面的一部分~有各种各样~包括实施有利于孩子记忆的策略……可以看到~科学教育有很多方法~有几十种策略。
四、 在科学教育中教师究竟应该扮演怎样的角色我对这个问题是非常欣赏的~大家知道~探究能力的形成~不可能一蹴而就~它是要慢慢培养的~所以说~探究有一个阶梯。阶梯的两极~一种是“传统的动手做”——所有的都为孩子们设计得好好的~孩子们就照着做去吧~以前验证性研究和验证性实验是不是这样的?前面的做得好好的~但探究的成分实在太有限了,还有一种是“大撒把式”的——
任孩子们随便怎样探究去吧。这是一个问题的两个极端~一个是“扶”得太厉害~一个是“放”得太厉害。其实~“扶”和“放”是一个辩证的关系~老师在这中间究竟应该扮演一个怎样的角色呢?我们可以看到~如果我们把探究进行一下梳理的话~大体上包括这样的程序:主题的确定、问题的提出、材料的选择、步骤的设计、结果的分析、结论的得出~我们把探究的程序罗列出来~可以发现~老师和学生在这里面有这样一个关系。,见下表,
一种是从问题的提出到结论的得出都由老师来完成~老师滔滔不绝地对学生讲~偶然穿插一些提问~这在我们平时的教学中经常看到。但是~我们老师可不可以在探究过程中间适当放开一些?如刚开始时~探究的主题、问题由老师提出~材料是由老师提供的~步骤是由老师设计的~结果/分析能不能由师生共同完成~有可能的吧,结论能不能由学生自己得出~然后慢慢来放,步骤的设计有没有可能?也可能吧~不要以为步骤的设计只有老师才行~其实孩子们也能想得出来。所以~在步骤设计的时候~能“放”的话~应该适当“放”开一点~老师和学生一块儿来商量~我小学科学探究的阶梯
学生们怎样来设计这个实验。我觉得在这方面~我们的小学老师做得比中学老师好。我最近看了一个中学的实验报告~哑然失笑~我们小学老师肯定会对其持批判态度的。这是某某出版社刚刚出版的一本新课标教材上的学生实验报告~说的是种子萌发需要什么样的外界条件。他把目的要求写出来了~需用的器材也规定好了~然后实验步骤是在一根玻璃棒上面绑上三颗成熟的豌豆~一颗完全浸到水里面~一颗接触水面~一颗暴露在空气中。你说这个活动~中学生了~还要给他这样规定吗?能不能让孩子自己想象?非要用成熟的豌豆啊~黄豆行不行?所以~在这些环节中~哪些该“放”~哪些该“扶”~全部的教学艺术都在这个地方。有的时候~问题的提出可不可以由学生自己提出?可以啊:既然提问是科学探究很重要的一个环节的话~那么老师就应该经常给孩子这样的机会~让孩子自己提问啊:有人担心学生会海题~海题完了别怕~适当收口就是了~选择适合我们可以研究的问题~学生慢慢就学会了~找一个我们自己可以研究的问题~他的能力慢慢慢慢就能提高了。所以~全部的教学艺术就在“扶”和“放”之间~看你怎么“扶”~
要巧妙地“扶”。有的时候~我们老师会“错了、错了”~其实最好的“扶”是老师反过来问一句~让他自己去发现矛盾之所在~而不要直接地去告诉他。比如摩擦力产生的条件~大连的老师讲了~孩子也意识到摩擦力产生要两个物体。有了两个物体~不运动也产生不了摩擦呀~但是老师不直接讲~反过来问同学~这两个物体我这么放,不运动,行不行?孩子们意识到了~刚才说的“两个物体”不严谨~孩子们说:“要两个物体运动。”这样一来~问题的矫正是由学生自己做了。所以~鉴别一堂课的好坏~一个是在这些环节中~要看能“放”的“放”了没有~“放”了多少。好课要有挑战性~在这些环节方面有没有“放”?在“放”的过程中~老师又是怎么来“扶”的?这个“扶”~我们非常强调~用教育部刘坚老师的话来说~就是“讨价还价式的对话”。对话~不是问答~有时老师为了发挥学生的主动性~经常“你说~你说~你说”~全班学生都说过了~就是看不到老师的主体作用。是要对话~一方面你是平等对话中的一员~但是~你又是平等对话中的首席。所以~一个巧妙的反问~也是对话~就是在这个反问中间~孩子们一下子意识到了他的问题出在哪里了。冯凌老师在上《认识液体》时~孩子们说:“液体之间有轻重的不一样。”她反问一下:“那我拎一桶油来和一杯水比~哪个轻哪个重啊?”孩子们立刻发现这个话说得不严谨了~所以他们后来说:“要倒出同样多的来。”因此~好的引导的话~一个问题反问过去~就能让孩子们意识到问题出在哪里了。好的课堂教学要看该“放”的时候是怎样“放”的~该“扶”的时候又是怎么“扶”的。我们提倡今后老师们写精彩的对话片断~老师们不要花那么多的精力去写空对空的论文~精彩的对话片断那是最有价值的科研论文。我在东北的时候~听了一堂数学课~老师叫孩子们研究角的特征~东北的孩子们喜欢用报纸折大的“四角”~我们小时候折过的~放在地上掼~看谁能把它掼翻过去~老师叫每个孩子折一个“四角”~然后来探究角的特征~孩子们探究出角的第一个特征是“角是尖尖的”~老师说:“请同学们打开铅笔盒~拿出铅笔戳戳自己。”孩子们一下子就意识到了~“角是尖尖的”不是角的最重要的特征~因为铅笔尖也是尖尖的啊~老师就是这样一步一步引导孩子们自己得出角的特征的。所以~精彩的东西就在和孩子们的对话中间~你既是平等对话中的一员~又是平等对话中的引导者、平等对话中的首席~好课的评价标准就在这两个标准上面~当然~这需要经验~也需要老师的智慧。当老师难~甚至比当医生还难~为什么呢?孩子发烧了~可以判定是哪个地方有炎症
了~但有时候小孩子说的话~成人却不知道他说的是什么意思~对不对?你要在瞬间~特别是在有人听课的情况下~判断出他为什么这么说~他的问题出在哪里了~然后还要作出相应的回应~这是一件非常困难的事情~这真的是需要智慧的。我有一次在某地听课~老师带孩子们到室外去寻找有生命的物体~孩子们找来了“花有生命”、“草有生命”、“树有生命”~没想到三个孩子进来说“云彩有生命”、“地球有生命”、“火山有生命”。当时有很多老师在听课~执教老师很紧张~不敢就这个话题展开~而是说“这个问题我们课后去解决”~其实~精彩的对话就应该从这个地方开始。所以~老师们今后可以经常回忆~课堂上总有这样精彩的东西吧~把这些精彩的东西写下来~到时候我们专门来搞一个《精彩对话集》。什么是科学探究~为什么要强调科学探究?科学探究到底包括了哪些基本的过程技能?对这些问题我们可以做深入的讨论。
一、 为什么要通过科学探究来进行教学其中有很多理由~而我们所要强调的是~我们的小学生应该用类似于像科学家研究科学的方法那样来进行学习。
1 可以保持儿童的好奇心。本来好奇心就是人与生俱有的~但后来不知道为什么~到了小学毕业的时候~孩子们的这种好奇心反而逐渐减弱了。通过科学探究保持这种好奇心实在是太重要了。我一直在找一张照片~一直没有找着~那就是在国外的机场上~两位大胖子物理学诺贝尔奖获得者,我不知道他们叫什么名字,在看~看什么呢?在看地上的陀螺~那个陀螺一直在地上转~先是在反过来转~转转转~后来正着转了~两位大胖子物理学家一直在盯着看~看这个陀螺是怎么回事。其实科学家和我们常人相比~不同在哪儿?不同在他们的好奇心能保持终生。前年法国专家到我们南京来~孩子们问他:把糖块放到水里~体积会不会改变?科学家一时回答不上来。然而~第二天早晨~人们把这事给忘了~到底是物理学诺贝尔奖获得者~他却念念不忘~先不吃早饭~而是先做这个实验~一块方糖一块方糖地往杯子里加~发现放了8块以后~才看得出体积有一点变化。所以说~保持孩子们的好奇心实在是太重要了。我们用科学探究的方式~就能将孩子们的这种好奇心保持得长一些~我想~从刚才的探究活动中就能看出来了。
2 可以让孩子们参与要求高级认识能力的学习活动。我想让老师们明白这样一个道理~教知识可以让人变得更聪明一些~这话似是而非。如果我们总是告诉孩子们各种各样的结论的话~儿童是可以获得很多知识~但是他的智慧并不一
定可以同步地成长~因为人的智慧与人的认知技能有很大的关系~也就是认知的方法。法国大学的一个研究成果强调:什么样的知识才算是深刻的理解~知道并不是理解~照本解释不是理解~照本运用也不是理解~它有一套完整的关于理解的标准~就是从知识、方法、目的、形式这四个维度来界定孩子们是否对知识真正理解了。什么是知识~是孤零零的呢~还是在一个网络中间和其他知识建立起了联系~这是衡量知识质量的一个重要标志,第二个指标是方法指标~就是知道这个知识是怎么来的,第三个指标是目的指标~就是不仅知道这个知识是怎么来的~还知道这个知识可以运用到什么地方去~也叫目的维度,第四个指标就是会用各种不同的形式来表达~也叫形式维度。对知识真正理解了~儿童就能用各种方式来表达他对知识的理解。所以~现在对科学教育与20世纪60年代的科学教育的重大区别~在于不仅仅是教知识~而且是通过知识的教育来培养孩子们的高级认知能力。杜威说:“科学教育在培养人的认知能力方面~它的作用是不可替代的~因为教科学方法跟教思维方法是完全相同的。”大教育家杜威在那个时候就看到了科学教育的独特价值——可以让人变得更聪明一些。
3 可以培养儿童对科学的积极态度。这一点不用展开~从刚才老师们对探究活动的积极投入~不愿下课~休息的时候都没有休息~这种对科学的积极态度足以体会到了。
4 可以培养儿童达到形式操作阶段。什么是形式操作阶段?它是符号运算。皮亚杰说过~11岁以后的儿童才能进行形式运算~就是A,B~B,C~那么A就一定大于C。小孩子搞不过来~但是到了初中以后应该可以了~这需要有个铺垫~这个铺垫就是感觉运动阶段和表象阶段之间的一个具象的东西。孩子们搞不懂A,B~B,C~那么A就一定大于C这个道理~但请3个高矮不同的同学上来~他比他高~他比他高~他就一定比他高~孩子们马上就理解了。所以~通过操作性的活动~可以为那些还没有经过前面感觉运动阶段和表象阶段的孩子~没有达到和不能达到形式操作阶段的孩子提供具体的经验~因为在探究活动中~他一定是通过具体的物体来操作的。所以~在操作性的探究活动中间~可以让孩子们很好地理解这些知识。很多孩子到了中学对科学就不那么感兴趣了,可能就是没有重视让学生经历科学探究活动,。到20世纪90年代以后~许多国家开始了“动手做”的科学教育项目~用法国物理学诺贝尔奖获得者乔治?夏巴特的说法是~“用
这种探究的方式来学科学~孩子们表现出来的科学热情让我感到震撼”~这就是为什么他在80岁高龄的时候~也是在获得诺贝尔奖以后~不再搞他的物理学的研究~而是一头扎到幼儿园、小学的科学教育的项目中来的原因。现在全国很多省份正在推行“做中学”科学教育项目~“做中学”这个项目就是从法国引进的。其实~最早开始是在美国~法国人是看到美国人这样做了以后~感到非常震惊~所以法国人也在做。法国做了以后~韦钰部长到法国去访问~看到了这样一个科学教育项目~她也想开展“做中学”的科学教育项目~她在退休以后专门做这件事情~在中国推广这个“做中学”的项目。
二、 关于科学探究的过程技能
在我们的《课标》中间~涉及到一些科学探究的技能~有很多老师给我们提意见~说20世纪80年代的那些分类啦、推断啦这些东西为什么在《课标》中间看不见了~我觉得这些意见是对的。我们现在的《课标》上面可能过多地强调国外称之谓“综合技能”的东西。现在看了很多资料~觉得可以把科学探究所涉及到的过程技能~分成两大类:一类叫做基础的过程技能~还有一类叫做综合的过程技能。
1 基础的过程技能。基础的过程技能有哪些项目呢?不同的资料有不同的说法~大致有五类是一致的:
,1,观察。观察是一种非常重要的基础过程技能。
,2,分类。分类是人在头脑中的一种非常重要的思维活动。
,3,交流。可能与20世纪80年代不同的是强调交流~为什么交流这么重要~因为科学与其他学科不一样~比如就与历史、哲学不一样~历史学家~或者是哲学家他们的结论是怎么得出来的呢?我不能说他们是拍脑袋拍出来的~但可以是一个人有一个人的想法~有人不是说“历史是个小姑娘~是可以任人打扮的”嘛~你的认识可以对历史作出这种解释~我也可以作出另外一种解释~但是科学不行。科学与其他学科~与历史、哲学不一样在哪里?它的最大特点是在于它的实证~你作出的这种解释对不对呢?我得说出来让更多的人认可~让更多的人来验证~所以交流这种技能就成了科学探究活动中的一种非常重要的技能。
五年级上册的教材里面~我们专门有一项这样的交流训练~怎么训练的呢?让孩子们用纸做一个纸飞机~然后把你做纸飞机的步骤写下来~和你的同桌交换~
按你的同桌所写的做纸飞机的方式~再做一个纸飞机~你会发现有的时候做不起来~什么原因做不起来呢?这里有表达的困难。所以~要在有限的时间里面把一个事情很清楚地表达出来~并不是一件那么容易的事情~但是在科学教育中间~它是个非常重要的训练项目。
我们的老师说~每次课堂教学在汇报的时候~他们,学生,都不听~或者他们,学生,只顾自己的汇报。在这个方面我们是要下点功夫的~比如说~要是在比较的过程中~老师提出这样的要求:“说别人没有说过的。”这下子就可以吸引孩子注意听别人说过了什么~等一下我要说别人没有说过的。所以~应该把交流作为科学教育中一种重要的技能。
,4,测量。测量也不用多说~老师们是知道的。
,5,预测和推断。预测和推断有联系~但不是一回事~推断是在事实的基础上面~对事实之间的联系,可以是因果联系啊、整体与部分的联系啊,所作出的一种判断、一种解释~比如说~狗叫了~狗什么原因叫的呢?你可以推断:生人来了。但是~是不是一定是生人来了~不一定的。所以~推断和事实是两回事~推断和根据观察所获得的信息是两回事~我们在五年级教材中~专门有这方面的训练。什么是通过感官获得的事实~什么是在事实的基础上的解释~这是截然不同的两回事~我们很多老师在自己的教学活动中经常搞不清楚。推断~我们随时随地都可能做出来~是我们人独有的一种思考问题的能力。猴子不可能~猴子可能发现这块石头是烫的~但是~它就跳开了~只有人~才能在“石头为什么烫”这个问题上~作出可能是太阳晒的~也可能是地热原因使这块石头变烫的推断。只有我们人才能在这两个事物之间建立起联系来。所以~推断和分类一样~也是属于基础过程技能里面的内容~是非常重要的技能。
预测是推断的一种高级形态~首先是对未来世界所做的一种推断~但是要根据以前的经验~对未来的世界作出一种推断~天气预报就是一种很典型的预测。再如~科学和数学是一对亲姊妹~通过测量~通过计算~一个是数字联系~还有的是时空联系。时空联系是康德提出的一对范畴~老师们认为根本没有什么~但是~如果没有这对范畴~世界会是什么样的?世界永远是乱糟糟的~要是没有时间这个概念的话~达尔文也不会这样有名了~正是有了时空这个概念~才能把乱糟糟的生物世界立刻变得有序了。所以~时空范畴是一对非常了不起的范畴~现
在我们已经非常非常熟悉它了。
在小学科学教育过程中~对于这些基础的过程技能~我们可以通过分项的训练来激活某一个知识点。如进行观察的训练、分类的训练~只要有可能~老师们就应该让学生们经常进行这方面的活动。通过这些活动~经常对孩子们进行激活知识点的教育~孩子们就会变得越来越聪明。
2 综合的过程技能。和探究有关系的这类过程技能有哪些呢?
,1,识别和控制变量。比如说~乒乓球反弹与什么因素有关?可能与起始的高度有关~可能与地平的材料有关~可能与乒乓球的质量有关。为了公平起见~我们在研究的时候~在进行实验时~必须对有关变量进行控制~才能研究自变量和因变量之间的关系~才能得出正确的结论~不可能同时研究乒乓球的起始高度和地平材料对乒乓球反弹的影响~这是实验的公平性问题。所以~综合过程技能与实验研究更紧密地联系在一起了~在科学探究过程中识别和控制变量是十分重要的。
,2,形成和验证假设。假设和推论有没有关系?是不是一回事呢?差别在哪里?假设可否看成待验证的推断?推断是随时都可以作出的~例如~狗叫了~生人来了~到底是不是生人来了~不一定去验证。但假设是科学研究专有的术语~一旦是假设的话~接下来的活动一定要有验证性的活动~假设和推断有联系~但假设和推断的最大区别就在于推断不一定要验证~而假设了的就一定要进行验证。
,3,下操作性定义。老师们可能对“下操作性定义”这个词不很熟悉~其实就是实验研究。你们在每做一个实验时~都要对所做的实验进行界定~这个界定就是你们对该实验所下的操作性定义。如做摆的实验~在验证摆线的长短与摆的快慢有关时~你们会在实验步骤里这么描述:“取50厘米长的绳子一根~取100厘米长的绳子一根……”这个“取50厘米长的绳子一根~取100厘米长的绳子一根……”就是你们对当下所做实验下的,操作性,定义。有时我们对反应变量也要下定义~如施肥的多少或施肥的时间对植物生长的影响~这是你们想研究的问题~那么~反应变量就是植物生长的好坏对不对?生长的好坏可以从哪些方面来看呢?可以从植物的高矮、大小、茎的粗细、叶的厚薄等等对不对?有的时候~你们要把问题说清楚~光高矮可能还不行~还要对茎的粗细、叶的厚薄等做个界定是不是?这个定义是你对当下实验所做的。操作变量、反应变量都可以下定义~然后
做实验~做数据分析和解释~有时我们所做的解释~还要用模型的方式来解释。所以~建立模型也是科学教育中一种非常重要的活动~我们在五年级上册的教材中有专门的单元来训练。综合过程技能~也就是我们平时所说的比较严谨的实验研究。
三、 探究的不同类型
探究存在着不同的类型~有的老师说这是探究~有的老师说这不是探究~究竟谁是探究、谁不是探究呢?我们可以对探究作不同的划分~大致有如下四种不同的类型。
1 提问法。提问是不是探究?老师用可以操作的材料~向学生提出一种现象~如小车在地上直转直转不往前走~先提出一种现象~然后指导学生得出一种科学的概括,老师演示一种现象~让孩子们针对这种现象~研究后得出一种科学结论来。这些都是我们在课堂上经常做的~这就是一种探究~尤其在低年级时~我们经常用这种方式来让学生探究~别一讲到探究~就是有实验~就是有变量。
2 发现法。有的老师搞不清楚发现法和探究的关系~发现法是探究中的一种类型~但是它没有变量。发现法有两种:
,1,纯粹的发现。如玩磁铁~在玩磁铁的过程中~孩子们会有很多的发现~不但发现磁铁可以吸铁~还可以隔着书吸~隔着水杯也可以吸,如果把条形磁铁调一个头~它们不仅不吸了~而且还相斥~所以~孩子们在玩磁铁的过程中可能会有一种纯粹的发现。像我们教材中的《照镜子》也是~让孩子们有一种纯粹的发现~在照镜子的过程中~看哪个学生能发现很多很多他原来不知道的东西。
,2,指导下的发现。当我们希望孩子们都具备这种经验时~可以采用指导下的发现。比如当孩子们并没有知道磁铁还可以隔着水杯对铁起作用时~老师们可以建议孩子们这样去试试看~这就是指导下的发现。在一学期的活动中间要有1~2次这种用发现。
3 实验法。这才是严格意义上的探究。狭义的实验有假设、数据搜集、数据分析、解释结论等~实验法实际上就是叙述你认为正确的东西~并找到一种方法来检验你正确的叙述~这是严格意义上的实验。
4 研究法。它有一定的程序~也要搜集数据~但是没有假设~也没有变量。
比如说:“月相是怎么变化的”~我并不知道~我可以去观察~每天记录~有一定的数据~这就和前面讲到的“乒乓球反弹与什么因素有关”不一样了~它有一定的程序~有数据的搜集分析~但没有假设~也没有变量的控制~所以~我们把它叫做研究法。
对于孩子们来说~以上四种方法不一定要让他们去区分它~我们老师们心中有数就可以了~不要把什么东西都看成是探究~也不要只把狭义的、第三种实验法称之为探究~其他都不叫做探究~现在我们有很多老师这样认为~这是不对的。
最后我想说的一句话是: 探究是不是惟一的?不是的。有人说~今年流行西北风。一讲到探究~就认为不是探究的就不是好课。千万不是的:其实教学中~探究只是其中的一种策略。探究固然有很多好处~但比较费时间~不可能所有的课都上成探究课。最近我们在翻译一本书~叫做《科学探究的策略》~我们可以发现~里面有很多有趣的策略~刚才带你们做的活动~都是《策略》书里面的一部分~有各种各样~包括实施有利于孩子记忆的策略……可以看到~科学教育有很多方法~有几十种策略。
四、 在科学教育中教师究竟应该扮演怎样的角色我对这个问题是非常欣赏的~大家知道~探究能力的形成~不可能一蹴而就~它是要慢慢培养的~所以说~探究有一个阶梯。阶梯的两极~一种是“传统的动手做”——所有的都为孩子们设计得好好的~孩子们就照着做去吧~以前验证性研究和验证性实验是不是这样的?前面的做得好好的~但探究的成分实在太有限了,还有一种是“大撒把式”的——任孩子们随便怎样探究去吧。这是一个问题的两个极端~一个是“扶”得太厉害~一个是“放”得太厉害。其实~“扶”和“放”是一个辩证的关系~老师在这中间究竟应该扮演一个怎样的角色呢?我们可以看到~如果我们把探究进行一下梳理的话~大体上包括这样的程序:主题的确定、问题的提出、材料的选择、步骤的设计、结果的分析、结论的得出~我们把探究的程序罗列出来~可以发现~老师和学生在这里面有这样一个关系。,见下表,
一种是从问题的提出到结论的得出都由老师来完成~老师滔滔不绝地对学生讲~偶然穿插一些提问~这在我们平时的教学中经常看到。但是~我们老师可不可以在探究过程中间适当放开一些?如刚开始时~探究的主题、问题由老师提出~材料是由老师提供的~步骤是由老师设计的~结果/分析能不能由师生共同完成~
有可能的吧,结论能不能由学生自己得出~然后慢慢来放,步骤的设计有没有可能?也可能吧~不要以为步骤的设计只有老师才行~其实孩子们也能想得出来。所以~在步骤设计的时候~能“放”的话~应该适当“放”开一点~老师和学生一块儿来商量~我小学科学探究的阶梯
学生们怎样来设计这个实验。我觉得在这方面~我们的小学老师做得比中学老师好。我最近看了一个中学的实验报告~哑然失笑~我们小学老师肯定会对其持批判态度的。这是某某出版社刚刚出版的一本新课标教材上的学生实验报告~说的是种子萌发需要什么样的外界条件。他把目的要求写出来了~需用的器材也规定好了~然后实验步骤是在一根玻璃棒上面绑上三颗成熟的豌豆~一颗完全浸到水里面~一颗接触水面~一颗暴露在空气中。你说这个活动~中学生了~还要给他这样规定吗?能不能让孩子自己想象?非要用成熟的豌豆啊~黄豆行不行?所以~在这些环节中~哪些该“放”~哪些该“扶”~全部的教学艺术都在这个地方。有的时候~问题的提出可不可以由学生自己提出?可以啊:既然提问是科学探究很重要的一个环节的话~那么老师就应该经常给孩子这样的机会~让孩子自己提问啊:有人担心学生会海题~海题完了别怕~适当收口就是了~选择适合我们可以研究的问题~学生慢慢就学会了~找一个我们自己可以研究的问题~他的能力慢慢慢慢就能提高了。所以~全部的教学艺术就在“扶”和“放”之间~看你怎么“扶”~要巧妙地“扶”。有的时候~我们老师会“错了、错了”~其实最好的“扶”是老师反过来问一句~让他自己去发现矛盾之所在~而不要直接地去告诉他。比如摩擦力产生的条件~大连的老师讲了~孩子也意识到摩擦力产生要两个物体。有了两个物体~不运动也产生不了摩擦呀~但是老师不直接讲~反过来问同学~这两个物体我这么放,不运动,行不行?孩子们意识到了~刚才说的“两个物体”不严谨~孩子们说:“要两个物体运动。”这样一来~问题的矫正是由学生自己做了。所以~鉴别一堂课的好坏~一个是在这些环节中~要看能“放”的“放”了没有~“放”了多少。好课要有挑战性~在这些环节方面有没有“放”?在“放”的过程中~老师又是怎么来“扶”的?这个“扶”~我们非常强调~用教育部刘坚老师的话来说~就是“讨价还价式的对话”。对话~不是问答~有时老师为了发挥学生的主动性~经常“你说~你说~你说”~全班学生都说过了~就是看不到老师的主体作用。是要对话~一方面你是平等对话中的一员~但是~你又是平等对话中的首席。所以~一个巧妙的反问~也是对话~就是在这个反问中间~孩子们一下子意识到了他的问题出在哪里了。冯凌老师在上《认识液体》时~孩子们说:“液体之间有轻重的不一样。”她反问一下:“那我拎一桶油来和一杯水比~哪个轻哪个重啊?”孩子们立刻发现这个话说得不严谨了~所以他们后来说:“要倒出同样多的来。”因此~好的引导的话~一个问题反问过去~就能让孩子们意识到问题出在哪里了。好的课堂教学要看该“放”的时候是怎样“放”的~该“扶”的时候又是怎么“扶”的。我们提倡今后老师们写精彩的对话片断~老师们不要花那么多的精力去写空对空的论文~精彩的对话片断那是最有价值的科研论文。我在东北的时候~听了一堂数学课~老师叫孩子们研究角的特征~东北的孩子们喜欢用报纸折大的“四角”~我们小时候折过的~放在地上掼~看谁能把它掼翻过去~老师叫每个孩子折一个“四角”~然后
来探究角的特征~孩子们探究出角的第一个特征是“角是尖尖的”~老师说:“请同学们打开铅笔盒~拿出铅笔戳戳自己。”孩子们一下子就意识到了~“角是尖尖的”不是角的最重要的特征~因为铅笔尖也是尖尖的啊~老师就是这样一步一步引导孩子们自己得出角的特征的。所以~精彩的东西就在和孩子们的对话中间~你既是平等对话中的一员~又是平等对话中的引导者、平等对话中的首席~好课的评价标准就在这两个标准上面~当然~这需要经验~也需要老师的智慧。当老师难~甚至比当医生还难~为什么呢?孩子发烧了~可以判定是哪个地方有炎症了~但有时候小孩子说的话~成人却不知道他说的是什么意思~对不对?你要在瞬间~特别是在有人听课的情况下~判断出他为什么这么说~他的问题出在哪里了~然后还要作出相应的回应~这是一件非常困难的事情~这真的是需要智慧的。我有一次在某地听课~老师带孩子们到室外去寻找有生命的物体~孩子们找来了“花有生命”、“草有生命”、“树有生命”~没想到三个孩子进来说“云彩有生命”、“地球有生命”、“火山有生命”。当时有很多老师在听课~执教老师很紧张~不敢就这个话题展开~而是说“这个问题我们课后去解决”~其实~精彩的对话就应该从这个地方开始。所以~老师们今后可以经常回忆~课堂上总有这样精彩的东西吧~把这些精彩的东西写下来~到时候我们专门来搞一个《精彩对话集》。
什么是科学
什么是科学(首都科学讲堂讲演录) (2008-05-12 19:33:46)
标签:宗教 希腊人 芝诺 西方文化 毕达哥拉斯 文化 分类:科学哲学 收入周立军主编:《名家讲科普》(第1辑),中国对外翻译出版公司2008年4月出版
讲座时间:2007年7月1日
讲座地点:首都科学讲堂(北京王府井新华书店)
今天我给大家讲一个题目叫什么是科学。这个问题本身其实不是一个科学问题,而是一个哲学问题,并不适合对孩子讲,因为听说来的大人比较多,所以我就准备冒险讲讲这个困难的题目。我不是做自然科学研究工作的,这一方面是我的短处,就是人们通常会说的,你不搞科学,你能讲好“什么是科学”这个题目吗?但另一方面这也是我的长处,我以科学作为我的研究对象,而一般的科学家以自然的某一个方面作为研究对象,科学不是科学家的研究对象,相反,是我们科学哲学家的研究对象。由我们来讲“什么是科学”,能够反映我们的长处。 名不正则言不顺,让我们先来看看“科学”这个术语的来龙去脉。“科学”这个词,中国古代没有,是个现代汉语的词汇。它是对西文Science 这个词的翻译,不过一开始我们中国人把它翻译成格致,或者格致学,用了宋明理学中格物穷理致知的意思。“科学”这种译法来自日本人。有一个叫西周时懋的日本人,他觉得西方的学问跟我们中国的学问很不一样。中国古代的学问是文史哲不分的,是通才之学,博通之学,西方的学问是一科一科的,数理化、天地生、文史哲、政经法,所以他就把science 翻译叫“科学”,取“分科之学”的意思。这样一个翻译从日本倒流回来了。大家觉得“科学”这个译法比“格致学”要好一点,结果就流行开来了。到今天为止,中国人使用“科学”这个词也就是一百年左右,甚至广泛传播开来不到一百年。但是在一百年之内呢,科学已经成了我们现代生活中一个最显眼的术语。
大家知道,五四运动引入了两位先生,一个叫德先生,一个叫赛先生。德先生就是民主,democracy ;赛先生就是科学,science 。从那时开始,科学被认为是拯救中国于水火之中的一个重要法宝。我们知道,近代中国的主要问题是如何应对来自西方列强的侵略。先进的中国人提出“师夷之长技以制夷”,科学和民主就被认为是洋人的“长技”。在这个语境之下,“科学”其实更多指的是现代西方的技术,是导致“坚船利炮”的东西。在现代汉语中,“科学”经常被读成“科技”,原因就在这里:中国人其实更关心的是“技术”,对“科学”并不熟悉,也不太关心。
因此我们今天讲科学,首先需要来一个正本清源,也就是追溯在西方语境下“科学”的意思。
英国人讲科学一般讲的是自然科学,讲science 就是指natural science,跟我们中文很像。咱们这个中科院——中国科学院,就不用加自然两个字,你要讲别的科学就要加一个定语,什么社会科学院、农业科学院都要加定语。英文是这样,但是法文和德文并不是这样。法语的science 和德文的wissenshaft 并不必然指自然科学,而是指一般意义上成体系的知识,包括文史哲这样的人文学科。法语和德语的“科学”继承了拉丁文scientia 和希腊文episteme 的意思,讲的都是成系统的知识。因此,要理解来自西方的科学,必须首先搞清楚西方人的“知识”追求走的是一个什么样的路径,为什么会走这个路径。
这就要讲到中西文化的差异。过去我们有一个错误的看法,认为科学是一个与文化无关的东西,它“横空出世”,无牵无挂,普遍有效,代表着人类这个物种最先进的生活形态。似乎只要有人,人只要想活命,都一定要搞科学。这还是把科学理解成了技术的表现。其实,科学对于人类的基本生存并不是必需的。历史上的大多数时期、大多数民族是没有科学的。科学是一种非常特殊的文化现象,或者准确的说,科学是西方这个特定的文化传统中产生的特定的文化现象。不同的文化传统、不同的人文传统会孕育出不同的知识类型。在西方,这个知识类型就是科学,而在我们中国就不是科学,而是礼仪伦理。
为了把“科学”引出来,我们要从人文这个视角来入手。我们讲人生在世终有一死,为什么我们一个必死的人都活得很愉快、很努力、很认真?就是因为我们的文化为我们提供了一个值得活的生活模式。我们在这个文化之下,我们觉得我们的生活是值得过的。这个文化里面最核心的部分就是人文理念,就是关于做什么样的人是最理想的人的一个界定。中西文化之间的根本差异在于人文理念的差异。在现在这个物欲横流的时代,许多人会说,都是人嘛,吃饱喝足就是基本的要求,是基本的共性。其实不是这么回事。吃饱喝足,吃什么?喝什么?到什么地步为足?吃什么东西?以什么方式吃???这都是问题。不同的文化有不同的答案,所以我们必须从人文理念开始来追究科学的根源。
中国的文化以儒家文化为主导。对于儒家来说,什么是人呢?人的最高理想就是一个字,仁。仁者爱仁的仁,仁慈的仁,克己复礼为仁的仁,杀身成仁的仁。这个仁是什么意思呢?就是亲情之爱,推己及人的爱,有差等的爱。这是我们中国文化关于理想人性的基本规定。为什么会这样?中国文化是一种血缘文化,建立在一种自然农耕经济之上的血缘文化,以血亲为文化基因。我们有时候也说中国文化是个亲情文化。对我们中国人来说,情是最高的东西,情感至上、理和法次之。我们中国人的法制意识比较淡薄和我们文化基因有很大的关系。我们不愿意打官司,有什么事私下解决算了,我们的居委会调解制度是具有中国特色的。不愿意轻易上法庭,上法庭不是什么光彩的事,打赢了官司也不见得你就是个好人。所以我们经常说合法不合理,理比法似乎高一点。因为即使打赢了官司,你依然可能是输了理。我们中国人心目中理比法要高,但是理也不是最高的。我们还有一句话叫公说公有理、婆说婆有理。这个理是相对的,你如果较死理那就没意思了。那么什么是最高的呢?刚才我讲了情感至上。《论语》里讲一个故事:一个学生问孔子说为什么父母死后要守孝三年。这当然是个很好的问题,为什么不是两年半,为什么不是三年零一个月,一定要三年呢?孔子并没有正面回答他的问题,因为这个问题没法回答。孔子的方法是通过唤醒他的幼年时的回忆,让他重温父母养育的恩情:你父母小时候含辛茹苦养育你不只三年吧,吃的苦、操
的心、受的累不只三年吧,通过这个让你回忆起浓浓的亲情,把你带回你的童年,让你逐步感觉到问这个问题本身就不对,就不应该问这个问题。在情感的氛围当中,这个问题就被消解了。所以说中国文化本质上是亲情文化。有时我们讲“血浓于水”,“一笔写不出两个吴字”,都是讲的这个意思。
西方文化是一种地缘文化,区别于我们的血缘文化。什么叫“地缘文化”呢?今天我们诸位走到一起就是一个地缘行为,我们之间没有血缘关系,但是我们为了某种事情走到一起。走到一起之后如何构建文化秩序呢?地缘文化实质上是契约文化,不同背景不同出身的人走到一起,生活在一起,需要定一套规则。比如说:要听讲就好好坐着把手机关掉,不要讲话之类的;我作为主讲人,也需要好好讲,努力回答问题,等等。这就是契约。
契约文化始终是西方文化最根本的一个标志。这个“约”是西方文化很重要的标志,包括基督教中上帝和人之间也要定个约,《新约》、《旧约》都是约。我们现在讲市场经济中的游戏规则,这种规则意识也是来自西方文化。他们对规则看得很重,可以说看得很死,因为对他们来讲,规则一旦打破文化就解体了、就完蛋了。
但是我们中国人呢,规则意识比较淡漠。因此西方人看不懂中国的东西,经常以为按道理中国应该不行了,可是时间过去了,还是很行。他们不懂我们中国人有规则,但是不唯规则:我们中国人做事情讲究灵活性,见机行事。我们的古典文献《易经》就是讲变化的智慧的。在纷纭复杂的变化之中把事情搞好,这是最高的智慧。我们因地制宜、相机而行、见机行事、与时俱进,我们还讲识时务者为俊杰。当然这个词后来用坏了,变成一个贬义词了,实际上过去是好词,就是说你非常懂得在不同的情况下调整自己,不要拘泥于死框框条条。俗话说,活人哪能叫尿憋死,说的也是这个意思。但是相比之下,西方人对规则就强调得比较死。我们中国人不大讲交通规则,有红绿灯,但不唯红绿灯,行人往往看见没有车来就过马路,不管现在是不是红灯。可是传说德国人三更半夜两点钟路上一个车没有、一个人没有,他也一定要等着红灯变成绿灯再过去。这当然是很极端的表现,但是表达了西方文化对于规则的强调,因为这是它文化的一个特质。我们出国的人都有一个感受,觉得外国人非常地刻板古板,通融的余地很小。比如你给我写个推荐信吧,咱们中国人都说好话,尽量多说好话,对我又没有损失,你好我好大家好,何必呢?写好一点嘛。他不,有一是一、有二是二,绝不通篇好话。这跟他们的契约文化有关系。
契约文化有一个特点:它要求个体的独立性,个人的独立性,所以个人主义是西方文化中很突出的东西。我们中国人认为没有真正的个人,每个人都是在一个网络之中、社会之中。每个人在家有父母、亲戚;出门有朋友、领导、同事,关系网非常重要,一个人的价值就体现在这个网络之中。一个人取得了一点成绩,通常他都会把成绩和荣誉归于领导、同事、家人、甚至伟大的祖国。西方人不一样,西方人认为个人是独立的,个体主义、个人主义对契约文化是基本的东西。如果说我们中国人的核心人性理想是仁爱的仁的话,那么西方文化的核心价值理念就是自由。
自由始终是西方文化的一个核心价值。我们耳熟能详的诗“生命诚可贵,爱情价更高;若为自由故,二者皆可抛”是这样讲的,“不自由、毋宁死”也表达的是这个意思。西方文化始终把对自由的追求,作为他们文化的内在驱动力。当他们需要捍卫什么东西的时候,最强有力的理由是“自由受到威胁”。我们中国人不大理解“自由”这个词,“自由”这个词在我们汉语里面往往是坏词:自由散漫、自由主义、自由化??都不是好词。我们也不大理解自由是怎么回事,以为自由就是胡来,想干什么就干什么,对不对?经常我喜欢举这个例子:比如你肚子非常饿,走到一个包子铺前一摸兜里没有钱,请问一个自由的行为是个什么行为呢?通常的中国人都会认为:抓起包子就吃就是自由的行为。因为我们对自由的理解是孙悟空式的,蔑视规则。但是抓起包子就吃呢,在哲学家看来恰恰不是自由。因为他认为你是在屈服于你肉体上的欲望,而没有按照道理来行事。所谓自由就是“由自”,由着“自己”,按照自己的逻辑和规则来办事,然而什么又是“自己”呢?其实西方的科学和哲学始终探讨的问题就是“自己”。希腊人讲“认识你自己”,哲学家康德讲“物自己”,都把“自己”列为首要的问题。为什么要讲“自己”呢?这就要说到科学的起源上来了。
大家知道现代西方文化是所谓的“两希文化”,一个希叫希腊;一个希叫希伯来。所谓的“希伯来”指的就是基督教,所以西方文化一个源头是希腊科学,另一个源头是基督教,这两个结合起来形成了西方文化的两大来源。我们讲科学必然从希腊讲起。
希腊文明的鼎盛时代是公元前五百年到前三百年之间,正好跟我们的春秋战国时期大体相同。那个时候历史学家称为轴心时代,是我们现代文明的开端之处。希腊作为西方文明的源头,确实是一个很讲自由的国度。希腊是一个奴隶制社会,所有人分为自由民和奴隶。奴隶的标志是什么?就是没有自由。所以对希腊的自由民来说,希腊学术的一个很重要的功能就是要告诉他的子弟们,究竟什么是自由,如何达成自由的境地。因为,正像我们刚才说到的,要搞清楚自由是什么,并不一件容易的事情。所以希腊的学问就是要围绕自由做文章,要告诉希腊自由民的后代、贵族的后代,如何真正领悟到自由。
希腊人发展了一种学问和知识类型,我们称之为科学的东西,通过这个科学告诉希腊自由民的后代,什么是“真正的自由”。刚才说到自由的关键在于找到“自己”。希腊人说自己肯定是在灵魂里面,而不是在肉体里面,否则怎么理解舍生取义、从容就义这些伟大的道德行为呢!但灵魂也很复杂,灵魂里面的什么东西是“自己”的处所呢?他说灵魂里面思想的部分。思想也有胡思乱想的时候啊,他说就是思想里面不能够胡思乱想的部分,叫做理性的那一个部分。那么理性怎么把握呢?希腊人推出了今天称之为“理念”这样一个东西。
希腊科学或者说希腊学术——这两者是一回事:科学是希腊学术的另一个名字——分了两大类:一类叫数学,一类叫哲学。数学是初阶课程,哲学是高阶课程。希腊数学跟中国数学很不一样。中国人学数学是学计算,我们数学都是应用型的计算题。但是希腊人学数学并不是学计算的,或者说主要不是学计算,学什么呢?主要是学推理。希腊数学为什么走上了推理的道路呢?就是因为希腊人要研究这个理念——自由的根本之所在。
什么是理念?我们举个数学上研究圆的例子。什么是圆呢?我们可以说表蒙子是圆的、瓶盖是个圆的,但是你仔细量一量会发现这个表蒙子并不很圆、那个瓶盖也不很圆。希腊人就问一个问题,他说既然我们的现实生活当中没有一个是真正圆的,那就表明我们知道什么是真正的圆,可是,真正的圆在哪里呢?现实生活中没有真正的圆,希腊人说真正的圆只能在另一个世界。这个世界就叫做理念世界,理念才是我们要着重研究的东西。
理念有什么特点呢?理念有两个基本的特点:第一个它是唯一的、独特的、不变化的。圆嘛,各种各样的圆都有,椭圆、扁圆,但是真正的圆只有一个;第二个特点呢,这个圆它是自己说明自己的,不依赖其它的东西。我讲了可能有一点抽象。让我回头来讲讲中国数学和希腊数学的区别,你们就清楚了。我们以勾股定理为例。
很多人都知道勾股定理:一个直角三角形,一个边是三,一个边是四,那么斜边就是五,勾三股四弦五。在西方这个定理叫“毕达哥拉斯定理”。我们过去搞爱国主义教育,把这个定理叫“勾股定理”。实际上《周髀算经》里讲勾股的时候,还算不上定理,只是一个经验公式而已。我们的木工在长期的木匠实践中发现这样一个经验公式,但并没有被证明,中国人证明勾股定理是后来的事情,大概在公元五百年的时候。但是在公元前五百年的时候,希腊的毕达哥拉斯已经给出证明了。他说直角三角形边长的这样一个关系式,不是在测量基础之上归纳出来的。希腊数学不怎么搞测量。希腊人虽然用尺子,但那个尺子上没有刻度,尺子只是直线的一个表示而已。毕达哥拉斯证明三角形的两个直角边的平方和等于斜边的平方这个事情,不是拿尺子去测量,而是要根据直角三角形本身的特点推出来。这个毕达哥拉斯定理蕴含在直角三角形本身的特征里面。什么是三角形呢?三角形就是三个边搭在一起形成的一个图形。什么是直角三角形?就是有一个角是直角。什么是直角啊?直角就是一半的平角??从头到尾都是概念的逻辑在起作用,用不着具体地看、具体地测量。他是根据直角三角形本身的特征,推出来两个直角边的面积加起来等于斜边的面积。希腊科学一开始走的就是推理的道路、论证的道路、证明的道路、演绎的道路。推理、证明、演绎、论证,都是为了什么?都是为了一个目的就是把这个道理,这个“理”,按照道理自身的逻辑推出来,不求诸它物。长期以来,希腊科学一开始为什么走这么一条道路成了一个历史之谜!今天我愿意提出我的破解。我认为,这条道路与它把“自由”作为他们的核心人文价值有关系。它的学术要突现、贯彻“自由”这个维度。什么是自由?自由就是由自,就是自己决定自己,按照“自身”的原则行事。这个自身的原则最先体现在演绎数学里面,因为演绎恰恰就是自己把自己开展出来。
所以,希腊科学一开始就跟我们中国的学术不一样,跟中国的生存知识不一样。我们的知识都是实用型的,而他的知识一开始走的是内在演绎的发展道路,所以我们称希腊科学是自由的科学、是内在性的科学、是自我推理的科学。这个科学在当时并不是在和人文相区别的意义上提出来的,相反,它就是希腊人的人文学科。所以我经常说学数学,在希腊人看来不是学一个理科的课程,当然也说不上文科课程。它首先是一门政治课,是一门德育课程。希腊的年轻人通过学习数学慢慢领悟到什么是内在性的东西,从而最终真正领悟到什么是“自由的境界”。“自由的境界”就是固守内在性的境界。柏拉图学院的门口挂了一个牌子:不懂数学者不得入内,指的就是对这种境界的一种要求。我经常开玩笑说:不学
数学就不能像**所说的那样:不能成为一个纯粹的人、一个高尚的人、一个脱离低级趣味的人。为什么这么说呢?在希腊人看来,你学的如果只是一些有用的知识,那是低级趣味的知识,只有无用的知识才是高尚的知识,真正的知识。这跟我们中国的情况是完全不一样的。对于我们的实用主义文化来说,没用的东西我们是不会学它的。要解决具体的问题,超越的东西我们考虑得比较少;而希腊人一开始就走这个道路,它一定要强调科学的目标是要达成自由的理念,而这个理念之所以称为理念,就是因为它是绝对的、内在的、它是自我推演、自我展开的。在这个展开的过程,理性起决定的作用。讲理,讲死理,就理论理,成了希腊科学的一个基本特征。
亚里士多德是柏拉图的学生,是他的高足,但是他毕业以后没有留在他的母校任教,而是自己单开了个学校,而且自己发展了一套和老师不一样的理论体系。有人问:柏拉图待你不薄,你怎么另搞一套呢。他说:我热爱柏拉图,但是我更热爱真理。“吾爱吾师,吾更爱真理”大家都知道这个词,相传就是亚里士多德说出来的。
这样一种把真理置于老师之上的行为,在我们中国人很难以理解。《论语》里面有一个很有名的讲法,叫做“子为父隐,父为子隐,直在其中”。父子互隐,隐就是隐瞒,比如你父亲犯了错误,甚至犯了法,孔子说你作为儿子不应该举报,他犯了错误你不应该公开谴责,别人可以谴责。这说明什么呢?因为中国文化是以血缘亲情作为基本的文化基因,在这样一个背景下,它是可以讲得通的。过去讲国家国家,国是按照家的结构形成的,而家庭的基本结构是血缘亲情关系。据说韩国法律里面还融入了儒家思想。比如说,在窝藏罪、包庇罪的处罚方面,如果你们有亲属关系的话,可以减除一半。本来该判十年判你五年就行了,这叫“亲亲互隐”,情有可原。在伤害罪里面如果你是亲属的话那要加倍,比如说,你虐待你的父母和虐待你孩子,本来判五年的话要判十年。儒家文化讲亲亲互隐,而希腊人是“吾爱吾师,吾更爱真理”。所以可以说,希腊人讲理讲到一个极端的地步。因为在他们看来理是至高无上的,上面没东西了,讲理讲到绝对的地步。一件事情如果不合理,他们甚至认为,那这件事情根本就不存在,是虚假的。 举个例子。希腊有一个叫芝诺的哲学家,他说:运动不存在。为什么运动不存在呢?因为运动不合理。为什么不合理呢?他说让我来证明给你看。为了从A 点到达B 点,我必须先到达AB 的中点C 对不对?为了到达C 点,又必须到达AC 的中点D ;为了达到D 点,我必须先到达AD 的中点E ??以此二分无穷无尽,所以实际上一步也迈不动。第二个论证是这样说的:跑得快的追不上跑得慢的。为什么呢?他说,比如说一只兔子想追本来在它前面的一个乌龟,它必须先到达乌龟刚才的位置对不对?对!可是等你到达乌龟刚才的位置的时候,乌龟又不在那儿了,又往前爬了。接着追,接着追还是这样的,你又要到达乌龟刚才的位置,到达乌龟刚才位置的时候,乌龟又在前面了...... 所以芝诺说,我们只能说兔子越来越接近乌龟,却不能说它追得上乌龟。这就是芝诺的所谓运动悖论。
我们中国人一般听到这里,直接反应就是你这是诡辩、狡辩嘛。我们中国人向来就不信这个歪理邪说,怎么追不上呢?你顶多是开一个玩笑而已。不是的,他们很认真。芝诺说,这个道理讲不通,那么运动就不存在。我们应该注意这个悖论确实推动了后来西方数学和逻辑的发展。这个难题到现在也不能说很好地解
决了。后来也有人用动作来展示运动的确是存在的,但芝诺会说,尽管我确实看见你手在动,可这是假象。你把筷子放在水里去,筷子弯了没有?看起来是弯了,实际上呢没有弯,所以你看见它弯了实际上是假的。你看见我手在动,实际上并没有动,为什么没动呢?因为它不合理。运动因为不合理所以不存在。所以我们看到,他们走的路子一开始就设定了一个坚硬的东西,这个东西坚硬无比,可以作为永恒的根据。因为要捍卫理性的至高无上的地位,希腊人甚至不惜宣布我们的大部分感觉世界都是假的。从希腊以来,西方人的思维中始终存在着这样一个二分:主客二分、人与自然的二分、真相与假想的二分,其原始的根据就在于对这个坚硬的“理”的坚持和执着。
一开始讲过,人生在世终有一死。一个有死的人能够活蹦乱跳地、兴高采烈地、执着认真地活着,是因为我们的文化一开始就为我们提供了一个有意义的生活模式,这个模式里面核心的价值理念就是最高的人文理念。这个理念如果一旦打破了,那我们的生活就会出现危机,因为生活值不值得过就成了问题。举个例子,什么样的情况使我们觉得万念俱灰?一个文化它的基本价值如果出现问题的话,那这个民族就很成问题了,我们称为“文化危机”。
大家知道五四时期我们的中华文化就处在文化危机之中,那个时候的优秀青年都不相信中国传统,觉得中国文化就是一团糟,鲁迅就很典型,他大声疾呼“不要读中国书”!和青年们说“一个字都不要读!”,你看看中国书里面就两个字:“吃人!”所以可以说当时的文化危机十分地严重。
同样对希腊人来讲,那个至高的理念不能破,一破了整个希腊文化甚至整个西方文化都会出问题。举个例子:根号二的发现。大家知道根号二就是一个等边的直角三角形的斜边的长度。等腰的直角三角形,如果你直角边是一的话,那么斜边就是根号二。根号二最早是毕达哥拉斯学派的一个成员发现的。毕达哥拉斯学派的祖师毕达哥拉斯提出一个著名的哲学命题叫做“万物皆数”,世界上的事物本身都是“数”,数字的“数”,可是毕达哥拉斯学派的一个成员发现根号二不是一个数。当时的希腊人认为数都是有理数,所谓的有理数就是都是正整数之比,我们今天叫做有理数。只要你能把一个数表述成两个正整数的比例,哪怕是无限循环小数它也是有理数。但这位成员却发现根号二不是一个数,永远不能够表述成两个正整数之比。这个发现出来以后,毕达哥拉斯学派可以说是悲痛欲绝,他们说怎么办呢?我们学派的宗旨是万物皆数,结果发现居然有一条边不能对应一个数。怎么办呢?没办法。结果他们把这个发现者扔到海里去了,把他给处死了。我们解决不了你这个问题就把你处死算了。这个问题说明什么?说明他们对至高的理念强调到什么地步。正是由于有这样一种至高的理念,导致了希腊人的科学成了在人类所有的文明中间一个非常突出的东西,极其的突出。它对于“理”之绝对性的强调,对于内在性逻辑的拘泥导致了一个非常突出的知识类型。这个知识类型中国古代没有,其他文明也没有。埃及、印度没有。没有一种文化有希腊的这种知识理想和知识范型。
到此为止我们讲到了科学在西方的第一个阶段:希腊科学。这是一种自由的科学,一种内在性科学,它不是经验科学,它是没有用的科学。希腊人相信,一门知识越没有用越纯粹、越高贵。但是这样一种科学在历史上并没有持续多久,随着希腊文明的衰落而衰落。文艺复兴之后,欧洲人重新发扬光大希腊的科学传
统,并且酿造出了另外一种科学类型——就是我们中国人很熟悉的现代科学。现代科学不是一个纯粹的科学,它是要有用的。
现代科学有两个始祖,讲了两句很有名的话。一个叫做弗朗西斯·培根,讲了一句“知识就是力量”。这句话很重要,它一语道破了现代科学的特征,什么特征呢?现代科学是力量型科学,现代科学是有用的科学。培根批判希腊人都是孩子,爱玩儿,不懂得把科学用来造福于人类,改善人类的物质生活条件。在我看来,希腊人有两大重要的发明,一个是刚才说到的演绎科学,另一个就是奥运会。明年我们就要开奥运会了,而奥运会就是希腊人发明的。当然现代奥运会和古代奥运会有很不一样的地方。古代奥运会olympic games ,是游戏。现代奥运会游戏的成份已经很淡了。现代奥运会是竞争很激烈的,叫做competition 更贴切,不像是希腊人的奥运会,就是玩儿,是一项自由的运动。这件事情应该跟我们刚才讲的科学的起源连在一起理解。所以培根说希腊人不行,那么好的科学一点用没有,吃得还是那么差,住得还是那么差,过的日子也就那么一般。他认为科学应该为人类造福,要发展功利型的科学,发展应用型学科。怎么办?首先要面向经验和实践,所以培根说:要对自然界有一种新的态度,要利用它。培根还说,要征服自然必先顺从自然,欲顺从自然必先了解自然,怎么了解?因此他说了解自然不是一般的了解,不是你坐在一边看着自然界,应该把自然界抓起来拷问它,让它供出自己的秘密。所以培根的思想实际上为近代的实验科学提供了一个重要的哲学依据。近代的科学一开始就走上实验的道路,其背后的根据就是要通过对自然进行拷问来逼出自然的奥秘,从而最终掌控自然、征服自然,为自己造福、为自己服务。这就是我们近代科学的一个重要的本质,那就是为人类造福,是人类中心主义的。
还有个人物我们称为笛卡儿,是一个法国科学家。他也有句名言,他说“我思故我在”,很多人都听说过。这句话比较费解,但实际上这句话也被认为是近代思想的第一声号角。为什么呢?因为在这句话里,“思想”、“理性”依然是这个世界的根据,只不过,这个思想不再是“神”的思想,不再是神思,而是“我”的思想。当然这里的“我”不是笛卡儿本人,而是我们大写的人。人类的近代之所以走向了一个新的科学类型,与我们人成为中心有关系,所以我们说近代科学本质上是一个人类中心主义的科学。今天我们讲“以人为本”,实际上是近代科学基本的思路:人成为我们这个时代、我们这个世界的价值核心。世界是什么样的,从此以后都要按照人的目光,按照人的理解框架去透视它。笛卡尔不仅提出了这个“以人为本”的思想,而且给出了实现的方案,那就是对世界进行普遍的数学化。笛卡儿是近代数学化运动的一个重要人物,直角坐标系是他发明的。几何和算术过去是两个独立的学科,互相没有关系,但是从他开始几何算术通了。所谓的解析几何,就是通过算术或者代数的方式来解决几何问题。笛卡儿做了一个很重要的还原工作,就是把物质归结为空间,把空间几何化,以此实现世界彻底的数学化。为什么要这么做呢?因为他认为只有数学上能说得通的东西才是真正存在的东西。注意听这句话,这句话跟希腊人的话很像,只有合理的才是存在的,不合理的不存在。笛卡儿进一步规定了自然界本身,那就是能够被数学化的部分才是真正的自然界,不能数学化的部分呢?或者是暂时不能数学化,最终还能数学化,或者是原则上不能数学化。对于后者,他说那就不是自然界的东西,
而是人自己脑子想的东西,是脑子的私心杂念,胡思乱想。从这里我们很清楚地看到他继承了希腊人的科学理想。
近代科学跟希腊科学不是两门完全不一样的科学,而是源与流的关系,但近代科学提供了一个新的维度。什么维度?就是力量的维度,征服的维度,实验的维度。希腊科学是不讲实验的,它不做实验,它认为动动脑筋就可以了,内在性的思路,这与他们对自由的理解有关:他们把自由看成是对理性的纯粹认识和纯粹知识。但是近代人的自由观呢,有很大变化。这就要讲到我们刚才所说的两希文化的第二个希,基督教文化给近代世界带来一个新的东西,就是意志自由,自由意志。
今天时间有限,我们讲不了那么多,只能简单地说一下。基督教强调上天堂、下地狱都由你自己造成的,上帝赋予了你自由意志,给了你选择的可能性,你愿意上天堂上天堂,愿意下地狱就下地狱。很多局外人经常说,既然上帝那么好,那我们的世界怎么那么多灾多难呢?那么多悲剧啊,那么多不幸呢!上帝为什么不创造一个什么麻烦事都没有、始终太平、风调雨顺的一个世界呢?这似乎是基督教里面很麻烦的一个问题。其实对基督教来讲,这个问题并不麻烦,解决的关键就是他们对于自由的理解。人类的先祖背离上帝的指示,被迫离开了伊甸园。背离这个事情本身是一个自由行为,这是现存一切可能性的根源。所以意志自由从中世纪开始就被引进来,以补充希腊人的知识论意义上的自由。到了近代,自由的理念中已经包含了“意志”这个新的维度。它强调人要行使自己的意志自由,要做点什么。青年学生都熟悉奥斯特洛夫斯基在《钢铁是怎样炼成的》里面讲的,人的一生应该这样度过,在我临死的时候回顾自己的一生,觉得自己没有虚度等等??这是一个非常典型的现代性的生活模式。什么模式呢?就是will to power ,一种求力的意志。我这一辈子总要做点什么,干了点事业来,否则我来世上一遭就白来了。其实这个模式并不是自古以来人类普遍的生活模式,我们中国古代就没有这个模式,希腊人也没有这个模式。希腊人认为通过沉思、通过理解理念的内在逻辑能够获得一种高尚的生活。中世纪的人也不是这个逻辑,中世纪的人低着个头祈祷、冥思苦想,在修道院里过着最理想的生活。近代人开始发现人要做点事情、要有所作为、要有进取之心。
正是这样一个求力意志构成了近代科学的重要特征。近代科学是一个攻击型的、进取型的,你也可以说侵略型的知识策略。侵略谁?自然界。把自然物抓起来关到实验室里去,让它处在一个非自然的状态之中,考察它们在不同的非自然条件下必然会有什么样的反应,这就是实验。实验就是在一个极端条件下让自然界把自己的规律给显示出来,能不能在自然条件下显示呢?不容易。自然条件下不大容易显示那些由于人工干预而必然会产生的那些规律,怎么办呢?只有到实验室里面来,让它处在高温、高压、高浓度、高密度、高磁场或者是特别低的低温、低压、低浓度,总而言之在一种非自然状态下,自然的因果规律就能够显露出来。这个所谓因果规律,其实就是一个刺激和反应规律,本质上是一种服务于控制的规律。这就跟驯马一样你捅它一下看它有什么反应,如果你掌握了这个马的所有的刺激反应规律,那么这个马你就驯服了,因为你知道你如何控制这个马,知道它会有什么样的反应,所以这个马你就不怕了、就不陌生了,你就可以驾驭这个马了。
近代科学的理想就是驾驭自然界。通过在实验室里不断地、反复地对自然界进行各式各样的刺激,我们掌握了自然界的刺激-反应模式。所以近代科学基本上是一个追求决定论的科学,预测是对近代科学的基本要求。可重复实验正是为了保证这种可预测性。有了预测能力我们就能安心地征服自然。如果我们对自然界原则上不知道它会有什么反应,那我们就不敢轻举妄动了。如果把山劈了不知道有什么后果,那我就不敢轻易劈它;如果说科学计算发现山劈了问题不大,或者说即使有问题,也是我们能够知道的能够解决的,那就可以放心大胆地劈吧。所以,近代人对自然的放肆和无所畏惧是建立在对自然规律,特别是确定性规律、决定论规律的掌握之上。
今天我在这里讲述什么是科学,一个主要的目标是要回到人们对科学的早期理解上去。因为,现代科学在几个意义上对古典科学有所背离,而这些背离是近代科学导致的诸多问题的根源。第一个背离是对自由本身的背离。科学对自然界越征服,对自然界越控制,似乎人们就越自由。比如今天到上海去坐飞机一会儿就过去了,过去坐牛车马车得走好几个月。我们因为现代科学和现代技术而具有对自然的征服和控制。我们越是有更高的技术,我们越是感到自己很自由,越是感到自己成功地征服了自然。可是问题是,我本身也是自然的一部分,因此当我们人类运用现代的技术对自然进行征服和控制的时候,它同时意味着人对自己也进行了完全的征服和控制。现代人经常谈的所谓异化状态,人成了机器的奴隶、成了机器的工具,根本的原因就在于此。人在现代被分裂为两半,一方面作为主体的人似乎是高高地扬起来了,但另一方面我们作为自然的一部分,却被严重的贬低了、边缘化了,人和自然一起丧失了自主性和尊严。人体适合喝矿泉水,不适合喝污染的水,而污染恰恰是我们的化学工业造成的,是我们征服自然的行为带来的。人适合晚上睡觉、白天起床,日出而作,日落而息最好,反之,不自然,久而久之,对身体有害。人有自己的固有生理节奏,我们千百万年进化带来的和太阳运动规律相协调的节奏决定了我们人的基本的生理节奏,但是现代社会非常繁忙,因为我们有了技术所以使得我们能够无视这个节奏,人为的创造一些生活节奏。结果是什么呢?结果就是我们自己受不了,人体自身受不了了。现代社会的繁忙、烦燥、心理疾病和这个都有关系。总的一个根源就是人在征服自然的时候,把自个也给绕进去了,在技术征服自然的时候人也被技术所征服了,这是现代科学遭遇的一个很大的问题。究其根本,自由的问题被重新突出出来。它让我们同时质疑,现代科学以实验室的方式通过对我们的世界进行数学的还原,来对自然进行控制和掌握的这么一条路子,究竟还能走多远。
每当这个时候,我们中国人就会情不自禁地回忆起自己的传统文化。中国古代有没有科学,这是大家很喜欢问的一个问题。按照我刚才的讲法中国当然没有科学,因为科学指的就是希腊人的知识类型。中国有知识、有学问,这没有问题,但是没有西方那种知识、那种学问。西方的知识和学问从源头开始以追求自由的理念为核心价值,因此走上了一条特殊的求知道路。中国古人走上了另一条道路,那我们中国是不是很丢人呢,是不是应该怪自己的祖宗呢?我认为,根本不应该这样。我们在现代化的过程中,造成了许多很偏激的思想,对我们的传统妄自菲薄,甚至恶意污蔑自己的祖先。不是反思我们自己没有把事情做好,动不动怪祖先。任何一个伟大的文化都具有丰富的多样性资源,有自己的内在张力,以应对新的问题和困难。可是近代中国人把自己的文化传统丢光了,使得自己在应对新
的问题时,完全无所凭借,这样的民族如何会有希望呢?一个没有文化主体的民族,如何能够自立于世界民族之林?
现在政府提中华民族的伟大复兴,这个伟大的复兴不光是你赚很多钱的问题,不光是个经济起飞的问题,更重要的让自己的文化强大起来,成为强势文化。西方近代的崛起是靠文艺复兴,靠的是对希腊文化的发掘和光大,他们找到自己的根了,他们把希腊文化和基督教文化结合起来酿成了现近代强势的西方文化。我们靠什么呢?自己的东西全丢光了,洋人的我们又学不来,学不像。希腊人那样一种自由的理念,我们中国人还谈不上十分理解,一说科学,就总是想着如何用,如何发展生产力,如何致富。今天的中国实际上面临两方面的问题,一方面是如何正确看待自己的传统,如何重新树立文化自信,确立文化本体;另一方面是,同全球化时代的世界人民一起,直面现代科学技术带来的共同问题。
今天讲科学并没有给出一个定义。很多人期待一个定义,其实这是一种简单性思维。尼采说:历史性的东西是给不出定义的。科学也是一种历史性的东西,它处在演变之中。因此,对于历史性的东西只能给出历史性的说明。今天我采用的方法是给出不同的科学类型。今天我讲了两种类型的科学,先花了很多精力讲科学的正宗、正溯、本源,就是希腊的理性科学,我称之为自由的科学;我又讲到了近代的求力科学,以及求力科学在当代碰到的问题。出了问题怎么办?有很多办法,我的粗略的想法就是,一方面要引进东方的博物智慧,以弥补西方思维的缺陷,另一方面要回溯到希腊自由科学的理念,来改变、修正我们的现代科学,使之朝着健康的道路发展。好,我就讲到这儿,谢谢大家。
(续完
)
科学究竟是什么
科学的启示
行进在又一个五年交替的时空坐标上,今日之中国,既要在较短时间内走完发达国家上百年走过的工业化道路,又要在新一轮世界科技革命和产业变革中迎头赶上;今日之成都,经济发展进入新常态,既要保持中高速增长,又要向中高端水平迈进。在这个快速发展的时代,我们对“赛先生”的需求较之“五四”时期有增无减。科学发展观的内涵首先是科学,从国家战略到城市实践,科技创新已成为释放繁荣新动能的重要引擎。
实事求是、解放思想;不囿旧制、敢为人先。革故鼎新的力量源自科学,创新思想的酵素蕴于科学;科学是对生活的省视,起源于人们的好奇和求索;科学素养的提升与上好每一堂科学课紧密相关……本期《阅读与思考》,我们邀请有关专家与学者,从科学精神、科学与生活、科学教育等不同角度,碰撞交流科学给我们带来的启示。
李醒民
“科学精神”一词当今不仅频频出现在学人的论著中,并常常见诸公众言谈,然而究竟什么是科学精神,并非人人耳熟能详。作为人类思想酵素的科学,又是如何深刻地影响着人类生活?在这篇文章中,我就“科学精神”和“科学的文化力量”谈谈我的观点。
科学精神的支柱:实证和理性
科学精神以追求真理作为它的发生学和逻辑的起点。在科学中,通向真理的唯一道路是实证的和理性的道路:实验的严格检验和理性的无情审查。由追求真理的逻辑起点水到渠成地导致科学精神的两大支柱——实证精神和理性精神。这两大支柱支撑着科学精神的整个规范结构,乃至支撑着科学的摩天大厦。
科学的实证精神使科学有别于其他知识体系或观念形态。凡是科学家,无不坚持科学的经验原则,浸透实证精神。科学的实证本性或实证的方法、思维方式、心智框架等,构成科学的实证精神。像实证精神一样,理性精神是科学精神的另一大支柱和根本要素。这是因为,科学具有两面性质:经验性质和理性性质。前者以可检验性和预言能力为表征,后者以抽象性和简单性为表征。
科学的实证精神和理性精神虽然有所不同,乃至形成人的思维的两极,但是在科学中,二者却是珠联璧合、相得益彰的。它们在科学中相互限定、彼此补充,而不是相互对立、彼此排斥——科学就是在二者必要的张力中不断进步的。
科学的实证精神和理性精神两大支柱并非孤立地耸立在那里,其上还支撑着其他次生精神或衍生精神,比如怀疑批判精神、平权多元精神、创新进取精神、纠错臻美精神、谦逊宽容精神等。怀疑批判精神使科学和人保持青春活力,平权多元精神使科学和人祛除唯我独尊,创新冒险精神使科学和人永远求索前进,纠错臻美精神使科学和人不断精益求精,谦逊宽容精神使科学和人永生虚怀若谷。这一切精神要素最终把科学和人导向最终归宿——自由。
至此,我们可以勾勒科学精神的整体规范结构了。科学精神以追求真理作为它的发生学和逻辑的起点,并以实证精神和理性精神构成它的两大支柱。在两大支柱之上,支撑着怀疑批判精神、平权多元精神、创新冒险精神、纠错臻美精神、谦逊宽容精神。这五种次生精神直接导源于追求真理的精神。它们紧密地依托于实证精神和理性精神,从中汲取足够的力量,同时也反过来彰显和强化了实证精神和理性精神。
科学的文化力量:革故鼎新
科学及其衍生的技术作为一种文化形态和文化力量,大大改善了人类的安全、营养、健康、舒适、通讯、交通、娱乐等等的状况,增强了人们抗御自然灾害和影响自然的能力,从而在人类文化中发挥了显著的作用。作为文化形态的科学主要是以两种形式发挥其文化力量的,这就是破旧立新,或曰革故鼎新。
批判是科学的生命,批判也是科学的精神气质和文化品格。科学自诞生之日,就担当起破除迷信、革除陋习、更新观念、解放思想的角色。严格地讲,仅仅破旧而不能在旧废墟之上立新,在某种意义上只不过是非建设性的破坏。科学并非如此,它在破旧的同时也在立新,帮助树立新制度和新观念。哥白尼在怀疑和批判地心说的同时提出日心说,在粉碎宗教教条的同时确立了新的宇宙观。彭加勒在批判牛顿绝对时间的同时指出时间和同时性的相对性。科学和科学家之所以在革故时伴随鼎新,是因为没有一点新思想的批判,根本无法革故;也因为作为文化的科学,本身就是人类文化的源泉和思想的酵素,认清旧思想体系的裂痕和悖论,往往能够提出新问题,从而为新思想的涌现创造契机。
科学在形而上层面的立新之举数不胜数,我仅从三个视角论述。
首先,科学给予我们以永恒世界的信念或世界模式,这是我们安身立命的重要根基之一。没有这样的科学自然观或宇宙观,且不说我们面对山崩地裂、日月盈亏,即便是面临经常发生的狂风暴雨、电闪雷鸣,也会像先民那样茫然无措,惶惶不可终日。
其次,科学使我们借助科学方法,探索和把握自然的知识或真理。从这些健全的科学知识出发,有助于我们理解实在的本性和人在自然界中的位置,于是我们才可能得以幸存并正常地生活和正确地行动。诚如莫尔所说:“在现代社会中,真正的科学知识是有目的的行为的最重要的工具。而有目的的行为则是人的文化的实质。”
最后,科学价值丰富了人们的价值观,科学的赋义特征给整个世界和人增添了意义。要知道,人必须生活在意义世界并使他的生活有意义,否则他的人生就显得无聊与荒谬。因此,每一个人都需要意义进入他的生活,以便使生活充满光明和斑斓的色彩。与其他文化相比,科学也许更具微言大义的特点。
然而正如布朗所说:“我们生活在我们因为物质福利而日益依赖科学的时代,可是我们之中的大多数人并不知道科学赖以立足的新思想和新眼界以及深刻的文化意义。”他进而批评道:我们之中的许多人只是由于物质利益而重视科学,这是一种浅薄的看法。对于这种极端功利主义和物欲主义的态度,也许用席勒的话语回敬再好不过了: “科学是女神,不是挤奶的母牛。”
(作者系中国科学院大学教授)
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