文档介绍：科学究竟是什么
张红霞著
第二章科学的过程究竟是什么
如果说第一章只是讨论了科学研究过程的第一步:提出科学问题,那么接下来就要回答有了科学问题以后应该怎么办。
美国《国家科学教育标准》将实现科学素养教育目标的内容标准分为8个方面。除了具体的物质科学、生命科学等内容外,还有4个方面:统一的科学概念和过程、科学探究过程、科学与社会的关系以及科学史与科学的本质。在第一章中我们通过讨论什么是科学问题,以及科学问题区别于其他问题的特点,对科学的性质可以说有了初步的感觉。
我们在第一章还将科学问题与“统一的科学概念”或“科学概念体系”进行了联系,这一章我们将把焦点放在“科学探究过程”上。
一、过程与方法的含义
在进行任何有效的讨论之前,都必须把所涉及到的名词术语定义清楚。自20世纪60年代以来,科学教育界提出了“科学作为过程”的科学教育理论,它的意义在于强调科学教育不仅仅是学知识,而是整个探究过程的参与和体验。探究的具体过程虽然可以多种多样,但它们存在着区别于其他学问的共同的核心的内容,这些共性即是独特的科学研究方法,代表了科学的本质,这也是本章所关心的主题。因此,本章所讲的“科学过程”主要是指在一般的科学研究中,那种普遍适用的系统化的操作方法与步骤。换句话说,是从众多具体的科研项目中抽象出的科学探究的一般方法论上的特性和规则。至于具体地怎样完成一个特定主题的观察或实验操作,如怎样测量气温,怎样使用石蕊试纸,虽然也是进行科学探究的必备技能,但不在本书讨论之列。“方法”一词,与“过程”一样,也有两种用法。当与过程同时使用时,往往是指方法论层次上的意义,即与本书所讨论的“过程”同义;但如果在一个具体的实验或观测操作中使用,往往是指具体的操作,如怎样测量气温。美国《国家科学教育标准》中把科学过程与方法看成一个系统,是指一系列的相互联系的科学家普遍使用的研究方法和程序。
那么,科学家们普遍使用的研究方法和程序是什么呢?
一般来讲,一项完整的科学研究往往包括如下的步骤(图2—1),而且它们之间是一个不断循环往复的过程。
然而,不是记住了这个步骤就等于掌握了科学方法。这里有一个故事:有一个渔民,以每天打鱼为生。一日突发奇想,想知道他捕的鱼到底有多大。他将每一条鱼经仔细测量后,发现他所捕的鱼均长于5厘米。因此,他得出结论:这个湖中没有小于5厘米的鱼。我们能说这位渔民是在进行科学研究吗?
我们说这个渔民是比一般的渔民要有一点科学精神的,因为他具有好奇心,对事情的内在规律有兴趣。但他没有经过正规的科学训练,首先在收集资料的步骤上出了问题。他的工具是渔网,而网眼决定了鱼的最小尺寸。显然,他并没有意识到这一点,他的观察设计经不起别人(用其他渔网)的重复验证。其次在分析资料上出现了逻辑上的失误,他的科学问题是“鱼到底有多大”,但得出的结论是“不小于”或“大于等于”,这是因为他不知道统计学上反映大小的常用统计量是“算术平均数”。最后,更严格地讲,他还错用了归纳法。一次性、一个点上的观测往往不能代表整个湖一年四季的总体状况。
这里讲的是一个渔民,对于一个科学家来讲,虽然不会犯这样低级的错误,但类似性质的问题有时却难以避免。实际上,科学理论建立过程中的错误,往往出在研究的设计和对数据资料①的分析、解释上,例如把一个复杂的多变量的问题解释为简单的单变量的问题,把一个次要变量误认为主要变量。
一般来讲,教学中的科学探究活动,对应于图2—1的过程,常常是“孩子们使用材料的自主探究+讨论(提出问题)——实验——继续讨论(分析资料)一教师引导下的小结(得出结论,提出新问题)。附录1中的课例2、3、4、11,都是如此。对于年龄大一些的孩子,概念会更难一些,处理资料的技术会更复杂一点,讨论过程会有更多的争论或更独立一些,但整体过程基本上是不变的。课例10
“仓鼠威利”实际上是进行了多次循环往复的“探究一讨论一得出结论一提出新问题一再探究”的过程。
二、过程与方法的教育价值
过程与方法是今天科学教育的核心内容,因为探究离不开过程与方法。它在基础教育层次上的价值不仅在于让孩子们学会进行科学研究或用科学的方法处理问题,不犯像渔民那样的错误,而且更重要的是,通过让孩子们学习科学对事实的尊重、科学对观察的依赖、科学对结论的谨慎、科学对错误的勇于修正等这些科学教育特有的内容,提高孩子们的科学素养,为21世纪培养更具科学理性的公民。
那么怎样理解科学研究“过程”的这些特有的价值呢?
首先是客观精神。要回答一个问题或对一个问题做出判断,必须要有证据。而这个证据必须基于客观事实。如果说“非典”给我国2003年上半年的国民经济带来了很大的影响,这是不是事实?单从这句话还看不出来,而要列出各个主要产业与上年同期情况的比较,还要给出其他因素的影响信息。我们说“孩子们很喜