重视科学研究的结果和应用

2019-10-05 23:23栏目:科学
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  展开全部美国科学促进会在其制定的“2061计划——面向所有美国人的科学”中,从科学世界观、科学探究、科学事业三个方面对科学的本质进行了阐述:[6]

  科学家对他们所从事的工作以及他们如何看待自己的工作都有一些基本的信念和态度,它们与自然世界的性质和我们对它的了解有关。

  科学家们相信,运用智慧和扩展人类感官的仪器,人们能够发现自然运行的图式。

  不管一种科学理论对一系列观察事实解释得多么完美,总可能有其它理论同样适用或比它解释得更好,使用范围更广。

  世界上有些事物是不能用科学方式有效地进行研究的。如,信仰就其本质来说是不能证明或否定的。尽管有时科学家们通过确认一些特殊行为的可能后果,权衡利弊后对讨论如善良与邪恶这类问题有所贡献,但他们无法解决此类问题。

  科学中不同的学科,对证据的依赖、利用假设和理论、应用逻辑等很多方面是相同的。不过,科学家们在确立研究对象、如何开展工作、是重视历史资料还是实验发现、应用定性还是定量方法、如何应用基本理论以及吸收多少其他科学家的研究成果方面是大不相同的。尽管如此,由于科学家们不断进行着技术、信息和概念的交流,所以他们对构成有效科学研究的要素是有共识的。离开了具体的科学研究,科学探究就难以表述,没有简单的、固定的科学探究模式,但科学的一些特点使科学探究模式具有下列明显的特征:

  科学主张的确立最终是由对现象的观察决定的。科学家们被动地进行观察(如地震、鸟的迁徙)、收集标本(岩石、贝壳)、主动地探究自然世界(如向地壳钻空或者配制实验药物)目的就是寻找证据。由于科学对证据的依赖,所以开发更好的仪器和观察技术具有很大的价值,同时,任何研究个人或小组的发现都需要被其他研究者验证。

  科学论据必须符合逻辑推理原则,也就是说,证据是应用一定的推理标准、证明和常识确定的,但是仅有逻辑和对证据进行严密的验证通常还不能满足科学的发展。科学概念不会仅从数据或一些分析中自动地产生,提出假设或理论去想象世界是如何运行的,然后再设计它们如何能在现实中得到验证,这与写诗、作曲或设计摩天大楼一样具有创造性。

  科学理论的可靠性通常取决于它们揭示先前看起来没有联系的现象之间关系的能力。例如,大陆漂移理论的可靠性在于它说明了诸如地震、火山、不同大陆上化石、大陆的形状以及海底轮廓的匹配等各种现象之间的关系。

  科学家的国籍、性别、种族、年龄和政治信仰等可能会使他们偏向于寻找或强调某种证据或解释。如,多年来,男性科学家对灵长类动物进行的研究,一直把重点放在雄性动物的竞争性社会行为上,直到女性科学家进入这一研究领域,人们才认识到雌性灵长类动物组建社会行为的重要性。在一个研究领域,避免难以察觉的偏见的方法是让不同的研究者或研究小组从事同一项工作。

  即使是最有声望的科学家,有时也拒绝接受新的理论,尽管已收集到足够的证据已经说服了其他科学家。然而,从长远的观点看,理论由其结果来评判,即,当某人提出新的或改进的理论后,如果它比以前的理论解释更多的现象或回答更重要的问题,那么新理论就会逐渐地取代以前的理论。

  科学作为一项事业,有个人、社会和机构三个维度。科学活动是当今世界的主要特征之一,与其它特征相比,它也许更能把我们的时代与以前的时代区别开来。

  科学研究的方向受利益、政治气候、种族、社会价值等因素的影响。由于科学具有社会属性,所以科学信息的传播是科学进步的关键。许多科学家以论文的形式在会议、专业科学杂志或互联网上发表自己的发现和理论,并由此向其他科学家通报自己的研究工作,让他们对自己的观点进行评论,最后这些发现成为科学知识的有机组成部分。

  科学分为不同学科的优点是,它们可以为组织研究工作和研究结果提供有内在一致性的概念结构。缺点是,它们与世界的运行机制不一致,并且,由于不同领域的研究方式可能存在的差别,使学科间的交流产生困难。传统学科的交叉不断形成新的学科(如,天体物理学、基因工程、社会生物学等)。赞助机构(如,大学、企业、政府、私人基金会等)通过决定支持何种研究对科学研究的方向施加影响。

  准确记录、光明磊落、重复验证、以同行科学家的评判为支撑等一直是大多数科学家所恪守的职业道德传统。但是,有时由于首先公布一种理论或观察结果所带来的名誉上的压力,一些科学家可能不愿意公开自己的研究信息,甚至伪造他们的发现结果。还有一个需要关注的科学道德问题是科学实验中活体实验物的使用和处理,不管是人还是动物,都不应受到虐待,对人还要本着自愿的原则。此外,科学研究是应用于军事还是其它对人类有潜在危险的目的,也是敏感的道德问题。

  通常,科学家能帮助公众理解一些事件发生的可能原因或可能性,能证明哪些想法是不可能的。与科学有关的公共问题和科学研究相比完全不同。涉及到公众利益时,与其他人一样,当自己的利益、个人的利益、合作者的利益、团体的利益或社区的利益受到威胁时,科学家们同样会产生偏见。

  综上所述,科学就其本质来讲,实际上是人类对所观察或认识到的自然现象进行的合理解释或说明。为了使其具有可靠性、准确性和预见性,人们应用了逻辑、数学以及实验的方法,使其形成经过验证、系统的知识体系。自然界的复杂性、无限性以及人类认识的有限性,需要人们不断地进行科学探索才能逐步认识大自然运行的规律。由于科学是人类努力奋斗的事业,所以科学与人类社会的发展有着密切的关系,同时人及其所处社会的价值观、道德观等对科学探究活动也会产生深刻的影响。

  进行科学教育,首先要对科学有正确的认识,树立正确的科学观。科学的本质阐明了科学所具有的基本特征,是人们对科学本质属性的正确认识。它使我们认识到:科学需要想象和推理,也需要猜想和假设,但它们不足以形成科学理论,科学理论的形成还需要以多次观察到的事实为依据。随着对自然世界的认识不断深入,人们会观察到更多的事实,并在此基础上发展出解释更多现象、应用范围更广的科学理论,这样原有的科学理论就会被新的科学理论所取代,所以科学理论形成以后不是永恒不变的,而是不断地在发展变化。科学作为人类认识和应对自然的一种方式,对人类社会的发展起着巨大的推动作用,但是它也有局限性,它不能解决人类所面临的一切问题。

  对科学的认识,目前存在着“科学主义”、“伪科学” 和“反科学”三种错误思潮。“科学主义”过分夸大科学的力量,认为科学无所不能,并把科学方法引入人类文化的所有研究领域。“伪科学”是打着科学的旗号,把已经被科学界证明不属于科学的东西当作科学或把没有科学根据的非科学理论或方法宣称为比科学还要科学的主张[7]。“反科学”与“伪科学”不同,它是利用科学产生的一些不良后果或科学的缺陷来否定科学的价值。科学的本质能帮助我们认清它们的实质,在科学教育中避免犯“科学主义”、“伪科学” 和“反科学”的错误。

  学校中的科学教育一方面要满足国家、社会和学生发展的需要,同时也要反映科学本身的内在要求。但是,国家、社会和学生发展对科学教育的需求最终是通过具体的科学教育内容实现的。长期以来,我国的科学教育内容一直把传授和掌握系统的科学知识放在首位,从科学的本质来看,这是片面的,没有反映科学的全貌。进行科学教育不仅要让学生获得系统科学知识,更重要的是使学生树立科学的自然观,掌握认识世界的科学方法,理解科学与社会的相互作用。科学教育内容应体现科学既是关于自然的系统的知识体系,也是人类探究、认识自然的过程,同时也包含有态度、价值观和道德方面的问题。美国的科学教育家拉费尔E.马丁等 (Ralph E. Martin)指出:科学教育应有三个方面的内涵,即,科学知识(Science Knowledge)、科学过程能力(Science Process Skill)和科学态度(Science Attitude):[8]

  综合能力有:明确问题、控制变量、给出操作定义、假设、实验、图形化、解释、模型化和研究

  情感态度指人们在学习和获得新经验时对自然的好奇心,它分为强烈的好奇心、毅力、对待失败的正确态度、开放的思维和与他人合作的精神。

  智力态度指在积极学习经验时所表现出来的与智力有关的态度,它包括对可靠信息源的期望、怀疑精神(希望不同的观点被证实)、当证据有限时避免一般化、能容忍其它的观点和解释、在所有证据被发现之前不轻易进行判断、拒绝迷信和未经证实的观点、善于根据新证据改变自己的观点以及接受对自己的观点提出的疑问。它与情感态度最大的区别就是这里有理性的成分。

  由此看到,拉费尔E.马丁等的论述,比较完整地反映了科学本质对科学教育内容的要求。

  “科学探究是科学家们用以研究自然并基于此种研究获得的证据提出种种解释的多种不同途径,也是学生们用以获取知识、领悟科学的思想观念、领悟科学家们研究自然界所用的方法而进行的各种活动”[9]。在科学教育中,倡导以科学探究为主的教育教学方式是当前科学教育改革的主要趋势。那么,为什么在科学教育中如此强调科学探究的重要性呢?过去我们一般从社会对人才的需要和学生发展的角度出发,把科学探究看成是培养高素质人才和发展学生各种能力的有效手段。毫无疑问,这是必不可少的,也是有重要意义的,但是,从科学本身来看,它们只是外部的原因。科学的本质说明,科学不仅是系统的知识体系,更是一种探究活动。所以,在科学教育中,把科学探究作为教育教学的主要方式更是科学本质的要求。

  在我国,倡导以科学探究为主的教育教学方式具有更为深刻的意义。事实上,我们现在研究和学习的科学形成于14-15世纪的欧洲文艺复兴时期。19世纪中叶,西方科学开始大规模地传入中国。由于我国乃非近现代科学策源之地,加之西方文化与我国传统文化存在着较大的差异,这样,在向西方学习近现代科学的过程中难免带有强烈的功利主义色彩,重视科学研究的结果和应用,忽视获得科学知识的方法及科学研究中的价值因素。近一个世纪以来,我国中小学科学教育一直存在的一些积重难返的问题,如,重知识的灌输、轻知识的自我建构和探究,重视科学事实和结果传授、忽视方法过程和态度价值观教育,重知识的重复、轻知识的创新等不能不说与此有极大的关系。在科学教育中,我们倡导以科学探究为主的教育教学方式,重要目的之一就是要反映科学的探究的本质,还科学以本来的面目。

  科学教育的目的不仅是让学生获得科学知识,更主要的是使他们形成关于自然的基本观点,获得探索自然规律的方法,同时培养学生的创新能力和科学精神。鉴于科学的本质在形成正确的自然观、科学观、提高学生进行科学探究活动的自觉性以及培养创新能力和科学精神中起着不可或缺的作用,在当前的科学教育改革中,它已成为科学教育的重要目标之一。

  美国《国家科学教育标准》目的就是要在美国建立一个有很高科学素养的社会。它认为:良好的科学素养很重要的一方面是对科学本质的理解,知道科学是格物致知的一种途径,其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[10]。所以,认清科学的本质已成为美国对学生进行科学教育的一个重要组成部分。我国2001年新颁布的义务教育科学课程标准以及分科的物理、化学、生物课程标准与过去颁布的教学大纲相比,一个突出的特点就是都明确提出或渗透了关于科学本质的教育。如,科学(7~9)课程标准明确提出:科学课程是建立在对科学本质认识的基础上,它应引导学生初步认识科学的本质[11]。这些事实表明:在中小学科学教育中,使学生认识科学的本质,并把它作为科学教育的重要目标已成为国内外科学教育改革的大趋势。

  总之,科学的本质说明了科学知识是如何产生、发展的,阐明了科学不仅是系统化的知识体系,同时也是一种不断发展和自我矫正的探究过程,任何科学知识都是人们进行科学探究的成果;在科学的发展历程中,不仅要涉及到自然现象之间的关系,而且还包括人与自然、人与社会之间的关系。所以,理解科学的本质,对于确立科学教育的指导思想、目的、内容以及教育教学方式等具有重要的价值。

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