请家长们认识什么是科学?

     科学是人类对物质和自然现象的描述,这种描述的主要特征是客观性,其主干常常是建立在直觉和假设之上的推理,而科学实验则是其最好的证明。
    自古以来人类(包括孩子)面对纷繁的世界和生命的种种奇迹提出的问题有着各种各样的答案。在诗歌、宗教、哲学和艺术之外,科学发挥着它朴素而又伟大的作用。
    科学的朴素在于它忠实地提供有关自然现象的答案和描述,它容不得半点臆想和夸张。科学的伟大之处在于它作为物质世界的镜子,放射出巨大的光芒,使人类和宇宙对话,科学还意识着严谨和宽容。
    科学的漫长发展中伴随着语言的产生,人们给物质和自然现象命名(赋予“雨”、“花岗岩”、“云雀”等最初的含义),并使用动词表述它们的动作。说“云雀睡觉了”这就已经涉及到了一点科学,因为它是对客观世界的忠实描述,没有任何的篡改和发挥。它回答了一个关于云雀的基本问题。 

    效应与规律
    
    成千上万的可能的句子中,有些看起来是绝对真理。如“松手,石头会落地”和“云雀总有一天会死”描述的事件无可置疑,它包含着自然界中永恒的真理。这些特殊的句子——确切地说是它们描述的事件——就叫“效应”,(句子“电流通过导线会发热”就包含焦耳效应的内容在里面),使看似杂乱无章的自然有了规律可循。就这点而言,我们可以在有些话里使用将来时:(虽然有些草率)“哪天我松开石头,它就会落地”。
    这些描述尽管有用,但比较模糊:云雀寿命长短不同,石头下落速度不同。要精确表达这些变量,就要有一种方法(度量)和一种语言(数)。数(如天数)还有形状(如太阳的形状)向我们逐渐展示自然界中基础的代数和几何。
    度量和数学语言起初比较粗糙,随后越来越精细,一些定律、理论和模型应运而生。科学借助于各种不同的看起来毫无联系的效应,渐渐揭开了自然界的深层面纱,如文艺复兴时,在牛顿之前,伽利略就确定了落体定律。
      在人类蒙昧时代,人们就注意到了“松手石头会落地”。而对石头如何落地的问题(还无人问为什么石头会落地),人们的答案出自同一条逻辑推理思路,权威者的论证使人们更加坚信这些答案。如亚里士多德认为石头下落的速度恒定,伽利略是第一个不相信亚里士多德的人。他决定向自然本身寻求答案,直接测量石头下落的速度。伽利略设计的实验使他能够在较为简化的条件下观察物体的下落,并在一段时间内测出其下落的距离。无论在何时(时间的普遍性)、何地(地点的普遍性)、无论何人(非主观性)进行该实验,结论都是距离与时间不成比例(亚里士多德认为:速度是恒定的),距离与时间的平方成正比(加速度运动)。这时效应就以规律的形式出现了:利用数学公式我们可以在任一时刻算出物体离起始位置的距离。

    伽利略测量落体运动的方法

    鉴于物体落到地面上时速度太快,难以准确观察,伽利略想出了一个减缓物体运动的方法。他把球放在一个略微倾斜的斜面上让它滚下,并且通过推算确信球做的是落体运动,不会从根本上改变这一现象。
    然后他测出球滚过的距离或下落的高度(z),这比较容易;以及滚动的时间(t),在没有精确计时器的情况下,这是很难的。为了解决这一难题,他使用了一个下面带有阀门的蓄水器,测量时,他在放开球的同时打开阀门,让水流入一个罐子,在球滚到底的同时关上阀门。通过称量水的重量,他就得到了相应的时间数据。他多次重复这个实验,每次让球从不同高度滚下,从而获得了一系列有关距离和时间的数据组(z,t)。忽略测量误差,他得出了z与t2成比例变化的公式:z=Kt2(K为常量,在同一地点,或者更广泛地说,在同一纬度或距地心同样距离上它是不变的数值)。亚里士多德的观点(速度恒定说)认为Z=Kt,但事实否定了他的观点。

    理论和模型

    牛顿根据他那惊人的概括能力(这种概括已成为科学的大趋势,也就是用越来越统一的表述来描述规律)设想有关地球的规律在各处都适用(在他几十年前,人们就用“宇宙”来指代万事万物,以表述他们对大千世界的直观感受)。牛顿从假定猜想出发,利用数学模型,得出了世界万物(恒星、行星、石头等)之间存在万有引力的相互作用。这一把自然的万物联系起来使之处于完美对称之中的论断,可能是错误的。因为它建立在假定的基础之上,可以被驳倒(合理的实验就可以推翻它)。众所周知,成千上万实验证明了牛顿的说法是对的,但爱因斯坦认为应当走得更远,牛顿的关于宇宙的理论具有某种局限性,不可缺少但还不够完整。
       这一事例突出说明了科学的主要特点:科学表述的真理性来自自然。真理是客观的却又有局限性。我们的理论(如今我们谦虚地称之为“模型”)是可被驳倒的,它只对现实做一些描绘、描述,要使理论真实可靠——当然有一个不断完善的过程,就要不断用各种各样的可以重复的实验来验证它是否符合现实。当理论提示了已有的现实规律之后,我们就可以用它来预见未来……

    人类如何面对科学

    在简要回顾了科学的目的及其运作方式之后,我们不禁要问科学与人类的关系是什么?它给人类带来些什么?人们可以从中期待些什么又害怕些什么?
       科学让我们“看到”世界,尤其是使我们与其永恒的发展联系起来,就像为一把提琴调音。它使在已发现的规律前,在它们的对称中,在它们的艰深和简单中,欣赏美丽的宝库,欣赏人和自然共通性的证据——这点尤其在数学上有惊人的体现:从宇宙起源时它就遍布了整个宇宙,同时它又是人脑独立创造出来的。
       科学使我们能够对整个自然界——静止的或运动的,进行精细的描述,而不必去理解它,即不必知道最终原因。我们越是觉得靠近了最终原因,它们离我们就越远。科学在促进人类思维缜密,虔诚面对事实,坚信真理,用辩论代替独断及尊重别人过程中,形成并加强了它的伦理道德层面。
       科学给了我们关于物质和自然现象的深刻知识,帮助我们掌握和利用自然,发明数不清的物品、材料,创造前所未有的局面。其中很多有利于人类,有利于他们的健康和舒适,增强他们的交流和旅行本领。当然科学也带来了令人不安的因素:改变基因,改造动物以利于消费,制造可怕的武器……任何对于科学,对于科学知识和科学目的的思考都免不了要对人类使用科学的手段和方式提出质疑。但科学首先,尤其对于孩子来说,是一个出色的工具。它使孩子接近具体(实在的)世界,面对现实,发挥想像力,学习提出众多问题,增加经验的同时产生对世界充满想象力的看法,它还促进辩论和思想交流,从而对人类,对人类的过去和人类的团结形成一个总体的看法,使孩子更了解科学,热爱科学。

(黄 颖 校)