科学的相对性及其在课程和教学中的渗透


一、科学的相对性

科学的产生和发展有一个历史过程,人们对其本质的认识也在不断深入。随着科学的发展,人们开始用动态的眼光看待科学。尤其是进入20世纪后,自然科学研究飞速发展,新兴科学门类不断涌现,新理论层出不穷,原有的科学知识不断被新知识所补充、修正、包容或代替。面对科学发展的日新月异,许多学者深深感到,“变化”才是科学本身具有的惟一不变特性。绝大多数西方当代科学哲学家和科学史学家像波普尔、库思、拉卡托斯、劳丹等人的学说都反映出这样的共识:不存在永恒不变的科学真理,科学在本质上是相对的、可变的,处在不断的修正和发展过程中;科学进步既体现在“累积式”的量变中,又体现在“革命式”的质变中。具体而言,西方对科学的相对性的论述主要体现在以下三方面:

第一,从结果看,科学是一种相对稳定的理论知识体系。因为作为科研活动结果的科学知识,尽管是特定历史阶段或特定历史条件下科学家对科学问题或自然现象所作的最好解释,但并非完美无缺或一成不变,而要随着研究的深入不断加以改进和完善。所以说,科学在本质上是“暂时的、公开的、可重复的、可能性的、人道的、历史性的、独特的、整体性的、实证性的”;或者说是“非道德的(不能从道德的角度对科学知识本身作判断)、创造性的(科学知识是人类创造活动的部分结果)、发展的(科学知识是暂时的)、简约化的(科学解释简单明了)、可检验的(科学知识经得起实际的检验)、统一的(各专门科学领域共同形成相互关联的定律、理论和概念体系)”。概言之,如果把科学看作知识,那么科学知识既有稳定性和持久性,又有暂时性和可变性。

第二,从过程看,科学是一个永无止境的探究活动。科学研究始于问题,经由提出、检验、接受或抛弃假设而作出结论,新的结论又引出新的问题,由此循环往复,步步深入,以致无穷。由于作为科学活动产物的知识体系不能很好体现科学探究的无穷特性,反而容易被人误认为是永恒不变的真理,因而有许多学者认为科学探究或研究过程更能体现科学的本质,所以在西方科学与探究同义,有“科学即探究(science as inquiry)”之说。

第三,从人类事业看,科学会受社会文化、政治、经济及个人主观因素的影响。过去人们总以为科学无价值偏向,理想的科学家应该隐身书斋,埋首专业,不问政治,严守中立。因为“如果一个人表现出关心社会问题,承认自己对合法当局以外的事物有所偏爱,他就同样有可能在自己的科研工作中持有偏见而不可靠。”科学社会学家之父默顿为此把“普遍性”确定为科学的一条准则,指出科学研究以客观实践活动为基础,以实验作为检验科学假设正确与否的惟一标准,而不以人的社会属性、宗教信仰、政治态度来论是非。然而近几十年来,科学价值中立的观点遭到许多科学社会学家的普遍反对,他们认为科学是在广阔的社会背景中发展起来的,它既影响着社会价值观念,又受社会价值观念的影响。所以巴伯在详细说明科学研究受到诸如政治的、经济的、甚至宗教的各种社会因素的影响后指出:“时而是这个,时而是另一个社会因素对科学有影响,有时是相对有利于科学的成长,有时是相对妨碍之,这是不可避免的法则,对于科学来说,没有什么东西是与社会相脱离的。”可以说,科学的社会性在科学主体、科研过程和科学结果的运用中都有所体现。

正是有鉴于此,在享有指导美国跨世纪科学教育改革“圣经”之誉的《面向全体美国人的科学》一书中,美国科学促进协会把理解科学的以下三方面本质作为科学素养教育目的的重要组成部分:l)科学世界观──世界是可以认识的、科学观是可变的、科学知识是持久的、科学不可能解决所有问题;2)科学探究方法──科学讲究证据、科学是逻辑与想象相结合的产物、科学作解释和预测、科学试图确定和避免偏见、科学反对权威;3)科学事业的本质──科学是一种复杂的社会活动、科学被分成专门领域并在不同情况下进行研究、科学研究中存在着普遍的伦理原则、科学家既作为专家又作为公民参加公共事务。显然,理解科学的相对性在美国的科学素养教育目的中占有重要地位。

近年来,科学的本质也成为我国科学哲学界争论的焦点之一,学者们正围绕科学在本质上到底是相对静止的理论体系、动态的科学活动,还是二者的“总和”开展讨论。不管能否达成共识,科学的相对性问题是个不容忽视的事实。笔者认为,从根本上说,“科学是相对的”这种看法是符合马克思主义真理观的:任何科学知识都是对特定历史条件下某种自然现象的反映,科学真理既是绝对的又是相对的,科学处在不断变化发展过程中。我国教育界对此应给予高度重视,并做出积极回应。

二、科学教育忽视科学相对性的危害

从教育发展历程来看,直到近代19世纪科学才以各门独立学科的形式进入学校,并逐渐在课程上取得稳固的地位。从世界范围来看,在一百多年的学校科学教育史上,“中小学的理科教学计划基本上是阅读和讲解,学生用教科书来学习科学知识和原理,而无论在中学和小学,非常有益的实验活动都很少。” 尤其是在20世纪以前,“大体上,科学只作为一套现成的知识和技能来教的。”这种脱离科学发展实际、将科学教育等同于科学知识教育、忽视科学相对性的科学课程和教学对科学、学生和社会的发展都产生了不利影响。

1.使学生形成错误的科学观。表现在:

1)绝对化的科学知识观。由于传统科学教科书介绍和解释了公认的科学理论,说明了这些理论的许多或全部运用,教学时又用示范性的观察和实验作证明,从而给学生这样一种暗示:书中所描述的各种规则、定律和理论已经完美地表述了科学内容,只要从教科书中还没有涉及到的地方入手,就可以进入科学前沿。学生在毫不怀疑地接受这些“科学真理”,将来从事科学研究时,感到没有必要证明所使用的每一个概念都合理,也不会积极开辟和确立新的研究领域。

2)错误的科学方法论。传统科学课程编制采用成功模式,即选入教科书中的内容只涉及部分科学家的部分工作,而这部分工作又很容易被看成是取得了教科书中的科学成就,却忽略科学家所走的弯路和所犯的错误。也就是说,教科书在反映科学成就时很少考虑历史,是抛弃科学发现与进步的真实背景,只是吸取成果。具体教学时,因种种原因许多教师也是照本宣科。结果使学生认为,科学方法实际上就是那些收集教授科学材料以及对材料进行概括和推理的观察、实验等方法,正确地运用它们就会获得书中的结果,他们将来从事科学研究时自然也会认定或选择这些方法,误以为它们能保证研究成功,一定取得预期结果。

3)片面的科学发展观。由于传统课程和教学没能反映科学知识的相对性和科学发现的真实过程,使科学变相为一堆事实、理论和方法的总汇。

2.压抑了学生的创造性。由于科学教科书力图向学生提供某一领域公认的科学概念、定律和理论,科学教师在具体的课堂教学中又特别强调这些科学知识和数学公式如何重要,结果使学生陷入死记科学概念和定律、机械套用公式解题的努力中。习题的正确解答又反过来为教科书和教师课堂教学的有效性提供了证明。这种做法的直接后果是:学生乃至教师都坚信掌握和理解教科书中的内容不仅是必要的,而且是足够的,从而阻碍了学生主观能动性的发挥,严重压抑了学生的怀疑精神、批判精神和创新精神。

3.助长了科学主义的盛行。从另一方面来看,科学教育中忽视科学的相对性,把科学知识当作不变的真理来教学、背诵和考试,忽视科学知识的真正形成过程,机械地对学生进行科学研究程序与方法的训练,实际上等于忽视科学的局限性,使学生误以为科学不可错和无所不能,可解决人类一切问题,具有至高无上的权威,进而导致科学迷信和科学崇拜,而这正是科学主义得以在世界范围内流传和泛滥的社会心理根源。

尽管自20世纪中期以后,西方尤其是美国的科学教育界在研究科学本质的同时,也注重在课程与教学中渗透科学的相对性,但近几十年的研究表明成效并不显著,至今学生对科学及科学知识的相对性理解仍很不充分。至于在我国,教育界实际上一直把科学看成是确定的理论体系,只重视科学知识稳定的一面,过分强调学习结果,轻视知识的获得过程,对其可变性重视不够,再加上受片面追求升学率的个良影响,我们的科学教育所造成的上述危害尤为严重。对此,我国已有学者提出尖锐批评:“这种教育的一个消极后果是培育了不少科学神话,树立了不正确的科学形象,以及对科学产生了不正确的看法。首先是将科学理论静止化、僵化,其次是将科学理论神圣化、教条化……”

三、课程与教学中加强科学相对性的途径

为了让学生尽量掌握科学研究的现有成果,科学教科书按照成功模式来处理各种科学理论和实验,这种做法应当说是有效的,似乎也无可厚非。但是如前所述,把动、静两种观点结合起来看,科学在本质上则既是绝对的又是相对的,既是稳定的又是可变的。这样,如何使教科书中所描述的科学形象与科学进步的实际保持一致,以便让学生在掌握大量科学成果的同时,也要用动态的观点去看待科学,形成正确的科学本质观,便成为科学教育所必须解决的问题。显然,如同其他思想观点的形成过程一样,简单的说教或强制性的灌输都不会导致学生真正形成动态的科学观,而应当巧妙地将科学的相对性渗透到课程与教学中,让学生积极主动地从教学过程中去领悟。那么,如何对科学的本质进行渗透和领悟呢?从现有研究看,主要有以下几种途径。

1.加强对各门科学学科内容的动态处理

为避免学生把科学看成是不变真理、科学完美无缺、形成错误的科学本质观,教科书就不能仅仅静态地吸取科学研究成果,对科学作出与实际不相符或片面的描述,而应当动静结合,寓动于静,静中显动,使教科书中的科学知识体系呈现动态特性,具有“动感”。从而使学生感到科学是特定时代或特定条件下科学研究活动的产物,处在不断变化发展的过程中,而不是什么绝对不变的真理。具体来说,可采用如下三种方式:

l)加强对科学的动态性描述,即在对科学知识成果作静态描述的同时,也对其中的某些知识作动态解释和说明,以突出科学在本质上的不确定性、相对性、可变性。

2)按照大的主题性知识组织学科内容,加强各门科学学科之间的联系,即编制科学课程时,应当打破学科界线,减少知识点,以基本的科学概念或定律为基点,由此作纵向延伸和横向联系,使学科内容少而精,而不是多而泛,由此突出科学的整体性,形成各门学科有紧密互动关系的“知识块”,而不是分离、孤立的知识点。

3)加强科学、技术与社会的联系。如何在课程中处理好科学、技术与社会(简称STS)的关系,是当代国际科学教育改革的重大主题,有人提倡将它开设为一门独立的课程,有人则主张将它渗透在有关学科中。不管怎么做,其基本理念是要求超越自然、人文和社会各学科的传统界线,以整合的方式开发科学课程,以科学、技术与社会三者之间的联系为中心,强调选择与学生日常生活有关的科技问题组织学科内容,把关于自然、社会和人的知识当作一个有机整体,以培养学生作为合格公民所必须的科学素养。因而以这种方式编制的课程有较强的现时性、时代性乃至地区差异性,有利于学生了解科学受时代乃至地区的影响,进而更好理解人类科学事业的性质。就我国中小学而言,在现有科学学科基础上加强科学、技术与社会之间的联系较为实际,这样既不加重他们的学习负担,又能促进他们对科学本质的理解。

2.采用探究教学

探究教学是指学生在教师指导下,采用类似科学研究的方式所进行的一种学习活动,是对科学研究的“简约复演”。其主要特征是:不把现成科学结论直接告诉学生,而是要求他们自己亲历科学知识的获得过程,从形成问题、建立假设、制定研究方案、检验假设、作出结论等活动过程中寻找问题的答案。传统讲授教给学生的主要是确定的知识内容,不能或不完全能使学生掌握科学方法,形成科学精神。与之相反,实施探究教学时,学生在教师引导下从事实际的探究活动,循着科学研究的流向去思考和操作,在这种简约复演式的科学研究活动中,学生也会像科学家一样,要经历“科学研究”中的痛苦、茫然、焦虑与挫折,体验惊奇、激动、充实与兴奋,从而认识和领悟到:科学知识并不是神圣的,是通过调查研究获得的,是暂时的和可变的;科学是人们观察和了解世界的一种方式,它一方面寻求知识,另一方面又不断怀疑和检验知识。

实践表明,探究教学时教师若包办代替,事先为学生安排好探究的步骤,预设探究的结果,步步牵着学生的鼻子走,使探究学习徒具形式,就不会有学生的主动探索研究,当然也就谈不上发展探究技能、培养科学精神、理解科学本质了。探究教学的倡导者萨其曼曾认为,探究教学必须是开放的和自由的,并有一个丰富的、容易引起学生反应的学习环境。这要求我们在开展探究教学时,要根据具体教学目标、内容、学生年龄特征、现有的资源等因素的实际情况采用或建立特定的探究教学模式,加强探究教学或在教学过程中尽量给学生提供充分的探究学习机会,鼓励他们多提出问题,细心搜集数据,大胆揣摩和假设,精心设计和开展实验,把动脑和动手活动结合起来。

3.开设或融合科学史

科学史更加真实、丰富地反映了科学家的学术生涯和科学的演变过程,从科学形成过程的历史中可以感受到前人在科学研究中所遇到的艰难困苦、表现出的巨大创造智慧和不畏崎岖的攀登精神,因而具有极大的教育价值。从对理解科学本质的促进作用而言,在课程与教学中融合科学史,让学生在历史背景或框架中学习科学,可以使学生在了解科学概念、定律和理论的发现和演变过程的基础上,更准确地理解科学或科学知识的相对性。从学生发展角度而言,学生不仅从中可以获得现成的、具体的科学知识,而且可以学习科学方法,提高科学思维能力,受到一定科学态度和科学精神的熏陶。

不可否认,即使在我国的基础科学教育中,科学教科书也编入了少量的科学史,教师在教自然或物理、化学。生物、地理时也插讲一些科学史上的故事,但这样做主要是为了给科学知识裹上一层“糖衣”,以提高学生的学习兴趣,并不是为了更好理解科学的形成过程。因此,我们一方面应加强在科学课程与教学中融入科学史,甚至借鉴西方国家的做法,也考虑把它作为一门中学高年级的选修课;另一方面,具体融合时应特别注意不要用科学史来取代科学内容,也不要让学生机械背诵科学史实,而是要使它们有机地结合起来,即把科学理论与其建立的背景有机结合起来,以帮助学生从科学事实中领悟科学精神、科学发展的一般规律和科学事业的性质。