展现科学探究个人的一面

展现科学探究个人的一面
摘要可错性是人的本性，同时也是科学的属性。

个人视域中的科学探究充满了曲折、反复的试错过程。

科学探究就其过程而言是以“试错”为本质特征的，主要表现为试探性、检验性和反复性。

在科学探究中应重视和强调“假说—事例（证伪）—（更完善的）假说”的试错法。

关键词科学探究科学知识增长论波普尔
在我国，科学教育的科学哲学基础长期囿于逻辑实证主义科学哲学，其主要表现为，将科学知识的客观性和逻辑的完备性看作科学的本质，致使科学教育成了科学知识教育，科学知识教育演化成以教师向学生提供结论性表述为主要形式。

当前基础教育新一轮改革将“提高学生的科学素养”作为理科课程改革的核心目标，大力倡导“科学学习要以探究为核心”［1］的新理念。

科学探究作为新课程改革的突破口，“对发展学生的科学素养具有不可替代的作用”［2］。

因此，有必要借鉴当代科学哲学的研究成果，反思理科教育中的科学探究。

卡尔•波普尔（Karl Popper，1902～1994年）是首先向逻辑经验主义发难的科学哲学家，提出了“任何科学理论都是试探性的，暂时的，猜测的”［3］科学知识观。

在此基础上，他突破把科学看作科学知识的静态积累而加以逻辑分析的框框，把科学看作是知识增长的动态过程，提出了著名的科学知识增长论：
P1→TT→EE→P2……
其中，“P 1”代表问题（problem），从科学的个体发育上看，科学始于问题。

为了解决问题，就要提出试探性理论“TT”（tentative theory），试探性理论源自科学家的猜想，猜想是科学家的自由创造。

因此，“它可能非常清晰地向我们显示事物，但它也可能把我们引向错误”［3］。

这就需要通过排除错误“EE”（elimination of error）对试探性理论进行检验，修改或放弃，但绝不教条。

旧的问题得以解决，
便会产生新的问题“P 2”。

科学知识就是这样动态发展和增长的。

四段图示向我们清晰简明地展示了波普尔的科学知识增长论，其核心就是通过不断地“猜想—反驳”
在“尝试和清除错误”的过程中促进科学知识的增长。

1 可错性是人的本性，同时也是科学的属性
凡是观察过新生儿的人都知道，孩子出生后就常使用试错的方法认识周围的世界。

当面对新的环境时，无论成人还是小孩，都试图知道正在发生什么，以后会怎样，这就构成了我们最初的探究。

人们先是提出试探性的解决方案，然后在实践中加以检验，如果最初的方案行不通，就需要继续尝试，继续检验……直到解决问题。

所以说，人是通过尝试错误和清除错误来解决问题的。

可错性是人的本性。

在波普尔看来，科学是属人的。

有了人，才有了对世界的科学认识，才有了关于这种认识及其结果的科学知识，才有了所谓的科学。

因此，人会犯错误的这个本性就不能不反映在属人的科学中——科学难免不出错。

他说：“我的著作是想强调科学人性的方面。

科学是可以有错误的，因为我们是人，而人是会犯错误的”［4］。

如果像牛顿力学那样得到充分证实的科学理论，也正如爱因斯坦所表明的那样，可以被推翻或纠正，那么我们怎么能相信科学永远不会犯错误呢？
2 公众和个人视域中的科学探究
从对待错误的不同态度可以将科学探究分为2类：公众视域中的科学探究和个人视域中的科学探究。

公众视域中的科学探究是经过修饰和纯化了的科学探究，所有的失败、疏忽、错误的出发点和曲折的道路都被洗刷得一干二净，以此显示科学是以一种线性、有序的方式进展——正如媒体和教科书中所展现的那样。

然而正在阅读教科书的科学家们却知道——科学从来都不是那么容易的。

物理学家波恩（M．Born）写道：“我相信科学不存在指明方向的高速公路，我们是在科学丛林中通过试验和不断尝试错误来找寻出路的。

”［5］是的，科学并不是感觉经验的简单集合，而是从原始材料中尝试性的，一点点锤炼出来的暂时结果，大部分科学是与尝试错误和消除错误分不开的。

这就是科学探究个人的一面，展现了实践中科学真实的一面，其中充满着曲折、反复地试错的过程。

3 展现科学探究个人的一面：在曲折反复中尝试和清除错误
科学探究就其过程而言是以“试错”为本质特征的。

主要表现为试探性、检验性和反复性。

3．1 试探性
“科学探究始于问题”。

面对问题，起初学生了解不多，只有一些大致的、模糊的想法。

为了解决问题，学生进行试探性的猜测，提出试探性的方案或假说。

试探性是与探究结果的未知性分不开的，学生所认识的科学知识，虽然相对人类而言是已知的，但对学生来说却是未知的。

由于探究结果的未知性，人们不得不摸着石头过河，科学探究并不存在固定模式或程序性步骤。

正如波普尔所说：“科学并不是一个确定无疑的、已为公众接受的陈述系统，也不是一个向某种终极状态稳步前进的系统”，“我们不知道，我们只能猜测”［4］。

在科学探究中，学生只有通过对自己已有知识和问题的理解一点一点地试探着寻找出路。

由于每个学生的背景知识各不相同，对问题的理解千差万别，这就意味着有多种探究路径。

然而在实际教学中，学生很少有机会独立尝试自己的探究方案，原因是他们的探究过程是经过教师加工和提炼的程序性步骤，学生要做的仅仅是执行程序，这种“探究”与“照方抓药”无异。

如果承认探究结果的未知性，承认学生存在的个体差异，那么科学探究过程中的“试探性”就是探究固有的属性，是无法回避的。

试探的成功与否，“主要依赖于试探过多少次以及怎样试探：我们试探得越多，就越有可能成功一次。

”［3］因此，应鼓励学生提出尽可能多的不同类型的试探性方案或假说。

在试探过程中，每发现一条走不通的路，都为发现成功之路增大了可能性。

同时，试探性方案或假说还应具有预测功能。

它要求假说既能够解释事先计划要解释的东西，同时还能够得出加以检验的新结论，如果可能的话最好引出某种能够加以实验检验的预测。

例如，在“过氧化钠与水反应后的溶液中滴加酚酞试液产生的异常现象”的探究中，向Na2O2与H2O反应后的溶液中滴加酚酞试液，溶液先变红，后褪色。

对产生这一现象的原因可以提出多种假设，其中一种假设为，“既然强氧化物质能漂白有色物质，那么Na2O2与H2O反应很可能生成了一种强氧化物”。

这一假设既解释了产生异常现象的原因，同时具有预测功能，因为从Na2O2与H2O 的化学式中可以推得，如果反应后生成了强氧化物，那么这种强氧化物应该是H2O2，接下来就可以通过设计实验检验生成物中是否存在H2O2。

3．2 检验性
试探性方案或假说的猜测性质决定了它内部隐含的谬误。

因此对假说进行彻底而严格的检验是保证其科学性的必要条件。

检验分为逻辑论证和经验检验。

逻辑论证指的是，“借助逻辑演绎引出一些结论，然后把这些结论彼此进行比较，并和其他有关陈述进行比较，以发现它们之间存在什么样的逻辑关系。

”［4］即通过逻辑论证检验假说内部是否自洽，是否与某些公认的理论矛盾。

经验检验比起逻辑论证更为重要，优先考虑证据是科学的重要特征。

但经验并不等同于观察，经验检验的首要途径是实验。

比起观察或从其他途径收集的证据，实验更具针对性，我们应该采取更加主动的态度让实验来回答“是”或“不是”。

在设计实验时，提前考虑实验可能导致什么结果，什么样的结果会支持当前的假设，什么结果会否定当前的假设。

特别应该注意实验结果对假说的否定作用，经验之所以能够成为理论的试金石，其真实原因不在于经验能够证实理论，而在于经验能够证伪理论。

在波普尔看来，“任何一种对理论的真正检验，都是企图否证它或驳倒它，可检验性就是可证伪性”［3］。

他说：“我们并不试图证明或证实我们的理论，而是试图通过驳斥、证伪、反驳它们来加以检验。

”［3］在科学探究中，如果学生只关心通过实验证实假说，他们就会忽视探究过程中的“意外现象”或“毫无价值”的数据。

坚持自己的假说以反对不利的实验证据总是可能的。

当实验与假说不一致时，或是被当作“意外”搁置起来或是经过“改编”起到证实假说的作用。

不惜牺牲客观性向假说靠拢已经成为科学探究中的痼疾。

事实上，很少有探究是经过一次尝试便取得成功的。

3．3 反复性
逻辑论证和实验检验的结果并不总是提供肯定的答案。

更确切地说，由于方案或假说的试探性，检验的结果大多数是否定的。

检验一经发现试探性方案或假说与实验不符，就要分析造成不符的原因，查明原因后就要对最初的方案或假说进行评估，或是设计实验对其进行进一步的检验，或是重新考虑方案或假说的适用范围，甚至完全放弃。

这就导致了科学探究中曲折反复在所难免。

目前的科学探究教学给予了学生太多一次性成功的经历，这将直接导致他们对科学的误解。

学生们无法认识到经其一次性探究成功的科学原理或定律是多少科学家前仆后继，经过多么曲折反复的探索才获得的。

多数学生会以为，万有引力是牛顿一个人的功劳，而且是他在苹果树下看见苹果落下时想出来的［6］。

缺少不成功尝试的经历同时会使学生在面对挫折时感到束手无策。

事实上，曲折、反复在科学探究中是很常见的，面对挫折或失败我们要做的是找到原因、改正错误、重新再来。

科学探究正是在不断尝试错误和清除错误的曲折反复中进行的。

通过反复尝试学生对探究问题有了更深刻的理解，因为失败的尝试提供了行不通的路子和行不通的原因。

波普尔强调：“不成功的尝试对于取得进一步发展的作用，可能像成功的尝试一样重要”［4］，他进一步指出：“在我们失败了一百次以后，我们甚至可以成为这个特定问题的专家”［4］。

科学探究曲折反复的过程在加深学生对探究问题理解的同时受到教学时间短缺的限制，以致教师不敢放手让学生探究，学生也不愿意改正后重新尝试。

尽管如此，公众视域下经过加工和纯化的“直线式”探究并不能取代个人视域中真实的探究。

是否达到“促进学生科学素养主动、全面发展”的目标不仅仅取决于科学探究的数量，更取决于科学探究的质量。

美国科学促进协会发表的《科学素养的基准》中就提出了“少则多”（less is more）的口号［7］，即学生应对少量课题进行深入而细致的探究，而不是对大量课题进行肤浅的探究。

学生进行科学探究，并不只为了了解探究程序，更重要的是通过真实的探究体验探究的过程和本质。

4 试错法
波普尔一直相信，科学知识的增长只能通过不断尝试错误和清除错误来实现。

在《猜想与反驳——科学知识的增长》一书的第一版“序言”中，他开宗明义地宣称：“这本书所构成的文章和讲演各个不同，但都论及一个十分简单的论题，即我们能够从我们的错误中学习。

”在该书的“第二版序”中，他再次强调：“我们的一切知识都只能通过纠正我们的错误而增长”。

波普尔的科学知识增长论就是以“猜想—反驳”为核心的试错的方法论。

试错法又称“证伪演绎法”。

其一般步骤是，首先大胆地提出猜测和假说，然后努力寻找和这一假说不相符的证据，并根据证据对假设进行修正，乃至完全否定。

在一次尝试失败之后，再提出更好的假说，运用同样的步骤对其进行证伪。

在方法论中，人们通常把从一般原理推导到具体事例的过程称为演绎，把由具体事例推导到一般原理的过程称为归纳。

人们普遍认为，归纳法是经验科学的基本方法；演绎法的适用范围是数学、逻辑等抽象学科［8］。

在科学探究教学中也存在类似倾向，由于我国科学教育的科学哲学基础长期囿于逻辑实证主义，认为科学的本质是科学知识，科学知识是客观、实证和线性积累的。

知识来自于纯客观的观察，再经由科学方法得到科学知识或理论，科学的方法即归纳法，以至目前科学探究教学在实践中过多的依赖于归纳法。

波普尔不但否认了科学理论的发现
是归纳过程 ①，而且进一步说明，自然科学方法的性质是演绎的。

如果说，归
纳法的程序是：事例—假说—事例（证实），试错法的程序便是：假说—事例（证伪）—（更完善的）假说。

新近的一项研究进一步支持了波普尔的观点。

其指出，科学探究就是运用“证伪演绎法”，提出假说并进行检验的过程［9］。

因此，理科教育中的科学探究应重视和强调“假说—事例（证伪）—（更完善的）假说”的试错法。

5 结语
逻辑实证主义作为现代科学革命的第一个哲学产儿，曾经对科学乃至科学教育的发展产生积极而重要的影响。

但自20世纪中期以来，随着科学的迅猛发展，涌现出包括证伪主义、历史主义在内的大量后实证主义科学哲学，它们在反省逻辑实证主义的基础上从新的角度拓展和深化了人们对科学的认识。

因此，科学教育者应当及时反省所或明或暗地采用的科学哲学，借鉴当代科学哲学的研究成果，反思科学教育的本质。

参考文献
［1］中华人民共和国教育部制订.科学（7～9年级）课程标准.北京：北京师范大学出版社，2001:4
［2］中华人民共和国教育部制订.全日制义务教育化学课程标准（实验稿）.北京：北京师范大学出版社，2001:9
［3］卡尔•波普尔.猜想与反驳：科学知识的增长.傅季重等译.上海：上海译文出版社，2005:作者前言2，40，49，52，227
［4］卡尔•波普尔.科学知识进化论：波普尔科学哲学选集.纪树立编译.北京：生活•读书•新知三联书店，1987:作者前言1，43，20，385，388
［5］Rebecca R Reiff.Scientists Conception of Scientific Inquiry: Revealing a Private Side of Science. Indiana: Indiana University,2004:20
［6］任长松.探究式学习：学生知识的自主建构.北京：教育科学出版社，2005:142
［7］American Association for the Advancement of Science.Benchmark for Science Literacy.New York:Oxford University Press,1993:320
［8］赵敦华.赵敦华讲波普尔.北京：北京大学出版社，2006: 28-29
［9］Anton ELawson.Journal of Research in Science Teaching，2005，42(6)：716-740。