（科学技术哲学优秀论文）现代科技革命背景下的科学教育问题研究

⑨硕士学位论文
ＭＡｓＴＥＲ’ＳＴＨＥＳＩＳ
内容提要
１９世纪术开始的物理学革命拉开了现代科技革命的帷幕。

以相列论和量子力学为主力的一系列革命性的科学进展为先导，现代自然科学在广度和深度上，在思想方式和研究方法上，在学科体系结构上，在科学与技术、科学与社会、科学与人文的关系等方面都呈现出与以往不同的特点，突出表现为科学技术加速朝着整体化的方向发展；科学知识呈现急剧膨胀的态势：科学技术的社会作用同益彰显；科学理论的创造过程同益显示出其建构性的特点。

面对利学技术同新月异的发展，世界各国都已深刻认识到改革传统的科学教育模式、培养创新型人才对于一个国家兴衰存亡的极端重要性。

建国以来，我国的高等院校培养了大批的科学工作者。

他们中的许多人已经成为科技界的精英，为国家的建设做出了杰出的贡献。

但我们应该看到，时至今日我囤在许多科技领域仍难以取得重大的原创性的科技成果，这一现实严重制约了我国整体科技水平的提高。

究其根本原因就在于我国现有的科学教育无论是在科学教育理念、人才培养模式，还是在科学教育内容、课程４＿拳系设置等方面都难以适应现代科学技术发展的新要求。

因此，改革我国科学教育模式，培养具有创新意识的科技人爿是科学教育改革的当务之急。

科学教育改革是一项复杂的系统工程。

改革成败与否首先在于深刻理解科学教育的本质不是在于书本知识的传授，丽是在于科学思想、科学方法、科学精神等这些基本科学素养的培养，而面对现代科学技术发展的新特点以及我国科学教育所存在的问题，强调科学教育内容的结构性、历史性、思想性，以及在以“研究为本”的思想的指导。

卜ｒ，｛＝句建以基础型课程、综合性课程、研究性课程、适应性课程为框架的课程体系结构是体现科学教育本质，改革不合时宜的科学教育模式的关键所在。

关键词：科技发展的特点科学教育改革科学教育内容课程体系结构
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Ａｂｓｔｒａｃｔ
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袁同学
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引言
科技的发展靠人才，人才的培养靠教育。

在科学技术迅猛发展的今天，培养出具有创造性思维、能适应科学技术发展新特点的大批科技人才已经成为一个国家生死存亡的关键。

积极主动的迎接现代科学技术的挑战、改革不适应现代科学技术发展特点的科学教育已经成为世界各国的共识。

作为一个正在致力于民族振兴的发展中国家，我国在过去五一Ｉ十多年早培养了大批的科技人员，他们为国家的建设做出了不朽的贡献。

但我们也应清醒的认识到：我国的整体科技水平与发达国家还有很大的差距，我国培养的人才很难在世界上取得具有重大意义的原创性科技成果。

这严重制约了我国在科技领域，尤其在尖端科技领域内的竞争力。

因此，面对科学技术的迅猛发展和当前我国科技队伍的现状，我们必须深刻反思并采取积极的措施，改革我国的科学教育体系以适应时代的要求。

科学教育是一个非常宽泛的概念，至今没有一个被大家公认的定义。

但有一点我们可以肯定：科学教育是相对于人文教育而言的，是以自然科学为教学内容，把追求知识、掌握技能、理解科学现象和培养学生的能力作为教育目标，从而使学生能适应时代发展要求的－－乖ｉ＇教育。

科学教育的实质不仅在于书本知识的传授，而且更为重要还在于学生科学素养的培养。

正如赫胥黎所说：“科学教育并不是指应当把一切科学知识都教给每一个学生。

那样去设想是非常荒唐的，那种企图是非常有害的。

我指的是，无论是男孩还是女孩，在离丌学校之前，都应该牢固地掌握科学的一般特点，并且在所有的科学方法上多少受一点训练。

”【１１赫胥黎一百多年前提出的科学教育思想对我们仍然是有价值的。

在这罩所谓科学素养不只是指掌握科学知识这一个方面，更重要的是指掌握科学思想、科学方法，培养科学精神。

我国现有的科学教育模式最大的缺陷就在于忽视了学生科学思想、科学方法和科学精神的培养。

这种科学教育显然是不能适应现代科学技术发展的要求的。

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科学教育不仅内涵丰富，而且具有层次性。

从学习阶段而言，有小学、中学、大学以及研究生阶段的科学教育；从教育对象而言，有面向大众的科学教育，有面向专业人员的科学教育等。

本文拟在全面分析现代科学技术发展的特点的基础上，从科学教育的教育内容、课程体系的设置等方面深刻剖析我幽科学教育中存在的问题，由此探讨我国科学教育改革的可能途径。

限于文章的篇幅，本文把问题的讨论主要集中在大学理工科的科学教育。

一、现代科学技术发展的特点及趋势
１９世纪术丌始的物理学革命拉开了现代科技革命的帷幕。

以相对论和量子力学为主力的一系列革命性科学进展为先导，现代自然科学在广度和深度上，在思想方式和研究方法上，在学科体系结构上，在科学与技术及科学与社会的关系等方面都出现了质的飞跃，呈现出与以往不同的特点。

（一）从宏观层次上讲，科学技术的发展具有若干新的特点。

这主要表现为科学技术加速朝着整体化的方向发展：科学知识的急剧膨胀以及科学技术的社会作用日趋明显
１、科学技术加速朝着整体化的方向发展
在科学系统中，各门类科学，各层次学科不断地纵横分化，同时带来更多的机会增强它们之间的交叉或非线性相互作用，加速纵横综合，导致纵横整体化的趋势。

分化与整合相互渗透而同时存在，但整合或整体化成为主要趋势，这正是再现了永恒运动、进化着的现实世界（自然界和人类社会）所具有的整体属性。

整体化趋势主要表现为：①研究的完整性：现代科学的认识正在向自然界微观和宏观两个方面不断延伸，人的视野在微观和宏观两个方面扩大了１０倍以上，人的洞察力已经从大于１０１４米的原子集团深入到小于１０“５米的基本粒子内部；人的眼界已经能从直径１０万光年的银河系扩展到２００亿光年的大宇宙：”１与此同时，在宏观领域科学技术也正在步步逼近自然界的各种“极限”，目前，超高温、超低温、超真空、超导、超强磁场、彻底失重等研究已经取得长足进展，可以预见，２ｌ世纪，人类将超脱“圭寰世界”进入一个奇妙无比的
’
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“超级”境界。

总之，出于各门科学本身的深入发展，自然界从基本粒子、原子、分子，到细胞、生物个性，到地壳、天体、宇宙，所有的各个层次都得到了比较深入的了解，而且对自然界的认识已深入刘过程的动力学机制及与此相联系的结构功能。

从层次、过程、结构和功能诸多方面揭示自然界的规律，人类获得了对自然界越来越完整的认识。

②研究的统一性：科学研究不断地向微观世界进军，使得科学理论在更基本的层次上出现了统…。

当今被誉为二十一世纪带头学科的生物科学在分子层次上实现了统一。

对生物分子结构的深入研究使人类对生物现象有了更深刻的理解，并使得细胞学说、遗传学、分子生物学、生物化学、神经生物学等这些彼此分离的学科有了统一的基础。

同样的，当科学家打开原子的神秘大门之后，科学，尤其是物理科学就在原了的基础上实现了统一。

当代物理科学以原子世界为基础，衍生出了～系列围绕着原予开展研究的领域，如固体物理学、凝聚态物理学、核物理学、基本粒子物理学、核化学等。

这些学科都以原子为研究对象，从不同的侧面揭示了原子ｆＩ匀微观结构在宏观层面的功能表现。

科学不断地在更基本的层次上的统一，一方丽使得人类更加深刻地理解了物体所表现出来的宏观属性的微观机制，另一方面也为不同学科之问在更基本的层次上的统～打下了鼙实的基础。

③研究的交叉性。

当今科学的发展已向我们清楚的表明学科的交叉是促进原始性创新的关键，采用多种学科研究某一物质客体或某一课题是当代科学研究的一大特点。

特别是在高技术领域，研究的对象和课题大都具有多学科的特点。

例如，ＤＮＡ双螺旋结构的发现就是一个包括物理学、化学、分子生物学、信息论在内『Ｆ』众多学科交叉研究的结果。

再比如，晶体管的发明同样也是由物理学、化学、材料科学等学科的科学家共同努力的结果。

更应值得注意的是，当今许多重大课题不仪需要自然科学内各学科的交叉研究，而且也需要社会科学，甚至人文学科的参与。

例如尘态环境问题。

在交叉研究的推动Ｆ，各种交叉性学科、横断学科、综合性学科也不断地涌现。

例如，物理化学、生物化学、信息论、控制论、环境生态学等等。

这些交叉学科、横断学科、综合性学科不仅已相当成熟，而且还在整个科学研究中扮演着十分重要的角色。

当今绝大多数重大的原刨性发现几乎都是在交叉学科领域内取得的。

所以，综合运用各种科学方法研究某一特定对象是当代科学发展最有前途的方向。

④研究的抽象性。

随着科学研究不断
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地向微观和宇观方向进军，科学研究的对象也越来越远离经验，人类已经无法通过直接观察来揭示客体的规律。

即使运用先进的科学仪器，也只能是间接的推知其规律。

因此。

对自然界的认识越来越求助于｛｝ｌＩ象概念的引导，这是其一。

其二，当代自然科学高度数学化，也是科学研究高度抽象化的原因。

数学科学是一门典型的横断科学。

因其高度的抽象性、应用的广泛性、严格的逻辑性和语占的简明性，从而向备门科学广泛地渗透，为组织和构造知识提供方法，从横断面上把条分缕析的分支学科联结为一个整体。

在各门科学特别是理论科学中、数学化程度日益增高，乃至在社会科学中也将广泛地采用数学语言，数学模型和数学方法，从而增强科学的抽象性。

ｚ、科学知识的急剧膨胀
现代科学技术的迅猛发展使科学知识在短时间内发生急剧的爆炸性增长。

从科学技术的数量上讲，现在每年全世界发表的科学论文大约５００万篇，平均每天发表包含新知识的论文已达１．３—１．４万篇：登记的发明创造专利每年超过３０万件，平均每天有８００－－９００件专利问世。

二十世纪七十年代以来，全世界每年出版图书５０万种，每一分钏，就有一种新书出版。

在１２万种科技图书中，自然科学图书有３万余稀，技术科学图书有９万余种。

捃联合国教科文组织所隶属的“世界科学技术情报系统”的统计。

科学知识每年的增长率，六十年代以来已从９．５％增长到１０，６％，到八十年代每年增长率可达１２．５％。

掘说，一位化学家每周阅读４０小时，光是浏览世界上～年内发表的有关化学方面的论文和著作就要读４８年。

可见，知识量的急剧增长的确可以用“爆炸”两字来形容。

从学科的发展来讲，自第二次世界大战以来，学科领域急剧增长。

在科学最发达的美国，战后不久还只有５０几个专业，２０年后竟分解为９００多个专业。

例如物理学，１９５６年为ｌＯ个分支领域共７４个专业，１９６８能为１２个分支领域共１５４个专业。

再如物理学中的理论物理学，１９５４年一个领域包括核子、原子和固态几个专业，而到了１９６８年固态物理被划分为２７个专业。

当今的数学和自然科学的学科总计大约近万种，其中交叉学科就有近一半。

”１科学知识的大爆炸向传统的科学教育提出了严峻的挑战。

３、科学技术的社会作用日益突出，社会已经科学化
当代科学技术的生产力功能日益彰显。

科学技术已经渗透到社会的每个角
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落、人类生活的每个方面。

它深刻地改变了人类生产和生活的方式。

另一方面，人类社会的进步同时又不断地向科学提出了更多更高的要求。

凼此，科学技术已不再是书斋罩的学问了，也不雨仅仅是人类的精神追求，它已经与生产紧密的联系在一起，成为人类物质产品生产链条上的重要…环。

因此，科学～技术一生产一体化已经成为现代社会的重要特征。

与此同时，随着科学技术的广泛应用，人类社会出现了各种社会性、全球性问题。

对这些问题的解决，在某种意义上讲，已经跃出了科学技术能力的范围。

这些问题涉及到经济增长的方向和目标，也引发了对科学技术价值的评价问题，更涉及到对人类自身的反恩。

人类必须综合运用备门自然科学、各种技术手段以及人文社会科学的知识去研究解决这些问题。

因此，自然科学、社会科学、人文学科的融合已经成为社会发展、人类进步的重要保障。

（二）从微观层面上讲，也就是从科学理论的创造过程上讲，现代科学的创造呈现以下几个特点
１、从总体上讲，科学系统的发展就是不断地始于问题和终于问题，同时也是科学概念、科学定律和科学理论不断形成和增长的过程。

因此在科学的发展过程中有无科学问题特别是有多少重大科学问题和难题，是判断未来科学发展的趋势和科学革命存在性的重要标志
科学研究始于问题，特别是重大科学问题和难题。

科学问题的提出、确认和解决，就是科学自主地发展的内在动力。

爱因斯坦曾说：“提出一个问题往往比解决一个问题更为重要，因为解决一个问题也许是～个数学或实验上的技巧问题，而提出新的问题、新的可能性、从新的角度看旧问题，都需要创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步。

””１出此可见，在某种意义上讲，科学发展主要表现为本身的生题能力或自繁能力。

提出问题之所以如此重要，其原因就在于，提出问题的过程本身就是一个创造性的过程。

有其复杂的结构。

所谓科学蛳题就是“背景知识中固有的预期与其所提示的观察或某种假说等新发现之间的冲突。

”。

３由于主体的期望是建立在背景知识（也即在头脑中形成的观念）之一卜的，所以这种冲突指的是观察事实与现有理论之间的矛盾或新的假说与现有理论之问的矛盾。

问题的产生是揩
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向现有理论知识的。

实际上，一切科学问题都是对现有理论的触动、冲击、质疑。

因此，科学问题的提出决不是意味着某种简单的疑虑、好奇心、求知欲，而是意味着认识的深化。

从以上的分析我们可以看出，问题提出的前提是必须别周围的世界要有深刻的理解，从而在头脑中形成一定的“观念”，所谓观念就是对１堡界或某类事物的整体性理解。

观念一旦形成，就成为人们认识未知世界的：（具。

人们不断地用已有观念框架去吸收新的经验事实，也就是说将这些新的经验事实整合于已有的观念框架之中，从而认识未知世界。

但任何观念框架都在认识未知世界上都是有限的，它总会遇到某种新的经验事实与其发生冲突，出现所谓“反常”。

因此，一个意料之外的问题，只是开始于异常现象出现之时。

换句话说，意料之外的问题，只有在科学家充分了解自然界如何表现之时才丌始，如果已有观念尚未发展到足以使反常有把握出现，足以使反常作为与预先期望相矛盾的结果而被认识到，问题就不会从科学研究的正常过程中涌现出来。

２、现代科学理论的创造过程遵循着由一般到个别的思维程序
这一点我们可以从爱因斯坦的思维过程中清楚地看出来。

爱因斯坦的科学创造是以什么为出发点的？其基本路线是怎样的呢？他本人曾用一个图示来说明科学理论的建立过程（如图）：”１
∑
导山命题直接经验
爱因斯坦解释说“从心理状态方面来说，Ａ是以∑为基础的，但是在Ａ同∑之间不存在任何必然的逻辑联系，而只是一个不是必然的直觉（心理的）联系，它不是必然的，是可以改变的”。

…也就是说，从∑到Ａ不存在逻辑的通道。

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逻辑的通道只有在于＾同Ｓ（导出命题）之间，即从公理出发可以逻辑地推演出命题系统。

这里关键在于Ａ（公理或假设）是如何产生的。

既然不存在逻辑的通道，那又是一条什么性质的通道呢？爱因斯坦认为这是一条直觉猜测或自由创造的道路。

他说：“事实上，我相信，甚至可以断言：在我们的思维和我们的语言表述中所出现的各种概念，从逻辑上来看，都是思维的自由创造，它们不能从感觉经验中归纳地得到。

””“‘物理学家的最高使命是要得到那些普遍的基本定律，由此世界体系就能用单纯的演绎所建立起来。

要通向这些定律，并没有逻辑的道路，只有通过那种以对经验的共鸣的理解为基础的直觉，爿‘能得到这些定律。

””１
爱因斯坦认为归纳法是“运用于科学幼年时代”的方法，他的意思也就是指科学中最初级的理论一一经验定律一一的建立可以依靠以归纳为主的方法，但随着科学探索对歙越来越远离经验，从而科学理论抽象性程度越来越高时，理论原理的建立则要让位于探索性的演绎法。

爱因斯坦对于近代科学中由于盛行经验归纳模式而导致狭隘经验主义愈演愈烈的状况甚为反感。

他说：“现在，大家知道，科学不能仅仅在经验的基础上成长起来，在建立科学时，我们免不了要自由地创造概念，而这些概念的适用性可以后验地用经验方法来检验，这种妒态被前几代人忽视了，他们认为，理论应当用纯粹归纳的方法来建立，而避免自由地创造性地创造概念。

科学的状况愈原始，研究者要保留这种幻想就愈容易，因为他们似乎是个经验论者，直至１９世纪，许多人还相信牛顿的原则一一‘我不作假说’一一应当是任何健全的自然科学的基础。

”””
其实，科学理论（指有体系结构的理论）的建立必须以“作为演绎推理基础的原理”即理论的基本原理或公理的建立为前提。

否则，即使经验事实材料再完备，甚至已经建立起作为“表达大量单个观察的陈述”的普遍定律（即经验定律），即使在这样的基础上进行理论建构，研究者也是束手无策的。

“只要这些用作为演绎出发点的原理尚未提出，个别经验事实对理论家便是毫无用处的；实际上，单靠一些从经验中抽象出来的孤立的普遍定律，他甚至什么也做不出来，他在没有揭示出那些作为演绎推理基础的原理之前，他在经验研究的个别结果而前总是无能为力的”。

”“显而易见，爱因斯坦明确地认识到，在科学理论的建立过程中，首先必须提出理论的最高原理即公理，而后由最高原理
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出发推演出理论体系，这就是说科学理论创造过程遵循着与常规思维倒置的思维程序。

常规思维用于科学创造，其思维路线为培根的科学发现模式所清晰地描述。

培根的理论建构模式可图示如下：
普遍公理
中间公理
初级公理
从图示中可以看出，常规思维用于科学创造，总是力求从经验事实出发，运用归纳法首先上升到初级公理的认识，而后逐级上升，经过中间公理直到普遍公理，理论的普遍性程度越来越高。

这是走的由个别到特殊再到一般的认识道路。

爱因斯坦却认为，除了经验定律（相当于培根的初级公理）之处，理论的各级原理的创造都不能从经验事实中归纳出来。

理论创造是由上而下，沿着从一般到特殊再到个别的路线建立起来，这就是同经验一一归纳相对立的假说～一演绎的研究模式，其要鹭是首先通过试探性猜测，以假设的形式提出理论的最高原理（理论基本原理和公理），然后以最高原理为前提演绎出理论的命题系统。

３、现代科学理论的创造过程呈现出明显的“建构性’特点
二百多年前，康德在回答“牛顿科学是如何可能的”问题对，就提出经验陈述是通过空间、时间的先天形式和知性的先在范畴（量、质、关系、框架诸类范畴）的综合作用，而成为“先天综合判断”即可靠的科学知识的。

康德认为，“自我意识”运用先天范畴，把具有不同禽义的普遍必然性质诸如本质性、实体性、因果性、交互性等等加之于感性材料，便得到先天综合判断。

在这里，康德是用先验范畴所提供的普遍必然性综合感性经验材料，将经验事实命题纳入先验范畴所具有的普遍必然性框架之内，即是用先验范畴的普遍必然性为科学知识的普遍必然性提供保证．于是经验知识上升为概念性知识，成为对自然现象的本质的联系、因果的联系、必然的联系等的正确可靠的揭露。

他甚至明
Ｒ
⑨硕士学位论文
ＭＡｓＴＥＲ’ＳＴＩ｛ＥＳＩＳ
确提出“人为自然立法”的思想，即科学知识并不是对“自在之物”的真实反映，而是人类将先验范畴强加于经验事实的结果。

是人类主动建构的结果。

康德的认知论对后世影响很大。

例如，惠威尔就提出“用概念捆绑事实”的思想便是继承了康德用先验范畴综合经验材料的思想。

再如，马克思的能动的反映论思想也是强调人的主动建构能力。

著名心理学家皮亚杰关于认识发生机制的学说既表现出受康德认识论的影响，又显示出超越康德的深刻见解。

皮亚杰继承康德，亦突出了认知主体原有思维形式具有能动地处理外界信息的功能这～强调认训建构性的命题。

认识主体的这种现代的恩维形式，康称作“先验范畴”，皮亚杰称作“认识图式”。

皮亚杰认为认识主体的认识图式能够先入为主地成为处理外界信息的模式，即同化过程，只有当借助于现成的图式不能实现某一信息处理时，主体才去创造新的模式，从而实现对新信息的处理，即顺应过程。

认识图式的产生和发展是主体不断地进行建构的过程。

正如他说：“发生认识论主要的成果是这样一个发现，我们获得知识的唯一途径是凭借连续不断的建构；并且，除非我们积极地保持这一建构过程，否则我们就不可能获得任何持久的知识”。

“”由此看来，皮亚杰不同于康德之处就在于，认识的客观性不是作为认识的前提条件而先在地具有的，它是通过主客体相互作用的过程而逐步接近的。

主体通过逐渐接近予客体的方式而建构客体，“客体首先只是通过主体的活动力‘被认识的，因此客体本身一定是被主体建构成的，因为这个缘故，客体就具有永远被接近，但又永远不能达到的极限性质”。

“１１这就是说．人的认识不是客体照相式地被映入主体头脑中的过程，而是主体建构客体的过程。

这样，客体进入主体头脑，就永远不是它的完全真实的面目，而是不可避免地增添了主体所先入为主地赋予的某些观念。

由此看来，建构科学理论的最显著的特征就是概念框架（康德称之为“先验范畴”，皮皿杰称之为认识图式）先行。

在实际的科学研究中，为了认识事物，科学家往往是先提出科学假说来弥补观察和实验暂时无法揭示或揭示不到的联系。

而这些假说则通过以后的观察和实验来检验和修正。

例如，法拉第的力线和场的假说就是在经验事实根据十分缺乏的情况下大胆假设而建构出来的。

这里的想象和建构性十分突出，可以说是人脑的杰作。

他从电磁感应与超。