试论三种科学本质观在初中科学教学中的应用

试论三种科学本质观在初中科学教学中的应用

蔡呈腾

[摘要]纵观人类对科学本质的认识，主要有三种不同的观念，即逻辑实证主义科学本质观、历史主义科学本质观、建构主义科学本质观。三种不同的科学本质观对初中科学教学有重要的意义，在初中科学教学实践中应用非常广泛，是提高学生科学素养的有效途径。

[关键词]逻辑实证主义历史主义建构主义科学本质观初中科学教学应用

[作者简介]蔡呈腾，中学高级教师，温州育英国际实验学校科学教师（浙江温州325036）

人类自有思想以来，一刻也没停止对自然界的认识与探索。这样，人类就逐步形成了探索、认识自然界奥妙为目的的学科――科学。随着对科学研究的深入，人们逐渐从哲学的角度反思认识自然界的过程，从本体论、方法论等角度进一步认识科学及科学的本质。

自文艺复兴以来，人们对于科学的哲学思考越来越多，也越来越多地对科学发展出现的新现象、新发现作更深入的思索。我们对此进行了总结，发现出现了三种层层递进的科学本质观：逻辑实证主义科学本质观、历史主义科学本质观、建构主义科学本质观。深刻认识和理解三种科学本质观，对于我们初中科学教学有极大的好处，这是人类在不同的阶段、不同的领域、不同的环境中对科学本质认识的基本方法和基本观念，有利于我们更科学地进行初中科学的教学。

一、逻辑实证主义科学本质观在初中科学教学中的应用

最早对科学本质发表看法的是英国科学哲学家罗吉尔·培根。这位被马克思称为“英国唯物主义和整个现代实验科学的真正始祖”的先哲指出，“科学就是推理加经验”，“没有经验，任何东西都不可能被充分认识。因为获得认识有两种方法，即通过推理和通过经验。”

[1]培根的的“经验”与亚里士多德的“经验”不同，亚里士多德的“经验”是建立在事物表象基础上的“经验总结”，而培根认为，科学必须追求自然界事物的原因和规律。要达到这个目的，就必须以感官经验为依据。所以，他把经验观察、事实依据、实践效果引入认识论，从而成为了实验科学真正的始祖。

同时，培根的“推理加经验”去追求自然界事物的原因和规律，就是用经验归纳法。经验归纳法主张以实验和观察材料为基础，经过分析、比较、选择、排除，最后得出正确的结论，这个过程给我们的初中科学教学带来诸多启示。

传统课程呈现知识时，从方法论上看属于从抽象到直观的演绎法，即教材往往先从抽象的科学概念和规律入手，让学习认识、理解科学概念和规律，而后在自然界中寻求与此科学概念和科学规律相对应的直观自然现象实例，从而加以说明，加深对科学概念和规律的理解。从逻辑思维的角度看，新课程对于科学概念与规律的呈现方式则正好相反，新课程对于科学概念与科学规律的认识，与人类认识自然界的方式与逻辑顺序是一致的，即通过收集能体现

课程将要教授的科学概念或科学规律的自然现象实例的资料，再组织学生综合分析、比较这些实例的科学属性，寻找它们的共同点，从而进行科学的归纳与抽象，提出了科学的假设。通过科学的观察、实验等方法进一步收集科学证据来验证假设，如果科学假设得以证实，则就获取了科学的结论，而若科学假设得以证伪，则必须从收集的资料中继续进行分析，形成新的科学假设，继续收集资料以获取事实与证据，从而得以证实。而如果整个过程一直是科学假设得以证伪的过程，一直重复循环上述过程，直到证实为止。我们把上述的过程进行归纳，可以得到如下的科学学习过程模式：

在初中科学课程中，许多科学知识的教学都是以如上的模式展开的。如以教授《大气压强的存在》为例，首先呈现的是大量的有关大气压强存在的实例地（实验），如：

1.覆杯实验。纸杯内倒满水，杯口上放一张纸，在学生猜测“将纸杯倒过来水是否会流出来”后将纸杯倒过来，在学生的惊奇眼光里感受大气压强存在这一事实；而后用牙签在纸杯底部擢一小孔，水很快就流下来的，又一次让学生在惊呼声中体验实验的“奥妙”和探索科学本质的热情。

2.喝可乐竞赛。两瓶刚刚打开的可乐，请一个大个子男学生（看似身强力壮者）和一位柔弱的女学生进行喝可乐比赛，看谁喝得快。竞赛时要求女生用一支吸管以正常的方式“吸”可乐，而男生则两支吸管同时使用：将两支吸管的一端同时含在口中，一支吸管的一端在可乐瓶内，另一支吸管的一端在可乐瓶外。在学生的呐喊加油声中，柔弱的女生很快地“吸”入了可乐，而大个子男生费了九牛二虎之力也很难将一滴可乐“吸”入口中。在反差如此强烈的竞赛中体验大气压强存在的重要性。

3.吸螺丝比赛。南方的炒螺丝是一道名菜，上课之前教师请厨房准备好两份少量炒熟的螺丝：一份是已经去尾，另一份则没有去尾。也同上述实例二一样请反差特别大的男女学生进行“吸”螺丝比赛，看谁“吸”得最快。

4.马德堡半球实验。将马德堡半球展示后，两个半球合在一起，抽出空气，请4位班级公认的大个子男生分别向两边拉。在无法拉开的情况下，教师将半球开关打开，用手轻轻一拉，两半球分开了。在这种强烈的对比反差中体验大气压强存在。

通过以上实验的开展，学生在“收集”了外在的感性信息后，形成了“大气压存在”的科学观念，这种教学模式就是以培根为代表的逻辑实证主义科学观在初中科学教学中的应用。

二、历史主义科学本质观在初中科学教学中的应用

美国科学史家、科学哲学家库恩在他的名著《科学革命的结构》一书中提出了著名的“范式”和“不可通约性”的概念，对科学哲学的发展影响巨大，甚至直接否定了认为“科学是靠知识的不断地积累直至到科学真理”的逻辑实证主义科学本质观。

在此，我们不想论述“不可通约性”给后现代主义思潮带来的奠基性贡献与影响，也不想讨论他的范式理论与不可通约性观念对当代整个社会思潮带来的颠覆性变化，我们仅仅从库恩的范式理论对初中科学教学带来的启示作一点说明。

库恩提出了科学进步与发展的模式如下：

库恩认为，“一种范式通过革命向另一种范式的过度，便是成熟科学通常的发展模式。”[2]所以，科学不是连续性的、积累的进步过程，而是范式的间断性转换的结果；范式之间有着不可通约性，即新旧范式之间没有“基础”与“前提”的关系，而是革命与被革命的关系。所以，科学发展不是靠知识的积累而是靠范式的转换完成的，一旦形成了新范式，就可以说建立起了新的常规科学。

库恩的范式理论对初中科学教学有三种启示：

一是科学发展进程的哲学观的启示，也即所谓的科学本质观的认识。由于库恩在《科学革命的结构》一书中证明了“范式”是一种有关价值、信念和方法论的共识，那么一种科学“范式”的实质就可以看成是一种世界观或方法论。所以，在初中科学教学过程中，我们培养学生认识到，不同的科学家在不同的领域内作不同的研究，每一位科学家与他研究领域相同的同行们构成了同一个研究共同体，他们都有自己的研究领域，建立自己领域的常规科学”，也就是自己的“范式”，而当有新的科学危机（新出现的用原有范式不能解释的科学现象）出现时，才能可能出现新的科学的革命，从而会产生新的常规学科（新的范式），随着科学的发展，在新的常规学科中又会产生新的危机，又出现新的革命，如此循环，范式在不断地转变。“范式的转变使科学家和向他们学习的那些人越来越接近真理。”[3]这是科学素养中一种重要的科学价值观。

二是科学课程统一观的启示。在初中科学课程中，一般的课程制订者和教材编写者都有他们制订、编写教材所要遵循的原则，如根据学生的认知能力和规律进行教学内容难易程度的考虑而对教学内容进行了“分割”，以有利于减轻学生课业负担。但是，课程的制订者和教材的编制者们很少考虑“科学做为统一的整体”来呈现科学课程，所以也致使初中一线的科学教师们对科学课程及科学本质缺乏统一的整体观，这样在初中科学教学过程中，范式的转变规律难以体现，初中科学课程给教师来学生的错误感觉是，科学都是在前人的研究的基础上不断得到累积发展起来的，这样也很难体现“范式转化给科学带来的发展与进步”的客观现实。

三是科学课程中不同板块之间教学的“跃迁”的启示。历史主义科学本质观是把对科学发展的认识放在了历史发展长河的背景之中，这样在科学领域中通过“危机”的过程形成了新的范式。范式理论对人类的影响不仅仅是对科学本质观的认识，范式理论在其他领域被迁移与借用也非常普遍。我们的初中科学教学也不例外地借用了范式理论。

在初中科学教学过程中，我们往往采取一种“反差教学法”，这种教学法可认为是范式理论的迁移与借用。如在“相对原子质量”的教学过程中，教师首先让学生明确“原子是有质量的，但质量很少”（这是关于原子质量的常规科学），所以，教师会展示一些常规的原子质量，如氢原子、氧原子、碳原子等（让学生发现危机），但学生发现这些原子质量太少，而且质量的数值很不规则，很难记忆与应用（存在危机），就样就要寻找一种新的表达原子质量的方法――相对原子质量（新的常规科学的建立）。

三、建构主义科学本质观在初中科学教学中的应用

建构主义认为，科学知识的获得是科学家根据现有的理论（原有的知识）来建构科学知识，它强调科学知识是暂时性、主观性、建构性的，它会不断地被修正和推翻。“在建构主义看来，知识不再是纯粹客观性的。可以将科学知识看成由假说和模型所构成的系统，这些假说和模型是描述世界可能是怎样的，而不是描述世界是怎么样的。这些假说和模型之所以