第二章科学的本质与生物学素养

第二章科学的本质与生物学素养

本章學習目標：

１．用自己的话解释科学的本质和特征。

２．举例说明科学的不同维度。

３．描述一个具有科学素养的人。

科学教育（包括生物学教育）是以两个方面的认识为基石的：一方面是对儿

童的特点和他们的学习规律的认识（这部分内容将在第五章讨论）；另一方面是

对科学的性质、特点和科学思维方法的认识。科学教育工作者，不论是课程设计人员还是一线的教师，对这两个问题的不同认识，将会直接导致有不同的教育产品。因此，本章内容涉及科学的性质和特点，为什么要在科学教育中体现这些特点，如何体现这些特点，还讨论了科学经验最基本的认识及能够让学生更有效地学习科学的途径。在讨论对科学性质认识的基础上，本章进一步阐明了科学教

育和生物学教育的宗旨：培养全体学生的（生物）科学素养。这一宗旨的确立，将

使我国生物学课程产生重大变化。理解这一新的课程理念，将有助于指导读者

的教学改革实践。

第一节关于自然科学

生物学是一门自然科学。生物学教师在教授这门课程时，要把生物课作为

一门自然科学课程来对待，要在教学中体现出科学的本质和特征（the nature of science）。生物教学中的讲授、演示、实验探究、讨论及课内外结合的实践活动，

不仅仅要向学生传授科学的内容，也要传授科学的过程。生物教师、生物课程设计者和教材编写人员，都要深入理解科学的性质和特征，以便在这门课程中能够真正地体现这些特点。在体现科学的本质的基础上，生物教师要帮助学生认识

科学的价值、科学对现实生活的影响、提高学生的科学素养。

一、科学的本质和特征

自然科学是人类活动的一个重要方面。经过不断努力，人类获得了很多关

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于自然界运动规律的认识，这些科学知识不断地被验证和完善，并且世代相传。在探索自然界的过程中，科学家们使用了一些特殊的方法来观察、思考和求证，并以此形成了科学的特征。这些特征反映出了科学性质的基本方面，以及自然科学与艺术、文学等领域的不同之处。

（一）定量化

定量化是科学的基本特征之一。科学依赖于定量化的工作、依赖于精确的

测量。在自然科学的许多领域中，科学家给予可定量化研究的问题最高的优先权。科学家常常要考虑：这些现象能否被测量？它的变化速率是怎样的？例如，金鱼在常温下的呼吸速率是多少？在低温下的呼吸速率是多少？要研究这些问

题，测量是基本的工作内容。

科学工作定量化的特点将科学与数学结合在一起。我们对研究的对象进行

测量之后，会得到一些数据。对数据的分析和处理需要运用数学的方法。运用数学的方法，可以将事物之间的联系以简明、准确、显而易见的形式表示出来。当一种自然规律以数学公式表示时，要比用文字的方法更准确，更容易让学生理解。定量化、精确的测量，以及充分使用数学的方法，是自然科学的特征之一。（二）观察与实验

科学家在对自然界的研究中，要进行实验和严格细致的观察，这使得观察和

实验成为自然科学的基石，也是自然科学区别于其他学科的又一个重要特征。其他学科也要进行观察，不同领域观察方法的使用与自然科学没有本质的

不同。但通过实验来研究事物，特别是通过精确的对照实验来探究问题，则是自然科学的突出特征。因此，科学家在研究不同的问题时，必须设计精确的对照实验。在自然科学领域，实验是向自然界准确的提出问题、寻找答案的方法。

在学校的理科教学中，教师和学生对于实验这一术语的理解与科学家有所

不同。学生们认为，到实验室去上课、操作了一些仪器、动手做了就是实验。而一些科学家强调，实验是一种特殊的经历。在一个（科学）实验中，研究人员有一

个要解决的、真正的问题，并力图通过实验去找出事物之间的关系、寻求问题的

答案。实验是人们从事的具有创造性的活动。因此，严格的说，学生在实验室的活动不一定具有实验的性质。我国中学生的课程标准中倡导探究性的学习，并在内容标准中增加了探究实验，就是要强调生物学课程应该具有科学的基本特点。

（三）人们在研究自然界的过程中对预期的要求

预期的要求出自人们对自然界的认识，认为自然界的运动是有规律的。一

旦人们了解了其中的规律，便能够做出的预期。

预期要经得住实验的检验。科学理论只有当它们被实验反复证实之后，科

学家们才会接受。例如，我们相信绿色植物在有光的条件下才能进行光合作用，·２０·中学生物学教学论

产生植物所需的营养物质。我们可以据此做出合理的预期：当我们改变光照强度时，植物产生营养物质的过程会受到影响。我们可以用多次实验来检验这一预期能否实现。

在科学研究中，预期常常是根据假设做出的，当预期被实验验证之后，就增

加了假设成立的可能性。

（四）在自我更正的过程中积累

自然科学的另一个特点是它的积累和进步。这一点，使今天在校的每一个

中学生比我们祖先中的学者了解的科学知识还要多。

其他的领域也会有积累，如文学。但自然科学的积累是在不断自我更正的

过程中完成的，并以此来实现科学的积累和进步。在科学研究的过程中，科学家对有些问题会进行激烈的争论，但随着科学的进步，会最终达成共识。１８９５年，

达尔文的自然选择的观点发表后，有长达几十年的争论，直至２０世纪才被广泛

接受。

许多学术观点或理论发表之后，随着时间的推移，会积累更多的证据，新的

证据使得原有的理论被修改、被推翻或被接受，成为科学知识的一部分。早期成果中的错误会很快被暴露、被修改或纠正。这一过程实现了科学的积累和进步。自然科学的这一特点，与学术交流机制的特点及科学家们诚实、严谨的科学

态度是分不开的。

（五）科学过程

自然科学包括动态和静态两个部分。静态部分是相对稳定的研究结果及由

此而构成的知识体系；动态部分是科学家们在探索自然奥秘方面做出的不懈的努力，以及科学家们在思考和解决问题中所运用的思维方式和工作方法，人们称之为科学过程。正是因为科学的动态部分的存在，才使科学知识呈爆炸式的增长。学生在学习科学课程中，要使他们对科学的这两部分内容都有所了解。

一些教科书中，将科学过程纳为一系列有逻辑关系的工作步骤，如：

①确认和表述问题；