(例说科学课1)在案例的思考中揣摩科学的本质

在案例的思考中揣摩科学的本质

曾宝俊

相信很多科学老师都这样问过自己：科学是什么？科学本质究竟是什么？作为一个科学老师，如果这个问题都回答不了，好像有点说不过去。那么，科学是什么呢？

中国古代称“科学”为“格物致知”——即格物而致知。爱因斯坦指出：“科学”是“探求意义的经历”。用儿童的话来说，“科学”就是“探索大自然的秘密”。

如果，上网络搜索一下，对科学的定义会是一个惊人的数据，可是，又有谁真正说清晰科学的本质是什么呢？美国诺贝尔物理奖获得者费曼在他的《别闹了，费曼先生》的书中说道：“……对于学者，对于普通人来说，更多的是依靠自身的科学经验，而不是哲学，才能回答这个问题：科学是什么？”

的确，我们很难给“科学”下一个确凿的定义，我们可以对一些案例进行思考，慢慢地揣摩科学本质的内涵。

一、是客观，还是主观？

【案例1】冥王星的身份改变

我们自认为了解太阳系，但是太阳系的变化速度却超过大多数人的理解。

2006年，在天文学界发生了一件让世人震惊的事情，这就是冥王星被“开除”了，不再是太阳系九大行星之一了，它被划归“矮行星”。时至今日，这件事在学术界仍有争议，有的科学家说，应该将其开除，有的则反对，各执一词。

还算荣幸，冥王星的发现者克莱德•汤博没看到这一天。这个1930年发现太阳系第九颗行星的堪萨斯农家男孩于1997年1月离开人世，享年90岁。不过2006年1月，汤博又一次“离开”这个世界：“新地平线”号太空探测器把他的骨灰送入太空。但是，就在2015年“新地平线”号穿过小行星带与冥王星相会时，地球上的一群天文学家却宣布，它的目的地现在属于另一类天体：矮行星。

汤博93岁的妻子帕特里·夏说，若汤博生前就知道，他能理解这个决定。但是，就她自己而言，则有点失望。她对《亚利桑那明星日报》记者说：“我并没有觉得冥王星被降级，反而觉得自己降级了。本来我是某颗行星的发现者的妻子，现在却成了某颗矮行星发现者的妻子……”

不管人类对冥王星的定义如何改变——从当初发现它和现在否定它，冥王星始终都沿着自己的那条轨道默默地行进着，81年来，它才走过轨道的五分之一，它始终是客观存在的。那么，冥王星在太阳系中的位置，这是人类自己的定义，还是宇宙的定义？

【案例2】《解释——雪地上的足迹》教学片段

第一环节

教师投影打出一张将印有小鸟足迹的图片，然后问：你观察到了什么？生：鸟的足印。

生：两只鸟互相走近留下的足印。

生：某种动物的脚印。……

老师将学生所有的答案在黑板上列出。然后问：你能看见鸟吗？你怎么知道这是鸟留下的足印？实际上，你看到了什么？(因为无人能在此时观察到鸟的踪影，所以“鸟的足印”只是一种推理而非观察。)

生：幻灯片上有两行例外形状和大小的黑印记。

生：正是因为它们很像我们熟悉的鸟的足迹，我们才推断这些黑印记为鸟的足印。

这些印记也完全可能是任何一种不知名的动物或“恐龙”留下的，可能是两种例外的动物，也可能是两只例外年龄的同种动物（孩子与父亲或母亲），甚至连“大个动物留下较大的足印”一说也仅是推理而已.

教师继续追问学生：这两只动物为什么走向同一地点？”

生：两只动物可能因为发现了同一水源。

生：也可能动物甲攻击动物乙。

生：是幼年动物与成年动物（父或母）相互走近。

……

老师再次强调存在多种可能的推理或解释。

第二环节

教师将第二张幻灯片置于投影仪上，然后问：这一次，你又观察到什么？生：两行黑印记看起来渐渐靠近并混合在一起。（这属于观察。）

生：两只鸟打起来了。（这属于推理。）

……

（教师指出观察与推理的区别，同时鼓励学生提出其他同样合理的可能性。）第三环节

教师将第三张幻灯片置于投影仪上并问学生观察到什么。

这时学生能较松弛地区分观察与推理的差别，典型的回答是：只有较大的黑印记留在幻灯片上，较小的看不见了。

教师继续追问：你的推理是什么？

回答多种多样，如动物甲被动物乙吞食、动物甲飞走了只留下动物乙、动物甲被动物乙背着行走……（就仅有的证据而言，这些推理都是合理的，人们无法肯定到底发生了什么，除非找到当时在场的“证人”。）

观察与推理是科学的基础。科学观察是指通过人的感官（视觉、听觉、味觉、嗅觉、触觉）或科学仪器（人的感官的延伸）而获得的关于客观世界的信息。科学推理则是对观察到的现象的解释，是一种主观的推断。

科学推理不是人脑凭空的任意想象，而是对客观现象的合乎逻辑推理的解释，同一现象可能有多种解释。那么，这种解释是客观的，还是主观的？

【案例3】《蜗牛的观察》教学片段

在对蜗牛观察了一段时间后，学生们开始在一起交流自己的观察记录：生1：我发现蜗牛走过的路上有一些粘液一样的物质留下来。

生2：蜗牛有两对触角，前面一对短，后面一对长。

生3：我发现蜗牛它的后面一对触角上长有眼睛，而且它看得不是很远。

生4：蜗牛不喜欢吃苹果，喜欢呆在阴凉的地方，因为它怕热。生5：蜗牛的牙齿非常多，有一万多颗。吃起东西来一定很快。

生6：蜗牛壳上的螺旋有左旋的也有右旋的，但是我不知道左旋的蜗牛多，还是右旋的蜗牛多。

在这个案例中，应该说，学生交流的这些东西没有什么知识性的错误，但是就记录的内容来说，有一些不是通过观察而能够得到的。例如，学生3交流的是结论性的东西，“看得不是很远”只是一种臆测，不是简单的观察就能够得到的事实；学生4用“喜欢”这种人性化的词来描述蜗牛显然是一种由此及彼的心理推测，“因为它怕热”也不是科学的解释；先不说学生5的观察可能性条件（必须用显微镜）是否存在，单看那“一万多颗牙齿”就不是真实的观察结果，同时数据也不是很确凿，很显然是学生头脑中旧有知识储备的再现。学生6的前半句是观察得到的信息，后半句则是问题的提出，把它们一起放在观察记录里面也是不适合的。以上观察记录说明：在科学教育活动中，很少有人注意到观察记录的的主观和客观表述问题。

观察过程本身就具有研究的性质，观察是科学探究的核心方法之一，通常简单的问题通过认真仔细的观察就可以找到一些证据，如何引导学生如实描述和记录呢？让我们看一看哈佛大学兰本达教授是怎样引导学生用观察来进行研究的。

生：蜗牛先在外面爬，爬累了就缩进去休息，不累了再出来。

兰：你怎么知道它累？

生：它像人一样，人累了坐下来休息，它累了也得进壳去休息一会儿。

兰：它有什么表现让你想到它累？