《王順義高中科學(xué)參考資料華東師范大學(xué)出版社》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《王順義高中科學(xué)參考資料華東師范大學(xué)出版社（44頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、高中科學(xué)教學(xué)參考資料專題1： 科學(xué)探究的過程和成果 華東師范大學(xué) 王順義一、編寫意圖（教學(xué)目標(biāo)）與思路專題1主要介了兩大內(nèi)容：一是“科學(xué)探究的過程和方法”，二是“科學(xué)探究的成果即科學(xué)知識的本質(zhì)特征”。這一專題是根據(jù)上海市高中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于“科學(xué)的本質(zhì)”的學(xué)習(xí)要求設(shè)定的，科學(xué)的本質(zhì)是標(biāo)準(zhǔn)中主題三“科學(xué)技術(shù)與社會”的一個(gè)重要內(nèi)容。該標(biāo)準(zhǔn)指出：通過對有關(guān)科學(xué)本質(zhì)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)“認(rèn)識科學(xué)是以自然為研究對象的探究活動，認(rèn)識科學(xué)求真、求實(shí)的本質(zhì)，認(rèn)識科學(xué)活動既需要遵循一定的研究規(guī)范，又需要遵循一定的道德規(guī)范，認(rèn)識科學(xué)應(yīng)具有一致性、可檢驗(yàn)性和可重復(fù)性，認(rèn)識科學(xué)活動需要懷疑的精神?！保ǖ?9頁）本專題

2、在內(nèi)容上主要是圍繞這一達(dá)成目標(biāo)展開的?！?.1科學(xué)探究的過程”和“1.2科學(xué)探究的若干環(huán)節(jié)和方法”介紹目標(biāo)中“認(rèn)識科學(xué)是以自然為研究對象的探究活動，認(rèn)識科學(xué)活動既需要遵循一定的研究規(guī)范”的內(nèi)容；“1.3科學(xué)探究需要科學(xué)精神和技術(shù)支持”介紹目標(biāo)中“認(rèn)識科學(xué)活動又需要遵循一定的道德規(guī)范，認(rèn)識科學(xué)活動需要（科學(xué)）精神” 的內(nèi)容；“1.4科學(xué)探究的成果是特殊的知識體系”和“1.5科學(xué)理論發(fā)展的兩種形式”則介紹目標(biāo)中“認(rèn)識科學(xué)求真、求實(shí)的本質(zhì)，認(rèn)識科學(xué)（知識）應(yīng)具有可檢驗(yàn)性”等特征的內(nèi)容。上海市中小學(xué)自然科學(xué)學(xué)習(xí)領(lǐng)域課程指導(dǎo)綱要指出： “高中階段的科學(xué)探究活動要在初中階段的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提供學(xué)生參與完整

3、的科學(xué)探究過程的機(jī)會，讓學(xué)生體驗(yàn)和認(rèn)識以重要規(guī)律和理論為探究對象、以假設(shè)一驗(yàn)證為基礎(chǔ)的科學(xué)探究過程。發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究能力，尤其是系統(tǒng)設(shè)計(jì)探究方案的能力和運(yùn)用數(shù)學(xué)方法分析證據(jù)的能力，以及評價(jià)科學(xué)探究活動的能力，并以此加深對科學(xué)探究過程各要素的認(rèn)識。學(xué)生應(yīng)根據(jù)已有的背景知識和觀察證據(jù)，通過邏輯的推理和科學(xué)的想象提出問題、形成假設(shè)或作出某些預(yù)測，在問題與假設(shè)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)探究方案，選擇工具烈器。設(shè)備來更廣泛地搜集證據(jù)，并通過分析數(shù)據(jù)來驗(yàn)證假設(shè)或修改假設(shè)，最終形成探究結(jié)果?！保ㄉ虾Ｊ谐踔锌茖W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)，上海教育出版社，2004年，第3637頁） 根據(jù)這種要求，本專題的教學(xué)目標(biāo)是，通過本專題的學(xué)習(xí)，學(xué)生

4、應(yīng)：l 了解科學(xué)探究有一個(gè)完整的過程，并知道它是多種多樣的，能識別常用的兩種探究過程，l 了解科學(xué)探究全過程、科學(xué)探究環(huán)節(jié)（要素）和科學(xué)探究的具體方法三者之間的內(nèi)在關(guān)系，l 加深對科學(xué)探究環(huán)節(jié)（要素），特別是對提出問題、制定計(jì)劃、和解釋問題等要素的了解，l 了解科學(xué)探究的實(shí)踐需要科學(xué)精神維系，l 了解科學(xué)探究需要工具、儀器、設(shè)備的技術(shù)支持，l 理解科學(xué)理論具有可檢驗(yàn)性、相對真理性和發(fā)展的進(jìn)步性，l 了解科學(xué)理論的發(fā)展有兩種形式。二、教材結(jié)構(gòu)科學(xué)精神維系 全過程 六要素 具體方法科學(xué)探究技術(shù)支持科學(xué)知識體系 探究成果 可檢驗(yàn)性 相對真理性 發(fā)展進(jìn)步性三、核心內(nèi)容（重點(diǎn)） 本專題在內(nèi)容上有如下四個(gè)

5、重點(diǎn)。 1、科學(xué)探究有一個(gè)完整的過程，它是多種多樣的，常用（見）的有兩種。上海市中小學(xué)自然科學(xué)學(xué)習(xí)領(lǐng)域課程指導(dǎo)綱要指出：“高中階段的科學(xué)探究活動要在初中階段的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提供學(xué)生參與完整的科學(xué)探究過程的機(jī)會”。 因此首先，必須讓學(xué)生了解科學(xué)探究有一個(gè)完整的過程。其次，還要讓學(xué)生知道科學(xué)探究過程即途徑是多種多樣的，不存在唯一正確的科學(xué)探究過程。再次，要讓他們知道科學(xué)家常用的科學(xué)探究過程有兩種，即伽利略的“歸納演繹”探究過程和愛因斯坦的“假說驗(yàn)證”探究過程。 2、科學(xué)探究全過程、科學(xué)探究環(huán)節(jié)（要素）和科學(xué)探究的具體方法三者之間的內(nèi)在關(guān)系，弄清它們?nèi)咧g的內(nèi)在關(guān)系，才能澄清學(xué)生在科學(xué)探究上的一些

6、模糊看法，幫助他們正本清源，以便他們用清晰的思路來梳理以前學(xué)習(xí)過的研究型課程的內(nèi)容和體驗(yàn)，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究能力。3、加深對對提出問題、制定計(jì)劃、和解釋問題等科學(xué)探究環(huán)節(jié)（要素）的了解，加深對科學(xué)探究過程各要素的認(rèn)識，是高中階段科學(xué)教育應(yīng)達(dá)成的一個(gè)目標(biāo)。上海市中小學(xué)自然科學(xué)學(xué)習(xí)領(lǐng)域課程指導(dǎo)綱要指出： “制定科學(xué)探究要求的基本思路為：l 以提出問題、作出假設(shè)、制定計(jì)劃、使用工具和搜集證據(jù)、處理數(shù)據(jù)和解釋問題、表達(dá)與交流為科學(xué)探究標(biāo)準(zhǔn)的六個(gè)基本要素。l 科學(xué)探究所需要的能力，包括觀察、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，思維能力，想象能力，運(yùn)用科學(xué)方法的能力，判斷決策的能力，表達(dá)、交流、合作的能力等，具體體現(xiàn)在科學(xué)探究的六

7、個(gè)基本要素中?！保ㄉ虾Ｊ谐踔锌茖W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)，上海教育出版社，2004年，第34頁） 鑒于學(xué)時(shí)有限和高中學(xué)段的特點(diǎn)，我們覺得在專題1中應(yīng)特別注意對提出問題、制定計(jì)劃、和解釋問題等科學(xué)探究環(huán)節(jié)（要素）的了解。其原因在于，“提出問題”的能力對學(xué)生來說特別重要，但至今做得不夠；“制定計(jì)劃”涉及學(xué)生參與完整的科學(xué)探究過程的實(shí)踐能力的培養(yǎng)；“解釋問題”則是學(xué)生學(xué)習(xí)活動的主要內(nèi)容，學(xué)生大量的解題活動從本質(zhì)上來說仍是一種“科學(xué)解釋”活動，理應(yīng)加深對其的認(rèn)識。 4、理解科學(xué)理論具有可檢驗(yàn)性、相對真理性和發(fā)展的進(jìn)步性， 上海市中小學(xué)自然科學(xué)學(xué)習(xí)領(lǐng)域課程指導(dǎo)綱要對高中學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的本質(zhì)指出了如下要求： “學(xué)生通過學(xué)習(xí)

8、科學(xué)的歷史與本質(zhì)，應(yīng)逐步認(rèn)識科學(xué)的歷史、本質(zhì)和價(jià)值，認(rèn)識科學(xué)揭示規(guī)律懈釋現(xiàn)象懈決問題，科學(xué)發(fā)展是不斷積累、不斷增長的過程，但在某個(gè)階段會發(fā)生科學(xué)革命，使科學(xué)進(jìn)人新的發(fā)展階段?？茖W(xué)知識體系必須具有可檢驗(yàn)性，?！保ㄉ虾Ｊ谐踔锌茖W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)，上海教育出版社，2004年，第53頁）科學(xué)理論的本質(zhì)特征有很多，其中“可檢驗(yàn)性”、“相對真理性”和“發(fā)展的進(jìn)步性”最為重要，它是人們籍以劃清科學(xué)與非科學(xué)、科學(xué)與偽科學(xué)界線的一種標(biāo)準(zhǔn)。人們利用“可檢驗(yàn)性”，可以將科學(xué)與宗教、哲學(xué)、偽科學(xué)區(qū)分開來；利用“相對真理性”，可以將科學(xué)與數(shù)學(xué)、邏輯區(qū)分開來；利用“發(fā)展的進(jìn)步性”，可以將科學(xué)與文學(xué)藝術(shù)區(qū)分開來。四、教學(xué)建議 1、

9、學(xué)時(shí)安排（共7學(xué)時(shí)）1.1科學(xué)探究的過程 2學(xué)時(shí)1.2科學(xué)探究的若干環(huán)節(jié)和方法 1學(xué)時(shí)1.3科學(xué)探究需要科學(xué)精神和技術(shù)支持 1學(xué)時(shí)1.4科學(xué)探究的成果是一種特殊的知識體系 2學(xué)時(shí)1.5科學(xué)理論發(fā)展的兩種形式 1學(xué)時(shí) 2、教材分析和教學(xué)方法建議 （1）1.1科學(xué)探究的過程 第2頁至第3頁的第二段，是1.1的引言，主要講如下二層意思：l 科學(xué)探究不是停留在對自然現(xiàn)象的堆積上，而是要透過現(xiàn)象認(rèn)識事物的本質(zhì)，（此處以人類對“燃燒現(xiàn)象”本質(zhì)的認(rèn)識過程為例，其較為詳細(xì)的史料可參見“教學(xué)資料”的第6、7點(diǎn)。）l 科學(xué)探究源于科學(xué)家對自然規(guī)律的探究。為什么現(xiàn)在的科學(xué)教育要突出科學(xué)探究？這與科學(xué)教育基本理念的變

10、化有關(guān)，而這種變化又與科學(xué)本質(zhì)觀的變化有關(guān)。關(guān)于20世紀(jì)科學(xué)本質(zhì)觀的變遷，可參見“教學(xué)資料”的第1點(diǎn)。教師要站在20世紀(jì)60年代之后的“廣義的科學(xué)本質(zhì)觀”來看待這次課改的基本理念，尤為重要。 第3頁的第三段至第6頁，是1.1的核心內(nèi)容，主要講如下三層意思：l 完整的科學(xué)探究有一個(gè)過程，該過程有起點(diǎn)，也有終點(diǎn)，l 不存在唯一正確的科學(xué)探究過程，它是多元的，常用的有兩種（伽利略式，愛因斯坦式），l 不同的科學(xué)探究過程有不同的特征。 在教學(xué)中，對兩種科學(xué)探究過程模式的案例分析要清晰，對其特征的刻劃要明確， 有關(guān)這方面內(nèi)容的理論梳理，可參見“教學(xué)資料”的第2點(diǎn)。有關(guān)常用的兩種科學(xué)探究過程模式的案例的較

11、為詳細(xì)的史料，可參見“教學(xué)資料”的第8、9點(diǎn)。 （2）1.2 科學(xué)探究的若干環(huán)節(jié)和方法 第7頁至第8頁的第三段，介紹了科學(xué)探究的若干環(huán)節(jié)（即六大要素），主要講如下二層意思：l 科學(xué)探究過程還可以進(jìn)一步剖分為若干環(huán)節(jié)（即六大要素），l 搞好每一科學(xué)探究的環(huán)節(jié)（如科學(xué)解釋）需遵循一定的方法論原則 第8頁的第四段至第12頁第一段，介紹了科學(xué)探究的若干具體方法，主要講如下二層意思：l 科學(xué)探究環(huán)節(jié)還可以進(jìn)一步剖分出若干具體的方法，l 搞好每一個(gè)具體的科學(xué)方法（如直覺思維、想象思維、觀察方法）也需遵循一定的方法論原則。 教師要講清科學(xué)探究過程、環(huán)節(jié)（即要素）和具體方法三者之間的關(guān)系，以正本清源，有關(guān)資料

12、可參見“教學(xué)資料”的第2點(diǎn)。 （3）1.3 科學(xué)探究需要科學(xué)精神和技術(shù)支持 第12頁第二段至第15頁的第二段，介紹了科學(xué)探究需要科學(xué)精神維系，主要講如下三層意思：l 科學(xué)探究需要科學(xué)精神維系，l 列舉科學(xué)家的實(shí)例，具體地介紹了若干科學(xué)精神，l 科學(xué)精神是學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分。 第15頁的第三段至第16頁的第三段，介紹了科學(xué)探究需要技術(shù)支持，主要講如下二層意思：l 科學(xué)探究需要技術(shù)（儀器、設(shè)備、工具）的支持，l 技術(shù)發(fā)展對科學(xué)學(xué)科發(fā)展有推動作用。有關(guān)科學(xué)精神內(nèi)涵的界定，是一個(gè)難點(diǎn)，關(guān)于這個(gè)問題我們在“教學(xué)資料”的第3點(diǎn)中給教師提供了理論梳理的背景資料。 （4）1.4 科學(xué)探究的成果是一種特

13、殊的知識體系 第16頁第四段至第18頁的第六段，介紹了科學(xué)知識的可檢驗(yàn)性特征，主要講如下二層意思：l 人類具有的知識是多方面的，有科學(xué)的，數(shù)學(xué)和邏輯的，哲學(xué)的，文學(xué)藝術(shù)的和宗教的，等等。但是科學(xué)知識有其不同于其它知識的本質(zhì)特征，l 可檢驗(yàn)性是科學(xué)知識不同于其它知識的一個(gè)重要本質(zhì)特征。 第18頁最后一段至第20頁第一段，介紹了科學(xué)知識的相對真理性特征，主要講如下二層意思：l 科學(xué)知識的真理性只是在一定條件下（即一定范圍內(nèi)）成立，超出這種條件或范圍，它就失去真理性，（例如牛頓力學(xué)中的速度相加定理）l 即使是被實(shí)踐檢驗(yàn)為真的某些科學(xué)知識，也可能后來被實(shí)踐進(jìn)一步檢驗(yàn)出其中尚包含一定的錯(cuò)誤，（例如1.5

14、中所提到的哥白尼日心說中包含的二個(gè)錯(cuò)誤）。 了解科學(xué)知識的本質(zhì)特征，可以幫助學(xué)生提高對科學(xué)與非科學(xué)區(qū)分能力，對迷信和偽科學(xué)的鑒別能力。教師如要全面地了解科學(xué)知識的本質(zhì)特征，可參見“教學(xué)資料”的第4點(diǎn)。 （5）1.5 科學(xué)理論發(fā)展的兩種形式 第20頁第二段至第21頁的第二段，介紹了科學(xué)理論漸進(jìn)式發(fā)展的形式，主要講如下二層意思：l 科學(xué)史上存在著大量的科學(xué)理論漸進(jìn)式發(fā)展的案例，如從哥白尼到開普勒的天文學(xué)理論的發(fā)展，從伽利略到牛頓的力學(xué)理論的發(fā)展，等等，l 科學(xué)理論漸進(jìn)式發(fā)展，同時(shí)也表現(xiàn)為知識發(fā)刁飧的連續(xù)積累性，繼承性，和內(nèi)容上的量變和局部（而不是整體）質(zhì)變性。 第21頁第三段至第22頁的第一段，介

15、紹了科學(xué)理論跳躍式發(fā)展的形式，主要講如下二層意思：l 科學(xué)史上也存在著少量的科學(xué)理論跳躍式發(fā)展的案例，如從托勒密至小哥白尼的天文學(xué)理論的發(fā)展，從亞里士多德到牛頓的力學(xué)理論的發(fā)展，等等，l 科學(xué)理論跳躍式發(fā)展，同時(shí)也表現(xiàn)為知識發(fā)展的間斷性，革命性，和內(nèi)容上的整體質(zhì)變性。 以上內(nèi)容實(shí)際上涉及科學(xué)理論發(fā)展的規(guī)律性問題，教師可參見“教學(xué)資料”的第4點(diǎn)中對其的理論梳理。 第22頁的第一、二段，介紹了科學(xué)知識發(fā)展的進(jìn)步性特征，該特性包含如下二層意思：l 科學(xué)理論客觀上在發(fā)展，并構(gòu)成一個(gè)系列，l 在前后相繼的科學(xué)理論發(fā)展的系列中，新的（即后面的）理論總是比舊的（即前面的）理論更好。 本專題在教學(xué)方法上的主要

16、特點(diǎn)，是使用“案例教學(xué)法”。 一個(gè)觀念、原理的得出，主要是師生通過對科學(xué)史案例的閱讀、分析和提煉來完成。至于如何提高學(xué)生的閱讀效率，引導(dǎo)學(xué)生合理地分析案例和正地提煉出觀念或原理，教師可依學(xué)生的實(shí)際情況設(shè)計(jì)出具體的教學(xué)路徑和方法。五、評價(jià)建議 1、評價(jià)原則：依據(jù)本專題的教學(xué)目標(biāo)對學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)行評價(jià)。 2、評價(jià)的具體方式： （1）關(guān)于學(xué)生對科學(xué)探究的一些核心的觀念、原理、概念是否掌握（了解或理解）的情況，可以采用“選擇填充題” 或“是非判斷題” 來進(jìn)行測評。例如： 是非判斷題：伽利略、牛頓的科學(xué)探究的過程模式，主張如要認(rèn)識自然，必先觀察自然，甚至還要通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來觀察自然現(xiàn)象，由此獲得必須的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)

17、，這實(shí)質(zhì)上是非常強(qiáng)調(diào)科學(xué)探究應(yīng)有其經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)，從而保證科學(xué)探究的客觀性。 （ ） 選擇填充題： 16世紀(jì)天文學(xué)家哥白尼提出了有關(guān)太陽系的“日心說”， 在此基礎(chǔ)上，天文學(xué)家開普勒又提出了“行星運(yùn)動三定律”。天文學(xué)理論從哥白尼到開普勒的這種發(fā)展是一種漸近性的發(fā)展，因?yàn)楹笳邔η罢邅碚f_。 A 、包含內(nèi)容上的量的增多 B 、包含內(nèi)容上的質(zhì)的變化 C 、包含內(nèi)容上的局部質(zhì)的變化 D、包含內(nèi)容上的量的增多和局部質(zhì)的變化 （2）關(guān)于學(xué)生在科學(xué)探究能力發(fā)展上的情況，可以采用“提供背景材料，讓學(xué)生進(jìn)行分析解答”來進(jìn)行測評； 或采用“列出一個(gè)需探究問題，讓學(xué)生制定探究計(jì)劃”來進(jìn)行測評。如： 閱讀下列“關(guān)于沃森、克里

18、克提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)理論模型”的材料，并回答所提問題： “1951年11月，沃森聽了弗蘭克林關(guān)于DNA結(jié)構(gòu)的較詳細(xì)的報(bào)告。這個(gè)報(bào)告說明，濕度對DNA分子晶格衍射有影響，濕度低時(shí)DNA分子之間的距離近、密度大，還初步提出DNA呈螺旋型，其中磷酸根基團(tuán)暴露在水中，等等。沃森和克里克在此基礎(chǔ)上很快就提出了一個(gè)關(guān)于DNA結(jié)構(gòu)的三股螺旋的設(shè)想，其中還錯(cuò)誤地把親水性的磷酸基團(tuán)放在螺旋的內(nèi)側(cè)。他們所以這樣考慮的原因是；四種堿基的形狀和大小很不相同，由堿基序列排成的多核昔酸長鏈肯定是很不規(guī)則的。但是，他們從衍射圖上看到，DNA卻是一個(gè)很規(guī)則的晶體，而這種規(guī)則性肯定來自規(guī)則的分子結(jié)構(gòu)。因此，他們沒有用堿基而用

19、糖一磷酸作為螺旋的骨架。1951年底，他們請維爾金斯和弗蘭克林等來討論這個(gè)模型時(shí)，弗蘭克林指出他們把DNA的含水量少算了一半。于是，第一次的模型被證偽。 1952年5月克里克請教劍橋大學(xué)數(shù)學(xué)家格里菲斯，后者說從理論上考慮，應(yīng)讀不是相同堿基的相互吸引，而似乎是不同堿基之間的相互吸引?？死锟肆⒖叹拖氲?，堿基的互補(bǔ)配對能很好地解釋DNA的自我復(fù)制：A與B配對，B與A配對。同年6月，查加夫參觀劍橋時(shí)，肯德魯將他介紹給沃森和克里克。據(jù)克里克回憶，那次見面時(shí)他們進(jìn)征了以下對話： “我們正和他談?wù)撝鞍踪|(zhì)那家伙，從有關(guān)核酸的所有研究中能得出什么結(jié)論呢？它還沒有告訴我們?nèi)魏挝覀兿胍赖臇|西，查哥夫略微帶點(diǎn)辯

20、護(hù)的口氣答道：嗅，當(dāng)然，比例是l：1。于是我說：這指的什么？他說：這一切都已發(fā)表了！誠然，我從未讀過這些文章，所以我一無所知。不過他告訴了我，并且效果是令人震驚的。這就是為什么我能記住的原因。我忽然想到：噢，天啊，如果你曉得互補(bǔ)配對，你就一定會得到1：l的比例了。不過，那時(shí)我確實(shí)忘記丁格里菲斯曾告訴我什么，也記不起那些堿基的名稱了；于是，我去找格里菲斯，問他是哪些堿基？并讓他把它們寫下來?？墒?，當(dāng)時(shí)我又忘記了查哥夫?qū)ξ艺f過的內(nèi)容，所以又不得不回去查文獻(xiàn)。使我驚奇的是，查哥夫談到的配對和格里菲斯講過的配對竟是一回事?！保℅.E. 艾倫，二十世紀(jì)的生命科學(xué)，北京師范大學(xué)出版社，1985年，第291

21、頁）在堿基配對原則的基礎(chǔ)上，沃森和克里克經(jīng)過緊張地連續(xù)工作，終于在1953年4月建立起第二個(gè)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的分子模型。這個(gè)模型表明：兩股DNA長鏈以右手螺旋方向圍繞著一個(gè)中心軸盤旋，兩股螺旋鏈的走向相反，其外側(cè)為磷酸基團(tuán)，內(nèi)側(cè)為四種堿基，由于腺嘌呤和胸嘧啶、鳥嘌呤和胞嘧啶之間產(chǎn)生相互吸引的氫鍵（即堿基配對原則），從而使兩條DNA長鏈之間存在互補(bǔ)的關(guān)系，等等。1953年4月25日，英國的自然雜志刊登了沃森和克里克的這個(gè)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的分子模型。這一成就后來被譽(yù)為20世紀(jì)以來生物學(xué)方面最偉大的發(fā)現(xiàn)，也被認(rèn)為是分子生物學(xué)誕生的標(biāo)志。沃森和克里克的分子模型公布后，美國化學(xué)家鮑林隨即提出存在于烏嘌呤

22、和胞嘧啶之間是三個(gè)氫鍵，不同于腺嘌呤和胸嘧啶之間的兩個(gè)氫鍵，糾正了沃森一克里克模型中這一具體錯(cuò)誤。按此修改之后的就是沃森和克里克第三個(gè)關(guān)于DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的分子模型。1953年5月沃森和克里克又在自然雜志上發(fā)表文章，提出DNA分子結(jié)構(gòu)在生物遺傳學(xué)上的含意。他們設(shè)想DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)就是遺傳基因，攜帶遺傳密碼。DNA復(fù)制時(shí)，堿基對間的氫鍵斷烈，兩條核苷酸鏈的旋繞松開，堿基顯露出來，象拉鏈一樣被拉開。核苷酸鏈上的堿基顯露后，它們按照互補(bǔ)配對的要求，吸引著帶有互補(bǔ)堿基的核苷酸，然后在鄰接的核苷酸間形成磷酸=酸鏈，這樣一條新的互補(bǔ)的核苷酸鏈就出現(xiàn)了。當(dāng)這個(gè)過程完畢時(shí)，新形成的兩個(gè)DNA分子相互一樣，也跟

23、親代分子一樣，這就為說明DNA分子的自我復(fù)制和由親代到子代的遺傳傳遞找到了堅(jiān)實(shí)的分子基礎(chǔ)。 1956年美國生化學(xué)家科恩伯格（A.Kopmberg，1918- 年）用DNA作模板實(shí)驗(yàn)，1958年梅塞爾森（MMeselson，1930-年）等用大腸桿菌研究 DNA復(fù)制的實(shí)驗(yàn)，1959年美國生化學(xué)家泰勒（J.HTaylor，1916-年）用氘標(biāo)記堿基追蹤 DNA的復(fù)制，他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果都證明沃森和克里克的設(shè)想是正確的?！保ㄕ裕和蹴樍x、王心恒編，簡明科學(xué)史，上?？萍冀逃霭嫔?，2003年，第150-151）請回答下列問題：A、從方法論上概述科學(xué)家們在探究DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的全過程的路徑，它的特征是什么？

24、它與專題1中所述的哪一種科學(xué)探究過程相似？B、在探究DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的全過程中，有哪些要素貫串于其中？ 模仿牛頓或愛因斯坦的科學(xué)探究過程模式，制定解決下列問題的探究方案：A、春末夏初時(shí)節(jié)，下雨之前水泥地面常常會“出汗”，十分潮濕，這是為什么？B、當(dāng)家里一盞燈突然自熄滅時(shí)，你怎樣找出其原因？六、教學(xué)資料 為了便于教師在備課時(shí)進(jìn)行再創(chuàng)造，下面提供兩類資料：一類是有關(guān)科學(xué)探究和科學(xué)知識本質(zhì)的理論上的梳理，另一類是有關(guān)課本中涉及到的科學(xué)史案例的較為詳細(xì)的資料。1、20世紀(jì)科學(xué)本質(zhì)觀的變遷科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的研制專家們，在研制的初期就有一個(gè)明確的指導(dǎo)思想，就是要將科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)建立在最新的科學(xué)本質(zhì)觀的基礎(chǔ)之上，

25、這樣才能保證科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的合理性和本輪科學(xué)課程改革的正確性。我們知道，合理的科學(xué)教育的基本理念，是建立在對科學(xué)本質(zhì)的準(zhǔn)確理解的基礎(chǔ)上的。因此，在回答“什么是科學(xué)教育”之前，應(yīng)該先弄清“什么是科學(xué)”，這就涉及到“科學(xué)的基本理念”的問題?？茖W(xué)是什么？人們的回答也是眾說紛紜，莫衷一是的。歷史上，不同的科學(xué)觀曾經(jīng)對科學(xué)教育的基本理念產(chǎn)生過不同的影響?？茖W(xué)觀本身也有一個(gè)合理性問題，并在20世紀(jì)歷經(jīng)著一個(gè)變化的過程。 （1）常識性的科學(xué)本質(zhì)觀。 人們常常說，科學(xué)是一種知識系統(tǒng)，這是一種常識性的科學(xué)觀。這種常識性的觀點(diǎn)是有一定的合理性的，因?yàn)樽鳛榭茖W(xué)研究的成果即科學(xué)理論，比如歐幾里得幾何學(xué)、哥白尼的日心說、

26、牛頓的經(jīng)典物理學(xué)、愛因斯坦的相對論、道爾頓的原子論、達(dá)爾文的進(jìn)化論、賴伊爾的地質(zhì)學(xué)原理等等，確實(shí)是一種知識，而且是一種系統(tǒng)的知識。但是，這種常識性的觀點(diǎn)是有很大的局限性的，它沒有把科學(xué)的其它一些本質(zhì)刻畫出來，因而也不能達(dá)到將科學(xué)和非科學(xué)、前科學(xué)、偽科學(xué)的界線劃分出來。按照這種常識性的觀點(diǎn)，宗教神職人員會說，宗教也是一門自然科學(xué)，因?yàn)樽诮痰闹饕δ苁翘岢鲆惶鬃诮虃惱韮r(jià)值觀來規(guī)范人的行為，因此宗教教義在一定程度上可以被看作是告訴人們怎樣做人的知識，而且宗教也研究自然現(xiàn)象，也回答諸如“自然界的起源”、“人類的起源”等問題，并且有系統(tǒng)的結(jié)論，只不過這些結(jié)論對于科學(xué)工作者來說并不認(rèn)同而已，但宗教包含著一

27、個(gè)一定的知識系統(tǒng)則是確定無疑的，因此宗教也應(yīng)該是一門自然科學(xué)。這就是說，按照常識性的觀點(diǎn)，我們并不能很好地將科學(xué)和宗教區(qū)別開來。確實(shí)，科學(xué)、哲學(xué)甚至宗教都是一種知識系統(tǒng)，但是科學(xué)這種知識系統(tǒng)與哲學(xué)、宗教等知識系統(tǒng)還是有區(qū)別的。 （2）狹義的科學(xué)本質(zhì)觀。 自近代以來，科學(xué)家往往強(qiáng)調(diào)通過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)來斷定科學(xué)定理的真理性，也就是說，科學(xué)是最講究“實(shí)證”的。這一特點(diǎn)哲學(xué)、宗教等知識系統(tǒng)卻并不具備。于是，人們便把“可檢驗(yàn)性”作為科學(xué)的本質(zhì)特征。他們認(rèn)為，科學(xué)是一種可檢驗(yàn)的知識體系。那么怎么檢驗(yàn)一個(gè)命題是科學(xué)的命題呢？那就是將這個(gè)命題所斷言的內(nèi)容與經(jīng)驗(yàn)事實(shí)加以對照，如果它們是一致的，那么這個(gè)命題就被確證，它

28、就是具有真的命題，否則它就是一個(gè)假的命題?？茖W(xué)命題就是能夠被經(jīng)驗(yàn)事實(shí)檢驗(yàn)其真?zhèn)蔚拿}。比如，1915年科學(xué)家愛因斯坦提出了廣義相對論的理論，其中有一條定理是“光線通過強(qiáng)的引力場會彎曲傳播”。一般人認(rèn)為，在同一種煤質(zhì)中光線總是直線傳播的，但是愛因斯坦的這條定理告訴我們，即使在同一種媒質(zhì)中，光線如果通過強(qiáng)的引力場就不會是直線傳播，而是彎曲傳播。顯然愛因斯坦這條命題是可以用經(jīng)驗(yàn)事實(shí)來加以檢驗(yàn)的。若干年后，英國科學(xué)家愛丁頓就利用一次全日食的觀察組織了一次對愛因斯坦這條定理的檢驗(yàn)，結(jié)果定理與經(jīng)驗(yàn)事實(shí)完全相符，于是愛因斯坦的理論也就被經(jīng)驗(yàn)事實(shí)確證。以上兩種科學(xué)觀雖然都有一定的合理性，但我們只能稱之為狹義的

29、科學(xué)觀，因?yàn)樗鼈兓旧现皇庆o態(tài)地審視科學(xué)，把科學(xué)僅僅等同于科學(xué)研究的結(jié)果-科學(xué)理論，而忽視了科學(xué)研究的動態(tài)過程本身；它們基本上只是從科學(xué)內(nèi)部去審視科學(xué)，僅僅看到科學(xué)研究內(nèi)部的認(rèn)知要素，而忽視了科學(xué)研究的內(nèi)部和外部的社會文化因素和條件；雖然它們正確地指出了科學(xué)研究的結(jié)果即科學(xué)理論是一個(gè)可確證或可證偽的知識系統(tǒng)，但是局限于這個(gè)命題的本身卻容易給人留一個(gè)誤區(qū)：以為科學(xué)只與兩個(gè)因素有關(guān)，一是科學(xué)理論即知識系統(tǒng)，二是觀察、實(shí)驗(yàn)的技能，因?yàn)樵谒鼈兛磥泶_證或證偽一個(gè)科學(xué)理論，需要用到經(jīng)驗(yàn)事實(shí)，而經(jīng)驗(yàn)事實(shí)是通過觀察、實(shí)驗(yàn)獲取的，因此具備觀察、實(shí)驗(yàn)的技能就尤為重要。以上兩種科學(xué)觀曾經(jīng)深深地影響著近現(xiàn)代科學(xué)教育理

30、論的基本理念。依據(jù)這些對科學(xué)本質(zhì)的理解，近現(xiàn)代科學(xué)教育理論都把科學(xué)教育僅僅等同于科學(xué)知識的教育，僅僅強(qiáng)調(diào)科學(xué)知識和實(shí)驗(yàn)的技能（即雙基）的傳授與學(xué)習(xí)，這可以從我固1978年全日制十年制學(xué)校中學(xué)物理教學(xué)大綱中關(guān)于中學(xué)物理教學(xué)的目的基本理念的如下一段表述中明確地顯現(xiàn)出來：“中學(xué)物理教學(xué)的目的是：使學(xué)生比較系統(tǒng)地掌握進(jìn)一步學(xué)習(xí)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)需要的物理基礎(chǔ)知識，了解這些知識的實(shí)際應(yīng)用；培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能、思維能力和應(yīng)用數(shù)學(xué)解決物理問題的能力；培養(yǎng)學(xué)生的辯證唯物主義觀點(diǎn)?！保?978年全日制十年制學(xué)校中學(xué)物理教學(xué)大綱，第1-2頁）當(dāng)然強(qiáng)調(diào)科學(xué)知識和實(shí)驗(yàn)的技能（即雙基）的傳授與學(xué)習(xí)是必要的，但局限于此就忽視了

31、其它科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)，這樣就致學(xué)校的科學(xué)教育并不能有效地全面提高每一個(gè)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，而把沒有達(dá)到的目標(biāo)部分地留給學(xué)生畢業(yè)之后和社會去完成。 （3）廣義的科學(xué)本質(zhì)觀。 20世紀(jì)60年代之后，人們開始從一種廣義的角度來認(rèn)識科學(xué)的本質(zhì)：從廣義的角度看，科學(xué)實(shí)際上是一種特殊的社會文化探究活動。這里有兩點(diǎn)需要強(qiáng)調(diào)，一是科學(xué)首先是一種探究活動，而作為知識系統(tǒng)的科學(xué)理論只是這種探究活動的結(jié)果；二是科學(xué)是一種特殊的社會文化現(xiàn)象，參與這種活動的要素不僅僅只有理論和經(jīng)驗(yàn)事實(shí)這兩個(gè)認(rèn)知因素，而且還有社會、文化等方面的多種因素，如哲學(xué)觀念滲透和方法的使用，先進(jìn)技術(shù)儀器、設(shè)備的實(shí)施基礎(chǔ)，社會價(jià)值取向的約束，社會經(jīng)濟(jì)的支

32、持，教育的人才支撐，有利的文化氛圍的烘托，等等。匯總這種觀點(diǎn)的代表人物有加拿大著名科學(xué)哲學(xué)家、物理學(xué)家M. 邦格。這種廣義的科學(xué)本質(zhì)觀自提出來之后就開始逐步影響世界各國的科學(xué)教育理念。例如在美國的2061計(jì)劃及其國家科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中，其科學(xué)教育理念明顯地是建立在這種廣義的科學(xué)本質(zhì)觀之上的。全國和上海的科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于科學(xué)教育的基本理念，也是建立在這種最新的科學(xué)理念的基礎(chǔ)上的。這種新的科學(xué)觀自提出之后已經(jīng)開始影響著現(xiàn)代科學(xué)教育理論的基本理念，從20世紀(jì)80年代之后科學(xué)教育理論的文獻(xiàn)和基本理念來看，巳經(jīng)呈現(xiàn)了這種觀點(diǎn)。其重要標(biāo)志是，科學(xué)教育從原先僅僅強(qiáng)調(diào)科學(xué)知識的傳授和學(xué)習(xí)，發(fā)展為現(xiàn)在要全面提高每一

33、個(gè)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)；從原先僅僅強(qiáng)調(diào)觀察實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)，發(fā)展為現(xiàn)在的注重科學(xué)探究能力全面培養(yǎng)和實(shí)踐；從原先僅僅強(qiáng)調(diào)解決科學(xué)內(nèi)部的認(rèn)知問題，發(fā)展為現(xiàn)在還要關(guān)注涉及科學(xué)、技術(shù)與社會熱點(diǎn)問題的分析和決策能力的培養(yǎng)。2、科學(xué)是一個(gè)探究活動的過程科學(xué)教育的重要的一個(gè)基本理念是“突出科學(xué)探究”，當(dāng)前新一輪課程改革便把科學(xué)教育的理念建立在科學(xué)本質(zhì)的一個(gè)重要理念的基礎(chǔ)上。下面我們先來介紹一下，為什么探究性是科學(xué)知識形成過程的本質(zhì)特征？探究性是科學(xué)知識形成過程的本質(zhì)特征雖然一些非科學(xué)的文化形態(tài)如神話、宗教、藝術(shù)和哲學(xué)都曾經(jīng)在一定程度上刻意描述和說明自然現(xiàn)象，試圖具有認(rèn)識自然界的功能。例如，在圣經(jīng)中就有上帝創(chuàng)造人和各

34、種生物的說法，試圖以此來解釋生物和人類的起源；在中國古代哲學(xué)中就有“陰陽說”，以此來說明自然界萬物運(yùn)動變化的原因。但是歷史證明，在眾多的文化中只有科學(xué)才為人類提供了認(rèn)識自然的精確的、有效的工具。雖然科學(xué)理論不是絕對真理，但是自從科學(xué)產(chǎn)生以來，人類對自然界的認(rèn)識就愈來愈正確，愈來愈深入。那么為什么科學(xué)較之其它文化形態(tài)而言在認(rèn)識自然上有這么大的神奇功效呢？這是因?yàn)榭茖W(xué)在認(rèn)知自然時(shí)所具有的一種“探究性”使然。探究性是科學(xué)知識形成過程的本質(zhì)特征。認(rèn)清這一點(diǎn)對確立合理的科學(xué)教育理念特別重要。首先，對自然現(xiàn)象的認(rèn)識不停留在事實(shí)的層次上。在人類追求“真、善、美”的文化活動中，科學(xué)的目標(biāo)在于求真。認(rèn)識自然界運(yùn)

35、動變化的規(guī)律即真理，是科學(xué)的根本任務(wù)。事物都有它的現(xiàn)象和本質(zhì)?，F(xiàn)象是指事物的外部形態(tài)、外部聯(lián)系；本質(zhì)是指事物內(nèi)部的矛盾運(yùn)動、內(nèi)部聯(lián)系。本質(zhì)隱藏在現(xiàn)象背后，不能為人們直接感知?？茖W(xué)家認(rèn)為對自然現(xiàn)象的認(rèn)識不停留在事實(shí)的層次上，常常要進(jìn)一步透過現(xiàn)象，深入里層，抽取有關(guān)事物的本質(zhì)，并且舍棄一切非本質(zhì)屬性的結(jié)論，即提煉出反映事物本質(zhì)屬性和內(nèi)在的客觀的規(guī)律的各種“概念”和“定律”來。這個(gè)過程是通過探究來完成的。例如，人們常?？吹侥静脑诳諝庵腥紵默F(xiàn)象：當(dāng)人們用火點(diǎn)燃一根木材時(shí)，它先是冒煙，接著便被點(diǎn)燃起火，然后燃燒，有熊熊的火焰，直到最后燃盡剩下一點(diǎn)灰碴。如果將這個(gè)過程記錄下來，就是關(guān)于木材燃燒的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)

36、。一般人對燃燒的認(rèn)識通常是僅僅滿足于在現(xiàn)象層面上對其過程的了解，但是歷史上的化學(xué)家則不同，他們還要進(jìn)一步探究這種燃燒現(xiàn)象背后隱芷的事物運(yùn)動變化的規(guī)律。經(jīng)過長期的研究科學(xué)家認(rèn)識到，木材燃燒現(xiàn)象實(shí)質(zhì)上是一種物質(zhì)的氧化現(xiàn)象，木材中含有碳元素，空氣中含有氧元素，這兩種元素在高溫下會化合成為二氧化碳并放出熱量，這就是木材在空氣中燃燒現(xiàn)象背后的規(guī)律，用化學(xué)反應(yīng)方程式可表示如下： C + O2 = CO2 + Q 其次，對自然現(xiàn)象的規(guī)律性認(rèn)識也不能通過對經(jīng)典的注釋而得出。在人類的一些文化型態(tài)中，如宗教、政治意識形態(tài)等，引經(jīng)據(jù)典、詮釋經(jīng)典，然后邏輯演繹出要得的結(jié)論，這是它們的主要認(rèn)知方法。在中世紀(jì)，經(jīng)院哲學(xué)曾

37、提倡的研究方法是引經(jīng)據(jù)典、詮釋經(jīng)典，然后邏輯地演繹出關(guān)于自然現(xiàn)象的論述。這種研究方法忽視科學(xué)探究及其經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)，嚴(yán)重地阻礙了人們對自然界的有效認(rèn)識。這種錯(cuò)誤的方法在文藝復(fù)興運(yùn)動中開始被糾正。首先人們開始批判中世紀(jì)這種極端理性主義的方法論。這種方法后來被F.培根批評為，“人們所醉心的一切象煞有介事的沉思、揣想和詮釋等等實(shí)如盲人暗摸，離題甚遠(yuǎn)， 正如現(xiàn)有的科學(xué)不能幫助我們找出新事物，現(xiàn)有的邏輯亦不能幫助我們找出新科學(xué)。 現(xiàn)在所使用的邏輯，與其說是幫助著追求真理，毋寧說是幫助著把建筑在流行概念上面的許多錯(cuò)誤固定下來并鞏固起來。所以它是害多于益?！保‵. 培根，新工具商務(wù)印書館，1986年版，第9-10

38、頁。）在人怎樣才能獲得關(guān)于自然界真實(shí)現(xiàn)象和知識這個(gè)問題上，人們開始認(rèn)識到不能單純地靠理性的推論，因?yàn)槿说睦硇詴r(shí)常曲解事物。F.培根強(qiáng)調(diào)科學(xué)認(rèn)識有一個(gè)區(qū)別于宗教認(rèn)知的探究過程，雖然這是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)主義的過程。他指出，“鉆求和發(fā)現(xiàn)真理，一條道路是從感官和特殊的東西引出一些原理，經(jīng)由逐步而無間斷的上升，直至最后才達(dá)到最普通的原理。這是正確的方法?！保‵. 培根，新工具商務(wù)印書館，1986年版，第12-13頁。） 當(dāng)然，其它有些文化系統(tǒng)，如哲學(xué)、藝術(shù)、歷史、社會學(xué)等，不能說其研究過程沒有探究性，但與科學(xué)比較起來，其探究的全過程與科學(xué)探究全過程，還是有所不同的，而且在客觀性、嚴(yán)格性和有效性等方面的要求也有所

39、不同。下面我們來看看科學(xué)探究全過程是怎樣的?？茖W(xué)探究的全過程要弄清科學(xué)探究全過程，只需要看一看科學(xué)家是怎樣進(jìn)行科學(xué)研究的，因?yàn)檫@是考察科學(xué)探究的源頭。以伽利略為例。我們知道，自由落體運(yùn)動定律是由物理學(xué)家伽利略（Galieo）提出的。在提出這條定律之前他先提出了一條預(yù)備定理，這就是：“球在斜槽上滾動時(shí)所通過的各種空間距離的比率與其時(shí)間間隔的平方的比率相同”。將這條定理稍加推廣伽利略就得出了自由落體運(yùn)動定律。那么伽利略是如何提出這條預(yù)備定理的呢？對此他在關(guān)于兩種新科學(xué)的對話一書中對其探究過程作了如下說明： “拿一塊12肘長、半時(shí)寬、3指厚的木板?？克倪吘壙桃坏兰s略大于一指定的小槽，把這個(gè)槽做到盡

40、可能的直和光滑，里面墊上盡可能光滑的羊皮紙。然后拿一個(gè)硬的、光滑的、極圓的銅球，放在槽內(nèi)去滾。將這塊木板放在傾斜位置，使一端比另一端高一肘或二肘，再將銅球沿槽滾去，同時(shí)照下述的方法注意它降落的時(shí)間。我們把這實(shí)驗(yàn)多做幾次，使得時(shí)間可以量得準(zhǔn)確，準(zhǔn)到兩次觀察結(jié)果相差不到一次脈搏的十分之一的地步。完成了這種動作并確定了它的可靠性之后，我們現(xiàn)在將銅球放在槽的14長度內(nèi)滾動，再量它的降落時(shí)間，我們會發(fā)現(xiàn)它恰等于上次時(shí)間的12。我們再用其他各種距離作同樣的實(shí)驗(yàn)，以槽的全長距離與12長的、23長的或其他任何長度的距離相比，把實(shí)驗(yàn)重復(fù)一百次以后，我們總是發(fā)現(xiàn)：球所通過的各種空間距離的比率與其時(shí)間間隔的平方的比

41、率相同，這在任何斜度的平面即該槽的任何斜面中都是一樣準(zhǔn)確的。我們也觀察到，球在各種不同斜度降落的時(shí)間，如我們即將看到的，其比率恰恰和作者所預(yù)言并論證的比率一樣?！保╓.F. 馬吉，物理學(xué)原著選讀，商務(wù)印書館，第13-14頁）只要仔細(xì)地分析伽利略的科學(xué)事例，我們就可以發(fā)現(xiàn)，伽利略為了解決落體問題，第一步是進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)、觀察獲得大量有關(guān)自然現(xiàn)象的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)、數(shù)據(jù)。第二步是對這些經(jīng)驗(yàn)事實(shí)、數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納推理，概括出具有一般性的科學(xué)原理即定律或理論。如伽利略用簡單枚舉歸納法對實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)組的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，概括出在相繼的相同時(shí)間間隔內(nèi)，從斜面上滾下的小球所通過的距離與時(shí)間的平方成正比的規(guī)律，而且

42、這一規(guī)律與斜面的傾斜度無關(guān)。第三步是檢驗(yàn)所得結(jié)論的正確性，第四步是人們根據(jù)這些科學(xué)理論去說明自然現(xiàn)象，解決當(dāng)初要解決的問題，或者預(yù)測新的現(xiàn)象，這一步可以用演繹的方法去完成，即以科學(xué)理論為大前提，通過三段論推理，演繹出關(guān)于自然現(xiàn)象的有關(guān)陳述。這就是創(chuàng)造性地認(rèn)識自然現(xiàn)象的一個(gè)完整的科學(xué)探究的過程。 上述科學(xué)探究的過程，實(shí)際上是歷史上不少科學(xué)家大師，如牛頓（I.Newton）、波義耳（R.Boyle）以及當(dāng)代眾多的科學(xué)家，多次表明自已曾經(jīng)親歷過的科學(xué)探究過程，并認(rèn)為遵循這種過程就可以認(rèn)識自然界萬物的屬性和運(yùn)動規(guī)律。牛頓在其劃時(shí)代的著作自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理中談到：“在自然科學(xué)里，應(yīng)該像在數(shù)學(xué)里一樣，在研

43、究困難的事物時(shí)，總是應(yīng)當(dāng)先用分析的方法，然后才用綜合的方法。這種分析方法包括做實(shí)驗(yàn)和觀察，用歸納法去從中作出普遍結(jié)論，并且不使這些結(jié)論遭到異議，除非這些異議來自實(shí)驗(yàn)或者其他可靠的真理方面。雖然用歸納法來從實(shí)驗(yàn)和觀察中進(jìn)行論證不能算是普遍的結(jié)論，但它是事物的本性所許可的最好的論證方法，并且隨著歸納的愈為普遍，這種論證看來也愈為有力。如果在許多現(xiàn)象中沒有出現(xiàn)例外，那末可以說，結(jié)論就是普遍的。但是如果以后在任何時(shí)候從實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了例外，那時(shí)就可以說明有這樣或那樣的例外存在。用這樣的分析方法，我們就可以從復(fù)合物論證到它們的成份，從運(yùn)動到產(chǎn)生運(yùn)動的力，一般地說，從結(jié)果到原因，從特殊原因到普遍原因，一直論證

44、到最普遍的原因?yàn)橹?。這就是分析的方法；而綜合的方法則假定原因已經(jīng)找到，并且已把它們立為原理，再用這些原理去解釋由它們發(fā)生的現(xiàn)象，并證明這些解釋的正確性?！保ㄟx自西方自然哲學(xué)原著選輯（三），主編王太慶等，北京大學(xué)出版社，1993年版）上述文字，顯然是牛頓對自已科學(xué)探究實(shí)踐的總結(jié)，也是對伽利略探究過程的注釋。我們可以用圖把這種科學(xué)探究的過程表示為：問題 （ 歸納 ） 觀察實(shí)驗(yàn) 經(jīng)驗(yàn)事實(shí) 假設(shè)模型 實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn) （ 演繹 ） 圖 伽利略的科學(xué)探究過程這種科學(xué)探究過程模式的特征可以歸結(jié)為兩條，一是非常強(qiáng)調(diào)“經(jīng)驗(yàn)事實(shí)”在整個(gè)科學(xué)研究程序中的奠基作用，它認(rèn)為如要認(rèn)識自然現(xiàn)象，必須先觀察自然現(xiàn)象，包括在實(shí)驗(yàn)中觀

45、察自然現(xiàn)象，故它認(rèn)為觀察實(shí)驗(yàn)是科學(xué)研究的起點(diǎn)。觀察、實(shí)驗(yàn)的目的，是為了獲得經(jīng)驗(yàn)事實(shí)，在經(jīng)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上才能歸納出理論。二是非常強(qiáng)調(diào)“歸納”的認(rèn)識作用，認(rèn)為歸納就是科學(xué)理論發(fā)現(xiàn)的邏輯通道，它認(rèn)為科學(xué)研究基于歸納方法?？茖W(xué)史告訴我們，科學(xué)家的科學(xué)探究過程的路徑是多種多樣的，并非只有伽利略這一種。例如我們知道，在電學(xué)理論中庫侖定律是一條重要的定律。下面我們來看一下庫侖是如何探究出這一條定律的，其路徑與伽利略探究過程路徑有什么不同？人們早就發(fā)現(xiàn)，帶電粒子之間存在著力的相互作用，如帶電的物體對棉布、毛皮或紙屑有吸附能力。18世紀(jì)英國化學(xué)家普里斯特利猜測性地指出，這個(gè)力應(yīng)類似于兩個(gè)質(zhì)量之間的萬有引力，即與

46、距離的平方成反比，與它們的電荷量成正比。法國物理學(xué)家?guī)靵稣J(rèn)同普里斯特利的這一猜想，并于1784年利用自已首創(chuàng)的扭秤實(shí)驗(yàn)證明了，兩個(gè)帶電質(zhì)點(diǎn)之間的靜電力與它們之間的距離的平方成反比。通過與萬有引力的對比，庫侖又認(rèn)為兩個(gè)帶電質(zhì)點(diǎn)之間的靜電力與它們的電荷量的乘積成正比，后來他間接地證明了這個(gè)假定的正確性。這兩個(gè)命題的含義就是關(guān)于電磁學(xué)的第一個(gè)定律，后人稱之為庫侖定律。該定律表明，兩個(gè)帶電質(zhì)點(diǎn)之間的靜電力與它們的電荷量成正比，與它們之間的距離的平方成反比。只要我們仔細(xì)地分析上述這個(gè)案例就可以發(fā)現(xiàn)，普里斯特利和庫侖的探究路徑與伽利略有很大的不同。他們在解決某些科學(xué)問題時(shí)，第一步往往不是進(jìn)行有關(guān)的實(shí)驗(yàn)，而

47、是先大膽猜想，構(gòu)建一個(gè)假設(shè)，試圖來解決這個(gè)問題。如普里斯特利首先是提出猜想：電力應(yīng)類似于萬有引力，即與距離的平方成反比，與它們的電荷量成正比；而庫侖則是認(rèn)同了普里斯特利的猜想。第二步才是庫侖設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)普里斯特利的猜想，一旦假設(shè)被實(shí)驗(yàn)確證，則假設(shè)便成為科學(xué)理論。第三步是用這種科學(xué)理論來解釋其它類同的自然現(xiàn)象。上述科學(xué)探究的過程，實(shí)際上是歷史上不少科學(xué)大師如愛因斯坦以及當(dāng)代眾多的科學(xué)家多次表明自已曾經(jīng)親歷過的科學(xué)探究過程，并認(rèn)為遵循這種過程就可以認(rèn)識自然界萬物的屬性和運(yùn)動規(guī)律。愛因斯坦曾于1952年5月7日總結(jié)了自己的科學(xué)探究過程，并用下圖來說明：公理集演繹 A 思想的自由創(chuàng)造 S1 S2 S

48、3 S4 導(dǎo)出命題 E 直接經(jīng)驗(yàn)愛因斯坦對自已1905年創(chuàng)立狹義相對論和1915年創(chuàng)立廣義相對論的科學(xué)探究實(shí)踐的總結(jié)，這也是對普里斯特利-庫侖式的科學(xué)探究過程的注釋和圖解。普里斯特利-庫侖式的科學(xué)探究過程的特征也可以歸結(jié)為兩條：一是新理論是科學(xué)家依托一定的文化知識背景即規(guī)范，通過創(chuàng)造性思維大膽猜想并加上演繹方法展開建構(gòu)出來的。二是大膽猜想之后，尚需用經(jīng)驗(yàn)事實(shí)去檢驗(yàn)，因?yàn)椴峦耆赡懿洛e(cuò)，必須事后進(jìn)行嚴(yán)格反駁、排錯(cuò)。顯然，伽利略和普里斯特利-庫侖的科學(xué)探究過程模式的特征，都保證了對自然現(xiàn)象探究的客觀性、嚴(yán)格性和有效性。其客觀性體現(xiàn)在：科學(xué)探究的結(jié)論要么必須以經(jīng)驗(yàn)事實(shí)為奠基，要么必須接受經(jīng)驗(yàn)事實(shí)的嚴(yán)

49、格檢驗(yàn)；其有效性體現(xiàn)在：科學(xué)探究的結(jié)論必須能說明原初欲認(rèn)識的自然現(xiàn)象，甚至還要能預(yù)見新的自然現(xiàn)象；其嚴(yán)格性體現(xiàn)在：在科學(xué)探究中理論模型的表述必須滿足可檢驗(yàn)性，經(jīng)驗(yàn)事實(shí)必須滿足可重復(fù)性，實(shí)驗(yàn)操作必須具有規(guī)范性，思維推理必須具有邏輯性，等等。如果我們能在課外再查看一些科學(xué)史的著作，就一定還會發(fā)現(xiàn)一些既不同于伽利略、又不同于普里斯特利-庫侖的科學(xué)探究的過程模式?？茖W(xué)史會告訴我們，科學(xué)探究的全過程的路徑是多元的，并不存在惟一的過程模式，只要能夠探求出自然現(xiàn)象背后的規(guī)律，“怎么都行！”。如果有人認(rèn)為，科學(xué)探究的過程只有一種模式，而且它是唯一正確的，大家只能照此進(jìn)行科學(xué)探究，那么這種說法本身就是錯(cuò)誤的，而

50、且對科學(xué)理論的發(fā)展是有害的?？茖W(xué)探究的階段 雖然科學(xué)探究的全過程是形形色色的，但一般來說都可以將其全過程分為三個(gè)階段：“科學(xué)理論發(fā)現(xiàn)”，“科學(xué)理論的檢驗(yàn)、評價(jià)”，和“科學(xué)解釋和預(yù)測”。如在伽利略的探究全過程中，其探究的第一、二步，即從提出問題-進(jìn)行觀察、實(shí)驗(yàn)-到建立假設(shè)模型，就是“科學(xué)理論發(fā)現(xiàn)”階段；其探究的第三步，即建立假設(shè)模型-實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，就是“科學(xué)理論的檢驗(yàn)、評價(jià)”階段；其探究的第四步，即將檢驗(yàn)后是正確的理論用來解釋已觀察到的自然現(xiàn)象和預(yù)測新的自然現(xiàn)象，就是“科學(xué)解釋和預(yù)測”階段。在普里斯特利-庫侖或愛國斯坦的科學(xué)探究過程中，其探究的第一步，即從提出問題-猜想（公理）-到導(dǎo)出性命題，就是“

51、科學(xué)理論發(fā)現(xiàn)”階段；其探究的第二步，即實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，就是“科學(xué)理論的檢驗(yàn)、評價(jià)”階段；其探究的第三步，即將檢驗(yàn)后是正確的理論用來解釋已觀察到的自然現(xiàn)象和預(yù)測新的自然現(xiàn)象，就是“科學(xué)解釋和預(yù)測”階段?？茖W(xué)探究的要素雖然科學(xué)探究的全過程是形形色色的，但是無論哪一種過程模式，它都會涉及如下的要素：提出問題，形成假設(shè)，制定計(jì)劃，收集證據(jù)，處理信息，表達(dá)交流?？茖W(xué)探究過程中的三個(gè)階段，分別是由上述若干要素組合而成。如科學(xué)理論發(fā)現(xiàn)階段，常常包含提出問題、制定計(jì)劃、收集證據(jù)、處理信息和形成假設(shè)等要素；科學(xué)理論的檢驗(yàn)、評價(jià)階段，常常包含制定計(jì)劃、收集證據(jù)等要素；科學(xué)解釋和預(yù)測階段，常常包含處理信息等要素?？茖W(xué)探究

52、的具體方法在上述科學(xué)探究的六大要素中，分別會運(yùn)用到一些具體的科學(xué)方法。如在收集證據(jù)的要素中，需要運(yùn)用觀察方法、實(shí)驗(yàn)方法、測量方法、識別與控制變量和設(shè)計(jì)操作方法等等；在形成假設(shè)的要素中，需要運(yùn)用歸納方法、抽象方法、直覺、靈感、頓悟、想象方法和模型方法等等；在處理信息的要素中，需要運(yùn)用分類方法、比較方法、演繹推理方法等等。在表達(dá)交流的要素中，需要運(yùn)用科學(xué)解釋方法，等等。上述關(guān)于科學(xué)探究的全過程、階段、要素和具體方法的四個(gè)層次的區(qū)分告訴我們，在科學(xué)教育中學(xué)生科學(xué)探究的能力不僅要包括選擇或制定科學(xué)探究的過程模式的能力，還要包括科學(xué)探究的過程中三個(gè)階段的能力，還要包括科學(xué)探究的過程中六個(gè)要素上的能力，以

53、及包括運(yùn)用具體科學(xué)方法的能力。由于學(xué)時(shí)有限，在教材的專題1中，我們略去了科學(xué)探究三個(gè)階段的介紹。這四個(gè)層次的區(qū)分還告訴我們，在科學(xué)教育中組織學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究時(shí)，在規(guī)模上可以分成四種級別：一是全過程級的探究，二是階段級的探究，三是要素級的探究，四是具體方法級的探究。對初中67年級的學(xué)生來說，并不是一談到科學(xué)探究就一定是全過程級的規(guī)模，在數(shù)量上應(yīng)該是具體方法級的探究居多，要素級的探究其次，再次是階段級的探究，而全過程級的探究應(yīng)極少?？茖W(xué)教育中的科學(xué)探究的一個(gè)重要特點(diǎn)科學(xué)教育中科學(xué)探究雖然源于科學(xué)家的科學(xué)探究，后者對前者有重要的模板與啟示作用，但是前者與后者還是不完全一樣的?？茖W(xué)家的科學(xué)探究活動，主

54、要是“自主性”的，是前人沒有做過的，全靠自已摸索，難度很高；而且其全過程的周期往往很長。但是，科學(xué)教育中科學(xué)探究，大量的是“在教師引導(dǎo)下”的，難度相對低一些，而且其全過程的周期也不能太長。在“在教師引導(dǎo)下”的科學(xué)探究活動中，學(xué)生不是孤軍奮戰(zhàn)、盲目摸索，而是在教師的引導(dǎo)下通過做科學(xué)來學(xué)習(xí)未知的知識。教師在學(xué)生所處每一探究階段、要素或方法時(shí)，特別是在學(xué)生對探究處于無所適從時(shí)，應(yīng)及時(shí)提供向?qū)?、幫助和鼓?lì)。教師不是包辦代替式地指導(dǎo)，而是在充分計(jì)劃的基礎(chǔ)上為學(xué)生提供資源，作好向?qū)?。教師選擇課題，介紹單元和課程目標(biāo)，設(shè)立情景，引導(dǎo)學(xué)生探究的路徑和提供背景知識框架。教師及時(shí)地鼓勵(lì)學(xué)生問問題，鼓勵(lì)學(xué)生提出自已

55、的想法，鼓勵(lì)學(xué)生驗(yàn)證自已的問題和想法，鼓勵(lì)學(xué)生們開展討論。這樣便可以降低原本是自主探究中的曲折和難度，讓學(xué)生多、快、好、省地達(dá)到通過做科學(xué)來學(xué)習(xí)未知的知識的目標(biāo)。套用心理學(xué)家皮亞杰發(fā)生認(rèn)識論的術(shù)語，在“在教師引導(dǎo)下”的科學(xué)探究活動中，教師施教的認(rèn)知特點(diǎn)是進(jìn)行“認(rèn)知同化”，學(xué)生學(xué)習(xí)的認(rèn)知特點(diǎn)是進(jìn)行“認(rèn)知建構(gòu)”。教師通過自已在“認(rèn)知同化”水平上駕輕就熟的運(yùn)演，引導(dǎo)學(xué)生多、快、好、省地自主完成 “認(rèn)知建構(gòu)”水平上艱難探索的歷程。 科學(xué)探究活動具有多元文化背景過去，狹義的科學(xué)本質(zhì)觀認(rèn)為，科學(xué)探究活動的背景僅僅是科學(xué)理論，科學(xué)理論的發(fā)現(xiàn)是科學(xué)家們站在一定的理論背景上大膽猜想的結(jié)果，科學(xué)解釋和預(yù)言也是站在

56、科學(xué)理論上運(yùn)用邏輯推理的結(jié)果。這種觀點(diǎn)在社會上有著根深蒂固的傳統(tǒng)和廣泛的影響。它對科學(xué)教育也有過很大的影響，這樣就造成過去科學(xué)教育的目標(biāo)只放在科學(xué)知識和實(shí)驗(yàn)技能的傳授上，而對學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的其它方面，則很少問津。廣義的科學(xué)本質(zhì)觀告訴人們，科學(xué)工作者的科學(xué)素養(yǎng)不只有兩個(gè)即“理論”和“實(shí)驗(yàn)技能”，而是多方面的，除了有理論和實(shí)驗(yàn)技能外，科學(xué)方法、科學(xué)思想和科學(xué)的情感、態(tài)度與價(jià)值等都是科學(xué)素養(yǎng)的重要內(nèi)容，不可偏廢。因此科學(xué)家在科學(xué)探究時(shí)的文化背景框架如下圖中的第二個(gè)方框（主體的理性思維活動）所示。 OS 主體的理性思維活動 情感、態(tài)度與價(jià)值 主體的 客體的活 科 觀察、 動及其被 學(xué) 實(shí)驗(yàn) 自然觀 方法

57、論 觀測到的 解 活動 經(jīng)驗(yàn)事實(shí) 釋 科學(xué)理論 SO 圖 科學(xué)研究活動的認(rèn)知調(diào)節(jié)模式在此我們要強(qiáng)調(diào)的是，廣義的科學(xué)本質(zhì)觀并不否認(rèn)科學(xué)知識的重要性，只是在強(qiáng)調(diào)科學(xué)知識的重要性的同時(shí)，還要強(qiáng)調(diào)其他科學(xué)活動要素的重要性和不可缺少。不能因?yàn)閺?qiáng)調(diào)科學(xué)探究的重要性，就反過來低估科學(xué)知識的重要性。廣義的科學(xué)本質(zhì)觀同樣也在這一點(diǎn)上為我們提供了理由。如科學(xué)哲學(xué)家拉卡托斯還認(rèn)為科學(xué)研究綱領(lǐng)或研究傳統(tǒng)是有“結(jié)構(gòu)”的。它有“硬核”，即理論的公理和核心自然觀命題，處于重要的核心部位;此外還有“保護(hù)帶”，即一些輔助性定理，處于外圍部位;此外還有“方法規(guī)則”。例如，在近代牛頓的研究傳統(tǒng)的硬核包含：牛頓三定律和萬有引力定律，

58、以及牛頓認(rèn)為“世界萬物都由微粒構(gòu)成”的自然觀假定等；其它一些輔助性定理則處于保護(hù)帶。我們知道，牛頓三定律和萬有引力定律是牛頓經(jīng)典力學(xué)的公理。這說明，廣義的科學(xué)本質(zhì)觀對科學(xué)理論在科學(xué)探究中的作用一點(diǎn)沒有低估，更沒有將其放在方法規(guī)則之下。所以也不能因?yàn)閺?qiáng)調(diào)科學(xué)探究的重要性，就反過來低估科學(xué)知識的重要性。那種認(rèn)為“科學(xué)探究比科學(xué)知識更重要”的提法，本身就是缺乏合理性的。在當(dāng)前新一輪課程改革中，強(qiáng)調(diào)科學(xué)探究式的教學(xué)，強(qiáng)調(diào)情感、態(tài)度和價(jià)值觀，并不否定具有可檢驗(yàn)性等特征的科學(xué)知識體系的重要性。3、 科學(xué)“情感態(tài)度與價(jià)值觀”的內(nèi)涵 到底什么是科學(xué)“情感態(tài)度與價(jià)值觀”，下面將作較詳細(xì)的說明，以幫助廣大教師對其

59、有一個(gè)大概的了解。在教育界稱之為“科學(xué)的態(tài)度、情感與價(jià)值觀”，就是人們常說的“科學(xué)精神”，這兩種提法是等價(jià)的?？茖W(xué)精神是科學(xué)素養(yǎng)的一個(gè)重要方面。（1）科學(xué)精神的由來、界定和作用 科學(xué)是一種特殊的社會文化活動?？茖W(xué)研究活動的主體是科學(xué)家?？茖W(xué)研究活動的成果是科學(xué)理論，即關(guān)于自然界運(yùn)動規(guī)律的知識?？茖W(xué)像所有社會有組織的活動一樣，都需要文化精神的參與，是一項(xiàng)精神事業(yè)。也就是說，科學(xué)研究活動不能僅僅被看作是一組技術(shù)性的和理論性的操作活動的集合，而且同時(shí)還必須被看作是一種獻(xiàn)身于既定價(jià)值取向或受倫理標(biāo)準(zhǔn)約束的社會文化活動。這種特定的、合理的價(jià)值取向或倫理標(biāo)準(zhǔn)，常常通過科學(xué)家們在科學(xué)研究活動中的某些高尚卓越

60、的氣質(zhì)、風(fēng)格、意志、態(tài)度和修養(yǎng)體現(xiàn)出來。人們把它們的總和稱為科學(xué)精神。這就是對科學(xué)精神的一種界定。 科學(xué)是人類文化的瑰寶。作為人類文化的一部分，科學(xué)事業(yè)是與其他社會活動相關(guān)聯(lián)的，也是與其他一般文化價(jià)值相關(guān)聯(lián)的?？茖W(xué)精神雖然為科學(xué)家所體現(xiàn)，但是它的形成與一般人類文化精神有關(guān)。它是一般人類文化精神在科學(xué)這塊沃土上特殊培育和發(fā)揚(yáng)光大的結(jié)果。 科學(xué)精神是科學(xué)探索活動得以開展的社會文化條件之一。這是因?yàn)椋旱谝?，科學(xué)研究活動是一項(xiàng)艱巨的認(rèn)知活動?？茖W(xué)研究的目的，在于探究自然現(xiàn)象背后的規(guī)律。這種規(guī)律并不是表象的，而是隱藏在表象背后的本質(zhì)。因此，科學(xué)理論并不是信手拈來、唾手可得的。它需要科學(xué)家付出辛勤的勞動，經(jīng)歷