例谈科学本质观教育的常见误区，本文主要内容关键词为：误区论文,本质论文,常见论文,科学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
生物学课程是自然科学领域的课程。我国的初高中生物学课程均以“提高学生的生物科学素养”作为主要目标，并在课程目标等内容部分指出要“认识科学的本质”。而具有正确的科学本质观是提高学生科学素养的前提，因此，培养学生认识科学本质，逐步发展其科学素养是科学课程一项重要而急迫的任务。 当代科学本质观认为，科学知识具有暂定性和可验证性，科学认识的过程受科学家已有经验的影响，观察到的事实与基于事实推导出来的观点是有区别的，科学认识的结果具有想象性和创造性，科学定律和科学理论是两种不同建构类型的知识，科学和技术相互影响。而目前在科学本质观教育方面还存在着不少误区： 一、不了解观察和推论的区别，对因变量的认识存在误区 因变量是随自变量的变化而变化的量，它是可观察、可测量的。科学探究过程中什么是实验的因变量，在中学生物教师中存在着分歧、争议，其中有些认识甚至是错误的。例如，不少教师认为“因变量分为可观察与不可观察”两种类型。以“不同pH对过氧化氢酶活性的影响实验”为例，他们认为“酶的活性不是能直接观察到的，反应产生的气泡属于可观察的，但无论哪种都是属于因变量”。对因变量的这种错误认识，主要原因在于不能区别观察和推论的不同。实验中，可以通过直接观察、测量得到相关数据的指标是因变量（如上述实验的“反应产生的气泡”），测得的证据（数据）即为实验的结果。研究者根据观察、测量得到的证据，通过逻辑的思辨过程，推理得出实验的推论（结论），在证据与结论之间存在着人脑的主观加工过程。不同pH对过氧化氢酶活性影响实验的有关因素分析如下： 实验目的：探究不同pH对过氧化氢酶活性影响的实验。 自变量：不同pH的过氧化氢溶液。 因变量：反应产生的气泡（过氧化氢分解速率）。实验结果：通过观察记录得到的不同pH条件下过氧化氢分解产生的气泡数量与速率。 依据证据推理得出实验结论：已知过氧化氢酶能催化过氧化氢分解生成
和
；实验结果表明，××pH条件下释放的气泡（
产生的量）最多，也即该条件下过氧化氢分解生成
和
的反应速率最快；结论：推测××pH条件下，过氧化氢酶催化活性最强。 2004版人教版生物学教材在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验内容中，在“控制变量”栏目“上述实验中酶的活性（以过氧化氢分解速率来表示）就是因变量”[1]的说法是不妥的，因此，在2007版人教版教材中改为“上述实验中过氧化氢分解速率就是因变量”[2]。 一些教师对因变量与观察指标概念的理解也存在模糊不清的认识。例如，有的教师认为“环境因素对植物光合作用强度的影响”的实验中，“光合作用强度属于不可直接观察的，是因变量；而植物释放的
、吸收的
或叶片干重的变化量属于可观察的，是观察指标”。就如之前所述的原因，我们知道实验最终得出的环境因素如何影响光合作用强度的判断，是根据实验数据推导得出的结论，因此，光合作用强度不是实验的因变量。“自变量”与“因变量”是人们在概括探究实验的一般过程与方法时，用于描述实验相关因素的抽象概念。当具体到某一实验时，两者都有相应的具体因素，就因变量而言，这些具体的因素就是观察指标。所以，因变量的概念与观察指标的概念是抽象概念与具体概念的关系。例如，“环境因素对植物光合作用强度的影响”的实验中，植物释放的
、吸收的
或叶片干重的变化量，都是实验中随环境因素变化而变化的可观察指标，我们在设计实验时，根据实验目的，可选择其中之一作为实验的因变量，也可以选择多个指标作为实验的因变量。 二、不清楚科学定律和科学理论的区别，混淆两种不同的科学认识形式 一些教师在教学中没有区分科学定律和科学理论，使用不恰当的课堂语言描述科学定律和科学理论，不利于学生形成正确的科学本质观。例如，许多教师在教授“生物膜的流动镶嵌模型”知识时，引导学生探究、学习细胞膜发现的科学史，经过模拟一系列发展史上科学家的工作历程，最后得出膜的流动镶嵌模型的内容。教学过程中没有特别指出这只是科学家构建的理论模型，并不是直接观察、归纳得到的知识，因而容易使学生误以为这种模型结构就是客观的真实存在，不利于学生理解科学知识的形成过程，忽视科学研究过程中科学家的想象力发挥的作用，束缚了创新精神的发展。科学定律是科学家通过观察大量具体事实，发现其间存在的规律性关系，通过归纳而成[3]。科学理论是科学家在实验、观察证据的支持下，尝试对科学定律内在的本质原因进行的解释[1]，是科学家的主观建构过程。科学定律和科学理论是不同的科学认识形式，前者是归纳式，后者是建构式，两者之间不会相互转化。例如，在“生物膜的流动镶嵌模型”的教学中，关于细胞膜成分、细胞膜结构具有一定流动性、细胞膜的功能具有选择透过性等事实，是科学家进行了大量的观察与实验，通过归纳发现的，属于科学定律。而生物膜的“流动镶嵌模型”是科学家构建的，尝试对膜的这些规律性特征进行解释，属于科学理论。由于该模型能较好地解释膜的有关规律，因此得到科学界的认可。教学中，规律性的知识适合用科学家“发现了××”“揭示了××”和“归纳出××”等行为动词，而理论性的知识适合用科学家“提出了××”等行为动词。 三、不能正确认识科学知识的暂定性，用现在的科学范式评价科学史 一些教师在教授科学史的有关内容时，习惯用现在已有的科学范式去评价科学过程。例如，在“生物膜的流动镶嵌模型”的教学中，常见这样的对话： （教师展示欧文顿的实验，引导学生推论膜的成分后） 师：欧文顿的推论是否正确？ 生：不完整，还含有蛋白质（根据教材内容作出判断）。 师：很好，欧文顿的推论并不完善。细胞膜中除了脂质外，还有其他成分吗？ 科学认识的过程并不是人脑对自然世界的真实“拷贝”，其中含有人的推测、猜想和想象等主观成分，因而科学认识的结果有其局限性、暂时性，随着科学水平的发展会被不断完善，甚至被推翻重建新的体系。但是，在科学发展的历程中，每个阶段的科学发现都代表当时最先进的科学认识，在一定时期内，这种认识是最合理的。上述案例中，欧文顿的实验和推论是19世纪末研究细胞膜结构最先进的研究成果。随着科学水平的进步，在20世纪初，科学家第一次将膜从哺乳动物红细胞中分离出来进行化学分析，才发现膜的成分除了有脂质外还有蛋白质，欧文顿的推测得到证实和完善。在科学史的教学中，直接使用现在的科学范式对科学发展历程的各个时期进行评价，容易让学生觉得，科学的发展是单一的积累过程，似乎科学家从一开始就朝着“膜的流动镶嵌模型”的方向进行研究。这种认识与真实的科学发展历史明显不符，不利于学生形成正确的科学本质观。上述案例的师生对话，适宜采用的方式为： （教师展示欧文顿的实验，引导学生推论膜的成分后，展示20世纪初科学家进行化学分析的结果） 师：欧文顿的推论是否正确？ 生：不完整，还含有蛋白质。 师：很好，欧文顿是第一个推测出膜成分的科学家，新的研究成果使他的推论得到了证实和进一步的完善。 四、简单理解科学方法，忽略想象和创造在科学研究中的作用 许多教师持有朴素的实证主义观念，认为一个假设（理论）如果得到实验的支持，便可以认为假设（理论）得到了证实。例如，教师在探究物质跨膜运输的实验教学中，常有的对话为： 师：通过对实例的观察，我们作出了这样假设：“原生质层相当于一层半透膜”。对于假设的正误，我们能不能用科学方法加以证明？（教师引导学生设计实验，观察植物细胞的质壁分离与复原现象） 师：实验结果证明，“原生质层相当于一层半透膜”的假设是正确（成立）的。 现代科学本质观认为，陈述性命题（假设）因为所指的对象无限多而不能被证实。哲学上，常用这样的例子来说明这个问题：假设“世界上所有的乌鸦都是黑色的”，因为我们无法观察当前所有的乌鸦以及将来将要出生的乌鸦是否都是黑色的，所以这个假设无法得到观察实验的确认，我们每发现一只黑色的乌鸦都只是对这个假设的正确性提供支持的案例。上述“原生质层相当于一层半透膜”的假设也因为同样的原因无法对所有的生物膜进行观察，所以准确的实验结论用语应该是“实验结果支持‘原生质层相当于一层半透膜’的假设是正确的”，而不宜用“证明”这一字眼。 受实证主义观念的影响，另一种不恰当的教学形式是忽略想象和创造在科学研究中的作用。科学认识的过程，既要有实验观察的实证为依据，又含有人的想象力和创造性。例如，沃森和克里克根据当时所掌握的资料，进行大胆的想象，经过不断的努力，创造性地建立了DNA双螺旋结构模型，该模型很好地预测了DNA通过半保留复制，并得到实验支持。现代生物技术的成功应用也支持该模型的正确性，然而关于DNA结构的认识，目前依然带有想象的成分，科学家并没有观察到DNA分子的真实结构。教师在教学中使用“沃森和克里克发现了DNA双螺旋结构”的用语，这样的说法是不恰当的，合适的说法是“沃森和克里克构建了DNA双螺旋结构模型”。 理解观察和推论的区别可以帮助学生了解科学知识并不是对自然现象的直接“拷贝”，其中含有人的主观成分。理解科学定律和科学理论的区别可以帮助学生了解科学研究的方法。认识科学知识的暂定性、想象性和创造性有利于培养学生的批判精神和创新精神。忽视生物学科中蕴含的这些科学本质观念，将大大削弱课程的教育价值，不利于学生树立正确的自然观、科学观，形成正确的科学本质观。我国公众的科学素养与发达国家相比差距甚大，科学教育任重而道远。
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