简述科学的本质和特点
科学史是科学的产生、形成和发展及其演变规律的反映，是人类认识自然和改造自然的历史。著名科学史学家萨顿把科学史定义为:“客观真理发现的历史，人的心智逐步征服自然的历史；它描述漫长而无止境的为思想自由，为思想免于暴力、专横、错误和迷信而斗争的历史。 ”因此，科学史是人类思想宝库中一笔十分宝贵而丰富的精神财富，也是科学教育的重要资源。同时，科学史料以及其呈现方式的选择决定了科学教育给学生何种科学、科学家和科学实践活动的形象。甚至，国外有学者提出较为极端的观点:“仅仅使用历史的方法也能使学生清楚地理解科学的本质。 ”近年来，国际科学教育界已达成共识，即大力提倡把科学史纳入科学课程中，这实际上是...全部
科学史是科学的产生、形成和发展及其演变规律的反映，是人类认识自然和改造自然的历史。著名科学史学家萨顿把科学史定义为:“客观真理发现的历史，人的心智逐步征服自然的历史；它描述漫长而无止境的为思想自由，为思想免于暴力、专横、错误和迷信而斗争的历史。
”因此，科学史是人类思想宝库中一笔十分宝贵而丰富的精神财富，也是科学教育的重要资源。同时，科学史料以及其呈现方式的选择决定了科学教育给学生何种科学、科学家和科学实践活动的形象。甚至，国外有学者提出较为极端的观点:“仅仅使用历史的方法也能使学生清楚地理解科学的本质。
”近年来，国际科学教育界已达成共识，即大力提倡把科学史纳入科学课程中，这实际上是国际科学教育界己经认识到历史的科学在科学教育过程中对提高学生科学素养的重要性。
一、教育理念:科学史教育促进对科学本质的理解
科学的本质是近年来世界范围内科学教育改革所关注的热点问题之一。
美国科学促进会1989年制定的《面向所有美国人的科学》和1993年制定的《科学素养基准》以及1996年美国国家科学院颁布的《美国国家科学教育标准》都明确地指出，理解科学的本质是科学素养的重要组成部分。
科学教育要真正起到“教育”的作用，而不仅仅是训练的作用，即从根本上提高科学教育的质量，就不能不让学生深入理解科学的本质。只有理解了科学的本质，才能使学生懂得科学究竟是什么，科学知识是怎样产生的，科学在社会发展和进步中的作用，科学和科学方法的优点与局限性，等等。
只有对当代科学有了这样全面的、辩证的认识，才能区分科学、非科学和伪科学，才能驱散唯科学主义的迷雾，正确认识科学技术对社会发展的推动作用。美国科学史教育将科学史与科学本质紧密地结合在一起，绝非偶然，它体现了科学史教育的新理念即通过科学史教育促进学生对科学本质的理解，正如《美国国家科学教育标准》所指出，学习科学史可以帮助学生改善他们对科学的一般理解。
美国科学促进会于1985年开始着手制定全面革新美国中小学科学教育的长远发展计划即“2061计划”。在1989年制定的“2061计划”的第一份研究报告—《面向所有美国人的科学》中，提出了要把培养学生对科学历史的了解和科学的历史认识观作为科学教学的重要基础。
该报告还提出了科学史学习的十大主题。1993年制定的《科学素养基准》则更为具体、详尽地列出了实施科学史教育的内容和相应的教学要求。1996年颁布的《美国国家科学教育标准》也极为重视科学史教育，将“科学的历史与本质”作为培养科学素养的核心内容之一，规定为K-12年级(从幼儿园到高中)科学教育的八项基本内容之一，并提出了三项具体的内容构成标准:5一8年级要求:作为人类奋斗目标的科学、科学的本质、科学的历史:9一12年级要求:作为人类奋斗目标的科学、科学知识的本质、历史观点。
《美国国家科学教育标准》指出:学生在学习科学的过程中需要理解，科学是它的历史的反映，科学是一个处在不断变化之中的事业。科学的历史与本质之标准建议在学校的科学教学计划中包括科学史的内容，借以阐明科学探究的不同侧面、科学的人性侧面以及科学在各种文化发展过程中的作用。
在5一8年级的内容标准中指出:本标准的目的是利用某些科学史事例帮助学生理解科学探究、科学知识的本质和科学与社会之间的相互影响。在9一12年级的内容标准中指出:本标准的目的是让学生逐步了解科学对人类的价值、科学知识的本质和社会中的科学事业，而不是侧重对历史的广泛了解。
综合以上分析，我们发现美国科学史教育重点关注对科学探究的理解、科学知识本质的理解和科学事业本质的理解，而这三个方面恰恰是科学本质的内涵。在《面向所有美国人的科学》中，从科学世界观、科学探究和科学事业三个方面对科学的本质进行了阐述:(l)科学世界观—世界是可被认知的；科学理念是会变化的；科学知识的持久性；科学不能为所有问题提供完整答案。
(2)科学探索—科学需要证据；科学是逻辑和想象的结合；科学作解释和预见；科学家要努力鉴别，避免偏见；科学不仰仗权威。(3)科学事业—科学是一项复杂的社会活动；科学由学科内容组成，由不同机构研究；科学研究中有着普遍接受的道德规范；科学家在参与公共事务时，既是科学家也是公民。
我们说，科学本质的三个方面其实质就是科学知识的本质、科学探究的本质和科学事业的本质。
二、教育内容:十大学习主题
通过科学史教育促进学生对科学本质的理解不仅是教育理念，更体现在具体的内容选择中。
《面向所有美国人的科学》提出了科学史学习的十大主题，即包括作为行星的地球、万有引力、相对论、地质时期、地球板块结构学说、物质守恒、放射性和核裂变、物种进化、疾病的性质以及工业革命，阐述了其对促进学生理解科学本质的作用。
1、理解科学知识的本质
科学知识的显著特征之一在于具有强关联性。科学家们相信这个世界是能被认知的，但它将无法被完全认知。否则，一旦完成工作，那么科学也就会终止。他们假设宇宙是一个巨大的单一系统，在这个系统的任何地方，基本规律都一样适用。
人们从研究一个方面学到的知识可以应用到其他地方。例如，牛顿理论把地上的物体运动规律与天上的物体运动规律有机地联系起来，用来解释地球表面自由落体的运动和地心吸力的规律，也适用于月球和其他行星。其次，科学知识本质上是发展的。
知识变化是不可避免的，因为，新的观察发现可以对传统的理论提出挑战。在科学界，不管理论新旧，总是不断地对其进行验证、修改、有时还会抛弃，新与旧的代谢永无终止。例如，日心说取代了地心说；爱因斯坦的相对论超越了牛顿理论。
这种持续不断的进程，使人们对世界事物运行规律达到日益深入的理解，但是不能达到绝对真理。科学知识永远敞开进步的大门，而且，人们绝对不可以宣称知识己经至善尽美。但科学家认为，即使无法获得尽善尽美和绝对正确的真理，要说明这个世界及其怎样运转，得到日益精确的近似真理还是可以做到的。
还有，革命性是科学知识发展的动力。科学的理念是会变化的，关于世界运行的科学观念时常发生重大变化。例如，从表面上看，日心说与地心说不过是参照系的改变，其实，这是一次真正的科学革命，因为它使人们的世界观发生了重大变革。
宇宙中心的转换暗示了宇宙可能根本没有中心!虽然科学家反对能获得绝对真理的概念，并认为其中不确定性是事物本性的一部分，但绝大部分知识都具有持久性。当一个有影响的概念力求保存下来，变得更加精确而为更多人所接受时，修正概念，而不是彻底地否定概念是科学的准则。
因此，科学知识既具有稳定性，也具有变化性，有时甚至是革命性的变化。
2、理解科学探究的本质
科学探究是综合的科学实践活动，它的进步依赖于智慧、勤奋的工作、想象力、甚至机遇。理解科学探究本质，具体表现为:首先，坚实的证据是科学探究的基础。
科学主张的正确性迟早要通过对现象的观察和实验来判定。科学史表明，要人们接受一个理论，不仅要求理论自身具有说服力，而且还要有充分的支持证据。因而，科学家把注意力集中在收集准确的数据上。因此，开发更好的观察仪器、培养创新性的观察技术便具有重大的价值。
例如，伽利略利用新发明的天文望远镜观测天体，取得了许多发现，这些发现支持哥白尼的学说。同样，直到人们发明了新的仪器和新的技术，积累了更多的证据以后才接受魏格纳的板块构造理论等等。
其次，猜想假设是有效促进科学探究的关键。
科学家们并不只是借助数据和成熟的理论开展工作，他们还常常利用尝试性假设探讨事物的本来面目，即形成假设和验证假设的实践活动。对科学发展来说，运用逻辑推理和严密地核查证据是必需的。但是，这样做对推进科学发展往往是不够的。
科学概念不会仅从数据中、从一定量的分析中自动地形成。提出假设、发明理论来想像这个世界是怎样运转的，然后再解决假设和理论如何能够接受现实的检验的问题，就如同写诗、谱曲和设计摩天大厦一样具有创造性。
没有大胆的假设，就不会有伟大的发现。“大胆假设”就意味着需要发挥思维的想像力，对自然现象进行猜测和推断。例如，大陆漂移说的提出就需要奇特的想象力。
再次，科学探究强调科学解释。科学解释是对己知事物现象原因的分析和揭示。
除了科学解释，还有一些非科学的解释。科学解释乃是从自然界本身来说明自然现象的原因，而非科学解释则是把自然现象的原因都归因于上帝或神的智慧创造。因此，科学解释就是把某一己知事物现象纳入某种类概念和一般规律之下，以求得对该事物现象的理解。
例如，人们可以利用牛顿理论解释各种各样的现象如潮汐、行星和月亮的轨道、彗星的运动等。
最后，科学探究追求科学进步的多元性。生物进化史告诉我们，仔细地观察和描述在科学中所起的重要作用。同时，也说明并非所有的科学进步都依赖于实验。
达尔文乘“猎犬号”的航海之旅，为他向自然选择进化的智慧之路迈进提供了关键性的观察。在极端的条件下，世界的运行方式可能与我们一般的经验完全不同；并且，对于一个科学理论的检验不在于它与常识是否接近，而在于它是否很好地描述了己知的观察、并预测了意想不到的新的观察。
如相对论中光速的极限、时间变慢、核能的释放以及黑洞等。
3、理解科学事业的本质
科学作为一项事业，具有个人、社会和团体三个层面。科学是一项复杂的社会活动。科学工作涉及许多个体去从事许多不同的工作，科学在一定程度上在世界各国范围内进行。
所有民族、所有国家的男人和女人都参与科学研究和应用。例如，许多科学家如古希腊的亚里士多德、埃及的托勒密、波兰的哥白尼、德国的开普勒、意大利的伽利略都参与了天文学的研究。在20世纪以前，女人和黑人由于受到教育和就业机会的限制，基本上被排斥在大部分科学研究之外，即使极少数人能够克服这种障碍，他们的研究工作也会受到科学机构的轻视。
尽管人们对妇女从事物理学研究普遍存在偏见，但是居里夫人坚信自己会成功。她确实取得了成功，她是有史以来第一位在两个不同领域获得诺贝尔奖的科学家。
科学具有社会属性，传播科学信息对于科学进步至关重要。
伽利略对宇宙论革命做出的另一个贡献是，他把一切发现都公之于众，在阐述自己的新观点时所使用的形式和语言(意大利语)，让当时所有受过教育的人都了解了他的主张。科学扎根于交流。清晰的交流是从事科学工作的基本条件。
交流使科学家们可以把自己的工作告诉别人，可以阐述自己的观点并交由别人评议，始终关注周围世界的科学发现。并且，在任何场合，科学学科都没有固定的边界。物理学可以渗透到化学、天文学和地质学，化学可以与生物学和心理学融通，等等。
例如，达尔文建立生物进化理论时，他采用了赖尔的有关地球年龄的提法，在立论过程中，也采用了赖尔的风格，使用了大量的证据。
科学与社会的作用是相互的。主要表现为:科学对社会的影响和社会对科学的干涉。
牛顿理论的如此成功，其影响远远超出了物理学和天文学的范畴，成为其他学科的典范，甚至引出有关自由意志和社会组织系统等哲学问题，社会科学家一直在考虑，能否组成一个同牛顿的太阳系一样稳定的政府，使各种力量和各种作用达到平衡，使政府能够长期稳定地开展工作，可见科学对社会的影响。
还有，由于伽利略“鼓吹异端邪说”，受到那些仍然信奉托勒密模型的教士们的强烈批评，而且受到宗教法庭的审判，可见社会对科学的干涉。
另外，科学道德问题涉及应用研究成果可能带来的有害影响。例如，核武器和核能一直是公众关心和争论的问题。
技术被称为“历史的发动机”，因为技术的应用推动社会的变革。工业革命的经济后果和社会后果意义深远。工业革命的核心是蒸汽机的发明和改进，工业革命提高了每个工人的生产率，但也带来了经济失衡，是20世纪主要的政治思想体系的产生原因。
工业革命仍在进行中，电学技术、电子技术和计算机技术改变了人们的工作方式，并由此带来了经济和社会的后果。
三、美国科学史教育对我国科学教育的启示
从上不难看出，无论是科学史的教育理念还是科学史的教育内容，都体现了美国科学史教育的鲜明特色，即促进学生对科学本质的理解。
“体现科学本质”也是我国《科学(7一9年级)课程标准》的基本理念，并明确提出:科学课程建立在对科学本质认识的基础上，它应引导学生初步认识科学的本质。在科学课程的教学中，如何发挥科学史教育在促进学生对科学本质理解中的作用，美国的做法确实值得我们借鉴。
一是充分挖掘科学史的“渗透”功能，这是理解科学本质的关键。反思当前我国科学教育融入科学史教育现状，不难发现，科学史其实是“穿插”而不是“渗透”在科学课程或者科学教学中。实践表明，科学教育中“穿插”科学史来理解科学本质，有时不但不能促进反而“干扰”学生的有效理解。
从美国的做法中可以看出，只有将科学史与科学教育有机地结合在一起，即充分发挥科学史的“渗透”功能，才能更有效地促进学生对科学本质的理解。
二是全面提高科学教师的科学史素养，这是理解科学本质的保障。
毫无疑问，科学教师是学生理解科学本质的引引领者、帮助者和促进者，所以如何有效地发挥科学史的“渗透”功能，这对科学教师有着较高要求，即科学教师具有较高的科学史素养是促进学生理解科学本质的保障。当前我国中小学科学教师尤其是年轻教师的科学史素养普遍较低，这就严重制约着科学史教育的真正价值实现。
因此，当前中小学科学教师“恶补”科学史内容以及培养在科学教育中“渗透”科学史的能力，是时代的必然要求。
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