（科学技术哲学专业论文）现代科技革命背景下的科学教育问题研究.pdf

硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 内容提要 1 9 世纪术开始的物理学革命拉开了现代科技革命的帷幕。以相列论和量 子力学为主力的一系列革命性的科学进展为先导，现代自然科学在广度和深 度上，在思想方式和研究方法上，在学科体系结构上，在科学与技术、科学 与社会、科学与人文的关系等方面都呈现出与以往不同的特点，突出表现为 科学技术加速朝着整体化的方向发展；科学知识呈现急剧膨胀的态势：科学 技术的社会作用同益彰显；科学理论的创造过程同益显示出其建构性的特点。 面对利学技术同新月异的发展，世界各国都已深刻认识到改革传统的科学教 育模式、培养创新型人才对于一个国家兴衰存亡的极端重要性。 建国以来，我国的高等院校培养了大批的科学工作者。他们中的许多人 已经成为科技界的精英，为国家的建设做出了杰出的贡献。但我们应该看到， 时至今日我囤在许多科技领域仍难以取得重大的原创性的科技成果，这一现 实严重制约了我国整体科技水平的提高。究其根本原因就在于我国现有的科 学教育无论是在科学教育理念、人才培养模式，还是在科学教育内容、课程 4 _ 拳系设置等方面都难以适应现代科学技术发展的新要求。因此，改革我国科 学教育模式，培养具有创新意识的科技人爿是科学教育改革的当务之急。 科学教育改革是一项复杂的系统工程。改革成败与否首先在于深刻理解 科学教育的本质不是在于书本知识的传授，丽是在于科学思想、科学方法、 科学精神等这些基本科学素养的培养，而面对现代科学技术发展的新特点以 及我国科学教育所存在的问题，强调科学教育内容的结构性、历史性、思想 性，以及在以“研究为本”的思想的指导。卜r ， = 句建以基础型课程、综合性课 程、研究性课程、适应性课程为框架的课程体系结构是体现科学教育本质， 改革不合时宜的科学教育模式的关键所在。 关键词：科技发展的特点科学教育改革科学教育内容课程体系结构 硕士学位论文 m a s t e r st i e s i s a b s t r a c t t h er o y o l u t i o n ；np h ) r s i c ss i n c et h e l a i e 】9 ”c e n t u r yr a i s e dt h ec u r t a i no f r e v o l u t i o ni nm o d e r ns c i e n c ea n d t e c h n o l o g yg u i d e db yas e r i e so fr e v o l u t i o n a r y s c i e n t i f i cd e v e l o p m e n ti nw h i c ht h et h e o r yo f r e l a t i v i t ya n dq u a n t u mm e c h a n i c s a r et h em a i nr o l e ，m o d e mn a t u r es c i e n c eh a ss h o w nc h a r a c t e r s d i t i e r e n tf r o m b e f o r ei nr e s p e c t ss u c ha sr a n g ea n dd e p t ht f fr e s e a r c h ，t h i n k i n gm o d ea n ds t u d y m e t h v c l ，s u b j e c ts 3 , s t e ma n df r a m e w o r k 。a n dr e l a t i o n s h i p sb e t w e e ns c i e n c ea n d t e c l m o l o g y , s c i e n c e a n d s o c i e t y , s c i e n c e a n d h u m a n i t yr e s p e c t i v e l y t h e s e c h a r a c t e r sa r e h i g h l i g h t e di n t h e d e v e l o p i n g t r e n do fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y t o w a r d si n t e g r a t i o n ，t h ei n c r e a s i n g l ye x p a n d i n gs i t u a t i o no fs c i e n t i f i ck n o w l e d g e ， t h eo b v i o u s n e s so fs c i e n c ea n d t e c h n o l o g y ss o c i a lf u n c t i o n s ，a n dt h ec h a r a c t e ro f c o n s t r u c t i o nr e f l e c t e d c l e a r l y i nt h e f o r m u l a t i n gp r o c e s s o fs c i e n t i f i c t h e o r y f a c i n gt h er a p i dd e v e l o p m e n to f s c i e n c ea n dt e c h n o l o g z , 3 ：lt h ec o u n t r i e sa r m m d t h ew o r l dh a v er e a l i z e dt h ec r u c i a li m p o r t a n c eo fr e f o r m i n gt r a d i t i o n a l s t y l eo f s c i e n c ee d u c a t i o na n d c u l t i v a t i n gc r e a t i v et a l e n t sf o rt h ec o u n t r y 3p r o s p e r i t y s i n c et h ef o u n d i n go fo u rc o u n t r yt h eh i g h e re d u c a t i o nh a st r a i n e dal a r g e n u m b e ro fs c i e n t i f i cp r o f e s s i o n s ，m a n yo fw h o mh a v eb e c o m e e l i t ei nw h i c hf i e l d s a n dm a d eo u t s t a n d i n gc o n t r i b u t i o n st oo l i i c o u n t r y sc o n s t r u c l i o nh o w e v e r ，w e s h o u l da l s ob ea w a r eo ft h a tf e w i m p o r t a n t a c h i e v e m e n t so fs c i e n t i f i cr e s e a r c hh a s b e e nm a d ei n d e p e n d e n t l yb yo u rc o u n t r yi nm a n ys c i e n t i f i cf i e l d 3 、t h i sf a c th a s s e r i o u s l yr e s t r a i n e dt h ed e v e l o p m e n t o fo u rc o u n t r y ss c i e n c ea n dt e c h n o l o g ya sa w h o l e t h ef u n d a m e n t a lc a u s ef o rt h i ss i t u a t i o n1 i e si nt h a tt h ep r e s e n ts c i e n c e e d u c a t i o nc a l lh a r d l ym e e tt h ei l e wr e q u i r e m e n to fm o d e ms c i e n c ei nr e s p e c t ss u c h a sc h et h i n k i n ga n dc o n t e f t t so fs c i e n c ee d u c a t i q u ，p a t t e r no ft a l e n td e v e l o p m e n t ， a n do r g a n i z a t i o no fs u b j e c ts y s t e m 。t h e r e f o r e ，i ti st h et a s ko ft o pp r i o r i t y t o r e f o r mt h e p a t t e m o fs c i e n c ee d u c a t i o na n dt r a i ns c i e n t i f i cs t a f f sw i t ht h e a w a r e n e s so fc r e a t i v e n e s s t h er e f o r l t lo fs c i e n c ee d u c a t i o ni sac o m p l i c a t e ds y s t e m a t i cw o r k t h e s u c c e s so fr e f o r ml i e s f i r s t l yi nt h ep r o f o u n du n d e r s t a n d i n go f t h a tt h en a t u r eo f s c i e n c ee d a c a t i o ni sn o tt ot e a c ht h ek n o w l e d g eo f t e x t b o o k sb u tt of o s t e rt h eb a s i c s c i e n t i f i c l i t e r a c ys u c ha s s c i e n t i f i ct h o u g h t ，m e t h o da n ds p i r i t f a c i n gt h en e w d e v e l o p i n gc h a r a c t e ro fm o d e m s c i e n c et e c h n o l o g ya n dp r o b l e m si no t l rc o u n t r y s s c i e n c ee d u c a t i o n ，i ti st h ek e yf o rr e f l e c t i n gt h en a t u r eo fs c i e n c ee d u c a t i o na n d r e f o r m i n go u t d a t e de d u c a t i o np a t t e r nt oo r g a n i z et h ef r a m e w o r ko fs u b j e c tw h i c h c o n s i s t so fb a s i cs u b j e c t s ，c o m p r e h e n s i v es u b j e c t s ，r e s e a r c hs u b j e c t sa n da d a p t i n g s u b j e c t s ，i nt h er e f o r m i n gp r o c e s s ，t h eo r g a n i z a t i o n ，h i s t o r ya r i dt h o u 曲o f s c i e n c e e d u c a t i o nc o n t e n t ss h o u l db ee m p h a s i z e da n dt h et h o u g h to f “r e s e a r c hi so ft h e e s s e n c e ”s h o u l ds e r v ea st h eg u i d e l i n e k e y w o r d s ：c h a r a c t e r s o fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g yd e v e l o p m e n t ， r e f o r mo f s c i e n c ee d u c a t i o n ，c o n t e n t so fs c i e n c ee d u c a t i o n ，f r a m e w o r ko f s u b j e c ts y s t e m n 硕士学位论文 m a s t e r st i e s i s 引言 科技的发展靠人才，人才的培养靠教育。在科学技术迅猛发展的今天，培 养出具有创造性思维、能适应科学技术发展新特点的大批科技人才已经成为一 个国家生死存亡的关键。积极主动的迎接现代科学技术的挑战、改革不适应现 代科学技术发展特点的科学教育已经成为世界各国的共识。作为一个正在致力 于民族振兴的发展中国家，我国在过去五一i 十多年早培养了大批的科技人员，他 们为国家的建设做出了不朽的贡献。但我们也应清醒的认识到：我国的整体科 技水平与发达国家还有很大的差距，我国培养的人才很难在世界上取得具有重 大意义的原创性科技成果。这严重制约了我国在科技领域，尤其在尖端科技领 域内的竞争力。因此，面对科学技术的迅猛发展和当前我国科技队伍的现状， 我们必须深刻反思并采取积极的措施，改革我国的科学教育体系以适应时代的 要求。 科学教育是一个非常宽泛的概念，至今没有一个被大家公认的定义。但有 一点我们可以肯定：科学教育是相对于人文教育而言的，是以自然科学为教学 内容，把追求知识、掌握技能、理解科学现象和培养学生的能力作为教育目标， 从而使学生能适应时代发展要求的- - 乖i 教育。科学教育的实质不仅在于书本知 识的传授，而且更为重要还在于学生科学素养的培养。正如赫胥黎所说：“科 学教育并不是指应当把一切科学知识都教给每一个学生。那样去设想是非常荒 唐的，那种企图是非常有害的。我指的是，无论是男孩还是女孩，在离丌学校 之前，都应该牢固地掌握科学的一般特点，并且在所有的科学方法上多少受一 点训练。”【1 1 赫胥黎一百多年前提出的科学教育思想对我们仍然是有价值的。在 这罩所谓科学素养不只是指掌握科学知识这一个方面，更重要的是指掌握科学 思想、科学方法，培养科学精神。我国现有的科学教育模式最大的缺陷就在于 忽视了学生科学思想、科学方法和科学精神的培养。这种科学教育显然是不能 适应现代科学技术发展的要求的。 硕士学位论文 m a s t e r st i e s i s 科学教育不仅内涵丰富，而且具有层次性。从学习阶段而言，有小学、中 学、大学以及研究生阶段的科学教育；从教育对象而言，有面向大众的科学教 育，有面向专业人员的科学教育等。本文拟在全面分析现代科学技术发展的特 点的基础上，从科学教育的教育内容、课程体系的设置等方面深刻剖析我幽科 学教育中存在的问题，由此探讨我国科学教育改革的可能途径。限于文章的篇 幅，本文把问题的讨论主要集中在大学理工科的科学教育。 一、现代科学技术发展的特点及趋势 1 9 世纪术丌始的物理学革命拉开了现代科技革命的帷幕。以相对论和量子 力学为主力的一系列革命性科学进展为先导，现代自然科学在广度和深度上， 在思想方式和研究方法上，在学科体系结构上，在科学与技术及科学与社会的 关系等方面都出现了质的飞跃，呈现出与以往不同的特点。 ( 一) 从宏观层次上讲，科学技术的发展具有若干新的特点。 这主要表现为科学技术加速朝着整体化的方向发展：科学知识的急 剧膨胀以及科学技术的社会作用日趋明显 1 、科学技术加速朝着整体化的方向发展 在科学系统中，各门类科学，各层次学科不断地纵横分化，同时带来更多 的机会增强它们之间的交叉或非线性相互作用，加速纵横综合，导致纵横整体 化的趋势。分化与整合相互渗透而同时存在，但整合或整体化成为主要趋势， 这正是再现了永恒运动、进化着的现实世界( 自然界和人类社会) 所具有的整 体属性。整体化趋势主要表现为：研究的完整性：现代科学的认识正在向自 然界微观和宏观两个方面不断延伸，人的视野在微观和宏观两个方面扩大了1 0 倍以上，人的洞察力已经从大于1 0 1 4 米的原子集团深入到小于1 0 “5 米的基本 粒子内部；人的眼界已经能从直径1 0 万光年的银河系扩展到2 0 0 亿光年的大 宇宙：”1 与此同时，在宏观领域科学技术也正在步步逼近自然界的各种“极限”， 目前，超高温、超低温、超真空、超导、超强磁场、彻底失重等研究已经取得 长足进展，可以预见，2 l 世纪，人类将超脱“圭寰世界”进入一个奇妙无比的 硕士学位论文 m a s t e r st h b s i s “超级”境界。总之，出于各门科学本身的深入发展，自然界从基本粒子、原 子、分子，到细胞、生物个性，到地壳、天体、宇宙，所有的各个层次都得到 了比较深入的了解，而且对自然界的认识已深入刘过程的动力学机制及与此相 联系的结构功能。从层次、过程、结构和功能诸多方面揭示自然界的规律，人 类获得了对自然界越来越完整的认识。研究的统一性：科学研究不断地向微 观世界进军，使得科学理论在更基本的层次上出现了统。当今被誉为二十一 世纪带头学科的生物科学在分子层次上实现了统一。对生物分子结构的深入研 究使人类对生物现象有了更深刻的理解，并使得细胞学说、遗传学、分子生物 学、生物化学、神经生物学等这些彼此分离的学科有了统一的基础。同样的， 当科学家打开原子的神秘大门之后，科学，尤其是物理科学就在原了的基础上 实现了统一。当代物理科学以原子世界为基础，衍生出了系列围绕着原予开 展研究的领域，如固体物理学、凝聚态物理学、核物理学、基本粒子物理学、 核化学等。这些学科都以原子为研究对象，从不同的侧面揭示了原子f i 匀微观结 构在宏观层面的功能表现。科学不断地在更基本的层次上的统一，一方丽使得 人类更加深刻地理解了物体所表现出来的宏观属性的微观机制，另一方面也为 不同学科之问在更基本的层次上的统打下了鼙实的基础。研究的交叉性。 当今科学的发展已向我们清楚的表明学科的交叉是促进原始性创新的关键，采 用多种学科研究某一物质客体或某一课题是当代科学研究的一大特点。特别是 在高技术领域，研究的对象和课题大都具有多学科的特点。例如，d n a 双螺旋 结构的发现就是一个包括物理学、化学、分子生物学、信息论在内f 众多学科 交叉研究的结果。再比如，晶体管的发明同样也是由物理学、化学、材料科学 等学科的科学家共同努力的结果。更应值得注意的是，当今许多重大课题不仪 需要自然科学内各学科的交叉研究，而且也需要社会科学，甚至人文学科的参 与。例如尘态环境问题。在交叉研究的推动f ，各种交叉性学科、横断学科、 综合性学科也不断地涌现。例如，物理化学、生物化学、信息论、控制论、环 境生态学等等。这些交叉学科、横断学科、综合性学科不仅已相当成熟，而且 还在整个科学研究中扮演着十分重要的角色。当今绝大多数重大的原刨性发现 几乎都是在交叉学科领域内取得的。所以，综合运用各种科学方法研究某一特 定对象是当代科学发展最有前途的方向。研究的抽象性。随着科学研究不断 硕士学位论文 m a s t e r st i e s i s 地向微观和宇观方向进军，科学研究的对象也越来越远离经验，人类已经无法 通过直接观察来揭示客体的规律。即使运用先进的科学仪器，也只能是间接的 推知其规律。因此。对自然界的认识越来越求助于 l i 象概念的引导，这是其一。 其二，当代自然科学高度数学化，也是科学研究高度抽象化的原因。数学科学 是一门典型的横断科学。因其高度的抽象性、应用的广泛性、严格的逻辑性和 语占的简明性，从而向备门科学广泛地渗透，为组织和构造知识提供方法，从 横断面上把条分缕析的分支学科联结为一个整体。在各门科学特别是理论科学 中、数学化程度日益增高，乃至在社会科学中也将广泛地采用数学语言，数学 模型和数学方法，从而增强科学的抽象性。 z 、科学知识的急剧膨胀 现代科学技术的迅猛发展使科学知识在短时间内发生急剧的爆炸性增长。 从科学技术的数量上讲，现在每年全世界发表的科学论文大约5 0 0 万篇，平均 每天发表包含新知识的论文已达1 3 1 4 万篇：登记的发明创造专利每年超过 3 0 万件，平均每天有8 0 0 - - 9 0 0 件专利问世。二十世纪七十年代以来，全世界 每年出版图书5 0 万种，每一分钏，就有一种新书出版。在1 2 万种科技图书中， 自然科学图书有3 万余稀，技术科学图书有9 万余种。捃联合国教科文组织所 隶属的“世界科学技术情报系统”的统计。科学知识每年的增长率，六十年代 以来已从9 5 增长到1 0 ，6 ，到八十年代每年增长率可达1 2 5 。掘说，一位 化学家每周阅读4 0 小时，光是浏览世界上年内发表的有关化学方面的论文 和著作就要读4 8 年。可见，知识量的急剧增长的确可以用“爆炸”两字来形 容。从学科的发展来讲，自第二次世界大战以来，学科领域急剧增长。在科学 最发达的美国，战后不久还只有5 0 几个专业，2 0 年后竟分解为9 0 0 多个专业。 例如物理学，1 9 5 6 年为l o 个分支领域共7 4 个专业，1 9 6 8 能为1 2 个分支领域 共1 5 4 个专业。再如物理学中的理论物理学，1 9 5 4 年一个领域包括核子、原子 和固态几个专业，而到了1 9 6 8 年固态物理被划分为2 7 个专业。当今的数学和 自然科学的学科总计大约近万种，其中交叉学科就有近一半。”1 科学知识的大 爆炸向传统的科学教育提出了严峻的挑战。 3 、科学技术的社会作用日益突出，社会已经科学化 当代科学技术的生产力功能日益彰显。科学技术已经渗透到社会的每个角 4 硕士学位论文 m a s t e r st t e s i s 落、人类生活的每个方面。它深刻地改变了人类生产和生活的方式。另一方面， 人类社会的进步同时又不断地向科学提出了更多更高的要求。凼此，科学技术 已不再是书斋罩的学问了，也不雨仅仅是人类的精神追求，它已经与生产紧密 的联系在一起，成为人类物质产品生产链条上的重要环。因此，科学技术 一生产一体化已经成为现代社会的重要特征。与此同时，随着科学技术的广泛 应用，人类社会出现了各种社会性、全球性问题。对这些问题的解决，在某种 意义上讲，已经跃出了科学技术能力的范围。这些问题涉及到经济增长的方向 和目标，也引发了对科学技术价值的评价问题，更涉及到对人类自身的反恩。 人类必须综合运用备门自然科学、各种技术手段以及人文社会科学的知识去研 究解决这些问题。因此，自然科学、社会科学、人文学科的融合已经成为社会 发展、人类进步的重要保障。 ( 二) 从微观层面上讲，也就是从科学理论的创造过程上讲， 现代科学的创造呈现以下几个特点 1 、从总体上讲，科学系统的发展就是不断地始于问题和终于问题，同时 也是科学概念、科学定律和科学理论不断形成和增长的过程。因此在科学的发 展过程中有无科学问题特别是有多少重大科学问题和难题，是判断未来科学发 展的趋势和科学革命存在性的重要标志 科学研究始于问题，特别是重大科学问题和难题。科学问题的提出、确认 和解决，就是科学自主地发展的内在动力。爱因斯坦曾说：“提出一个问题往 往比解决一个问题更为重要，因为解决一个问题也许是个数学或实验上的技 巧问题，而提出新的问题、新的可能性、从新的角度看旧问题，都需要创造性 的想象力，而且标志着科学的真正进步。”1 出此可见，在某种意义上讲，科学 发展主要表现为本身的生题能力或自繁能力。 提出问题之所以如此重要，其原因就在于，提出问题的过程本身就是一个 创造性的过程。有其复杂的结构。所谓科学蛳题就是“背景知识中固有的预期 与其所提示的观察或某种假说等新发现之间的冲突。”。3 由于主体的期望是建立 在背景知识( 也即在头脑中形成的观念) 之一卜的，所以这种冲突指的是观察事 实与现有理论之间的矛盾或新的假说与现有理论之问的矛盾。问题的产生是揩 硕士学位论文 m a s t e r st i e s i s 向现有理论知识的。实际上，一切科学问题都是对现有理论的触动、冲击、质 疑。因此，科学问题的提出决不是意味着某种简单的疑虑、好奇心、求知欲， 而是意味着认识的深化。 从以上的分析我们可以看出，问题提出的前提是必须别周围的世界要有深 刻的理解，从而在头脑中形成一定的“观念”，所谓观念就是对1 堡界或某类事 物的整体性理解。观念一旦形成，就成为人们认识未知世界的：( 具。人们不断 地用已有观念框架去吸收新的经验事实，也就是说将这些新的经验事实整合于 已有的观念框架之中，从而认识未知世界。但任何观念框架都在认识未知世界 上都是有限的，它总会遇到某种新的经验事实与其发生冲突，出现所谓“反常”。 因此，一个意料之外的问题，只是开始于异常现象出现之时。换句话说，意料 之外的问题，只有在科学家充分了解自然界如何表现之时才丌始，如果已有观 念尚未发展到足以使反常有把握出现，足以使反常作为与预先期望相矛盾的结 果而被认识到，问题就不会从科学研究的正常过程中涌现出来。 2 、现代科学理论的创造过程遵循着由一般到个别的思维程序 这一点我们可以从爱因斯坦的思维过程中清楚地看出来。爱因斯坦的科学 创造是以什么为出发点的? 其基本路线是怎样的呢? 他本人曾用一个图示来 说明科学理论的建立过程( 如图) ：”1 导山命题 直接经验 爱因斯坦解释说“从心理状态方面来说，a 是以为基础的，但是在a 同 之间不存在任何必然的逻辑联系，而只是一个不是必然的直觉( 心理的) 联 系，它不是必然的，是可以改变的”。也就是说，从到a 不存在逻辑的通道。 6 硕士学位论文 m a s t e r st i e s i s 逻辑的通道只有在于 同s ( 导出命题) 之间，即从公理出发可以逻辑地推演 出命题系统。这里关键在于a ( 公理或假设) 是如何产生的。既然不存在逻辑 的通道，那又是一条什么性质的通道呢? 爱因斯坦认为这是一条直觉猜测或自 由创造的道路。他说：“事实上，我相信，甚至可以断言：在我们的思维和我 们的语言表述中所出现的各种概念，从逻辑上来看，都是思维的自由创造，它 们不能从感觉经验中归纳地得到。”“物理学家的最高使命是要得到那些普遍 的基本定律，由此世界体系就能用单纯的演绎所建立起来。要通向这些定律， 并没有逻辑的道路，只有通过那种以对经验的共鸣的理解为基础的直觉，爿能 得到这些定律。”1 爱因斯坦认为归纳法是“运用于科学幼年时代”的方法，他的意思也就是 指科学中最初级的理论一一经验定律一一的建立可以依靠以归纳为主的方法， 但随着科学探索对歙越来越远离经验，从而科学理论抽象性程度越来越高时， 理论原理的建立则要让位于探索性的演绎法。爱因斯坦对于近代科学中由于盛 行经验归纳模式而导致狭隘经验主义愈演愈烈的状况甚为反感。他说：“现在， 大家知道，科学不能仅仅在经验的基础上成长起来，在建立科学时，我们免不 了要自由地创造概念，而这些概念的适用性可以后验地用经验方法来检验，这 种妒态被前几代人忽视了，他们认为，理论应当用纯粹归纳的方法来建立，而 避免自由地创造性地创造概念。科学的状况愈原始，研究者要保留这种幻想就 愈容易，因为他们似乎是个经验论者，直至1 9 世纪，许多人还相信牛顿的原 则一一我不作假说一一应当是任何健全的自然科学的基础。” 其实，科学理论( 指有体系结构的理论) 的建立必须以“作为演绎推理基 础的原理”即理论的基本原理或公理的建立为前提。否则，即使经验事实材料 再完备，甚至已经建立起作为“表达大量单个观察的陈述”的普遍定律( 即经 验定律) ，即使在这样的基础上进行理论建构，研究者也是束手无策的。“只要 这些用作为演绎出发点的原理尚未提出，个别经验事实对理论家便是毫无用处 的；实际上，单靠一些从经验中抽象出来的孤立的普遍定律，他甚至什么也做 不出来，他在没有揭示出那些作为演绎推理基础的原理之前，他在经验研究的 个别结果而前总是无能为力的”。”“显而易见，爱因斯坦明确地认识到，在科 学理论的建立过程中，首先必须提出理论的最高原理即公理，而后由最高原理 7 硕士学位论文 m a s t e r st i e s i s 出发推演出理论体系，这就是说科学理论创造过程遵循着与常规思维倒置的思 维程序。常规思维用于科学创造，其思维路线为培根的科学发现模式所清晰地 描述。培根的理论建构模式可图示如下： 普遍公理 中间公理 初级公理 从图示中可以看出，常规思维用于科学创造，总是力求从经验事实出发， 运用归纳法首先上升到初级公理的认识，而后逐级上升，经过中间公理直到普 遍公理，理论的普遍性程度越来越高。这是走的由个别到特殊再到一般的认识 道路。爱因斯坦却认为，除了经验定律( 相当于培根的初级公理) 之处，理论 的各级原理的创造都不能从经验事实中归纳出来。理论创造是由上而下，沿着 从一般到特殊再到个别的路线建立起来，这就是同经验一一归纳相对立的假 说一演绎的研究模式，其要鹭是首先通过试探性猜测，以假设的形式提出理 论的最高原理( 理论基本原理和公理) ，然后以最高原理为前提演绎出理论的 命题系统。 3 、现代科学理论的创造过程呈现出明显的“建构性特点 二百多年前，康德在回答“牛顿科学是如何可能的”问题对，就提出经验 陈述是通过空间、时间的先天形式和知性的先在范畴( 量、质、关系、框架诸 类范畴) 的综合作用，而成为“先天综合判断”即可靠的科学知识的。康德认 为，“自我意识”运用先天范畴，把具有不同禽义的普遍必然性质诸如本质性、 实体性、因果性、交互性等等加之于感性材料，便得到先天综合判断。在这里， 康德是用先验范畴所提供的普遍必然性综合感性经验材料，将经验事实命题纳 入先验范畴所具有的普遍必然性框架之内，即是用先验范畴的普遍必然性为科 学知识的普遍必然性提供保证于是经验知识上升为概念性知识，成为对自然 现象的本质的联系、因果的联系、必然的联系等的正确可靠的揭露。他甚至明 r 硕士学位论文 m a s t e r st i e s i s 确提出“人为自然立法”的思想，即科学知识并不是对“自在之物”的真实反 映，而是人类将先验范畴强加于经验事实的结果。是人类主动建构的结果。康 德的认知论对后世影响很大。例如，惠威尔就提出“用概念捆绑事实”的思想 便是继承了康德用先验范畴综合经验材料的思想。再如，马克思的能动的反映 论思想也是强调人的主动建构能力。 著名心理学家皮亚杰关于认识发生机制的学说既表现出受康德认识论的 影响，又显示出超越康德的深刻见解。皮亚杰继承康德，亦突出了认知主体原 有思维形式具有能动地处理外界信息的功能这强调认训建构性的命题。认识 主体的这种现代的恩维形式，康称作“先验范畴”，皮亚杰称作“认识图式”。 皮亚杰认为认识主体的认识图式能够先入为主地成为处理外界信息的模式，即 同化过程，只有当借助于现成的图式不能实现某一信息处理时，主体才去创造 新的模式，从而实现对新信息的处理，即顺应过程。认识图式的产生和发展是 主体不断地进行建构的过程。正如他说：“发生认识论主要的成果是这样一个 发现，我们获得知识的唯一途径是凭借连续不断的建构；并且，除非我们积极 地保持这一建构过程，否则我们就不可能获得任何持久的知识”。“”由此看来， 皮亚杰不同于康德之处就在于，认识的客观性不是作为认识的前提条件而先在 地具有的，它是通过主客体相互作用的过程而逐步接近的。主体通过逐渐接近 予客体的方式而建构客体，“客体首先只是通过主体的活动力被认识的，因此 客体本身一定是被主体建构成的，因为这个缘故，客体就具有永远被接近，但 又永远不能达到的极限性质”。“1 1 这就是说人的认识不是客体照相式地被映 入主体头脑中的过程，而是主体建构客体的过程。这样，客体进入主体头脑， 就永远不是它的完全真实的面目，而是不可避免地增添了主体所先入为主地赋 予的某些观念。 由此看来，建构科学理论的最显著的特征就是概念框架( 康德称之为“先 验范畴”，皮皿杰称之为认识图式) 先行。在实际的科学研究中，为了认识事 物，科学家往往是先提出科学假说来弥补观察和实验暂时无法揭示或揭示不到 的联系。而这些假说则通过以后的观察和实验来检验和修正。例如，法拉第的 力线和场的假说就是在经验事实根据十分缺乏的情况下大胆假设而建构出来 的。这里的想象和建构性十分突出，可以说是人脑的杰作。他从电磁感应与超 硕士学位论文 m a s t e r st i e s i s 趴作川的矛盾当中爿求新的希槊，利用直觉和想象构建看来空无所有的空问 原来到处都充满了力线一一电力线、磁力线，而把力作用的空间叫做场。后来 他又进一步设想和磁运动的相互关系，猜想电磁场的概念。法拉第的假说在当 时虽然带有很大的模糊性，不确定性，还需要在以后的实验中进一步检验以修 证、补充、发展，然而正是这个假说，在他以后多年的研究工作中起到不可估 量的作用。2 0 世纪的科学更加表明“知识不能单独从经验中得出，而只能从理 智的发明同观察到的事实两者的比较中得出”。1 科学认识的方式是先建构理 论假蜕后吸收整合经验现象，玻尔原予模型中t 的“电予轨道”概念，便是玻尔 创立假说中的设想，它使玻尔王f 巳论逻辑i ：自洽，解决了卢瑟福模型的困难，解 释了原予光谱是分立的事实和原子稳定性问题。这个假说虽然后来被证明是错 误的，但在当时的条件f 仍被科学家合理地接受，并在一定时期促进了科学理 论的发腱。现代物理学为，统一已知自然界的基本作用力，建构了许多新的假 说，做“ 了许多预言，其巾包括不少还未能确证的粒予，像磁单极子，黑格斯 粒子，x 粒子，超电子，w 微子等等。 4 、概念框架对科学理论的建构起孕育作用 所谓概念框架，就是内化于人脑之中对世界或某类事物的整体性理解。当 代哲学家对概念框架已有不少引人注目的研究。如美国著名科学史家霍尔顿将 其称为“科学主题思想”。根据霍尔顿关于“科学主题思想”的论述，我们可 以将概念框架的特点归纳如下：支配人的思想和行为的稳固性。霍尔顿指出， 科学t 1 的1 ：题系指“科学的理沦和实践不断转变中的一陋定冈素”，它是在理论 被抛弃后，在科学中长久地保留着的有价值的东西，它使科学成为“连续的事 、1 k ”。巨大的惯性和能量的根源。霍尔顿认为，它是科学家的“内在生命风 格”，是“某些科学争论 ；i ：持活力数 一年的”能量的根源，它使得“有些科学 家要冒巨大风险坚持事实上已被通常的经验证据所反驳的解释模式或某种神 圣的原则。”吸纳非经验，非逻辑因素的作用，成为想象的驱动器。霍尔 顿指出科学主题思想能解释“某些科学家明盟的准美学选择行为”，并使“他 们的想象在选择之外延伸”。具有创造功能。霍尔顿认为它“能够指引超越 经验同基本原理之间的鸿沟”。” 为什么科学理论的创造要求助于概念框架的孕育作用昵? 从根本上讲这 1 0 硕士学位论文 m a s t e r st i e s i s 是因为从事实到理论( 指严格意义的理论) 和从旧理论到新理论不存在逻辑的 通道a 既然经验一一归纳模式不可能实现新理论的创造，那么有什么办法能够 超越这种逻辑推理所不可逾越的鸿沟呢? 要超越这种概念上的鸿沟，就必须改 变以经验事实或现有理论为逻辑前提的思路。当经验事实和现有理论都玎；能成 为逻辑的出发点时，研究者必然处于一种彷徨无定的思维境况之中。这时，思 辨、想象这些具有较大不确定性的思维方式便成为基本的思维方式。思辨和想 象具有极大自由度，它们能够对现有经验和理论的材料进行综合的、融贯一体 的把握，它们之所以具有这一思维功能，原因就在j ：它们能够援引概念框架的 统驭作用，由概念框架所构成的观念母体能够为创造性思维指引方向、路线， 提供思维框架，提供科学创造的初始观念。爱因斯坦之所以能够实现相对论的 创造而彭加勒等人却不能其根本原因就在于爱因斯坦把握住了批判现有理论 所必须的思想武器和创立相对论所必须的哲学、科学美学以及方法论等的基本 观念和原则。 正因为概念框架不是对现有理论形态的刻板再现，而是研究者在长期科学 生涯中理论和经验因素的积淀，所以它与主体的知识状况和研究实践相融合， 是主体的知识、经验、技能、研究方式、思维方式的结晶，是一种内化的、对 周围的世界的深刻的理解。因此，它在科学创造中能够起到定向和提供方法沦 准则的作用。特别是在常规思维受阻时，唯有概念框架能够引导研究者认清现 有理论的根本缺陷，树立正确的创造观念，找到建立新理论的可靠途径。爱因 斯坦的科学创造实践为此提供了范例。爱因斯坦之所以能够将科学问题归结为 现有理论的缺陷，从而树立正确的创造观念，主要依赖于怀疑的批判精神，此 外，关于对称性，统一性等的科学美学的基本原则办起了重要的作用；爱因斯 坦之所以能够找到建立新理论的正确途径，就因为他具有唯物论的唯理论的思 维，特别是在方法论方面具有高水准的辨证思维能力。他善于在经验和理性之 间保持必要的张力，并极大地突出了理性自由发明理论原理和概念的能动性。 总之在当代科学理论的建构中，概念框架起着不可替代的核心作用。 硕士学位论文 m a s t e r st i e s i s 二、我国大学理工科科学教育存在的问题 面对科学技术的迅猛发展，世界各国都不约而同地把培养学生的创造力作 为高等教育改革的核心任务。例如t 博耶研究型大学本科生教育委员会发表了 重建本科生教育：美国研究型大学发展蓝图的研究报告明确指出“探索、 调查、发现是大学的核心。大学里的每一个人都应该是发现者、学习者，研 究型大学应通过一种综合教育创造出一种特殊的人才，他们富有探索精神 并渴望解决问题，拥有代表其清晰思维和熟练掌握语言的交流技巧，靠h 有丰富 的多样化的经验，这样的人将是下一个世纪科学、技术、学术、政治中富于创 造性的领袖。”h 本也提出“面向2 1 世纪，能够适应社会变化的需要，所必 备的素质和能力就是指创造性独立思考、有主见和进行各种活动的能力，为了 便我国的学术研究工作对世界有所贡献，今后就要特别注意培养这些方面的能 力。”“在未来的社会中，教育不仅仅是单纯获得知识和信息的途径，还必须重 视自如地运用各种知识及技能、培养独立思想、创新、活用的能力。“”2 0 世 纪末法国也把高等教育改革的重点放在提高国家的刨新能力上，并指出，智慧 与创新处于社会发展的中心，大学应鼓励创新、负责与协商精神。一方面通过 创新取得研究突破，另一方面在创新和研究活动中培养具有创新精神的人才。 可见为了应对科学技术迅猛发展的挑战，培养创新型人爿1 已经成为世界各国高 等教育培养的目标。 在f 蛙界高等教育改革的大潮中，我国也对高等教育提出了明确的要求。 1 9 9 8 年1 1 月2 4 只，江泽民同志在耨西伯利亚科学城会见科技晃人士时指出： “要迎接科学技术突飞猛进和知识经济迅速兴起的挑战，最重要的是坚持创 新。创新是一个民族的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力。创新的关键在 人才，人才的成长靠教育。”8 1 在1 9 9 9 年6 月召开的第三次全国教育工作会议 上，他又指出“面对世界科技飞速发展的挑战，我们必须把增强民族创新能力 提到关系中华民族兴衰存亡的商度来认识。教育在培育民族创新精神和培养创 新人才方面，肩负着特殊的使命。”针对高等教育在培养创新人才中的重要 2 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 地位全国人大1 9 9 8 年通过的中华人民共和国高等教育法规定：“高等教 育的任务是培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才，发展科学技术文 化，促进社会主义现代化建设。”。”1 教育部在1 9 9 8 年1 2 月制订的面向2 1 世纪教育振兴行动计划中更明确规定“高等学校要跟踪国际学术发展前沿， 成为知识创新和离层次创造型入爿培养的基地。” 虽然培养创新型人爿已经成为国人的共识，但在教育实践中，我国现行的 科学教育模式下培养出来的人才一方面很难在基础研究领域内取得具有重大 影响的原创性科学成果：另一方面也缺乏将已有的科学知识转化为现实生产力 的能力即缺乏技术创新的能力。这说明我国的科学教育，尤其是大学理工科的 科学教育存在严重缺陷。 ( 一) 从科学教有的内容层次上讲，过于注重知识的细节，而 忽视整个知识的基本概念结构，以致难以应对科学知识急剧增长的 挑战；过于注重知识的逻辑结构，而忽视知识的历史发展；且更为 严重的是所学科学知识缺乏思想性 1 、过于注重知识豹细节，而忽视整个知识的基本概念结梅，以致难以应 对科学知识急剧增长的挑战 大学作为研究“高深学问”的场所，从丌始就是以普通教育为模式、以 传授一般性或基础性知识为已任的。我国的大学在新中国成立后，由于受凯洛 夫教育思想的影响，通常认为传授知识是教学的首要任务，课程内容要覆盖尽 可能多的知识。学习就是获取知识，知道的事实越多，知识收集得越多，则越 有学问，也就等于发展了智力，教学就是用知识装满大脑这个“知识的仓库”。 在这种“仓库理论”的影响下我国现行高等教育课程呈现膨胀失控的状态， 教学内容越来越多，教材越偏越厚。例如，有一本很有影响的大学教材电磁 学( 赵凯华等编：人民教育出版社1 9 7 8 年版) 是7 4 4 页，但到第二版( 高等 教育出版社1 9 8 5 年版) 时就变成9 4 9 页。但两种版本体系和内容几乎没变。 还有一本1 9 9 6 年出版的理论力学( 孙玉君编，苏州大学出版社1 9 9 6 年版) 共6 5 3 页，比1 9 7 9 年出版的当时大学普通采用的理论力学教程( 周衍柏编： 人民教育出版社1 9 7 9 年版) 多2 9 4 页。多出的主要是例题，习题，及其详细 硕士学位论丈 m a s t e r st h e s i s 解