科学教学不能只突出过程

1、科学教学不能只突出过程从“测不准关系”谈起“测不准关系”是上个世纪物理学上的一个对科学和哲学均有深远影响的伟大发现。海森堡在一篇文章中指出，他是在爱因斯坦所说的“正是理论决定了什么是可以观测的”这一句话的启发下才提出这样的一个问题“如果从只有能用量子力学的数学方程式表示的那些情况才能在自然界中找到这样的基本原则出发，那么，当我们想知道一个波包的速度同时又想知道它的位置时，所能获得的最佳准确度是怎样的呢？”“正是理论决定了什么是可以观测的”。初次看这一句话，头脑中首先想到的是，作为一名伟大的物理学家，爱因斯坦怎么是个唯心主义者呢？随着阅历的增长，现在愈来愈信服爱因斯坦的这句话了。事实上，不仅理论

2、决定了什么是可以观测的，而且理论也决定了如何观测和观测到的是什么。校园内有一种很醒目漂亮的像喇叭样的黄色小花（后来上网查了一下，原来叫黄蝉）。走近仔细观察，发现这种花竟然没有花蕊。怎么会没有花蕊呢？开花不是为了结果吗？没有花蕊，怎么结果？花蕊可是花的最主要的部分。拾起一朵落花，小心撕开，发现花蕊原来藏在完全封闭的喇叭管中。试想，如果没有关于花的结构的相关认识，那我可能就不会想到去撕开看看了。碰巧看到了，也许也不知是何物。自然界中的花草树木的茎千姿百态。然而生物学家早就认识到，茎分节，节处生叶和芽（部分植物的侧芽几乎被完全抑制），茎的顶端有顶芽。有了这一认识，不仅不至于将某些羽状复叶的叶柄误认作

3、茎，而且在观察各类植物的茎时也会更有条理更深入。在没有这方面的认识之前，笔者从未对植物进行有意识的系统的观察没有一定的理论，看也看不出什么名堂，最多也就仅能感受一点点表层式的感性美。有了这方面的一些粗浅的认识后，再观察植物时，对自然界的丰富多彩（没有一定的认识，观察就很难细致深入。没有细致深入的观察，是看不到那种丰富与多彩的）及其内在的统一（生物的统一性应当是自然进化与选择的结果）的体会就更深了。有时，甚至会有点像爱因斯坦所说的：“从那些看来同直接可见的真理十分不同的各种复杂的现象中认识到它们的统一性，那是一种壮丽的感觉”的那种感觉。当然，爱因斯坦所说的，也许更多的是指向那种影响人类文明进程的

4、创造性的领悟。对于普通民众而言，虽不能像富有影响的二十世纪上半叶英国纯粹数学领袖哈代所说的“我曾为知识领域添砖加瓦，也曾帮别人添枝加叶；这些东西的价值，比起身后留下某种纪念物的大数学家或任何其他大大小小的艺术家们创造的价值，只是程度上有所不同，性质上并无差异。”那样为人类文明“添砖加瓦”，但若能在一定程度上领悟伟大人物的创造性成就，也是一件很幸福很幸运的事情。作为一名物理学家，爱因斯坦所说的理论也许更多的是指物理学方面的基本定律。物理学的发展史表明，不仅“正是理论决定了什么是可以观测的”，什么是不可能观测到的，而且也只有理论才能告诉我们观测到的是什么，只有理论才能告诉我们什么是可能的、什么是可

5、行的。虽然没有经验，理论是空中楼阁；但没有理论，人类就是睁眼瞎。如果不知道光沿直线传播，那就不会明白大树下的圆形光斑是什么；如果不是牛顿破解了颜色之谜，那人类也许至今仍没能弄明白彩虹是什么。十七世纪后半叶，牛顿依据以他的名字命名的三大运动定律和万有引力定律，画出了人造地球卫星的草图。到了二十世纪，人类不仅成功地发射了人造卫星，而且连普通人的生活都离不开人造卫星了。在十九世纪中后半叶，科学家通过观测太阳光谱，发现了一条新的谱线，由此推测出太阳上存在着一种地球上并不存在的元素，并将之命名为氦。氦的本意即是太阳元素，不过人类后来在地球上也找到了氦元素。如果没有光谱分析的基本理论，科学家们也就难以明了

6、新谱线背后的秘密。伽利略早就指出，“物理定律在一切惯性参考系中具有相同的形式，任何力学实验都不能区分静止和匀速运动的惯性参考系。” 换句话说，这一原理告诉人们，想用力学实验区分静止和匀速运动的惯性参考系是不可能的。英国十九世纪的伟大的物理学家麦克斯韦，从他总结出的电磁学基本规律出发，预言了电磁波的存在，并指出光就是一种电磁波。没有他的预言，人类可能在很长一段时间内都不会知道电磁场还能独立于电荷电流而存在，不知道光的本质。下面再举一个地理学方面的例子。在大约三十年前的一个端午节的傍晚，我在从学校往回家赶的路上无意间发现树影居然是指向东偏南的位置。我当时还在老家读初三，我的家乡位于北温带，我当时就

7、想“太阳不是偏在南边吗？怎么影子会偏南呢？”大约十年前，深圳教改，我也由教物理变为改教教科学。在浙江版科学教材第一册第一章“时间的测量”中，提到用日影测时间的工具日昝。日昝我在故宫和深大都见过，但当时并未怎么留意。教材上的那样简单的一句话，引发我思考这样的几个问题：日昝的昝针为何不与地面垂直呢？不同地方的昝针的指针指向相同吗？如果将一根直杆立在水平面上，其杆影的指向随时间将如何改变呢？为何没有用它来计时呢？利用矢量三角形，我导出了一组竖直杆杆影指向等随时间变化的数学关系式。由这组关系式，我立即发现，如果将此杆立在北极点，那杆影将在水平地面上匀速转动。我在推导那组关系时，假定地球是匀速自转，且忽

8、略一天之内公转对太阳高度的影响，但关系式中却含有太阳直射纬度角。结合地球自转想想，事实上确实应当如此。由此才推想到在北京故宫和深圳大学见过的日昝昝面与昝针虽然相差几千公里远，但却是彼此平行的。再分析那组数学关系式，笔者从中很自然地导出了昼夜长短、极昼极夜、日升日落的方位等随季节变化的规律。在这些认识的基础上，笔者对树影、太阳方位等的观察也就不再像以前那样混乱了。或者说，正是那组数学关系式告诉了我观察到的是什么。也正是在这组数学关系式的基础上，笔者在第二学期教季节形成、昼夜长短变化规律时，很自然地想到了利用一个纸筒套在小地球上探究这些规律的小实验。现在的教改有时会给科学教师一个“纯理论没什么用”

9、的印象。在很多情况下，人们都反反复复地强调要“重过程，轻结论”。笔者觉得，这一提法有点矫正过枉。对于学生而言，学习科学的最主要的任务仍然是学习各种理论知识那是人类文明的结晶。提出“重过程”，在很大程度上仅仅是为了矫正以往科学教学中的那种机械式传授科学知识的方法，仅仅是为了矫正以往科学教学中忽视培养学生探究意识和探究能力的不足，它并没有否定“理论”的重要性。没有一定的“理论”认识，就没有细致深入系统的观察，就不可能提出丰富多彩的具体而又深入的问题、猜想和探究。 “知识就是力量”，不要忽视了知识的重要性。“重过程”，并是说可以轻视理论。切勿要从一个极端走向另一个极端！附：为了避免此文标题给人们造成认识上的可能出现的误解，也为了让读者更好地理解此文的标题，笔者在此再补摘爱因斯坦的另外两句名言：纯粹的逻辑思维不能给我们任何关于经验世界的知识；一切关于实在的知识，都是从经验开始，又终结于经验。必须把所有漫无秩序的事实搜集起来，用创造的想象力去理解和贯穿它们。后记：前段时间，在网上看到一篇何作庥院士回忆彭桓武先生的文章。文章中这样的几句话给我的印象特别深：“彭先生把我介绍给邓稼先，让我追随邓稼先从事衰变的研究。所以我就跟邓稼先共同作衰变的研究。从事这样研究有什么好处呢？好处是