有理的科學(xué)知識被無理地“驗證”

【導(dǎo)讀】在理科教學(xué)中，實驗結(jié)果的“不配合”是教師經(jīng)常遇到的問題。多數(shù)教師的處理辦法是讓實驗“遷就”理論結(jié)論。這里的確堅持了不犯科學(xué)知識性錯誤，卻犯了另一類更為嚴重的科學(xué)性錯誤——科學(xué)精神的遺失甚至歪曲。假如我們能夠清楚地意識到，科學(xué)理論并非終極結(jié)論，實驗也并非科學(xué)理論真?zhèn)蔚溺R子，那么，我們也許就不會“唯結(jié)論是瞻”，也就不會不知道如何解釋實驗的“不配合”了。過程的正確就會獲得與結(jié)論正確同等的地位。

翻開一本教育學(xué)或?qū)W科教學(xué)論著作，在教學(xué)原則的章節(jié)中，科學(xué)性原則往往被置于首要的位置②。教師，尤其是新教師，教學(xué)中最怕犯的就是科學(xué)性錯誤，因為他們的“上司”和“上帝”們最在乎、最計較這個。因此，“千萬不要犯科學(xué)性錯誤"，往往是教學(xué)新手被指導(dǎo)老師叮囑最多、印象最深的教導(dǎo)。不少人一節(jié)課下來，只要聽到?jīng)]有犯科學(xué)性錯誤，就會有一塊石頭落地之感。然而，在多年的理科教師教育和教師專業(yè)支持的實踐中，筆者觀察到，人們?nèi)绱丝謶值目茖W(xué)性錯誤，往往指的是科學(xué)知識性錯誤，而另一類同樣可怕的科學(xué)性錯誤卻被普遍地忽視，甚至沒有多少人意識到它的存在。

教師如何面對實驗結(jié)果的“不配合”

文科背景的讀者請不要因為下面的示意圖而跳過這段文字，你們沒有那些已有東西的束縛，也許更能理解下述問題和觀點。

“平衡”，是一個如今被廣泛使用的概念。而“二力平衡”，則指的是在兩個力的作用下物體保持平衡狀態(tài)。那么，什么情況下物體處于兩個力的作用下而又能保持平衡的狀態(tài)呢？經(jīng)驗和常識告訴我們，這兩個力應(yīng)該沿著一條直線（像拔河的繩子）朝相反的方向使，而且用的力要一樣大。這就是所謂的“二力平衡條件”。在我們國家的理科課程里它是一個初中水平的科學(xué)知識點，教科書上常見的表述是：“作用在一個物體上的兩個力，如果大小相等、方向相反，并且在一條直線上，這兩個力就彼此平衡。”

如果你不是一位科學(xué)或物理教師，看了上述文字，你也許會覺得“二力平衡條件”應(yīng)該不是一個難教的知識內(nèi)容。然而，恰恰是這樣的一個道理明擺著的知識點，卻沒少讓教它的理科教師們傷腦筋。

首先，理科教學(xué)講究用實驗事實說話。具體到“二力平衡條件”的教學(xué)，往往要用如圖所示的實驗裝置來獲得結(jié)論。而不通過實驗就直接將結(jié)論告訴學(xué)生、要求學(xué)生記住的做法，雖然在實際中并不少見，但人們都認為那是一種落后的教學(xué)方式。然而要想使自己的教學(xué)不那么落后，可不是件容易的事。有經(jīng)驗的老師往往有這樣的體會：這類實驗的演示不易把握，一不留神，就可能弄巧成拙，費力不討好。

在如上圖所示的實驗中，老師所期待的實驗現(xiàn)象是：如果在左右兩邊的砝碼盤中放上完全——樣的砝碼，小車就保持靜止，反之小車就會動起來。實際上由于摩擦力的作用，兩盤中所放的砝碼即使有點不同，小車也不一定會動。因為完全有可能由于兩邊砝碼質(zhì)量相差太小，使左右兩邊的繩子給小車的拉力差異不夠大，不足以克服摩擦力的影響。這樣一來，即使在原本平衡的系統(tǒng)中加入了不平衡的因素（如在左邊或右邊盤中添加一個很小的砝碼），小車仍然保持靜止。對此，老師該如何向?qū)W生解釋呢？

也許對許多老師來說，將其歸為實驗的意外結(jié)果，歸為摩擦力所致的誤差，是自然、合理的處理。是實驗，總會有誤差嘛。于是，就這調(diào)整一下，那擺弄兩下，一旦得到預(yù)期結(jié)果，馬上“見好就收”，以免再“節(jié)外生枝”。

這樣的處理方式，導(dǎo)致的結(jié)果如何呢？只能是雪上加霜！因為，它十分明顯地向?qū)W生傳遞著這樣的信息：老師所要教的結(jié)論是不容置疑的，做實驗只不過是走走形式，從實驗獲得的事實，與結(jié)論相符的就可取，不相符的就是實驗出了問題，就不可取。讀者仔細想想，這聽起來是不是有點滑稽可笑？作為理科老師，對此一般也應(yīng)該會感到不自在，可為什么這樣的處理在實際的理科教學(xué)中卻普遍地存在呢？其中的原因當然不很簡單，但如果了解一下對兒童假設(shè)檢驗過程的有關(guān)研究，看看沒有經(jīng)過正規(guī)科學(xué)教育的兒童如何對待所面臨的實驗結(jié)果與自己原有信念的沖突，也許會增進我們對這個問題的理解。

在有關(guān)兒童假設(shè)檢驗的研究中，人們發(fā)現(xiàn)，在把得到的實驗結(jié)果作為支持或者拒絕假設(shè)（理論）的證據(jù)時，兒童的思維表現(xiàn)出某些方面的缺陷。即使在兒童進行有效的實驗時，他們也常常得出與實驗結(jié)果不一致，而與他們原有信念相一致的結(jié)論③④，Chinn和Brewer經(jīng)實驗研究后提出，與專家相比，學(xué)習(xí)科學(xué)的學(xué)生在處理不支持已有知識理論的數(shù)據(jù)（反例）時采用了不同的策略。只有其中的一種策略導(dǎo)致了已有知識理論的改變。一般采取的策略是：忽略反例；反駁反例；將反例排除在理論之外；以無效的方式持有這些反例；重新解釋反例，對原有理論作外圍的改變；接受反例，改變原有理論⑤。陳楠以杠桿平衡原理的探究活動為載體做研究，也得到了類似的結(jié)論⑥。

這些研究所反映的問題是，兒童常常不能區(qū)分什么是基于觀測得出的結(jié)論，什么是基于他們原來的信念或理論得出的結(jié)論。他們經(jīng)常忽視不一致的證據(jù)，或者以某種選擇性、歪曲的方式注意這些證據(jù)，他們有時調(diào)整證據(jù)以適合于他們自己的那一套理論。此外，兒童一般能夠基于最近的結(jié)果得出恰當?shù)慕Y(jié)論，但往往忽視比較早的結(jié)果。當矛盾的證據(jù)增加并且變得不再能夠忽視時，他們最后將承認這些矛盾的證據(jù)，但這只有在他們能夠形成一個替代的理論以解釋這些證據(jù)的時候，他們才真正接受這些證據(jù)。而且，即使他們正確預(yù)測到某個因素的結(jié)果，并看到這一預(yù)測得到證實，他們?nèi)匀徊辉阜艞壦麄冊械男拍?，直到他們能夠形成一個可對出其意料的觀察結(jié)果加以解釋的新理論⑦。

這樣，如果我們認真地對照一下，就不難看出，教師在面對實驗事實與理論之間矛盾時的行為和沒有經(jīng)過正規(guī)科學(xué)教育的兒童在本質(zhì)上是相同的。這當然不是說教師的事實性知識和智力水平倒退到了相對較低的程度，而是說明，不論對于成人還是兒童、無論對于專業(yè)人員還是非專業(yè)人員，個人的信念原有的觀念能起多么大的作用。而且可以說，專業(yè)知識有時甚至正是導(dǎo)致問題復(fù)雜化的一個因素。本文所舉的“二力平衡"教學(xué)的例子，外行也許不會認為有多難，而到了理科教師手上則成了復(fù)雜棘手的事，處理的方式給人的感覺就像小孩子一樣反復(fù)無常、幼稚可笑。他們由于熟知并堅信科學(xué)知識結(jié)論，加上常被冠以科學(xué)真理傳播者的角色，可能會比外人更難意識到這樣的教學(xué)有什么錯誤，甚至根本沒覺得有什么不妥。

進而，如果我們能跳出只是計較教師所講的知識結(jié)論是對還是錯的視野，而要在意當學(xué)生日后將知識結(jié)論忘掉之后所剩下的東西，我們就更會感到問題的嚴重性。因為這樣一來，我們傳遞給學(xué)生的是否是科學(xué)的思維方式，是否是在強勢的結(jié)論和當前面對的事實之間應(yīng)該保持的科學(xué)態(tài)度，那就是至關(guān)重要的了。前述的對待實驗結(jié)果的方式，如果一再地出現(xiàn)在理科教學(xué)之中，那么它給學(xué)生的弦外之音就是：一旦有了“結(jié)論”，對新收集到的事實證據(jù)就可以區(qū)別對待，符合“結(jié)論"的就敞開放行，不符合的就要“發(fā)回重審”，直到符合為止。想到今天課堂上的莘莘學(xué)子，明日都要在不同層次上參與不同類型的決策，筆者不禁為這樣的理科教育不寒而栗，難道這還不算是犯了科學(xué)性錯誤？它比起犯科學(xué)知識性的錯誤，又能好到哪里去呢？

科學(xué)實驗不是理論真?zhèn)蔚溺R子

說到這里，也許有人會認為，之所以會出現(xiàn)這樣棘手的局面，都是實驗誤差惹的禍，如果能將誤差降低到理想的程度，問題將不復(fù)存在。實際上，情況遠非如此簡單。這里所牽出的是一個如何認識科學(xué)理論與實驗本質(zhì)的重大問題，正是在這個問題上存在著認識偏差，不僅催生了前述的一系列問題，而且成為長期制約科學(xué)實驗在理科教學(xué)中作用發(fā)揮的重要原因之一。試想，如果我們將科學(xué)理論簡單地理解為已經(jīng)被證實的終極真理，將科學(xué)實驗簡單地理解為科學(xué)理論的試金石，過分天真地以為實驗是最公正、最可靠的法官，我們豈不成了理論的盲從者、實驗結(jié)果的奴隸？正是這種對科學(xué)理論與實驗本質(zhì)的機械的、絕對的認識，使我們不知不覺地陷入對理論和實驗結(jié)果的盲從，因而在受到實驗事實“捉弄”時就會表現(xiàn)出一種驚慌失措的狀態(tài)。實際上，如果我們認識到一個科學(xué)理論特別是經(jīng)典的科學(xué)理論，雖然經(jīng)受過大量實驗檢驗、得到了眾多事實直接或間接的支持，也只不過是人類認識發(fā)展的一個高峰，對其絕對化的想法和做法，本身是與科學(xué)的理性質(zhì)疑精神相違背的；科學(xué)實驗只是一種重要的、特殊的人類探索活動，它所能提供的被我們稱為實驗事實的東西不過是特定條件和過程的產(chǎn)物，本身并不能像鏡子一樣被拿來直接照出理論的真?zhèn)微?。我們就不會為沒有得到預(yù)期的實驗結(jié)果而文過飾非，使科學(xué)教育失去本來最需要保住的科學(xué)精神、科學(xué)態(tài)度的底線，也不會出于對實驗誤差的恐懼而對教學(xué)中的科學(xué)實驗提出過高的設(shè)備要求，反而會在即使得到預(yù)期的實驗結(jié)果時，不是“見好就收”，滿足于膚淺的證實，而是抱一種理性的懷疑態(tài)度⑨，不放棄對進一步實驗探索的追求。自然，得到的若不是預(yù)期的實驗結(jié)果，態(tài)度還是一樣，不需要“見風(fēng)使舵"。

過程正確與結(jié)果正確至少同樣重要

長期以來，實驗教學(xué)在科學(xué)教育中的地位是非常特殊的。說它特殊，是因為人們認為科學(xué)教育要重視實驗教學(xué)就像學(xué)游泳要勤下水一樣是再明白不過的道理，它的作用與地位“怎么強調(diào)也不過分"。然而，這種特殊“優(yōu)越"的地位實際上只不過是有名無實的虛高。我國自“文革”后恢復(fù)正常的教學(xué)秩序以來，科學(xué)教育界對加強實驗教學(xué)特別是中小學(xué)實驗教學(xué)的呼聲一直很高。但是在不少中學(xué)物理甚至化學(xué)和生物課堂上，用嘴巴“講實驗”、用粉筆在黑板上“畫實驗”代替師生親手做實驗的現(xiàn)象至今仍非個別。究其原因當然不很簡單，但如果我們不能與時俱進地深化對科學(xué)實驗本質(zhì)、作用及其教育功能的認識，實驗在理科教學(xué)中就仍然只能是一個“雞肋”！在2001年正式啟動的基礎(chǔ)教育新課程中，科學(xué)探究被提到了理科課程核心的位置?？茖W(xué)實驗作為一種探究活動，在被用于教學(xué)的過程中如果能突出或至少保持住其探究的本質(zhì)特性，就是最能有效地落實科學(xué)探究教育目標的課程資源。然而，在一些人那里，探究成了多做實驗、多動手、多活動的代名詞。操作起來更是省事，將原來一個個實驗項目名稱前面的“驗證"、“測定（量）"去掉，通通換成“探究”，就算完成了向新課程的轉(zhuǎn)變。而實際上，科學(xué)探究真正要強調(diào)的是“動腦"。學(xué)生做了實驗，手動起來了，但不等于腦也自動地跟著動了起來。即使探究的環(huán)節(jié)都有了，探究的程序也都走過了，科學(xué)家的樣子也做得像模像樣了，學(xué)生的學(xué)習(xí)仍有可能是機械的而不是有意義的，那樣的探究又有什么真正的價值？

進一步說，全面落實知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度和價值觀的三維課程目標，是新課程對教師最大的挑戰(zhàn)。實施中最大的難點是如何將它們整合成一體的目標，自然、均衡地落實于具體的教學(xué)活動之中，顧此失彼往往是最常見的問題。本文開頭所述的對實驗現(xiàn)象的處理，就是一個典型的例子。由于只關(guān)注教給學(xué)生的知識結(jié)論是否正確，而忽略了知識得出的過程是否符合科學(xué)，結(jié)果使得原本學(xué)生可能很容易接受的知識點的教學(xué)，傳遞給學(xué)生的思維方式和態(tài)度，都是違背基本科學(xué)精神的，犯了不能忽視的另一類科學(xué)性錯誤！

（作者單位系廣西師范大學(xué)科學(xué)教育研究所）

注釋：

①廣西軟科學(xué)項目“科學(xué)學(xué)習(xí)心理研究及其在科學(xué)教育中的應(yīng)用”研究成果，編號：No.05111015 （2005）。

②一般教育學(xué)和教學(xué)論著作上完整的表述是“科學(xué)性和思想性相結(jié)合的原則”。

③}.H.弗拉維爾等著：《認知發(fā)展》（第四版），華東師范大學(xué)出版社，2002年版第206頁。

④羅星凱：《試論科學(xué)觀察和科學(xué)教育中觀察能力的培養(yǎng)》，《教育研究》1990年第1期，第41～44頁。

⑤Clark A.Chinn，William F.Brewer.Models of Data：A Theory ofHow People Evaluate Data.Cognitionand Instruction.19（3），323-393 （1993）

⑥陳楠：《從杠桿原理探究中看學(xué)生如何對待證據(jù)的初步研究》，廣西師范大學(xué)2006屆碩士論文。

⑦同③。

⑧W.1.B.貝弗里奇著，陳捷譯：《科學(xué)研究的藝術(shù)》，科學(xué)出版社，1979年版第24～27頁。

⑨有學(xué)者認為“科學(xué)精神”、“科學(xué)理性”，至少包含“客觀的依據(jù)，理性的懷疑，多元的思考，平權(quán)的爭論，實踐的檢驗，寬容的激勛”六大實質(zhì)要素。而“理性的懷疑”則是核心要素。詳見蔡德誠：《要深化理解科學(xué)精神》，科學(xué)時報2002年11月6日第4版。

參見羅星凱等執(zhí)筆：《探究性學(xué)習(xí)：含義、特征和基本要素》，《教育研究》2001年第12期；羅星凱：《實施科學(xué)探究性學(xué)習(xí)要正視的幾個問題》，《全球教育展望》2004年第3期。