再談科學態(tài)度與責任

李少華 黃網(wǎng)官

摘 要：自然規(guī)律與社會事物之間聯(lián)系的客觀存在，使得物理教學必須關注科學態(tài)度與社會責任?！皩嶒灱油评怼狈椒ㄖ校凵涑隹茖W態(tài)度與責任的內(nèi)涵：“實驗（事實）”反映科學態(tài)度，“推理”對應（社會）責任?！皩嶒灱油评怼狈椒ǔ晒Φ年P鍵在于：實驗必須能夠反映出全部客觀事實，推理必須完全符合邏輯?？茖W態(tài)度與責任是為科學發(fā)展約定正確方向的，需要借助人文精神來校正方向。

關鍵詞：初中物理；科學態(tài)度與責任；實驗；推理

對于物理教學而言，自然規(guī)律與社會事物之間聯(lián)系的客觀存在，具有重要的研究價值。大到科學領域里愛因斯坦對原子彈的反思，小到日常生活中原本屬于物理的能量（正能量）、合力、權(quán)衡等概念的運用，都是科學與社會存在聯(lián)系的明證。尋求這些明證，不是為了追求絕對的科學主義，而是要在認識到科學與社會之間存在聯(lián)系的基礎上，進一步認識到應該秉承的科學態(tài)度與社會責任。這在《義務教育物理課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）中被闡述為“科學態(tài)度與責任”。

“科學態(tài)度與責任是指，在認識科學本質(zhì)和了解科學、技術(shù)、社會、環(huán)境之間關系的基礎上形成的，探索自然的內(nèi)在動力，嚴謹認真、實事求是、持之以恒的品質(zhì)，熱愛自然、保護環(huán)境、遵守科學倫理的自覺行為，以及推動可持續(xù)發(fā)展和實現(xiàn)中華民族偉大復興的使命擔當?？茖W態(tài)度與責任主要包括科學本質(zhì)觀、科學態(tài)度、社會責任等要素。”［1］如果說科學知識的教學能夠讓學生在形成科學本質(zhì)觀的時候有著顯性收獲的話，那么科學態(tài)度與責任的形成相對更加隱性，這也意味著科學態(tài)度與責任的形成可能需要教師引導學生去不斷地感悟，而感悟的載體自然就是物理學習的過程。

一、 從教材中牛頓第一運動定律的得出說起

牛頓第一運動定律是經(jīng)典力學的支柱之一。在初中物理中，牛頓第一運動定律的學習，能夠幫助學生初步建立力與運動關系的系統(tǒng)認識。分析各個版本的教材可以發(fā)現(xiàn)，這部分內(nèi)容的編排思路基本相同，都是在“斜面實驗”的基礎上，通過“推理”得出規(guī)律。這在一定程度上表明這一思路建立在普遍認同的基礎之上。在這樣的編排中，“斜面實驗”是指小球或小車從同一傾角斜面的同一高度向下運動，然后進入與之相連接的水平面；水平面上分別鋪有棉布、紙板和玻璃，可以發(fā)現(xiàn)小球（小車）在不同的水平面上運動的距離不等。具體規(guī)律是“小球（小車）受到的摩擦力越小，運動得越遠”。隨后的“推理”則是：如果水平面光滑（即不產(chǎn)生摩擦力），那么小球（小車）就會永遠做勻速直線運動。

這一方法通常被稱為“實驗加推理”方法（該方法還有“理想實驗法”“實驗推理法”等名稱）：蘇科版初中物理教材中說，“由大量的事實可以推證，牛頓第一定律是正確的”——這里所說的事實來自實驗，“推證”則是指推理與證明；人教版初中物理教材中說，“牛頓第一定律雖然不是直接由實驗得出的，但其中符合邏輯的科學推理是非常重要的”——這里明確指出了“實驗”和“推理”兩個要素……這些，都表明了“實驗加推理”這一方法的客觀存在與價值。

傳統(tǒng)教學中對這一方法價值的認識，多是從知識建構(gòu)角度出發(fā)的，很少有人意識到其也可從科學態(tài)度與責任的角度來解讀。在我們看來，該方法恰恰是初中階段滲透科學態(tài)度與責任教育的最佳載體之一，其原因在于：“實驗（事實）”反映科學態(tài)度，“推理”對應（社會）責任。

二、 借助實驗發(fā)現(xiàn)客觀事實背后的規(guī)律，是科學態(tài)度的體現(xiàn)

實驗結(jié)果代表著客觀事實，做實驗就是在尋找客觀事實。眾所周知，實驗成為科學研究范式才400多年的時間（以伽利略、牛頓開辟的“新物理學”為標志），那此前的2000多年里，人們?yōu)槭裁礇]有選擇實驗？這是一個非常值得思考的問題。它其實不僅是科學領域內(nèi)的問題，也是一個社會問題。這里，有必要對實驗的歷史演變做簡單梳理。

近代物理學的一個顯著特征就是引入了實驗。在此之前，物理學以哲學的形式存在，屬于思辨的范疇。據(jù)說，亞里士多德就是因為在生活中觀察到了非常多的類似于“石塊下落比羽毛快”的現(xiàn)象，才得出了“重的物體比輕的物體下落得快”的結(jié)論。這種“基于觀察得出結(jié)論”的方法是亞里士多德式思辨的重要支撐，通過這種方法所得出的結(jié)論，非常符合人們在生活中的直觀感受，故而能夠迅速被大眾接受，而且能夠深遠地影響人們的認識。

培根最早提出在科學研究中應當運用實驗，他反對按照書本和權(quán)威來裁定真理，主張依靠實驗來弄懂自然科學等天下地上的一切事物。［2］達？芬奇在將實驗引入科學研究中作出了很大的貢獻。達？芬奇強調(diào)，“人必須從實驗開始，以實驗探究其原因”［3］。應當說，正是生于文藝復興時期的達？芬奇等人的努力，才讓實驗更多地為人們所接受。其后，被稱為“新時代的阿基米德”的伽利略成為近代科學最杰出的開創(chuàng)者。他對實驗的重視，使得實驗成為科學研究的新范式。同樣，也是伽利略對亞里士多德的諸多觀點提出了質(zhì)疑——人們至今津津樂道的伽利略的貢獻之一，就是通過一個有名的推理（重球與輕球下落速度，下文詳述）推翻了亞里士多德的判斷，并做了那個著名的比薩斜塔實驗。

在科學研究中建立實驗范式，意味著科學家認定任何科學結(jié)論的得出以及獲得公認，都必須建立在實驗的基礎之上；意味著科學家不再只相信眼睛所看到的，不再簡單地相信直覺，而更相信能夠通過可重復實驗加以證實的結(jié)論。

實驗成為科學研究新范式，與“科學態(tài)度與責任”之間有著密切的關系：從“觀察加思辨”到“實驗”的范式轉(zhuǎn)換，說明物理學家開始走出經(jīng)驗，進而借助實驗來尋找客觀事實背后的規(guī)律，這本身就是科學態(tài)度的體現(xiàn)。相應地，科學家在實驗中形成的思想，也逐步成為社會責任的源泉。在《再談科學思維及其培養(yǎng)》［4］一文中，筆者舉了“費曼調(diào)查哥倫比亞號航天飛機失事”的例子。這個例子很好地反映了科學態(tài)度與責任的內(nèi)涵：費曼作為調(diào)查組唯一的科學家，頂住了組內(nèi)政治家、軍方代表等各方面的壓力，在調(diào)查委員會舉辦的記者招待會上，通過將航天飛機上的密封圈放入冰水的實驗，表明密封圈密封性能會因為溫度下降而嚴重降低，進一步推理航天飛機在寒冷天氣下發(fā)射時，因為密封圈性能降低而導致燃料泄漏，最終造成航天飛機爆炸。這一實驗及其基礎上的推理，表現(xiàn)出無可辯駁的說服力，成為公眾普遍接受的解釋。

總之，今天人們之所以如此推崇實驗，正是因為實驗能夠帶來事實，能夠為科學理論提供最堅實的基礎。

三、 基于邏輯的推理，對于社會認知有著重要作用

需要看到的是，實驗與結(jié)論之間往往存在一定的距離，這個距離需要由推理來消弭。此外，雖然能夠從實驗中直接得出的結(jié)論說服力往往比較強，但并非所有結(jié)論都能從實驗中直接得出，如牛頓第一運動定律、真空不能傳聲等。這些結(jié)論都需要在實驗的基礎上進一步推理得出，其正確與否通常是看有無反例存在。對于推理而言，其目的自然在于概括得出科學結(jié)論以解釋更多的事實，在于提煉出問題解決的方法以解決更多的問題。

推理的關鍵在于邏輯，推理的魅力也在于邏輯。伽利略在反駁亞里士多德的觀點時，邏輯是非常清晰的：先認同“重的物體比輕的物體下落得快”，然后設想一個重球與一個輕球系在一起，那么整體更重，下落得就應該更快；再從另一個角度推理，由于重球比輕球下落得更快，因此輕球會被重球拉快，重球會被輕球拉慢，因此最終共同的速度應當比原來的重球慢。顯然，兩個結(jié)論矛盾，說明前提不成立，即亞里士多德的觀點是錯誤的?！芭ｎD大炮”的推理也很有意思：扔出去的石塊速度越快，就會飛越遠的距離才落地，那么如果在山上架一座大炮，讓炮彈的速度足夠快，炮彈就會繞著地球轉(zhuǎn)而不落下（當然，這已經(jīng)被各種衛(wèi)星所實現(xiàn)）……應當說，這些建立在實驗或事實基礎上的推理，其結(jié)論都很有說服力，因此容易為他人所接受。

教材中得出牛頓第一運動定律的推理也是有其邏輯的，這一邏輯來自實驗得出的事實——摩擦力越小，小球運動得越遠。按照這個邏輯，沒有摩擦力的時候，小球就能無限運動下去，由此最終認定這一運動就是勻速直線運動。實驗是事實，學生無法質(zhì)疑；推理有其邏輯，學生也可以接受，因此就可以順利完成牛頓第一運動定律的建立。

沒有邏輯的推理是不可信的，這在自然科學研究中是一個基本共識，但在社會領域卻存在很大的認知空白。人們在生活中會作出無數(shù)的判斷與決定，其中相當一部分都是推理的結(jié)果，這些推理幾乎都是經(jīng)驗性的，甚至是想象性的。這是一個非常普遍的現(xiàn)象，且在有些領域存在合理性，如文學領域的“一千個讀者有一千個哈姆萊特”。但這種合理性在另一些領域又不被允許，如：警察破案需要從現(xiàn)場提取事實要素，然后基于邏輯去推理現(xiàn)場情形，“真相只有一個”就是警察破案的基本理念。筆者以為，在涉及科學發(fā)展與人類利益的時候，堅持嚴謹?shù)目茖W態(tài)度與強烈的社會責任是必須的。然而，這樣的堅持，注定會面臨不少的挑戰(zhàn)。

四、 “實驗加推理”方法的理性思辨

從上面的分析可以發(fā)現(xiàn)，“實驗加推理”方法既是科學中常用的研究方法，同時也是生活中常用的認知手段。就后者而言，相關的例子不勝枚舉：除警察破案的例子外，諸如人們在生活中“看云識天氣”，實際上也是通過“看云”收集事實，然后發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律（即邏輯），才能成功推理（“識”）天氣的……正是因為這些客觀情形的存在，才使得在物理核心素養(yǎng)的四個內(nèi)涵要素中，“科學態(tài)度與責任”具有最顯著的跨越物理與生活的特征，是最能夠從物理向生活遷移的要素——將科學態(tài)度與社會責任放在一起闡述，很大程度上也是因為這個原因。

需要警醒的是，相對于從實驗現(xiàn)象中直接得出結(jié)論，推理過程的存在，會讓結(jié)論得出的過程以及結(jié)論本身存在被質(zhì)疑甚至被否定的可能。其原因就在于，“實驗加推理”方法有著嚴格的使用條件，即：實驗必須能夠反映出全部客觀事實，推理必須完全符合邏輯。然而，無論是在科學中還是在生活中，這樣的使用條件都很難得到保證。

上面所舉的在實驗基礎上推理得出牛頓第一運動定律的例子，看起來沒有任何破綻，但在歷史上其實并不是這樣的推理結(jié)果：伽得略所認為的水平面是“與地球中心等距的球面”，進而他認為“物體繞地球的圓周運動是慣性運動”。［5］這一結(jié)論與教材上的推理結(jié)果完全不同。換句話說，今天教材的編排并沒有還原歷史，同時也說明基于同樣的事實進行推理的時候，結(jié)論是有可能出現(xiàn)多種情形的：伽利略之所以有這樣的推理，是因為彼時包括他在內(nèi)的所有人的想象空間還局限在地球表面，并沒有將思維延伸到無限空間當中（后來是牛頓完成這一工作的）；今天在課堂上的推理看起來順理成章，實際上也是默認學生不會有伽利略那樣的邏輯，因此可以直接跨越到牛頓的邏輯。這樣的跨越或許有其必要性，畢竟今天的學生只能在這種接受的狀態(tài)中高效獲取知識。但嚴格來講，這樣的跨越是有缺陷的，這種缺陷又反過來進一步確認了“實驗加推理”方法必須嚴絲合縫，否則就有出錯的可能。在自然科學研究中出錯，會遲滯科研的腳步；在社會領域出錯，則可能引發(fā)不可預知的后果。

無論在自然科學研究中還是在社會領域，“實驗加推理”方法運用時最大的風險就是“預設立場”。如果有意無意地預設了立場，很自然地就會選擇性地收集證據(jù)，即收集對自己立場有利的證據(jù)，忽視或無視對自己立場不利的證據(jù)；在面對諸多可能邏輯的時候，也會傾向于選擇與預設立場相近的邏輯，于是也就很容易推理出錯誤結(jié)果。

這并非沒有實例。在自然科學研究中，科拉頓在研究電磁感應時，預設了“距離會影響實驗效果”的立場，所以才將檢測電流的裝置放在另一個房間里，于是“在跑來跑去中丟失了良機”［6］；在社會領域，某些“專家”之所以被大眾詬病，就是因為他們很多時候是在預設立場之后，有選擇地運用對自己立場有利的材料來說明某一觀點，而這些觀點與社會現(xiàn)象大相徑庭，與人們的實際體驗截然相反；在生活中，很多人與人之間的誤會，都是當事方根據(jù)自己看到的有限事實，加上潛意識中預設的立場，然后經(jīng)由不合邏輯的推理而造成的。這些都是“實驗（觀察）加推理”方法的誤用。

從科學態(tài)度與責任的角度來看，預設立場就是不科學的態(tài)度，同時也是社會責任的缺失。所以，“實驗加推理”這一方法能否成功，關鍵取決于收集的事實是否完整，取決于推理時邏輯是否嚴密。

五、 結(jié)語

科學與社會的發(fā)展總是曲折的，科學態(tài)度與責任能否得到培養(yǎng)，又能否得到堅守，往往也都在實踐中不斷地被實際情形所證實或證偽。費曼調(diào)查哥倫比亞號航天飛機失事，所反映出來的是一位科學家嚴謹?shù)目茖W態(tài)度與敢于擔當?shù)纳鐣熑巍Ｅc之形成鮮明對比的是，各級管理者為了能按時發(fā)射從而借此在上級面前邀功，對“天氣太冷不宜發(fā)射”的警告置若罔聞；調(diào)查組內(nèi)的一些人試圖阻止真相公布。這些人身上所表現(xiàn)出來的就是科學態(tài)度與社會責任的缺失……作為物理教師，所期待的是在面向?qū)W生的時候，能夠種下科學態(tài)度與責任的種子。

通過上面的分析可以發(fā)現(xiàn)，“實驗加推理”這一方法對于培養(yǎng)學生的科學態(tài)度與責任而言有著重要的作用。如果沿著“從生活走向物理，從物理走向社會”的思路，那么在學生的生活中、在整個社會中，所有的推理都應當建立在事實基礎之上，缺乏事實的推理、有事實但不合邏輯的推理，所得出的結(jié)論都是站不住腳的。如果從社會學視角看，科學態(tài)度與責任實際上正呼應著“實事求是”——“實事”即“事實”，“求”即“推理”，“是”即科學結(jié)論。認識到這一點，可以讓我們在生活中作出更多的正確判斷，這也正是科學態(tài)度與責任在生活中的體現(xiàn)。

面向?qū)W生的科學態(tài)度與責任培養(yǎng)，要有“靜待花開”的心態(tài)，要堅持隱性教育的思路。讓學生在實驗中建立起尊重事實的意識，在推理的過程中形成尊重邏輯的意識，就是在培養(yǎng)學生的科學態(tài)度與責任。值得一提的是，科學態(tài)度與責任不必非要與人類命運等宏大敘事聯(lián)系在一起。如果能夠理性看待自己的生活、科學判斷身邊的事物，那自然能夠在人類社會發(fā)展的過程中表現(xiàn)出應有的態(tài)度與責任。

朱永新教授說：“人文精神對于任何人都是不可或缺的?！保郏罚葸@樣的論斷，讓我們有必要重溫那句經(jīng)典的話：“科學是發(fā)動機，人文是方向盤。”［８］說到底，強調(diào)科學態(tài)度與責任，就是要為科學的發(fā)展約定正確的方向。當物理教學致力于幫助學生積累科學知識、生成核心素養(yǎng)的時候，科學態(tài)度與責任的落地，應當著眼于科學知識學習過程中的人文精神塑造。當學生擁有人文精神的時候，態(tài)度與責任自然就會指向合理的方向。因此，在物理教學中更多地滲透人文要素，是應然之舉。盡管其無法用分數(shù)來衡量，但一定是“無用之大用”。

參考文獻：

［１］ 中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準（2022年版）［S］.北京：北京師范大學出版社，2022：5.

［２］ 吳國盛.科學的歷程［M］.北京：北京大學出版社，2002：167.

［３］ 湯淺光朝.科學文化史年表［M］.張利華，譯.北京：科學普及出版社，1984：38.

［４］ 黃網(wǎng)官.再談科學思維及其培養(yǎng)［J］.教育研究與評論（中學教育教學），2023（1）：5257.

［５］［6］ 胡化凱.物理學史二十講［M］.合肥：中國科學技術(shù)大學出版社，2009：223，273.

［６］ 胡化凱.物理學史二十講［M］.合肥：中國科學技術(shù)大學出版社，2009：273.

［７］ 朱永新.課程改革的“減法”邏輯［J］.課程？教材？教法，2023（4）：4.

［８］ 曹文彪.科學與人文：發(fā)動機與方向盤［N］.光明日報，20040803（B1）.