他們會(huì)不斷地提出問題再用科學(xué)方法解決這些問題而在解決

1、科學(xué)家的特質(zhì)是好奇與思考科學(xué)家的特質(zhì)是好奇與思考由於好奇，他們會(huì)不斷地提出問題由於好奇，他們會(huì)不斷地提出問題再用科學(xué)方法解決這些問題再用科學(xué)方法解決這些問題而在解決問題的過程中而在解決問題的過程中發(fā)展出各種巧妙的思考方式發(fā)展出各種巧妙的思考方式科學(xué)家的巧思科學(xué)家的巧思科學(xué)家是一群用科學(xué)方法解決科學(xué)問題的人。所謂的科學(xué)方法，科學(xué)家是一群用科學(xué)方法解決科學(xué)問題的人。所謂的科學(xué)方法，包括包括4 4個(gè)步驟個(gè)步驟1.1.觀察觀察: :觀察是借助一種或多種感官和儀器從環(huán)境中獲得資觀察是借助一種或多種感官和儀器從環(huán)境中獲得資 訊的歷程訊的歷程2.2.假設(shè)與推論假設(shè)與推論: :假設(shè)是科學(xué)家對(duì)觀察結(jié)果提出的解釋

2、假設(shè)是科學(xué)家對(duì)觀察結(jié)果提出的解釋; ;推推 論是指以現(xiàn)有的資訊為基礎(chǔ)，運(yùn)用邏輯思考論是指以現(xiàn)有的資訊為基礎(chǔ)，運(yùn)用邏輯思考 推導(dǎo)出的結(jié)論推導(dǎo)出的結(jié)論. .3.3.預(yù)測(cè)預(yù)測(cè): :科學(xué)家根據(jù)假設(shè)與推論，再運(yùn)用想像力對(duì)可能發(fā)展科學(xué)家根據(jù)假設(shè)與推論，再運(yùn)用想像力對(duì)可能發(fā)展 的結(jié)果做出猜測(cè)的結(jié)果做出猜測(cè)4.4.實(shí)驗(yàn)與驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)與驗(yàn)證: :科學(xué)家用觀察或進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來蒐集新的訊息，科學(xué)家用觀察或進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來蒐集新的訊息， 來判斷假設(shè)與預(yù)測(cè)的正確性。來判斷假設(shè)與預(yù)測(cè)的正確性。我國(guó)古人大都相信天圓地方我國(guó)古人大都相信天圓地方,西方的古人也以為人類是生活西方的古人也以為人類是生活在一個(gè)平面的大地上在一個(gè)平面的大地上, ,

3、只有極少數(shù)科學(xué)家懷疑這個(gè)觀念的正確性，只有極少數(shù)科學(xué)家懷疑這個(gè)觀念的正確性，出生於公元前出生於公元前276 276 年的埃及學(xué)者埃律吐新尼（年的埃及學(xué)者埃律吐新尼（EratosthenesEratosthenes），），是這些科學(xué)家中第是這些科學(xué)家中第1 1 位用科學(xué)方法成功解答這個(gè)問題的學(xué)者。位用科學(xué)方法成功解答這個(gè)問題的學(xué)者。宏觀思考宏觀思考宏觀思考宏觀思考觀察觀察: :在夏至當(dāng)天正午在夏至當(dāng)天正午,Eratosthenes,Eratosthenes在他居住的亞力山卓城在他居住的亞力山卓城 (Alexandria)(Alexandria)的深井中的深井中, ,他看不到太陽(yáng)的倒影在井底他看不

4、到太陽(yáng)的倒影在井底 閃耀，而且直立的長(zhǎng)柱也會(huì)出現(xiàn)影子。他小心地量出閃耀，而且直立的長(zhǎng)柱也會(huì)出現(xiàn)影子。他小心地量出 陽(yáng)光與柱子的夾角是陽(yáng)光與柱子的夾角是7.12 7.12 度，大約是度，大約是360 360 度的五十分度的五十分 之一。之一。 EratosthenesEratosthenes在距離亞力山卓城在距離亞力山卓城800 800 公里的錫尼市公里的錫尼市 (Syene)(Syene)的深井一看，看到太陽(yáng)的倒影在井底閃耀，同的深井一看，看到太陽(yáng)的倒影在井底閃耀，同 時(shí)直立的長(zhǎng)柱沒有影子。時(shí)直立的長(zhǎng)柱沒有影子。宏觀思考宏觀思考如果大地是平的，在夏至正午，無論在何如果大地是平的，在夏至正午，無

5、論在何處，直立的柱子都不會(huì)有影子。處，直立的柱子都不會(huì)有影子。如果大地是圓的，則在夏至正午，錫尼市如果大地是圓的，則在夏至正午，錫尼市的直立柱子沒有影子，而亞力山卓城的直的直立柱子沒有影子，而亞力山卓城的直立柱子會(huì)有影子。立柱子會(huì)有影子。假設(shè)與推論假設(shè)與推論: :如果人類居住的大地是一個(gè)廣大的平面，則在夏至如果人類居住的大地是一個(gè)廣大的平面，則在夏至 那天的正午，太陽(yáng)光直射而下時(shí)，在大地上的任何那天的正午，太陽(yáng)光直射而下時(shí)，在大地上的任何 城市，直立的柱子都不會(huì)有影子。城市，直立的柱子都不會(huì)有影子。 Eratosthenes Eratosthenes在夏至正午，觀察到在錫尼市的直立在夏至正午，

6、觀察到在錫尼市的直立 柱子沒有影子，但在亞力山卓城直立柱子卻有明顯柱子沒有影子，但在亞力山卓城直立柱子卻有明顯 的影子。因此他推論大地不是平的，地面可能是彎的影子。因此他推論大地不是平的，地面可能是彎 曲的，換言之，大地可能是個(gè)球體。曲的，換言之，大地可能是個(gè)球體。預(yù)測(cè)預(yù)測(cè): : 埃律吐新尼斯根據(jù)觀察的結(jié)果，推論大地可能是個(gè)埃律吐新尼斯根據(jù)觀察的結(jié)果，推論大地可能是個(gè) 球體。如果把亞力山卓城及錫尼市的兩枝直立的柱球體。如果把亞力山卓城及錫尼市的兩枝直立的柱 子想像成兩條直線，把這兩條直線向地下延伸，它子想像成兩條直線，把這兩條直線向地下延伸，它 們應(yīng)會(huì)在地球的中心相交，且交角與亞力山卓城的們應(yīng)

7、會(huì)在地球的中心相交，且交角與亞力山卓城的 柱子和夏至正午時(shí)陽(yáng)光的夾角應(yīng)該相同，都是柱子和夏至正午時(shí)陽(yáng)光的夾角應(yīng)該相同，都是7.12 7.12 度。度。 於是埃律吐新尼斯用以下比例式，算出地球的圓周於是埃律吐新尼斯用以下比例式，算出地球的圓周 地球的圓周：亞力山卓城至錫尼市的距離地球的圓周：亞力山卓城至錫尼市的距離 360 360 ： 7.12 7.12 地球的圓周（亞力山卓城至錫尼市的距離）地球的圓周（亞力山卓城至錫尼市的距離）* *（360/7.12360/7.12） （800800公里）公里）* *（5050） 40,000 40,000 公里公里宏觀思考宏觀思考驗(yàn)證驗(yàn)證 : :埃律吐新尼

8、斯在每年夏至正午都到不同的地點(diǎn)，觀察埃律吐新尼斯在每年夏至正午都到不同的地點(diǎn)，觀察 並測(cè)量直立長(zhǎng)柱的影子，並用相同的方式估算地球的並測(cè)量直立長(zhǎng)柱的影子，並用相同的方式估算地球的 圓周，結(jié)果在不同地點(diǎn)算出的值都非常接近，約為圓周，結(jié)果在不同地點(diǎn)算出的值都非常接近，約為4 4 萬公里。由於經(jīng)過錫尼市不同方向的圓周都約為萬公里。由於經(jīng)過錫尼市不同方向的圓周都約為4 4 萬萬 公里，因此埃律吐新尼斯確信地球是個(gè)圓周公里，因此埃律吐新尼斯確信地球是個(gè)圓周4 4 萬公里萬公里 的圓球。的圓球。宏觀思考宏觀思考埃律吐新尼斯是個(gè)好奇心非常強(qiáng)烈，想像力非常卓越的學(xué)者。埃律吐新尼斯是個(gè)好奇心非常強(qiáng)烈，想像力非常卓

9、越的學(xué)者。強(qiáng)烈的好奇心促使他深入觀察日常生活中的各種現(xiàn)象，卓越強(qiáng)烈的好奇心促使他深入觀察日常生活中的各種現(xiàn)象，卓越的想像力促使他把思考的範(fàn)圍不斷擴(kuò)大，教育學(xué)家把他這種的想像力促使他把思考的範(fàn)圍不斷擴(kuò)大，教育學(xué)家把他這種不斷擴(kuò)大研究範(fàn)圍的思考方式稱為宏觀思考（不斷擴(kuò)大研究範(fàn)圍的思考方式稱為宏觀思考（big-picture big-picture thinkingthinking）。）。宏觀思考宏觀思考定量思考定量思考古代希臘哲學(xué)家認(rèn)為世上一切物古代希臘哲學(xué)家認(rèn)為世上一切物質(zhì)都是由質(zhì)都是由4 4 種元素種元素土、水、土、水、火及空氣，以不同的比例組成的。火及空氣，以不同的比例組成的。他們相信，每種

10、元素都是兩個(gè)性他們相信，每種元素都是兩個(gè)性質(zhì)的組合，例如水是濕與冷的元質(zhì)的組合，例如水是濕與冷的元素，土是乾與冷的元素。他們認(rèn)素，土是乾與冷的元素。他們認(rèn)為如果用乾的性質(zhì)取代水中濕的為如果用乾的性質(zhì)取代水中濕的性質(zhì)，水就能轉(zhuǎn)變成土。性質(zhì)，水就能轉(zhuǎn)變成土。18 18 世紀(jì)，科學(xué)家用玻璃器具裝世紀(jì)，科學(xué)家用玻璃器具裝水，在長(zhǎng)時(shí)間加熱之後，發(fā)現(xiàn)水水，在長(zhǎng)時(shí)間加熱之後，發(fā)現(xiàn)水中有泥狀白色沉澱物生成。用這中有泥狀白色沉澱物生成。用這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，推論水能變成土個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，推論水能變成土是正確的。是正確的。法國(guó)著名化學(xué)家拉瓦錫也對(duì)這個(gè)法國(guó)著名化學(xué)家拉瓦錫也對(duì)這個(gè)問題極感興趣。為了尋求答案，問題極感興趣。為了

11、尋求答案，他決定設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)他決定設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn), ,去找出答案。去找出答案。希臘人的希臘人的4 種元素與它們的性質(zhì)種元素與它們的性質(zhì)定量思考定量思考觀察觀察: :拉瓦錫先把水蒸餾了拉瓦錫先把水蒸餾了8 8 次，再把這些水和蒸餾瓶分別秤次，再把這些水和蒸餾瓶分別秤 重，接著把蒸餾水放入已稱重的瓶中，加熱驅(qū)除其中的重，接著把蒸餾水放入已稱重的瓶中，加熱驅(qū)除其中的 空氣後，以玻璃塞密封，再重新進(jìn)行稱量。然後加熱至空氣後，以玻璃塞密封，再重新進(jìn)行稱量。然後加熱至 攝氏六、七十度，蒸餾水產(chǎn)生的水蒸氣會(huì)在蒸餾裝置上攝氏六、七十度，蒸餾水產(chǎn)生的水蒸氣會(huì)在蒸餾裝置上 端冷凝，又回到蒸餾瓶中，因此在實(shí)驗(yàn)過程中，水蒸氣端

12、冷凝，又回到蒸餾瓶中，因此在實(shí)驗(yàn)過程中，水蒸氣 並不會(huì)逸出蒸餾裝置外。並不會(huì)逸出蒸餾裝置外。17681768年年10 10 月月24 24 日開始實(shí)驗(yàn)，使水溫保持在攝氏日開始實(shí)驗(yàn)，使水溫保持在攝氏6060度到度到70 70 度度17681768年年11 11 月底，水開始混濁月底，水開始混濁17681768年年12 12 月中，已有白色沉澱物生成月中，已有白色沉澱物生成1769 1769 年年2 2 月月1 1日，日， 把熱源關(guān)閉，讓系統(tǒng)自然降溫至室溫，再把熱源關(guān)閉，讓系統(tǒng)自然降溫至室溫，再分別量秤它們的重量。他發(fā)現(xiàn)水的重量並未改變，但蒸餾裝置分別量秤它們的重量。他發(fā)現(xiàn)水的重量並未改變，但蒸餾

13、裝置重量減輕了，減輕的重量等於沉澱物的重量。重量減輕了，減輕的重量等於沉澱物的重量。定量思考定量思考假設(shè)與推論假設(shè)與推論: : 實(shí)驗(yàn)的最後實(shí)驗(yàn)的最後, ,水的重量並沒有改變，水的重量並沒有改變， 且仍有沉澱且仍有沉澱 物，因此拉瓦錫推論水不會(huì)變成土。實(shí)驗(yàn)結(jié)物，因此拉瓦錫推論水不會(huì)變成土。實(shí)驗(yàn)結(jié) 果又顯示，蒸餾裝置的重量加上實(shí)驗(yàn)過程中生成果又顯示，蒸餾裝置的重量加上實(shí)驗(yàn)過程中生成 沉澱物重量，等於實(shí)驗(yàn)前蒸餾裝置的重量，換言沉澱物重量，等於實(shí)驗(yàn)前蒸餾裝置的重量，換言 之，實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生沉澱物，是蒸餾裝置中一部之，實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生沉澱物，是蒸餾裝置中一部 分玻璃溶解所產(chǎn)生的分玻璃溶解所產(chǎn)生的. .定量

14、思考定量思考預(yù)測(cè)預(yù)測(cè) : : 拉瓦錫認(rèn)為實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的沉澱物來自玻璃，預(yù)測(cè)這沉澱拉瓦錫認(rèn)為實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的沉澱物來自玻璃，預(yù)測(cè)這沉澱 物的所有元素都應(yīng)包含在蒸餾裝置的玻璃中。物的所有元素都應(yīng)包含在蒸餾裝置的玻璃中。實(shí)驗(yàn)與驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)與驗(yàn)證: :拉瓦錫的朋友、瑞典化學(xué)家舍勒，分析了這個(gè)沉拉瓦錫的朋友、瑞典化學(xué)家舍勒，分析了這個(gè)沉 澱物的成分與玻璃的成分，發(fā)現(xiàn)玻璃果然包含沉澱物的成分與玻璃的成分，發(fā)現(xiàn)玻璃果然包含沉 澱物中所有的元素。這實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)沉澱物是來澱物中所有的元素。這實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)沉澱物是來 自玻璃，而不是水變成的土，因此拉瓦錫的自玻璃，而不是水變成的土，因此拉瓦錫的 推論水不會(huì)變成土是正確的。推論水不會(huì)變成土是正確的。定量思考定量思考定量思考定量思考拉瓦錫堅(jiān)信，精確測(cè)定重量是發(fā)現(xiàn)真理的基本法則拉瓦錫堅(jiān)信，精確測(cè)定重量是發(fā)現(xiàn)真理的基本法則, ,精確地精確地測(cè)量反應(yīng)前、後各種反應(yīng)物與生成物的重量，並且用定量思考測(cè)量反應(yīng)前、後各種反應(yīng)物與生成物的重量，並且用定量思考改正過去錯(cuò)誤的理論與學(xué)說改正過去