科學(xué)教學(xué)不能只突出過程

1、科學(xué)教學(xué)不能只突出過程從“測不準(zhǔn)關(guān)系”談起“測不準(zhǔn)關(guān)系”是上個世紀(jì)物理學(xué)上的一個對科學(xué)和哲學(xué)均有深遠影響的偉大發(fā)現(xiàn)。海森堡在一篇文章中指出，他是在愛因斯坦所說的“正是理論決定了什么是可以觀測的”這一句話的啟發(fā)下才提出這樣的一個問題“如果從只有能用量子力學(xué)的數(shù)學(xué)方程式表示的那些情況才能在自然界中找到這樣的基本原則出發(fā)，那么，當(dāng)我們想知道一個波包的速度同時又想知道它的位置時，所能獲得的最佳準(zhǔn)確度是怎樣的呢？”“正是理論決定了什么是可以觀測的”。初次看這一句話，頭腦中首先想到的是，作為一名偉大的物理學(xué)家，愛因斯坦怎么是個唯心主義者呢？隨著閱歷的增長，現(xiàn)在愈來愈信服愛因斯坦的這句話了。事實上，不僅理論

2、決定了什么是可以觀測的，而且理論也決定了如何觀測和觀測到的是什么。校園內(nèi)有一種很醒目漂亮的像喇叭樣的黃色小花（后來上網(wǎng)查了一下，原來叫黃蟬）。走近仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)這種花竟然沒有花蕊。怎么會沒有花蕊呢？開花不是為了結(jié)果嗎？沒有花蕊，怎么結(jié)果？花蕊可是花的最主要的部分。拾起一朵落花，小心撕開，發(fā)現(xiàn)花蕊原來藏在完全封閉的喇叭管中。試想，如果沒有關(guān)于花的結(jié)構(gòu)的相關(guān)認(rèn)識，那我可能就不會想到去撕開看看了。碰巧看到了，也許也不知是何物。自然界中的花草樹木的莖千姿百態(tài)。然而生物學(xué)家早就認(rèn)識到，莖分節(jié)，節(jié)處生葉和芽（部分植物的側(cè)芽幾乎被完全抑制），莖的頂端有頂芽。有了這一認(rèn)識，不僅不至于將某些羽狀復(fù)葉的葉柄誤認(rèn)作

3、莖，而且在觀察各類植物的莖時也會更有條理更深入。在沒有這方面的認(rèn)識之前，筆者從未對植物進行有意識的系統(tǒng)的觀察沒有一定的理論，看也看不出什么名堂，最多也就僅能感受一點點表層式的感性美。有了這方面的一些粗淺的認(rèn)識后，再觀察植物時，對自然界的豐富多彩（沒有一定的認(rèn)識，觀察就很難細(xì)致深入。沒有細(xì)致深入的觀察，是看不到那種豐富與多彩的）及其內(nèi)在的統(tǒng)一（生物的統(tǒng)一性應(yīng)當(dāng)是自然進化與選擇的結(jié)果）的體會就更深了。有時，甚至?xí)悬c像愛因斯坦所說的：“從那些看來同直接可見的真理十分不同的各種復(fù)雜的現(xiàn)象中認(rèn)識到它們的統(tǒng)一性，那是一種壯麗的感覺”的那種感覺。當(dāng)然，愛因斯坦所說的，也許更多的是指向那種影響人類文明進程的

4、創(chuàng)造性的領(lǐng)悟。對于普通民眾而言，雖不能像富有影響的二十世紀(jì)上半葉英國純粹數(shù)學(xué)領(lǐng)袖哈代所說的“我曾為知識領(lǐng)域添磚加瓦，也曾幫別人添枝加葉；這些東西的價值，比起身后留下某種紀(jì)念物的大數(shù)學(xué)家或任何其他大大小小的藝術(shù)家們創(chuàng)造的價值，只是程度上有所不同，性質(zhì)上并無差異?！蹦菢訛槿祟愇拿鳌疤泶u加瓦”，但若能在一定程度上領(lǐng)悟偉大人物的創(chuàng)造性成就，也是一件很幸福很幸運的事情。作為一名物理學(xué)家，愛因斯坦所說的理論也許更多的是指物理學(xué)方面的基本定律。物理學(xué)的發(fā)展史表明，不僅“正是理論決定了什么是可以觀測的”，什么是不可能觀測到的，而且也只有理論才能告訴我們觀測到的是什么，只有理論才能告訴我們什么是可能的、什么是可

5、行的。雖然沒有經(jīng)驗，理論是空中樓閣；但沒有理論，人類就是睜眼瞎。如果不知道光沿直線傳播，那就不會明白大樹下的圓形光斑是什么；如果不是牛頓破解了顏色之謎，那人類也許至今仍沒能弄明白彩虹是什么。十七世紀(jì)后半葉，牛頓依據(jù)以他的名字命名的三大運動定律和萬有引力定律，畫出了人造地球衛(wèi)星的草圖。到了二十世紀(jì)，人類不僅成功地發(fā)射了人造衛(wèi)星，而且連普通人的生活都離不開人造衛(wèi)星了。在十九世紀(jì)中后半葉，科學(xué)家通過觀測太陽光譜，發(fā)現(xiàn)了一條新的譜線，由此推測出太陽上存在著一種地球上并不存在的元素，并將之命名為氦。氦的本意即是太陽元素，不過人類后來在地球上也找到了氦元素。如果沒有光譜分析的基本理論，科學(xué)家們也就難以明了

6、新譜線背后的秘密。伽利略早就指出，“物理定律在一切慣性參考系中具有相同的形式，任何力學(xué)實驗都不能區(qū)分靜止和勻速運動的慣性參考系?！?換句話說，這一原理告訴人們，想用力學(xué)實驗區(qū)分靜止和勻速運動的慣性參考系是不可能的。英國十九世紀(jì)的偉大的物理學(xué)家麥克斯韋，從他總結(jié)出的電磁學(xué)基本規(guī)律出發(fā)，預(yù)言了電磁波的存在，并指出光就是一種電磁波。沒有他的預(yù)言，人類可能在很長一段時間內(nèi)都不會知道電磁場還能獨立于電荷電流而存在，不知道光的本質(zhì)。下面再舉一個地理學(xué)方面的例子。在大約三十年前的一個端午節(jié)的傍晚，我在從學(xué)校往回家趕的路上無意間發(fā)現(xiàn)樹影居然是指向東偏南的位置。我當(dāng)時還在老家讀初三，我的家鄉(xiāng)位于北溫帶，我當(dāng)時就

7、想“太陽不是偏在南邊嗎？怎么影子會偏南呢？”大約十年前，深圳教改，我也由教物理變?yōu)楦慕探炭茖W(xué)。在浙江版科學(xué)教材第一冊第一章“時間的測量”中，提到用日影測時間的工具日昝。日昝我在故宮和深大都見過，但當(dāng)時并未怎么留意。教材上的那樣簡單的一句話，引發(fā)我思考這樣的幾個問題：日昝的昝針為何不與地面垂直呢？不同地方的昝針的指針指向相同嗎？如果將一根直桿立在水平面上，其桿影的指向隨時間將如何改變呢？為何沒有用它來計時呢？利用矢量三角形，我導(dǎo)出了一組豎直桿桿影指向等隨時間變化的數(shù)學(xué)關(guān)系式。由這組關(guān)系式，我立即發(fā)現(xiàn)，如果將此桿立在北極點，那桿影將在水平地面上勻速轉(zhuǎn)動。我在推導(dǎo)那組關(guān)系時，假定地球是勻速自轉(zhuǎn)，且忽

8、略一天之內(nèi)公轉(zhuǎn)對太陽高度的影響，但關(guān)系式中卻含有太陽直射緯度角。結(jié)合地球自轉(zhuǎn)想想，事實上確實應(yīng)當(dāng)如此。由此才推想到在北京故宮和深圳大學(xué)見過的日昝昝面與昝針雖然相差幾千公里遠，但卻是彼此平行的。再分析那組數(shù)學(xué)關(guān)系式，筆者從中很自然地導(dǎo)出了晝夜長短、極晝極夜、日升日落的方位等隨季節(jié)變化的規(guī)律。在這些認(rèn)識的基礎(chǔ)上，筆者對樹影、太陽方位等的觀察也就不再像以前那樣混亂了。或者說，正是那組數(shù)學(xué)關(guān)系式告訴了我觀察到的是什么。也正是在這組數(shù)學(xué)關(guān)系式的基礎(chǔ)上，筆者在第二學(xué)期教季節(jié)形成、晝夜長短變化規(guī)律時，很自然地想到了利用一個紙筒套在小地球上探究這些規(guī)律的小實驗?，F(xiàn)在的教改有時會給科學(xué)教師一個“純理論沒什么用”

9、的印象。在很多情況下，人們都反反復(fù)復(fù)地強調(diào)要“重過程，輕結(jié)論”。筆者覺得，這一提法有點矯正過枉。對于學(xué)生而言，學(xué)習(xí)科學(xué)的最主要的任務(wù)仍然是學(xué)習(xí)各種理論知識那是人類文明的結(jié)晶。提出“重過程”，在很大程度上僅僅是為了矯正以往科學(xué)教學(xué)中的那種機械式傳授科學(xué)知識的方法，僅僅是為了矯正以往科學(xué)教學(xué)中忽視培養(yǎng)學(xué)生探究意識和探究能力的不足，它并沒有否定“理論”的重要性。沒有一定的“理論”認(rèn)識，就沒有細(xì)致深入系統(tǒng)的觀察，就不可能提出豐富多彩的具體而又深入的問題、猜想和探究。 “知識就是力量”，不要忽視了知識的重要性。“重過程”，并是說可以輕視理論。切勿要從一個極端走向另一個極端！附：為了避免此文標(biāo)題給人們造成認(rèn)識上的可能出現(xiàn)的誤解，也為了讓讀者更好地理解此文的標(biāo)題，筆者在此再補摘愛因斯坦的另外兩句名言：純粹的邏輯思維不能給我們?nèi)魏侮P(guān)于經(jīng)驗世界的知識；一切關(guān)于實在的知識，都是從經(jīng)驗開始，又終結(jié)于經(jīng)驗。必須把所有漫無秩序的事實搜集起來，用創(chuàng)造的想象力去理解和貫穿它們。后記：前段時間，在網(wǎng)上看到一篇何作庥院士回憶彭桓武先生的文章。文章中這樣的幾句話給我的印象特別深：“彭先生把我介紹給鄧稼先，讓我追隨鄧稼先從事衰變的研究。所以我就跟鄧稼先共同作衰變的研究。從事這樣研究有什么好處呢？好處是