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  • 關於科學每個中學生都應該了解些什麼

    作者:麥克爾__凱斯

     

    由於科學是現代社會的一個核心特徵,因此每個人都需要對它有一個徹底的了解。特別是對每個中學生來講,他們應該知道1)什麼是科學,2)科學實踐的不同方法,以及3)科學為什麼是重要的。第一個話題和哲學相關,第二個是屬於程序性和歷史性的話題,第三個則激勵學生去學習科學。

     

    是什麼使科學區別於其它的學科,如宗教、哲學、或歷史呢? 正如史蒂芬_雅曾經所闡述的 (見他在《創造假說》中關於“劃分問題”的一篇文章 ), 這個問題沒有定論,部分原因是因為實際中科學實踐的方法相當的多。在大多數情況下,我們只能簡單地認出我們所見到的著名的科學。學生應該應對界定科學的挑戰,並能夠認識到為何在科學哲學中的這個界定會如此艱難。在美國,大約有四十個州的教育部門把科學粗略地定義為“使用觀察、實驗和邏輯論證的方法來觀察自然界”(喬納森_www.discovery.org/csc,2005年11月)。只有堪薩斯州和馬薩諸塞州提出用一個定義來嚴格界定科學,即僅允許用不能控制的自然原因來解釋所觀察到的事物。學生應該知道為什麼這種限制是具有爭議性的。

     

    其次,學生應該感謝多種科學實踐方法,我將它稱之為方法多元論。實驗室的科學家們根據標準的實驗方法來積極操縱各種條件。天文學家往往局限於被動地探求太空深處,而在那兒,天體則超出了實驗控制範圍。地質學家通過大量借用其它科學學科的研究方法和自然法則來研究一個單一的大型對象(地球)。天文學家和地質學家有時使用仿真模型了解他們所研究對象大規模的、長期的變化。許多物理學家研究極微小的亞原子粒子,這就對研究提出了獨特的挑戰。在大多數科學教科書的前言章節中所提出的“科學方法”通常不能認識到實際科學實踐方法的多樣化。(亨利_玻爾:《科學素養和科學方法的神話》,1992年)。

     

    同時,學生還應該認識到不同的信仰如何形成科學實踐。這是另一種形式的方法多元論。例如,古代巴比倫人開創了人類歷史上最長遠的、持續性的科學研究(20世紀)。雖然他們的動機是基於宗教和星象,他們研究產生的數學天文具有強大的預測能力。許多天文事件能準確地予以提前預測(諾埃爾_1998年)。學生必須明白,各種宗教、反宗教和非宗教的觀點常常可以激發科學成功。《全國科學教育標準》(http://www.nap.edu/readingroom/books/nses/6e.html,國家科學院出版社,1996年)肯定了這種做法:“社會、文化個人信仰以及看待這個世界的角度都會對科學家產生影響。科學不是脫離社會,它社會的一部分。” 這種科學教育的方法將包括對科學中自然主義的影響的討論。哲學形式的自然主義觀點認為超出自然的任何事物都是不真實的。這就上昇到了無神論的高度。科學中的自然主義觀點導致許多科學家局限於物質的原因來解釋自然界。這也可以稱之為方法論自然主義。學生應該意識到科學的社會影響,並鼓勵他們用批評的眼光來評價它們。

     

    另外,學生還需要認識到,科學具有截然不同的兩個根本目標: 一個是“事物是如何運作的”;另一個是“事物是如何起源的。”上述每一個不同目標都是通過搜集不同的研究工具而取得的。這也是方法論的多元化。關於第一個目標,即“事物是如何運作的,”幾乎涵蓋了直到十九世紀初的所有科學。在那個時候,地質學和生物學都是通過嚴格的實證研究的手段來調查“事物是如何起源的”馬丁_2005)。調查“起源”的科學家研究現存的事物的;並利用該研究證據來建構關於自然事物起源的各種競爭的假說。地質學家--與大多數古代哲人不同--普遍認為地球不是永恆不變的,地球有其開始階段,並隨着時間的推移通過特定的階段而發生變化。

     

    這種看法部分是出於猶太教和基督教的歷史觀,該歷史觀的概念包括獨特的開始、不可重複的發展和結束(魯德威克,第7頁和第642頁)。真正的歷史發展取代了古希臘的無限循環的思想。神聖與世俗兩種觀點為早期的重建地球歷史的努力提供了類比。例如,早期地質學家用化石作為地球歷史紀錄的標記,這和用人類遺物,如硬幣,作為考古學中的重要年代順序的標誌有異曲同工之妙。化石被稱為“自然的硬幣。” 這些科學史的文化遺產在科學中應有一席之地。對十九世紀早期地球歷史發現的復述了有阻於澄清一種普遍誤解:那就是科學在本質上不能包括關於過去歷史上不可重複事件的研究。自19世紀20世紀以來的地球科學和生命科學,以及自20世紀以來的宇宙論都在現有證據的基礎上認證和解釋了許多過去發生的事件。儘管這些結果不像一些可重複的實驗室實驗那麼言之鑿鑿,但它們卻是最出色的現代科學成果。

     

    第三,我們必須要使學生充分相信科學是重要的。我們對“事物是如何運作”的理解有利於我們更好地管理地球自然資源和提高人體健康。對宇宙起源和生命的科學爭論在科學教育中應予以特別關注,因為它影響着我們對生命和人類目的的看待方式。最簡單的細菌細胞以及它的高度精密的分子機器的那令人嘆為觀止的錯綜性和複雜性都會讓學生感到肅然起敬。有些學生可能將這個顯著的設計歸咎於自主性本性(自然主義觀點)。另外一些學生可能會認為這些指向了一個超越了自然王國的設計師。但是,還有一些學生可能還會有其它的一些想法。科學教師應該幫助學生形成自己的認真對待科學(以及其它學識)的觀點。如果沒有這種平衡,那麼科學教育就會淪為宣傳而已。

     

    激勵學生學習科學以及對其進行批判性思考的一種方法就是對那些具有科學爭議的案例進行研究。通過案例研究,學生將會從多個競爭的假說中獲得推測出最好解釋的標準的科學研究程序的見識。查理斯_《物種起源》,第2頁)。在今天的公共教育政策的氣候下,這也就意味着,不僅只教授對達爾文理論有利的證據,也教授挑戰達爾文理論的證據。舉例來說,任何一個完整的關於生物起源的理論都應該研究化石證據。“寒武紀爆炸”的化石顯示出,幾乎所有動物生命體的基本形式都是突然出現的,沒有任何明顯的前驅體。它不僅僅在地質上是非常明顯地突如其來,而且所觀察到的許多大類(動物門類)都是在增加物種細小差別前出現。達爾文理論地預測與之相反:通過自然選擇,細小的差異擴大,然後產生主要的解剖學差異。學生應該知道這個證據是對達爾文主義的挑戰,但是很少的生物學教科書對其提及。

     

    再來看另一個例子。許多生物學教科書討論加拉帕哥斯群島上的雀類,這些雀類的鳥喙的形狀和大小是隨着時間的改變而改變的。同時,它們還論述了一些細菌對一些特定的抗生素如何產生抗藥性。此類事件給生物進化提供了一些確鑿的證據。而事實上,它們是根據對演變的定義來決定的(斯蒂芬__2003年)。然而,很少生物學課本區分和“演化”相關的出不同的含義?微的變化到通過藉助於完全無意識的、物質的力量而創造生命的任何一種事物。它們既沒有解釋鳥喙形狀變化的循環差異的過程,也沒有解釋鳥類或生物學家首先是從哪兒開始的。正如許多傑出生物學家(如斯杜瓦德_曼、魯道夫__)最近在技術論文上闡述的那樣,小規模的“微觀進化”的變化並不能外延用來解釋大規模的“宏觀進化”的創新。微觀進化的變化(例如鳥喙形狀的變化)僅利用或表述已有基因的信息;對於裝配新的器官或軀體所必須的大規模宏觀進化的變化需要產生全新的遺傳信息。領先的進化生物學家知道這種差異對現代達爾文主義構成了新的挑戰。學生也應該意識到這一點。

     

    一種“教授爭論”的做法使得生物學富有生命力,且少了些許的教條主義。學生應該根據科學在實際中的實踐來學習它。科學家們常常為如何最好地解讀數據而進行辯論,他們甚至對稱之為合法地“科學解釋”爭論不已。在科學里,爭論是正常的(並不只是一個侵擾)。學生應該學會更好地辨別證據(事實數據)和推理(推理的結論)之間地區別。作為公民,都需要這些技能,不管他們是選擇科學領域中的職業還是其它領域中行業。不管是在關於起源這個問題上,還是在其它方面,教導一個科學問題的多方面的教學方法在近來都被認為是優質的教學方針。最近關於達爾文主義和智能化設計的科學爭論在學生中引起了濃厚的興趣,他們關注極大的關於生命的問題。基於設計理論的研究是大有希望的,在不久的將來將會產生深刻的結果。不管它的成功程度如何,科學教育團體都將有越來越強的理由把這一理論融入到科學的教導中去。

     

    主張只用達爾文方法來進行生命科學教育往往藉助於全國科學教育標準(NSES)來鞏固其觀點。全國教育標準制定了第一部非強制性的國家文件,該文件目前正在指導美國許多科學教育的改革。具有諷刺意味的是,全國教育標準中的表述支持這篇文章中的主要觀點。全國教育標準呼籲全美的學生“去辯明他們的假設,要用批判性的和邏輯性的思維方法,並考慮其他的解釋?”http://www.nap.edu/readingroom/books/nses/overview.html)。如果僅僅告訴學生把達爾文主義作為一個“事實”全盤接受,那麼這對培養學生成為具有判斷力的、懷疑眼光的以及科學性的思想家又有什麼幫助呢?在該標準中,對第9至第12年級的目標是要讓所有學生了解生物進化。我們高度贊成這一目標。事實上,我們希望學生了解比大多數主張只學習達爾文的那些人所希望的更多的達爾文進化論知識。這裡的“多”在我們的腦海包括了達爾文理論的一些不足的地方(不僅僅是對其優點的選擇性陳述)。微觀進化論的規範得到了很好的創立,它也是達爾文的文化遺產對人類知識的一個貢獻。宏觀進化論是另一回事。專家們對此有不少爭議,學生們也不應該避免受這些爭議爭議。

     

    國家教育標準主張用“用歷史去詳細解釋科學探索中的方方面面、科學的本質、以及不同歷史和文化視角下的科學”(http://www.nap.edu/readingroom/books/nses/6e.html)換句話說,科學史可以融入到科學課程中,從而籍此來幫助學生了解科學、科學實踐的多種方式,以及為什麼它對其它的人類經驗是重要的。

     

    簡介

    麥克爾_凱斯於1992年在奧克拉荷馬大學獲得科學史博士學位。作為東德的一名富布萊特學者,他經歷了柏林牆事件幕後的最後一些歷史時刻。他是貝勒大學的歷史和科學哲學教授,他在該大學教授關於科學和宗教的碩士學位課程。他曾多次為文選詩集和學術期刊撰稿。作為發現研究所的高級研究員,他參與合著中學與大學的科學課程。他還領導了關於科學教師如何教授諸如進化論等具有爭議性的主題的討論會。