科學教學不能只突出過程

1、科學教學不能只突出過程從“測不準關系”談起“測不準關系”是上個世紀物理學上的一個對科學和哲學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的數(shù)學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？開花不是為了結果嗎？沒有花蕊，怎么結果？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，如果沒有關于花的結構的相關認識，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)。然而生物學家早就認識到，莖分節(jié)，節(jié)處生葉和芽（部分植物的側芽幾乎被完全抑制），莖的頂端有頂芽。有了這一認識，不僅不至于將某些羽狀復葉的葉柄誤認作

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識后，再觀察植物時，對自然界的豐富多彩（沒有一定的認識，觀察就很難細致深入。沒有細致深入的觀察，是看不到那種豐富與多彩的）及其內在的統(tǒng)一（生物的統(tǒng)一性應當是自然進化與選擇的結果）的體會就更深了。有時，甚至會有點像愛因斯坦所說的：“從那些看來同直接可見的真理十分不同的各種復雜的現(xiàn)象中認識到它們的統(tǒng)一性，那是一種壯麗的感覺”的那種感覺。當然，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)造性的領悟。對于普通民眾而言，雖不能像富有影響的二十世紀上半葉英國純粹數(shù)學領袖哈代所說的“我曾為知識領域添磚加瓦，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念物的大數(shù)學家或任何其他大大小小的藝術家們創(chuàng)造的價值，只是程度上有所不同，性質上并無差異?！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。作為一名物理學家，愛因斯坦所說的理論也許更多的是指物理學方面的基本定律。物理學的發(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，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。在十九世紀中后半葉，科學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。英國十九世紀的偉大的物理學家麥克斯韋，從他總結出的電磁學基本規(guī)律出發(fā)，預言了電磁波的存在，并指出光就是一種電磁波。沒有他的預言，人類可能在很長一段時間內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。下面再舉一個地理學方面的例子。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。我當時還在老家讀初三，我的家鄉(xiāng)位于北溫帶，我當時就

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。在浙江版科學教材第一冊第一章“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，我導出了一組豎直桿桿影指向等隨時間變化的數(shù)學關系式。由這組關系式，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動。我在推導那組關系時，假定地球是勻速自轉，且忽

8、略一天之內公轉對太陽高度的影響，但關系式中卻含有太陽直射緯度角。結合地球自轉想想，事實上確實應當如此。由此才推想到在北京故宮和深圳大學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)學關系式，筆者從中很自然地導出了晝夜長短、極晝極夜、日升日落的方位等隨季節(jié)變化的規(guī)律。在這些認識的基礎上，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)學關系式告訴了我觀察到的是什么。也正是在這組數(shù)學關系式的基礎上，筆者在第二學期教季節(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，人們都反反復復地強調要“重過程，輕結論”。筆者覺得，這一提法有點矯正過枉。對于學生而言，學習科學的最主要的任務仍然是學習各種理論知識那是人類文明的結晶。提出“重過程”，在很大程度上僅僅是為了矯正以往科學教學中的那種機械式傳授科學知識的方法，僅僅是為了矯正以往科學教學中忽視培養(yǎng)學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”認識，就沒有細致深入系統(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?！爸剡^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：為了避免此文標題給人們造成認識上的可能出現(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任何關于經(jīng)驗世界的知識；一切關于實在的知識，都是從經(jīng)驗開始，又終結于經(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