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1、第四章教师科学素养 现代社会科学技术正以前所未有的速度引起人类社会生产、生活方式的深刻变革，科学知识、科学方法越来越广泛地影响着人们的生活质量和社会价值观。为了适应科学技术的迅猛发展，20世纪80年代以来，世界各国都把提高公民的科学素养放到国家和社会发展的战略地位。提高公民科学素养，学校教育是基础，教师科学素养是关键，要求教师要关注科学，注重科学素养的提升。第一节教师科学素养概述 科学素养(science IJteracy，简称sL)的研究最早始于美国。美国1957年进行了第一次调查，1972年以后在美国科学基金会的资助下，开始每两年一次的公众科学素养调查和研一、科学概述 (一)科学的概念 科
2、学一词来源于拉丁文“scientia”，意指“知识”、学问”。1893年康有为引进并使用“科学”一词，随后，严复在翻译天演论和原富时，也使用“科学”这个词语。此后，“科学”便在中国广泛运用。前苏联大百科全书中说：“科学是对现实世界规律的不断深入认，识的过程。”中国大百科全书把科学定义为“关于自然、社会和思维的知识体系”。 现代意义上的“科学”，具有多重含义，以下简要概述。 1科学是对客观事实和规律的理性认识 人们认识了自然界或社会某一领域现象的本质和规律，就获得了某一方面的科学知识。达尔文说过：“科学就是整理事实，以便从中得出普遍的规律或结论。”这里所谓的“事实”，可以是自然的事实，也可以是历
3、史事实、社会事实和其他事实。而所谓“规律”则是指事物或现象之间内在的本质的必然联系，在一定条件下是可以反复出现的。所谓理性的认识，首先是指从事物或现象本身去寻求原因，去探索事实和规律。其次，理性认识是指通过实践获得感性认识，然后经过大脑逻辑思维加工，上升到理性层次的认识。科学随着人们认识水平的提高而不断完善和发展。 【资料链接1】 从“燃素说”看“科学的发展” “燃素说”是化学史上解释物体燃烧的一种学说。这种观点认为，燃烧是一种分解过程， 物质燃烧时释放出一种叫做“燃素”的东西。 早期的医疗化学家们设想化学物质含有三大元素：硫为易燃的元素，汞为流动性和挥发性的元素，盐为固定和不活动的元素。16
4、69年美因茨大学医学教授约钦姆贝歇尔修改了医疗化学的学说，主张固体的泥土物质一般含有三种成分：“石土”是存在于一切固体中的种固定的土，相当于早期医疗化学家的盐元素；“油土”是存在于一切可燃物体中的一种油性的土，相当于硫元素；汞土”是一种流动性的土，相当于汞元素。贝歇尔认为一切可以燃烧的物体含有硫质的、油性的“油土”，它在燃烧过程中从它与别的土结合中逃了出来。燃烧是一种分解作用，物质燃烧后，留下的灰烬是成分更简单的物质。 1703年，德国哈雷大学医学与化学教授格奥尔格恩斯特。斯塔尔把贝歇尔的“油土”塔尔出版了“燃素说的代表作化学基础。斯塔尔认为燃素存在于一切可燃物中，在燃烧过程中释放出来，同时发
5、光发热。燃烧是分解过程：可燃物=灰烬+燃素；金属：煅灰+燃素。如果将金属煅灰和木炭混合加热，煅灰就吸收木炭中的燃素，重新变为金属，同时木炭失去燃素变为灰烬。木炭、油脂、蜡都是富含燃素的物质，燃烧起来非常猛烈，而且燃烧后只剩不很少的灰烬；石头、草木灰、黄金不能燃烧，是因为它们不含燃素。酒精是燃素与水的结合物，酒精燃烧时失去燃素，便只剩下了水。空气是带走燃素的必需媒介物。燃素和空气结合，充塞于天地之间。植物从空气中吸收燃素，动物又从植物中获得燃素，所以动植物易燃。 到1740年：燃素理论在法国被普遍接受；十年以后，这种观点成为化学界的公认理论。燃素说尽管错误，但它把大量的化学事实统一在一个概念之下
6、，解释了冶金过程中的化学反应。“燃素说”流行了一百多年。 燃素学说实际上是很不科学的，推翻燃素学说的科学家是拉瓦锡，他的新化学一度命名为“反燃素化学”。1772年，拉瓦锡观测到氧化现象，使他迈出了化学革命的一大步。他燃烧了称过重量的磷和硫，发现所得产物的重量大于单纯的磷和硫。1777年，拉瓦锡在巴黎科学院宣读一篇名为“极纯空气”的论文。1782年，拉瓦锡在巴黎科学院当众做了实验，把氧气和氢气放在一起燃烧时，可以得到很高的温度，可使铂熔化。引起了很多人的注意，认为这是当时能够得到的最高温度。他发表的文章燃烧概论成为反对“燃素说”的一篇最重要的论文。 恩格斯对于拉瓦锡提出的燃烧的氧化学说给予很高的
7、评价，指出由于拉瓦锡的学说，使过去在“燃素说”形式上倒立着的全部化学正立过来了。从此，化学家能够按照物质的本来面目进行科学研究，使化学蓬勃地发展起来。 2科学是知识体系 在古代和近代，除了个别学科的理论，如欧几里德几何学和牛顿力学，可算得上是知识体系之外，人类的科学知识绝大多数都是零散的、缺乏内在逻辑联系的知识单元。20世纪初现代科学诞生后，各门学科日趋成熟，人们把各学科积累的大量知识单元，如原理、公理、定义、定理、定律等，按照内在逻辑关系，加以综合，使之条理化、系统化。这样，各学科都形成了系统的知识，学科又组成学科群，构成了多层次的知识体系。 3科学是一项社会实践活动 随着现代科学的发展，人
8、们的科学概念发生了巨大变化。首先，认识到科学研究是一种动态过程，是探索未知，从事知识生产的人类的活动领域。知识不是科学的全部，只是科学活动的产品，科学知识是不断发展的。其次，人们认识到科学活动的方式是一种国际性的社会事业。科学研究已经从16世纪伽利略时代的个体活动，经过17世纪牛顿时代的松散群众组织“皇家学会”时代，到19世纪爱迪生组织的“实验工厂”的集体研究活动，发展到现代如中国的“两弹一星”和“863计划”，到美国的“曼哈顿计划”、“阿波罗计划”的国家建制研究活动，以至今天如“人类基因组计划”的国际合作的跨国建制研究活动，科学活动成为越来越需要多国协作的国际性社会事业。 总之，科学是一个知
9、识体系，科学是一种社会活动，科学是一项事业和理想追求。科学是人们认识改造客观世界的思想、态度和方法。科学是立世之基，只有懂得科学，掌握科学，尊重客观规律，顺乎客观规律，才能立于世上。科学深深地影响着人的思维，影响着人的灵性，影响着社会的发展。 (二)科学的分类 1科学的传统分类 由于研究的具体对象不同、角度不同、研究方法不同以及认识职能和认识内容不同，科学分为自然科学、社会科学和思维科学三大门类，它们互相联系、互相渗透，共同构建了科学的体系。 自然科学：自然科学从物质运动的角度来研究整个客观世界，研究自然界的物质形态、结构、性质和运动规律的科学，是人类改造自然的实践经验的总结。自然科学的目的在
10、于认识自然规律，认识的任务在于揭示自然界发生的现象以及自然现象发生过程的实质，进而把握这些现象和过程的规律性，并预见新的现象和过程，为在社会实践中合理而有目的地利用自然界的规律开辟各种可能的途径。它的发展取决于生产的发展，并反转来推动生产的发展。尽管人们在利用自然科学成果时要受到阶级利益、民族利益的制约，但自然科学本身没有阶级性和国界性。自然科学包括数学、物理学、化学、天文学、气象学等基础科学和生物学、医学、农业科学、材料科学等实用科学。 社会科学：社会科学是从人类社会发展运动这一角度研究整个客观世界。它的任务是研究并阐述各种社会现象及其发展规律，一般属于上层建筑的意识范畴，是有阶级性的。社会
11、科学是以社会现象为研究对象的科学。社会科学所涵盖的学科有：政治学、经济学、管理学、法学、社会学、心理学、教育学、伦理学、文学、美学、艺术学、逻辑学、语言学、史学、军事学、人类学、考古学、民俗学、新闻学、传播学在内的社会学科。 思维科学：思维科学是研究思维活动规律和形式的科学。辩证唯物主义认为，思维是人脑的机能，是社会人所特有的反映形式，它的产生和发展与社会实践紧密联系。思维在社会实践的基础上，对感性材料进行分析和综合，通过概念、判断、推理的形式，形成合乎逻辑的理论体系，反映客观事物的本质属性和运动规律。思维过程是一个从具体到抽象，再从抽象到具体的过程，其目的是在思维中再现客观事物的本质，达到对
12、客观事物的具体认识。 2现代科学的体系结构 著名科学家钱学森把现代科学的体系分为十大科学部门，即：自然科学、社会科学、数学科学、系统科学、思维科学、人体科学、文艺理论、军事科学、行为科学、地理科学。 而形成比较一致意见的分类是，现代自然科学的三个层次：基础科学、技术科学、应用科学。 基础科学研究自然界物质的结构，各种基本运动形态、运动规律。包括物理、化学、生物、天文、地理、数学等。 技术科学研究生产技术和工艺过程中的共同性规律。包括应用数学、计算机科学、材料科学、能源科学、信息科学、空间科学、应用光学、环境科学等。 应用科学研究把基础科学和技术科学转化为生产技术、工程技术和工艺流程的原则和方法
13、。如作物栽培学、生物技术、咱动化科学、半导体科学、冶金学、工程力学等。 (三)科学研究方法 在现代科学的发展进程中，新科技革命为社会科学的研究提供了新的方法手段，社会科学、自然科学、思维科学相互渗透，相互联系的趋势日益加强。科学研究是一种认识过程，是人们有目的、有计划、有系统地采取科学的方法去认识自然现象和社会现象，探索真理，并能动地改造客观世界的过程。它是探求知识、解决问题的创造性活动。科学研究是一个复杂而艰辛的过程，在这一过程中科学研究的方法是顺利达到研究彼岸的桥梁。 1自然科学研究方法 (1)科学实验法。科学实验、生产实践和社会实践并称为人类的三大实践活动。实践不仅是理论的源泉，而且也是
14、检验理论正确与否的唯一标准，科学实验就是自然科学理论的源泉和检验标准。特别是现代自然科学研究中，任何新的发现、新的发明、新的理论的提出都必须以能够重现的实验结果为依据，否则就不能被他人接受。即便是一个纯粹的理论研究者，他也必须对他所关注的实验结果，甚至实验过程有相当深入的了解才行。因此，可以说，科学实验是自然科学发展中极为重要的活动和研究方法。 (2)数学方法。数学方法有两个不同的概念，在方法论全书中的数学方法指研究和发展数学时的思想方法。而这里所要阐述的数学方法则是在自然科学研究中经常采用的一种思想方法，其内涵是：它是一种科学抽象的思维方法，其根本特点在于撇开研究对象的其他一切特性，只抽取出
15、各种量、量的变化及各量之间的关系，也就是在符合客观的前提下，使科学概念或原理符号化、公式化，利用数学语言(即数学工具)对符号进行逻辑推导、运算、演算和量的分析，以形成对研究对象的数学解释和预测，从而从量的方面揭示研究对象的规律性。 (3)系统科学方法。系统科学是关于系统及其演变规律的科学。尽管这门学科自20世纪上半叶才产生，但由于其具有广泛的应用价值，发展十分迅速，现已成为一个包括众多分支的科学领域。它包括有：一般系统论、控制论、信息论、系统工程、大系统理论、系统动力学、运筹学、博弈论、耗散结构理论、协同学、超循环理论、一般生命系统论、社会系统论、泛系分析、灰色系统理论等分支。自然界本身就是一个无限大、无限复杂的系统，在自然界中包括着许许多多不同的系统，系统是一种普遍存在。一切事物和过程都可以看做组织性程度不同的系统，从而使系统科学的原理具有一般性和较高的普遍性。 利用系统科学的原理，把研究对象从整体、联系、结构的功能上，精确地考察整体与部分之间、部分与部分之间、整体与外部环境之间的关系，从而把握其内部联系与规律，达到有效控制与改造系统的目的，研究各种系统的结构、功能及其进化的规律的科学方法称为系统科学方法。它已得到各研究领域的广泛应用，目前尤其在生物学领域和经济领域中的应用最为引人注目。系统科学研究有两个基本特点：其一是它与工程技术、经济建设、企业管理、环境科学
