波普爾科學哲學思想對科學教育的影響

劉發茂 林長春

(重慶師范大學 化學學院，重慶 401331)

英國天文學家邦迪曾說:“科學就是科學的方法，科學的方法就是波普爾所說的方法。”科學哲學發展到上個世紀確實經歷了一次方法論上的革命，科學的方法已經不再是以維也納學派為代表所提倡的“邏輯實證主義”，它已逐漸被波普爾所倡導的“證偽主義”所替代。

事實上，波普爾早年曾是維也納學派的成員之一，也直接參加過維也納學派的活動。正是出于對維也納學派的核心“可證實性”的了解和對科學活動的深入思考，波普爾才相信“可證偽性”比“可證實性”更重要。如何在科學和偽科學之間作出明確的區分，一直是科學哲學的一大熱點。“可證偽性的標準就是解決這個分界(科學與偽科學)問題的一種方法，因為它說那些陳述或者陳述系統要夠得上科學，就必須能同可能的觀察或想象得到的觀察發生矛盾才行。”［1］(55)波普爾通過科學與偽科學分界問題，宣告了“證偽主義”的興起，同時還批評著“可證實性”，認為“它幾乎把所有事實上典型地屬于科學的東西都排除掉了。”［1］(57)盡管波普爾和維也納學派有著一定分歧，但他仍舊都被看成“經驗主義者”，即認為直接經驗是完全可靠的。同時波普爾又應該被看成一個“反歸納主義者”，這也是他與維也納學派的一大分歧所在。哲學家休謨企圖用習慣或習俗給歸納法作心理學上的解釋。康德為了反駁休謨的詰難苦苦思索，但結果卻不能讓人滿意。羅素則用“火雞悖論”說明了歸納法的不可靠。面對歸納法存在的問題，即如何從觀察陳述推出理論，波普爾在《猜想與反駁》中提出了自己的方法:“這種方法就是大膽地提出理論，竭盡我們所能表明它們的錯誤(通過我們的觀察);如果我們的批判努力失敗了，那就試探地加以接受。”基于這樣的方法，科學發展有一個基本而全新的模式:問題(P1)→猜想(TT—暫時性理論)→反駁(EE—錯誤消除)→新的問題(P2)→……科學始于問題，由我們的觀察排除不合適的暫時性理論，使我們來到一個新的問題面前;在不斷解決問題的過程中讓科學逐漸升華，無限地逼近真理。波普爾在歸納問題上的態度和維也納學派大相徑庭，波普爾的態度是一種富有理性和批判精神的態度。邏輯實證主義者則是一種教條主義的態度——“通過試圖確證我們的規律和圖式來證實它們，甚至達到漠視反駁的程度”。［1］(71)

以證偽主義為核心的波普爾科學哲學揭示了科學發展的動態圖景:知識不應被看成是無可懷疑的絕對真理，表明了批判精神在科學活動中的重要作用，標志著科學哲學已經開始脫離邏輯實證主義的研究框架而進入了一個新的發展時期，科學哲學研究的中心問題逐步由對科學命題的邏輯分析轉移到了對科學發展模式的關注。［2］(79－82)波普爾科學哲學思想對科學教育有哪些影響呢?

一、科學本質觀的轉變

從19世紀到20世紀早期，科學哲學一直被邏輯實證主義統治著，這一時期的科學本質觀被稱為“經典科學觀”。它大致包括:(1)自然界是真實和客觀的;(2)科學知識是有效的;(3)科學知識的證據來自觀察;(4)科學知識的有效性可以通過試驗加以檢驗;(5)科學知識具有特殊的認識論地位;(6)科學知識是一種不斷增加的事實資源。在經典科學觀的影響下，科學教育的各個方面無不打上它的烙印。自美國在20世紀60年代前后掀起科學教育的改革以來，世界各國都在致力于科學教育的研究與革新，科學教育的研究和改革已成為世界性的熱潮。有不少研究者同時指出，當時發展的科學課程深受傳統的邏輯實證主義的影響。“對于在此時期中一些科學哲學家提出來的有關科學知識的本質、科學方法的特征和科學知識的成長等等方面一些新的觀點，并未受到新課程的科學家、教育家、心理學家和科學教育專家學者之重視與采納。”［3］

但隨著時間推移，到20世紀80年代，這種局面開始有所改觀。西方國家興起的建構主義思潮對科學教育改革產生了深刻影響。實際上，這種建構主義和波普爾的證偽主義有著很深的淵源。他們都認為:科學知識的獲得是科學家根據現有的理論(原有知識)來建構科學知識，它強調科學知識是暫時性、主觀性、建構性的，它會不斷地被修正和推翻。他們否定了科學知識的純粹客觀性，強調科學知識的主觀性和建構性。“在建構主義看來，知識不再是純粹客觀性的。可以將科學知識看成由假說和模型所構成的系統，這些假說和模型是描述世界可能是怎樣的，而不是描述世界是怎樣的。這些假說和模型之所以有效，并不是因為它們精確地描述了現實世界，而是以這些假說和模型為基礎精確地預言了現實世界。”［4］(126)他們同時強調科學的本質即科學探究。科雷特和奇佩特認為，科學本質的范疇與內涵如下:(1)科學是探究自然的思考方式(a way of thinking)。科學必須建立在真實的證據基礎之上，甚至根據證據可以推翻權威;科學知識是無法絕對客觀的，科學知識是建立在將假說提出后，再加以驗證，提出結論的過程;歸納法與演繹推理在科學中具有重要的作用;因果關系的推理只能視為一種可能，而非絕對的關系;類推或由果溯因的倒推是科學解釋自然現象的兩種形式，但它們也有局限性;科學家必須時常反省，思考現存的理論的合理性。(2)科學是一種探究方式。科學家所采用的方法沒有一定的程序，而是對問題采取有組織的方式，不接受毫無根據的資料。而且要有一種觀念，依靠合適的研究方法未必能真正解決問題，因為并非所有的問題都能被解決。(3)科學是知識的集合體。科學家使用不會被人們所懷疑的方法即科學方法來建立科學知識體系，但這些科學知識必須經常面對質疑、驗證，進而發現其錯誤的地方，再加以修改，甚至完全推翻，或證實其合理之處而接受它。這樣一種有著證偽主義特色的建構主義科學本質觀，逐漸成了20世紀末期科學教育的主導。難怪著名的科學教育家馬修斯(M·Matthews)也驚呼:“建構主義是一個非常有影響的科學教育理論。在過去三十年中有超過五千篇的論文集中于建構主義與教育這樣一個主題，還有數不清的會議論文與眾多的著作。”［5］可以說，波普爾的證偽主義不僅影響了建構主義，還在很多的現代科學教育理論中都發揮著積極的作用。

二、科學教育目標和理念的調整

1957年，(前)蘇聯成功地發射了第一顆人造地球衛星，震驚了西方資本主義國家，特別是美國。美國國會于次年通過了《國防教育法》，強調“國家安全要求最充分地發展全國男女青年的智力資源和技術技能”，國家防務“有賴于掌握從復雜的科學原理發展而來的現代技術”。［6］(384)美國國會通過立法的形式，從國防戰略的角度，對科學教育實施了改革，而這次改革也旨在培養美國科學界未來的精英。遺憾的是，最后由于“20世紀60年代后的課程改革使教材難度過大，同時也忽略了基礎知識與基本技能的培養，導致美國中小學知識水平的下降”［7］(20)而宣告失敗。在談到上個世紀60年代美國科學教育改革為什么以失敗告終，很多學者都認同這樣一種觀點:“這次科學課程改革沒有吸收當代科學哲學的研究成果作為理論基礎，新科學課程的哲學基礎仍然是歸納主義的或邏輯經驗主義的”［8］(281)，因而只能說是一種“早已為哲學家們所拋棄的科學觀”［8］(108)。同時，這種科學教育目標和教育理念“雖然表面上對每個學生進行科學教育，但內在的目標不過是培養科學家而已”［9］，也是這次改革失敗又一大重要原因。

隨著以波普爾證偽主義為基礎的建構主義的興起，科學教育逐漸擺脫了邏輯經驗主義的束縛，在世界各國科學教育的教學方式改革中也逐漸凸顯出這一特點來:科學教育理念從培養精英到以所有學生為培養對象，科學教育的目標從知識結構到培養學生的科學素養。其中科學素養這一核心概念，在《面向全體美國人的科學》一書中集中“反映了最近科學哲學觀點的精華”［10］。(1)易謬主義(Fallibilism):科學家認為，即使無法獲得盡善盡美和絕對正確的真理，要說明這個世界及其怎樣運轉，得到日益精確的近似真理是能夠做到的。(2)持久性(Durability):科學發展具有連續性。當一個有影響的概念要求保存下來并變得更加精確，修正概念而不是徹底地否定概念，是科學的準則。(3)反對墨守成規(Antimethodism):反對認為科學發現只存在唯一的方法。沒有一條道路可以擔保準確無誤地引導科學家獲取科學知識，強調科學活動的創新性。(4)科學與非科學的區分(Demarcationism)。科學與非科學之間仍然是可以明確區分的。［11］(37－40)從以上列舉的關于科學素養的四個方面，我們不難找出波普爾證偽主義的痕跡。同時，這樣的一種科學素養更多地是面向每一個民眾，即《美國國家科學教育標準》中編者所強調的:“所有的學生，不問其年齡、性別、文化背景或族裔背景，不論他們有何殘疾，有何志向，也不管他們對學科學懷有什么興趣，受到了什么激勵，都應該有機會接受科學教育，以使自己具有高度民主的科學素養。”［12］(25)由此，我們可以看出波普爾證偽主義在對科學教育的目標和理念的確定中，做出了許多積極的貢獻。

三、科學教學模式向探究式教學模式的轉化

由于科學哲學的文化轉向，使人們對科學研究從認識論拓展到價值論。歷史主義的科學哲學已深深地觸及到科學價值論的內容。要實現對科學價值的理解，必須變革科學教學及學習方法，讓學生充分認識科學知識產生與形成過程，認識科學的影響及其作用，以及科學對人與社會的價值。探究式教學正是在這樣的背景下因運而生。最早模式是由美國伊利諾斯探究訓練所所長薩其曼所倡導的，經過二十幾年的研究發展，又有許多著名教育家提出不少新的思維模式。除薩其曼之外，還有泰巴的歸納式思維模式、施瓦布的科學探討式，以及奧蘇伯爾的前置組織因子模式等。同時還通過了一部綱領性的標準(《美國國家科學教育標準》)，“要求‘學科學作為一種過程’，作為學生們學習諸如觀察、推斷和實驗等諸種能力的過程。學科學的中心環節是探究”［12］(2)，并明確指出“科學探究是科學與科學學習的核心”［12］(21)。如果僅就探究式教學的方法而言，我們不妨先來看看“探究式教學之父”薩其曼的探究式教學方法的五個階段:

1.提示問題階段。

(1)說明探究問題時的步驟和規則。

(2)提示問題——教師提示足以使學生發生困擾的問題。

2.收集資料:求證階段。

(1)認清問題中的事物本質和各種情況。

(2)認清問題是怎樣產生的。

3，收集資料:實驗階段。

(1)分清每一個變量。

(2)假設并驗證每一個因果關系。

4.建立假設的階段。

根據探討的結果，對問題提出說明。

5.分析探討過程。

檢查本單元的探究過程，改進發展更有效的方法。

我們可以清晰地發現薩其曼的探究式教學的五個階段和波普爾的科學發展的模式(問題(P1)→猜想(TT—暫時性理論)→反駁(EE—錯誤消除)→新的問題(P2)→……)是多么相像，而在這樣一個不同于邏輯實證主義者所倡導的“可證實性原則”的過程中，科學的發展或者說知識的積累始終是一個動態的發展的過程。可以說，探究式教學在某種程度上，是波普爾哲學在科學教育領域的一種實踐。當然除了探究式教學的方法和波普爾的科學發展模式有相似之處，更重要的是兩者都提倡一種波普爾所謂的科學的精神。同時“教師和學生一起以科學探究的精神，積極主動地探索、認識自然界”［13］(45)。這也就是說教學雙方都必須具備這樣的科學精神:第一，從錯誤中學習和敢于犯錯誤的精神。應該始終牢記，“科學是實驗性的事業，錯誤是在所難免的。”［14］(270)第二，敢于批判的精神。波普爾認為，科學是在競爭和選擇的過程中發展的，只有批判才能前進，“批判，是任何理智反戰的主要動力”［14］(270)。他勉勵科學家要敢于批判他人，批判權威，并且也要敢于批判自己。第三，創新精神。波普爾認為，在否定舊理論后要依靠美感和靈感創設新理論，只有這樣才算完成一次認識的目的。科學的精神不僅是現代科學教育的需要，也是波普爾哲學耀眼之處。

總之，以“證偽主義”為核心的波普爾科學哲學對科學教育的科學本質觀、科學教學目標和理念，以及科學教育模式等都產生了深遠的影響。在強調創新精神的科學教育的今天，以“證偽主義”為核心的波普爾科學哲學是塑造創新靈魂的重要理論基礎與動力源泉。科學永遠沒有終點，人們只能通過不斷地探索、懷疑、批判來否定、建設理論。正如波普爾所說:“科學不是建立在堅固的基巖上，可以說，科學理論的大膽結構聳立在沼澤之上，它就像豎立在木樁上的建筑物，木樁從上面被打進沼澤中，但是沒有到達任何自然的或既定的基底;假如我們停止下來不再把木樁打得更深一些，這不是因為我們已經達到了堅固的基礎，我們只是在認為木樁至少暫時堅固得足以支持這個結構的時候停止下來。”〔15〕(103－104)

［1］波普爾.猜想與反駁［M］.上海譯文出版社，1986.

［2］鄭毓信.科學教育哲學［M］.四川教育出版社，2006.

［3］郭重吉，許玫理.從科學哲學觀點的演變探討科學教育的過去與未來［J］.彰化師范大學學報，1992，(3).

［4］孫可平，鄧小麗.理科教育展望［M］.華東師范大學出版社，2002.

［5］M·Matthews.Constructivism in science Education:A philosophical Examination［J］.Kluwer，1998.

［6］教育大辭典編纂委員會.教育大辭典(第12卷)［M］.上海教育出版社，1992.

［7］祝懷新.科學教育導論［M］.中國壞境科學出版社，2005.

［8］丁邦平.國際科學教育導論［M］.山西教育出版社，2002.

［9］Krugly－ Smolska.E.T.Scientific Literacy in Developing Countries［M］.International Journal of Science Education:1990 Vol.12，(5).

［10］蔡鐵權.科學哲學觀點的變化對科學教育的影響［J］.全球教育展望，2008，(2).

［11］M·Matthews.Science Teaching:the Role of History and Philosophy of Science［M］.New York:Routledge，1994.

［12］［美］國家研究理事會.美國國家科學教育標準［S］.科學技術文獻出版社，1999.

［13］中華人民共和國教育部.全日制義務教育科學(7－9年級)課程標準(實驗稿)［S］.北京師范大學出版社，2001.

［14］于銘松，于曉紅.現代西方哲學［M］.經濟科學出版社，1996.

［15］波普爾.科學發現的邏輯［M］.沈陽出版社，1999.