淺談如何在科技館培養科學精神

隋家忠+黃春燕+李麗+王云英

[摘 要]科學精神是科學家在長期科學活動中形成的，體現于科學知識、科學思想、科學方法中的一種意識、思維活動和一般心理狀態。從意識、思維活動和一般心理狀態對科學精神進行討論，歸納出科學精神的7種具體表現：求真精神、實證精神、懷疑精神、創新精神、平等包容精神、團結協作精神、拼搏奉獻精神。雖然說每個人科學精神的形成不具有獨立性，并且形成過程也沒有固定的模式，它是個體的所見、所聞、所做、所為以及所想經過內化并凝結而成的。根據這些內容，分析了“耳聽為虛，眼見為實嗎？”這個培養懷疑精神、實證精神的科技館活動方案。

[關鍵詞]科技館 科學精神 培養

弘揚科學精神、傳播科學思想、倡導科學方法、普及科學知識、培養創新能力等是科技館的主要教育目的。但是，如何在科技館開展培養科學精神的科技活動，一直困擾著許多科技館同行，也是目前科技館展教工作亟待解決的問題。

一、科學精神的內涵

“精神”在《現代漢語詞典》中主要有三種含義：一是指“一種活力或生命力、生氣”。如這個人真有精神。二是指“事物或事情的本質或實質、主要的宗旨或意義”。如這個文件的精神是什么？改革開放的精神實質就是解放生產力，提高人民的生活水平。三是指意識、思維活動和一般心理狀態。本文所提的“精神”是指第三種解釋。

大多學者認為，應從科學家的身上，而不是從科學本身去概括和總結科學精神的種種表現，即把“科學精神”看作科學家所具有的精神氣質，即“科學家的精神”。由此得出“科學精神”就是科學家在長期科學活動中形成的，體現于科學知識、科學思想、科學方法中的一種意識、思維活動和一般心理狀態。科學精神是公民科學文化素質中的核心內容，是指引科學發展的燈塔。

在中國，“科學精神”一詞是由創刊于1915年1月的《科學》雜志最早使用的。當時的中國科學社社長任鴻雋在《科學》1916年第二卷第一期上發表了《科學精神論》。他認為，“科學精神者何？求真理是也”。我國著名科學家竺可楨1941年在《思想與時代》雜志發表的論文《科學之方法與精神》中把科學精神歸結為3個方面的內容，一是不盲從，不附和，以理智為歸；二是虛懷若谷，不武斷，不蠻橫；三是專心致志，實事求是。周光召院士1996年發表的《科學技術的發展趨勢和它對社會的作用》文章中，把科學精神概括為客觀求實的精神、不斷求知的精神、不盲從潮流、不迷信權威的懷疑精神、創新精神、繼承的精神、團隊精神。還有許多專家學者從不同的角度對科學精神進行探討，我們梳理了以后，得出科學精神的7種具體表現：求真精神、實證精神、懷疑精神、創新精神、平等包容精神、團結協作精神、拼搏奉獻精神。

二、科學精神的形成

雖然說每個人科學精神的形成不具有獨立性，并且形成過程也沒有固定的模式，它是個體的所見、所聞、所做、所為以及所想經過內化并凝結成的。但是，通過我們對科學精神的研究發現，受教育者的科學精神應該是在學習科學知識和體驗科學過程中潛移默化形成的，既可以是從某個科學故事或者身邊人行為中受到啟發，也可以是自身實踐中思想與行為碰撞的火花帶來的思考，也可以是持續地學習和應用科學知識，思想上產生量的積累并發生從量到質的變化；還可以是在他人對慷慨激昂的科學演講中恍然大悟等過程的相互作用而逐步形成。需要說明的是，現已形成的科學精神還將接受個體在這之后的所見、所聞、所做、所為以及所想的影響。

三、案例介紹和分析

科技館里有靜態的展品，有演示的展品，有互動的展品，有動手做的科技活動，有探究性的科技活動，有創客活動，有科普報告，有科普劇，有3D、4D影院，現在許多科技館又增加了增強現實技術（AR）和虛擬現實技術（VR）的展品，這些展品和活動為我們培養科學精神提供了很好的物質基礎。下面就通過一個案例來給大家講講如何在科技館培養青少年的科學精神——懷疑精神和實證精神。

懷疑精神表現為質疑、追問、批判。在科學的王國里，沒有絕對正確的、不容懷疑的理論和知識，正是憑著對舊理論的大膽理性懷疑、不斷批判，才推動了科學的不斷向前發展。正如古人所說，“大疑則大悟，小疑則小悟，不疑則不悟。”

實證精神就是堅持以觀察和實驗為證實的原則，即強調理論和實踐的一致性。在科學領域，要判斷一個理論是不是合理，是否具有真理性，主要的辦法就是看理論陳述是否與觀察相符，能否通過實驗驗證理論與實踐的一致性。我們設計的這個活動叫“耳聽為虛，眼見為實嗎？”，本活動由7個小活動組成。

（一）講故事

“耳聽為虛，眼見為實”，意思是說聽別人講和自己看到是不同的，看到的可以是真實情況，而聽人講的東西有時候是虛假的，道聽途說，沒有親眼所見就不要相信。

《漢書·趙充國傳》有一個故事說，漢宣帝時，西北邊境上傳來警報， 說羌人時常出沒騷擾，攻占城池，殺害官吏，情況十分嚴重。宣帝立即召集會議商量對策，大臣們都主張立即派遣大軍，前去攻打，并提出各種攻打的策略。可是當宣帝問誰愿意率領大軍前去的時候，大臣們沒有一個回答。這時，趙充國老將軍自告奮勇，表示愿意到西北邊境地區去看一看究竟，宣帝很高興，少不了贊揚他一番，并且對他說：“依你估計，羌人實力如何，你需要多少兵馬，多少武器和糧草盡管提出要求。”趙充國說：“情況究竟如何現在還不清楚，因此不便估計，更無法提出什么要求。耳聽是虛，眼見為實，我要親自去看一看。等我到了那邊，摸清了情況，然后草擬方略，再向您詳細奏報。”這個故事說明了趙充國懷疑大臣們根據聽來的情況所做的計謀，他要根據實地調查研究結果來制定對策，說明他有懷疑精神和實證精神。

但眼見是不是一定為實呢？其實不一定。漢書《說苑·政理》還有個故事說，魏文侯派西門豹去管理鄴這個地方，臨行前叮囑他要“全功、成名、布義”。西門豹問怎樣才能做到成全功名、廣施仁義，魏文侯答道：“耳聞之不如目見之，目見之不如足踐之，足踐之不如手辨之。”意思是說，耳朵聽到的不如眼睛看到的可靠，眼睛看到的不如用腳踏勘的可靠，用腳踏勘的不如用手辨別的可靠。endprint

（二）觀看和測量錯覺圖片

上面的故事又進一步說明了眼睛看到的有時候也不一定正確，還需要做實際測量來證實，因為事物有真象和假象之分，如果眼睛看到的是假象，把假象誤認為是真象，就會把虛誤認為實在的了。

請觀眾看圖1～圖3，然后自己測量一下，證明看到的是否正確。

（三）科普劇“錯誤之柜”

這是根據一個國外科學家進行懷疑和實證的故事改編而成的科普劇。

1824年的某一天，在德國的吉森大學里，年輕的化學家李比希正在向學生講解化學分析的方法，有人從柏林寄來一瓶溶液，寄件人無論如何不能確定這瓶從海水里提煉出來的物質是什么，要請李比希為之解開疑團。此時，李比希正在講課，他無心對這包郵件作詳盡的分析化驗。只見李比希隨手打開瓶蓋，一陣刺鼻的氣味立即充滿了實驗室，稍懂化學實驗的人都會知道，這種氣味跟大家熟悉的氯氣十分相似。李比希迎著窗口透進的陽光，舉起那只瓶子，看到瓶子的底部薄薄地貯存著一層紅棕色的液體，李比希立即得出了結論，并講給在座的學生聽：氣味是氯元素的特征，顏色像自己幾年前發現的化合物氯化碘。而后，他從桌上取過標簽，工工整整地寫上氯化碘的分子式，貼在瓶子上，并把瓶子密封好，放進柜子里保存起來，這一放就是幾年。

聽課的學生中有一位叫巴拉德，他聽完李比希的講解后心中不免產生了疑問，他想這樣不作實驗進行分析，得出的結論可靠嗎？畢業后，他找到寄液體的那個人，根據那個人描述，他從海水里提取出溶液，然后進行化學分析，最后發現提取的液體是一種新的化學元素——溴，他把這個新發現告訴了老師李比希，李比希找出當年的溶液又進行分析，確實是新元素溴，李比希后悔不已，為了告誡自己和教育學生，他把放置溶液的柜子放在實驗室醒目的位置，并取名叫“錯誤之柜”。

我們把這個故事改編成科普劇，重設當時的場景，并設計出與觀眾互動的環節，例如讓觀眾協助做有關實驗。通過這個科普劇，透徹地表現了李比希的后悔之情，引起觀眾情感上的共鳴，由此形成情境記憶和情感記憶。

（四）科學小實驗——自由落體運動

先來講一下自由落體運動試驗的材料。兩個質量相等的小球，兩個質量相差一倍的小球，一張紙，一個和紙相同質量的小球，一個比紙輕的小球，一個比紙重的小球，真空管，電子秤，實驗記錄表，簽字筆。活動形式為小組活動，2～4人一組。

1.問題情境設計

古希臘偉大的哲學家、科學家、教育學家亞里士多德根據一根樹枝和一根羽毛自由落下時樹枝先落地的現象，得出一個結論：從相同高度自由落下的物體，重量越大，下落的速度越快，即重量大的物體比重量輕的物體先到達地面。因為他是一個偉大人物，他的結論又與一些日常現象相吻合，所以沒有人懷疑他，因此此后的1000多年里人們都相信這個結論是正確的。你們認為他的結論正確不正確？請大家使用我們提供的材料做個試驗，證實一下他的結論是否正確。

先讓觀眾自己根據材料進行實驗，輔導員在一旁觀察，如果觀眾不能正確進行實驗，輔導員再進行啟發或把活動指南給他們，讓他們按照指南進行實驗。

2.活動指南

①用電子秤分別稱出質量相同的2個小球，質量相差一倍的2個小球，和紙質量相同的小球，一個比紙輕的小球，一個比紙重的小球，分別將他們放好，不要混淆。

②一個觀眾第一次用兩手分別拿住那個比紙重的小球和那張紙，舉到相同高度，同時放手，觀察紙和小球誰先落地，并記錄結果。

③一個觀眾第二次用兩手分別拿住那個與紙一樣重的小球和那張紙，舉到相同高度，同時放手，觀察紙和小球誰先落地，并記錄結果。

④一個觀眾第三次用兩手分別拿住那個比紙輕的小球和那張紙，舉到相同高度，同時放手，觀察紙和小球誰先落地，并記錄結果。

⑤一個觀眾第四次用兩手分別拿住質量相差一倍的2個小球，舉到相同高度，同時放手，觀察2個小球誰先落地，并記錄結果。

⑥一個觀眾第五次用兩手分別拿住質量相同的2個小球，舉到相同高度，同時放手，觀察2個小球誰先落地，并記錄結果。

⑦在真空管里重復上面的實驗，并記錄結果。

⑧對照兩組結果，看看有什么不同。你的結論是什么？

自由落體實驗完成后，觀眾如果能夠根據結果得出在真空中或在空氣中如果可以忽略空氣的阻力，那么物體下落的速度與質量無關，而與下落高度有關的結論，那么實驗到此結束。如果觀眾得不出這樣的結論，輔導員就應該根據情況引導他們總結出自由落體定律。最后輔導員告訴觀眾，他們現在這樣的實驗過程就是當年意大利科學家伽利略對亞里士多德的結論產生懷疑而在比薩斜塔上做實驗。通過實驗，伽利略證明亞里士多德是錯誤的，改變了統治人們1000多年的結論，并總結出正確的自由落體定律。此外，可以制作一些伽利略的畫像或紀念品送給觀眾。

（五）錐體上滾

材料有錐體上滾展品，幾個不同材質的錐體，一塊光滑的長方形板（可以放在錐體滾動的支架上），幾塊不同形狀且表面光滑的幾何體（立方體、長方體、三棱體、球體），一個直尺。

輔導員活動指南：

①讓觀眾操作錐體上滾的展品。

②讓觀眾提出錐體上滾的原因。

③根據他們提出的原因，為他們提供有關材料進行驗證。大多數觀眾會提出錐體受到向上的力，還有觀眾提出與錐體的材質有關，輔導員就拿出不同材質的錐體讓他們進行實驗。

④讓觀眾把我們準備好的長方形板放在支架上，操作物體在斜面下滑。

⑤讓觀眾提出物體下滑的原因——受到方向向下的重力的作用。

⑥通過觀眾操作展品，觀眾知道錐體在支架上和其他物體受的力是一樣的，這樣做可以保證實驗基本相同，排除有些觀眾認為我們在支架上做了其他機關等。

⑦怎么樣判斷物體是否下滑，除了目測以外，準確的方法是測量物體（重心）在起點的高度值是否大于終點的高度值。endprint

⑧判斷錐體是否下滑就應該測量它（重心）在起點的高度值和終點的高度值。

⑨讓觀眾根據測量的數值，得出錐體沒有上滾，從而說明“眼見不一定為實”。

根據日常經驗，一般人都知道形狀規則及密度均勻物體的重心就是該物體的幾何中心。為了更直觀和有趣，我們可以把有關物體在中心處打通，在支架一側放置一個白板，并在相關位置畫一條水平線；在支架另一側放一盞燈，燈光可以通過物體上打通的小孔照射到白板上。通過物體運動時物體重心運動軌跡與水平線進行對比，可以更清楚地看到重心是在不斷降低的。

（六）播放有關視頻

我們可以為觀眾播放央視科普欄目“是真的嗎”有關視頻，這個欄目每一期都通過一個實驗來驗證日常生活中的一種現象和一個做法，如，“同一物體在鏡子內外的形狀也會不同是真的嗎？”“蛋清可以去除口香糖是真的嗎？”等等。此節目很有趣，非常吸引人。

（七）組織觀眾討論

這些活動完成后，我們可以引導觀眾進行總結性的小討論，內容就是首先建立問題意識，如對一些現象、說法、理論，不要人家說什么，我們就相信什么，要多問幾個為什么。第二是如何進行懷疑，討論中輔導員要幫助觀眾樹立懷疑應該是在尊重客觀事實、尊重客觀規律的基礎上進行的觀念，絕不能毫無根據地懷疑一切。第三是消除懷疑的方法是什么，也就是我們應該用實證的方法來進行驗證，得到正確答案，從而消除懷疑。

培養科學精神需要長期的訓練，僅一次活動是不夠的，為了能夠吸引觀眾經常到科技館來，我們還應該把下一次活動的題目告訴大家，也可以讓觀眾回去尋找和搜集一些問題，待下次來科技館時與大家一起實驗證實真偽。

我們設計的這個培養懷疑精神、實證精神的活動，由7個各種形式的小活動組成，希望能夠為大家以后設計此類活動帶來啟發。

參考文獻

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[4]隋家忠.科技館專業人員培訓教程[M].青島：中國海洋大學出版社，2014.endprint