科學(xué)本質(zhì)中“主觀因素影響”對(duì)科學(xué)教學(xué)的建議與啟示

李 諾 劉恩山

（北京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 北京 100875）

《高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 版）》指出，科學(xué)史與科學(xué)本質(zhì)的學(xué)習(xí)是科學(xué)教學(xué)的重要組成部分。作為一門自然科學(xué)課程，在生物學(xué)教學(xué)中融入“科學(xué)本質(zhì)”，對(duì)于提高學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)具有重要意義［1］。 其中，“科學(xué)工作中高度關(guān)注主觀因素的影響”是科學(xué)本質(zhì)的重要組成要素之一。辯證唯物主義提示，主觀與客觀是對(duì)立而統(tǒng)一的。若將物質(zhì)看作是本體論中客觀實(shí)在的本性，人對(duì)實(shí)在的感知與認(rèn)識(shí)則是存在主觀性的。 而這種主觀性在反映客觀實(shí)在的同時(shí)，又在不斷地影響著客觀事物的發(fā)展與變化。

作為人類意識(shí)的產(chǎn)物，科學(xué)注定不可能是純粹客觀的。科學(xué)具有不可避免的主觀性，這在認(rèn)識(shí)論上是不爭(zhēng)的事實(shí)。 而這種主觀因素在某種意義上來說，可以算作科學(xué)的一種固有屬性。盡管科學(xué)以客觀性作為主導(dǎo)與外在表征，然而主觀因素是這其中不能被忽視的重要存在［2］。 因此本研究認(rèn)為，在科學(xué)教學(xué)中，“科學(xué)工作中要高度關(guān)注主觀因素的影響”至少應(yīng)具備2 個(gè)理解方向：一是明確科學(xué)工作中的主觀因素是“客觀存在”，并貫穿于科學(xué)工作的始終； 二是在科學(xué)工作需努力減少主觀因素的部分消極影響。

1 例證解析

在漫長(zhǎng)的歷史發(fā)展過程中，科學(xué)所作出的最大努力之一便是“試圖使人們?cè)谂卸茖W(xué)真相的時(shí)候糾正和克服個(gè)人的主觀性”。 在解釋數(shù)據(jù)、記錄報(bào)告數(shù)據(jù)及選擇數(shù)據(jù)的過程中，科學(xué)證據(jù)隨時(shí)都有可能發(fā)生偏離。 科學(xué)家的國(guó)籍、性別、種族、年齡、政治信仰、先驗(yàn)知識(shí)等，都可能對(duì)科學(xué)的發(fā)展造成不可避免的主觀因素影響［3］。 普利斯特利（Priestley）關(guān)于光合作用的研究便是其中之一。

與當(dāng)時(shí)的所有研究者一樣，普利斯特利受到亞里士多德空氣概念常識(shí)的深刻影響，認(rèn)為“空氣作為單獨(dú)的、基本的、不可再分的元素”是自然哲學(xué)中普遍信仰的真理［4］。 因此當(dāng)他在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)薄荷小枝與小鼠在密閉容器中的生長(zhǎng)狀態(tài)不同時(shí)，率先提出了“燃素導(dǎo)致空氣變質(zhì)污染，植物可以吸收燃素凈化空氣”的結(jié)論，而并沒有考慮空氣可能是由不同種類的氣體構(gòu)成的。 這種對(duì)亞里士多德哲學(xué)的信仰深刻影響了普利斯特利的主觀判斷，成為阻礙他發(fā)現(xiàn)光合作用原理的重大障礙。

而作為一位具有嚴(yán)格認(rèn)識(shí)論主張的研究者，普利斯特利明白任何猜想的機(jī)理都必須給予謹(jǐn)慎的考量，因此他的探究并未到此為止。對(duì)于普利斯特利而言，認(rèn)識(shí)光合作用還缺少最重要的一步，即如何定義“被凈化的、良好的空氣”。 顯然，這種主觀性“好”與“不好”的判斷缺少某種可被客觀定量化描述的尺規(guī)。 這一思考隨后催生了普利斯特利著名的含氮?dú)怏w檢驗(yàn)法。 通過一氧化氮與空氣中的氧氣反應(yīng)產(chǎn)生可溶性二氧化氮，進(jìn)而使水面上升，以此判斷空氣中“氧氣”的多少，從而定義空氣是否“良好”。 顯然，這項(xiàng)新奇的創(chuàng)意為“良好空氣”的檢驗(yàn)提供了客觀定量化描述的工具，最終幫助普利斯特利改進(jìn)了光合作用的理論，并逐漸打破了亞里士多德常識(shí)的統(tǒng)治地位。

現(xiàn)代科學(xué)在持續(xù)發(fā)展的過程中，正不斷地為測(cè)量和解釋中盡量減少主觀因素的影響而努力。歷史上伽利略通過發(fā)明脈搏擺測(cè)量時(shí)間，用脈搏跳動(dòng)時(shí)間代替了主觀判斷因人而異的“快速”和“慢速”，將主觀測(cè)量自身變成了外部、客觀、公共支配的測(cè)量。時(shí)至今日，鐘表的發(fā)明則再一次將時(shí)間的概念客觀量化。 伴隨著溫度計(jì)、電流表、彈簧秤等科學(xué)測(cè)量?jī)x器的不斷發(fā)明，使得科學(xué)從主觀模糊向客觀精確測(cè)量逐漸邁出了堅(jiān)定的步伐。

2 教學(xué)應(yīng)用

主觀因素的影響一方面作為科學(xué)本質(zhì)的重要組成部分，是學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)時(shí)應(yīng)能夠明確的概念之一，同時(shí)它也能為日常的科學(xué)課堂教學(xué)提供實(shí)際的借鑒與幫助作用。具體到教學(xué)策略中，它應(yīng)至少能被細(xì)化為以下3 層：認(rèn)可、消除與利用。

2.1 正確認(rèn)識(shí)主觀因素的客觀存在，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知發(fā)展 教育研究認(rèn)為，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的認(rèn)知機(jī)制，與科學(xué)家在進(jìn)行科學(xué)研究時(shí)的認(rèn)知機(jī)制是相一致的［5］。這就意味著，學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)的過程中所遇到的阻礙、困難與主觀干擾，有時(shí)與科學(xué)家在科學(xué)探索過程中所遇到的是相似的。 通過融入科學(xué)史教學(xué)、展現(xiàn)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程、了解科學(xué)家在探索過程中經(jīng)歷的曲折，有助于學(xué)生正視主觀因素影響的客觀存在性，幫助教師深入理解學(xué)生前概念的產(chǎn)生機(jī)制，進(jìn)而有助于學(xué)生概念轉(zhuǎn)變的發(fā)生，最終幫助他們更好地理解科學(xué)概念，提升科學(xué) 素 養(yǎng)［6］。

2.2 在科學(xué)學(xué)習(xí)中盡量消除主觀因素的消極影響 雖然主觀因素?zé)o法完全避免，但其中部分消極的影響則是可以盡量消除的。在教學(xué)上，這種對(duì)主觀因素消極影響的消除，可比較好地體現(xiàn)在課堂探究活動(dòng)當(dāng)中。例如在學(xué)生動(dòng)手探究的過程中，應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生多使用精確的實(shí)驗(yàn)儀器與度量單位，減少使用“很多”“一點(diǎn)”“比較短”等一些主觀化的描述與判斷標(biāo)準(zhǔn)； 教導(dǎo)學(xué)生不要產(chǎn)生對(duì)權(quán)威的過度依賴，應(yīng)能利用科學(xué)思維的范式，通過深入觀察、依靠客觀數(shù)據(jù)與證據(jù)，形成嚴(yán)密的邏輯鏈，并在盡可能剔除個(gè)人主觀經(jīng)歷、錯(cuò)誤概念、情緒等影響評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)的情況下，闡明事實(shí)真理，建立自己的結(jié)論主張。

2.3 明確科學(xué)是不斷發(fā)展的，提升學(xué)生元認(rèn)知意識(shí) 人在認(rèn)識(shí)世界時(shí)的主觀意識(shí)是無法避免的，由此科學(xué)本質(zhì)觀提出，已有的科學(xué)概念與理論知識(shí)并不是終極的“真理”。 當(dāng)新證據(jù)與數(shù)據(jù)出現(xiàn)時(shí)，已有概念與理論是能夠被改寫、甚至推翻的。因此，科學(xué)本質(zhì)上是一個(gè)在不斷“自我更正”機(jī)制上的累積過程。從認(rèn)知過程上升到元認(rèn)知過程后，教師可引導(dǎo)學(xué)生不僅理解科學(xué)概念，還要思考自己是如何知道這些概念的，以及自己為什么會(huì)這么認(rèn)為，鼓勵(lì)學(xué)生思考是否可能存在其他解釋與情況，并不斷對(duì)自己的意識(shí)進(jìn)行反思。 對(duì)科學(xué)“去神化”的理解，一方面可伴隨元概念意識(shí)促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的整合與理解［7］，另一方面也可減輕學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)的刻板印象，提升學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣與未來職業(yè)規(guī)劃的傾向性。

如圖1 所示，研究認(rèn)為上述3 種應(yīng)用在教學(xué)中存在著逐級(jí)遞進(jìn)的關(guān)系： 教師或?qū)W生應(yīng)首先明確認(rèn)識(shí)到主觀因素的存在，進(jìn)而在學(xué)習(xí)中盡量消除其所產(chǎn)生的負(fù)面影響，最后做到能利用對(duì)主觀因素的存在意識(shí)促進(jìn)科學(xué)的學(xué)習(xí)、反思與發(fā)展。在實(shí)際教學(xué)中，教師應(yīng)能認(rèn)識(shí)到學(xué)生所處教育環(huán)境中的本體論與認(rèn)識(shí)論定位，依據(jù)授課內(nèi)容特征與學(xué)生思維水平進(jìn)行合理規(guī)劃與選擇，像教授科學(xué)主題那樣教授關(guān)于“科學(xué)的特征”［3］。

3 教學(xué)建議

除直接通過講授的方式教授科學(xué)本質(zhì)的觀點(diǎn)外，通過對(duì)生物學(xué)課堂中的一些探究實(shí)驗(yàn)進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，也可以幫助教師將“主觀因素影響”的觀點(diǎn)融入日常教學(xué)中。

以植物學(xué)相關(guān)探究實(shí)驗(yàn)為例，例如實(shí)驗(yàn)中需測(cè)定種子的發(fā)芽率、 記錄幼苗的新生葉片數(shù)量或計(jì)算幼根根毛的數(shù)量等，此時(shí)教師可讓各小組成員進(jìn)行分工。 其中一部分學(xué)生采用表格與統(tǒng)計(jì)工具，對(duì)每一顆發(fā)芽的種子、葉片數(shù)及根毛數(shù)進(jìn)行精確數(shù)字的讀取與記錄，生成記錄日志；而另一部分學(xué)生可以僅采用“多”“比較多”“少”等主觀描述性詞語進(jìn)行表述，或者通過學(xué)生自己的大致估計(jì)，給出一個(gè)預(yù)計(jì)數(shù)值。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，通過匯總?cè)鄶?shù)據(jù)，學(xué)生對(duì)比總結(jié)2 種不同描述方式的差異與優(yōu)劣，或者由教師選擇對(duì)相似數(shù)據(jù)給出不同主觀描述的幾位學(xué)生進(jìn)行“小辯論”，以此讓學(xué)生意識(shí)到主觀因素對(duì)科學(xué)研究產(chǎn)生的影響，進(jìn)而幫助學(xué)生理解科學(xué)測(cè)量?jī)x器在消除主觀因素消極影響方面的重要意義，從而建立依靠客觀數(shù)據(jù)而不是主觀判斷描述科學(xué)信息的意識(shí)與習(xí)慣。

此外，在進(jìn)行課堂探究活動(dòng)時(shí)，很多學(xué)生通過提前預(yù)習(xí)已記住了教材上探究的“正確結(jié)論”，而這些“標(biāo)準(zhǔn)答案”有時(shí)會(huì)影響學(xué)生記錄數(shù)據(jù)時(shí)的主觀傾向性，使學(xué)生更愿意按照知道的“正確結(jié)果”影響數(shù)據(jù)的處理，從而表現(xiàn)出主觀因素的影響。教師此時(shí)可在探究中融入一些針對(duì)性的教育，“提示”學(xué)生意識(shí)到這種主觀因素對(duì)科學(xué)研究的影響。

表1 煙草提取液對(duì)水蚤心率影響實(shí)驗(yàn)分組

表1 所示的是教學(xué)中出現(xiàn)的真實(shí)情況。 在進(jìn)行煙草提取液對(duì)水蚤心率影響的探究實(shí)驗(yàn)中，教師可以告知學(xué)生，實(shí)驗(yàn)提供的試劑A 為清水，B 為煙草浸泡提取液。而在實(shí)際準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料時(shí)，將其中小組2 的A 和B 都同時(shí)盛入清水（學(xué)生不知情）。由于煙草浸泡提取液能提高水蚤的心率，因此在數(shù)據(jù)記錄階段，小組1 的心率記錄情況應(yīng)當(dāng)為B 組＞A 組，而小組2 的記錄情況應(yīng)為B 組≈A 組。然而，由于受到已知結(jié)論主觀意識(shí)的影響，實(shí)際上學(xué)生的記錄會(huì)出現(xiàn)組1 和組2 的數(shù)據(jù)記錄情況相同，均為組B＞組A 的現(xiàn)象，即組2 中A 與B 相同的清水，卻能得到B 組心率＞A 組的結(jié)論。 這說明學(xué)生的主觀意識(shí)或心理傾向會(huì)干擾探究的數(shù)據(jù)記錄。

教師可在討論數(shù)據(jù)時(shí)告知學(xué)生真相，以此引出主觀因素對(duì)科學(xué)研究影響的認(rèn)識(shí)，并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深入分析與反思，培養(yǎng)學(xué)生用客觀公正的態(tài)度對(duì)待科學(xué)探究的意識(shí)。

4 結(jié)語

幫助學(xué)生發(fā)展全面準(zhǔn)確的科學(xué)本質(zhì)觀是科學(xué)教育的根本目標(biāo)之一［8］，而能夠意識(shí)到“主觀因素”對(duì)科學(xué)工作所產(chǎn)生的重要影響，則是科學(xué)本質(zhì)觀的重要組成要素。無論是科學(xué)家還是學(xué)生，都無法完全避免主觀因素對(duì)科學(xué)工作的影響。因此，正視主觀因素的“客觀存在性”是科學(xué)工作者與師生都要邁出的第1 步。科學(xué)本質(zhì)觀提示，作為一種知識(shí)累積的過程，科學(xué)是建立在不斷地自我修正之上的［9］，這就意味著，有時(shí)科學(xué)理論的推翻與再建立是科學(xué)發(fā)展的必經(jīng)之路。由此，無論是科學(xué)研究還是科學(xué)課堂，都應(yīng)站在更加中立的視角審視主觀因素的影響，而不是片面地僅僅關(guān)注其中消極的部分，刻意地回避與疏遠(yuǎn)它。

在此基礎(chǔ)上，科學(xué)教師還應(yīng)當(dāng)能夠?qū)@一觀點(diǎn)進(jìn)行延伸，提升學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解與應(yīng)用。科學(xué)教學(xué)當(dāng)中所需要的不僅僅是見多識(shí)廣，更要考慮教授科學(xué)本質(zhì)的方法［3］。 要教導(dǎo)學(xué)生更多地使用客觀測(cè)量工具（尺子、天平、溫度計(jì)、時(shí)鐘），而不是主觀地估計(jì)長(zhǎng)度、重量、溫度和時(shí)間，盡量降低主觀判斷所導(dǎo)致的誤差。更進(jìn)一步來看，教師還應(yīng)當(dāng)能夠鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)的發(fā)展與傳遞進(jìn)行深入思考與反思，引導(dǎo)學(xué)生的元認(rèn)知意識(shí)提升，最終促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的全面發(fā)展。