如何進行科學研究教育

發布時間：2016-5-10 編輯：互聯網手機版

作者--徐建新

下面是我的一些研究心得，希望有益于中國的科學教育，也有益于各位網友。

導言

在我國開展不久的研究性學習很受重視，但究竟什么是研究性學習，持論者未必能自圓其說，甚至彼此相互沖突。網絡上也有不少中學教師撰文抱怨聽了大學教授、博士們的輔導后，連什么是研究性學習都還沒搞清楚。造成這種混亂狀態的原因在于一個似是而非的假問題困擾著研究者--研究性學習的目的是什么，是為學生未來的創造打好基礎還是重在直接培養學生的創新能力、創新精神？

本文由三篇文章組成。

如何指導學生進行研究性學習

通過《全面退步的中國中小學教育》的論述，必須在中小學中對學生進行科學研究教育已經是非常明顯了，它是創新教育的重要基礎，如果能夠在高中開始對學生進行科學鑒別力教育則更好。

科學研究教育（仿科學研究的研究性學習）就是要讓學生自己學習并掌握如何做科學研究，即逐步學會象科學家那樣做科學研究。科學家進行科學研究創新，要完成從查閱資料到撰寫論文、文章、以及資料引用等一整套科學研究程序，這些科學研究程序雖然是任何受過大學教育的人都應該清楚或者了解的簡單的常識，但要真正教好并不容易。下面以及以后將要提到的東西很瑣碎，很平常簡單，但一步步做好，就能夠培養出真正懂得如何做科學研究的學生，為學生未來的創造打好基礎。

當然，科學研究教育首先看重的是讓學生自己去做并學會這一切，教師只起指導作用，而且必須是給出針對實際情況，具體的、學生能夠操作的指導，對優秀學生還要讓他們知道為什么要這樣，目的是讓學生逐步掌握科學研究程序、方法，懂得什么是科學，懂得如何做科學研究，能夠提出問題并解決問題。在科學研究教育中，學生產生了新想法更好，沒有出現新想法也無關緊要。在這個過程中，科學知識教育、科學研究教育、科學鑒別力教育都應該進行，而且盡量做到融會貫通、相輔相成。

本文首先討論如何指導小學生做研究性學習：小學三四年級學習如何查閱資料，掌握資料，并且學習如何寫文章、論文，以及資料引用，小學五六年級和中學，逐步學習從查閱資料、占有資料、討論、設計實驗、進行實驗、討論、撰寫論文、文章、以及資料引用等一整套基本科學程序、科學基本功。研究性學習本來應該是在小學初步打好基礎的，但由于中國開始這些研究性學習時間很短，因此本文所提到的相應的要求、注意事項同樣適合于現在中國的高中的研究性學習。目前中國的中學受美國影響而開始進行的研究性學習，筆者看了一些資料，發現現有的研究性學習，其它不說，在科學基本功的查閱資料、占有資料、資料引用這方面的教育做得很不夠，幾乎沒有，在科學研究方面，讀文獻、討論文獻是很重要的，這樣的研究性學習本身就沒有遵循科學研究的程序。

在中國，“科學研究”習慣上是一個非常莊重的字眼。但如果把學生做科學研究看成是是學習如何做科學研究，是一項學習或掌握如何獲得信息，進行客觀的考察，具備理性的精神、批評的態度，掌握求真的方法等等的活動，那么在小學開始就進行部分的科學研究教學是理所當然的。

（眾所周知，所有的科學研究都是建立在前人工作的基礎之上，在此基礎上有所發展的，而且科學是不斷發展的。所以研究工作的第一步：查閱資料獲取信息，就必須自己去查閱參考書、各種文獻，而且必須全面查閱清楚這方面最新科學進展的有關資料，及時跟蹤最新科學發展，在現代還要熟練運用計算機進行檢索，否則，一項遺漏就有可能導致所做的是無效的重復勞動。一般來說，若有良好的條件，查閱資料難度不大。）

小學三四年級的小學生應該開始學習做科學研究的第一件事情：查閱資料，掌握資料，目的是讓小學生初步知道如何查找資料，與此同樣重要的是讓學生擴大知識面、大量閱讀，這對學生的未來發展很有好處。當然，這也需要家長的參與。教師首先要考慮學生的興趣、愛好，詢問并選擇學生感興趣、很想知道的一些事情并給出文章題目，如：《我所知道的大熊貓》等等，并提出至少要在圖書館、網絡上（條件好的）進行查找的的要求，要求學生要看過不同來源如書籍、雜志、報紙、網絡的資料，并提出如至少閱讀過這方面三五篇文章以上才能夠寫文章的要求，當然，教師要知道相應資料在圖書館中的分類并作出具體的指導，指導學生怎樣在圖書館查找資料，如何在網絡上查找。（可以到www.163.com,www.sina.com.cn,www.sohu.com,www.google.com中，如以上面的題目為例，輸入大熊貓，點擊“搜索”進行查找，也要提醒家長讓孩子自己查找，還要設置好IE瀏覽器的安全等級，密碼不能夠讓孩子知道。）

對小學生的要求，在占有資料方面能夠看懂資料就夠了，隨著學生進入中學，知識增多，要求就要更高，要懂得如何快速準確地查找資料以及相關資料，查閱清楚這方面最新的有關資料，并懂得如何運用關鍵詞查找，懂得在網絡上利用限制詞縮小查找范圍。占有資料方面不但要讀資料，而且要看論文、專著后面的參考文獻，大致知道論點、論據的來龍去脈。

（在論文撰寫方面，實驗是科學理論的基礎，論文講究的是經驗基礎如實驗、調查數據、經驗材料等扎實，概念清楚，推理嚴密，結論可靠，而且，絕大多數研究工作必定是在前人打好的基礎上進行的，因此論文的開始就必須概述前人的工作，作出評價，而后闡述自己的工作，最后是規范地引用文獻。另外，由于科學是不斷發展的，現在又是信息爆炸的時代，誰的時間都是有限的，科學創新必須要讓別人易于理解，才能夠促進創新的傳播，促進科學的發展，也容易影響別人，論文有錯誤別人也容易發現。因此，僅僅是論文的寫作，上等的文字是清晰、優雅，其次清楚、明白，下等的是想讓人以為有學問而寫得晦澀難懂，最差的是故弄玄虛。如果學生發現有的文章晦澀難懂，而別的大部分文章都能夠清楚地理解，則很可能文章的作者不是掩蓋自己的無知，就是沒有受過良好的訓練，沒必要讀這樣的文章浪費時間。如果所有文章都難懂，就是選題有問題。）

小學三四年級的學生寫文章，把通過閱讀所掌握的知識、所知道的各種情況用自己的話清楚明白地表達出來就夠了，平鋪直敘都是可以的。更高年級以及中學生的論文、文章就要模仿論文的寫作方式，首先用自己的話總結闡述已有的研究成果、知識，而后敘述自己想法、問題，以及實驗結果、調查情況與結果，等等，對此的討論，推理論證，以及最后的結論，然后是模仿相應的論文、文章，遵循文獻引用規范，引用參考文獻。注意，文科方面的研究性學習教師要特別小心，切忌習慣性的作文寫作套路，如“開門見山”，結尾來句豪言壯語，等等。研究性的文章講究的是清楚明白、有根有據、嚴謹，不是氣勢和文采。

請不要小看這些要求，錢寧在《留學美國--一個時代的故事》中說：“一些文科專業的留學生，盡管在國內發表過不少‘大作’，到了國外，都發現自己一下子不會寫文章了。中國學生論文易犯的毛病，一是文章中充滿了各種含混而不加界定的概念；二是喜歡將前一段提出的假設性論點不加論證地便在下一段轉換成論據。”此外，中國的文科嚴重失序，既無學術規范，又無學術紀律，為此，前些年一直到現在，有一些學者竭力提倡學術規范，中國社會科學界一直在進行學術規范的討論，其中朱學勤“把學術規范落到實處”，大致五條：

“1.選題之前盡可能全面地檢索中外文獻；

2.論述觀點注意形式邏輯，不要前后矛盾；

3.立論必須有據，概念必須界定，不能武斷臆測；

4.引文必須注明出處；

5.論著附有文獻索引，涉及西學者，中、西文索引齊備；”

這些其實不過是一些簡單的要求，優秀的中學生都能夠掌握，中國文科的學者，在碩士、博士畢業之后，都是學者等級了，怎么還在討論這些問題？并且，這樣的常識性的東西，還討論了多年，是否中國教育對這樣一些常識層面的知識教育有所不足？從中國學術界違反這些常識性規范的事情還不少的情況看，肯定與這些常識教育不足有關，因此在課堂教學中必須加強這些常識的教育。

引用參考文獻很容易，不過是照著書、論文、網頁抄，但也很重要。例如筆者在進行簡單的研究性課題的教學：調查媒體上的生物學有關內容時，就提出如下問題：1、有哪些媒體？2、至少要調查哪些媒體？哪些媒體不適合于進行調查？3、怎樣證明你調查后寫出的報告不是胡編亂造，而是辛苦調查得到？對第一個問題，學生很快回答：電視、報紙、雜志、國際互聯網、廣播電臺等，至于要調查哪些媒體，學生討論后認為電視、廣播電臺靠記憶，不可靠，又太難調查，而后在教師的逐步啟發下回答：至少要調查報紙、綜合性的雜志和網易、新浪、搜狐等門戶網站。而后，回答了第三個問題，在文章結束時要寫下別人能夠查找到這些資料的必要的線索：報紙、雜志名，文章的題目，作者，頁碼，出版社、出版時間等等，網站上的內容則要有文章的作者、題目、網址、查閱時間。其實這種訓練應該在小學進行。

引用參考文獻能夠說明文章中的相關內容是有根有據的，尊重前人的研究成果，別人也能夠清楚地找到文章的論點和依據的來源，還防止了有意無意的對他人的剽竊。引用參考文獻時，千萬不可以作假的引用，例如所看過的是譯文，沒看過原文，就只能夠引用譯文，不能夠引用原文。在這方面，中國的文科方面曾經砍斷了這樣的傳統，也有些學者的表現實在不佳，抄襲剽竊不以為恥，但這樣做終究會毀滅學術生命的。西方發達國家則非常看重這樣的起碼的基本功，嚴厲禁止抄襲剽竊。在新語絲網站上曾經有過一篇文章（記憶），說在美國一個大學中同一個班里面的中國留學生，在做寫文章的作業時，因為沒有做好文獻引用，全部被判作弊，要受到僅僅次于開除的處分，這些學生其實都是中國著名大學畢業后去美國的好學生，他們解釋說中國的情況是對此毫不在意，這些學生也沒有受到過應有的訓練與要求才會如此的。最后的結果，記憶里是他們受了嚴厲的警告和小處分。

學生學習做科學研究以及日后真正地做科學研究必須老老實實，寧可老實地寫出參考文獻，別人看了參考文獻后能夠客觀評價水平，也比不列出參考文獻欺騙他人強。

學生在討論中講述以后或寫好文章后，小學教師、中學教師要選擇諸如下面的問題問學生：“你看了幾本這方面的書（文章）？”“這些數字（情況）準確嗎？你有把握嗎？其它的書、文章（材料）與你前面說的是一樣嗎？”“有沒有更快更好的辦法來找到你想要找的書（文章）？”“如果你要對你的同學XXX講你知道的這些，而他對這什么都不知道，你怎么辦？（怎么說給他聽？）”“他看了你的文章，能清楚知道XX是什么樣的嗎？”“你是怎樣得出這一結論的？”等等。學生回答后，教師要不失時機地進行鼓勵。

研究性學習可以是全班、小組、個人為單位來做，教師要根據學生興趣搞好分工合作。研究性學習的課題可以讓學生自己主動提出確實感興趣的問題與事物，也可以是教師給學生選擇一組題目，讓學生根據自己的興趣選擇。學生做自己確實感興趣的問題研究，優點是學生會努力學習，缺點是學生可能會不懂必要的知識，每個學生的課題不一樣，教師指導會有困難。而教師決定的課題常常是是學生容易做到的，而且全班、小組共做一個課題的話，也可以培養學生團結合作的精神還能夠讓學生相互競爭，更加努力。

至于如何進一步地在研究性學習中進行討論、設計實驗、進行實驗、討論、撰寫論文等問題，將在后面的文章中闡述。

參考文獻與注釋：

1、錢寧：《留學美國--一個時代的故事》，江蘇文藝出版社，1996，P126~127

2、朱學勤：《被遺忘與被批評的--答楊念群先生》，來自論文集《書齋里的革命》，長春出版社，1999，P160~161

研究性學習主要是進行科學研究教育（二）

一、科學研究性學習與課堂教學的關系

研究性學習大致可以分為兩大類，一類是仿科學研究型，用類似科學家做研究的方法進行，成果是某種知識或理論；另一類是實用型，成果是某種可直接用于現實的方案或技能，實用型的研究性學習本文暫時不予討論。僅就科學教育而論，學生要懂得起碼的科學知識才能知道如何做科學研究，初步懂得了如何做科學研究后才能在實踐中有所提高，具備科學鑒別力，所以，科學知識教育是科學研究教育的基礎，科學研究教育又是科學鑒別力教育的基礎。

科學知識教育（主要在課堂教學中進行）的優點是能夠用最少的時間把盡可能多的科學知識直接傳授給學生，節約時間，因此大多數的科學知識必定是以這種方式教給學生的，它的缺點是這種教學很容易導致學生只是被動接受灌輸，死記硬背，知識容易忘記。這個缺點的解決基本上靠教師運用匠心獨運的教學來提高學生興趣、提高學生的主動性并啟發學生多思考。

科學研究教育（科學研究性學習）能夠讓學生通過主動參與與親身體會而掌握程序性的科學方法知識與共識性的知識，掌握如何規范地做科學研究，并形成主動求知、理性地質疑、樂于動手探究、嚴密地論證并驗證的習慣，形成良好的科學素養，（或者說是掌握如何主動獲取信息、處理信息并作出理性的評價判斷），這些知識與共識、習慣與素養是一個合格公民所必不可少的基本知識與素養。科學研究教育的優點是學生一旦掌握了這些就會終身受益，缺點是對教師素質、硬件設施、學生的主動參與等的要求相當高，所花費的時間也相當多。

科學鑒別力教育則是讓學生真正懂得如何做科學研究并能夠靈活運用所學知識，科學素養達到高水準的教育。這樣的教育一般適合于培養高精尖人才，優點缺陷同上。在高中若遇上天賦特別高的學生，可以試一試。

所以，科學教育中，科學知識教育、科學研究教育、科學鑒別力教育都應當進行，而且必須盡量做到最優化，融會貫通、相輔相成而不可偏廢。并不是引入了研究性學習就什么知識都要用這樣的方法來進行科學教育。

筆者曾經讀過一些研究性學習的總結資料與案例，發現常常沒有寫指導教師對學生講授和指導學生什么是科學、如何做科學研究的內容，提到了的也是有很大缺陷。現代科學已經發展了幾百年，各國科學家心血累積的有關什么是科學、如何做科學研究的寶貴共識，在類似科學研究型的研究性學習中，這些共識必須傳授給學生并讓學生自己在研究性學習中自然而然地深入體會，只讓學生自然而然、籠統模糊地知道科學結論必須要有實驗依據是遠遠不夠的。科學教育要讓學生知其然，而且知其所以然。另外，在科學研究性學習上的關鍵環節常常在于學生形成一些解釋、結論后，要否決其它的可能的（實際是錯誤的）解釋并進行論證、實驗驗證，這在科學研究上也是極其重要的環節，但在這方面很少有這樣的事例。

中國的研究性學習目前的情況是目標集中在提高學生興趣、提高學生的主動性并啟發學生多思考上面，對優點的闡述也集中在這方面，但這實在是一個誤會。這些對研究性學習確實很重要，是必須達到的基本要求，沒有這些，更高的主要目標是很難達到的。但這些實際上是課堂教學的非常重要的目標，并不是研究性學習的主要要求，研究性學習的主要目標是讓學生掌握上面所說的那些重要的知識與共識、讓學生形成良好的習慣與科學素養。

由此出發，加上本人略知的一些信息，還可以大致地說一下我所認為的中美兩國科學教育的優缺點：中國教育的優點在于中等學生甚至差生都能夠掌握必要的基礎知識，中國教育的缺點在于幾乎空白的科學研究教育使得中國的優秀學生不能夠盡早受到甚至沒有受到能夠使得學生終身受益的科學研究訓練，很難成為創造性人才，往往被填鴨成庸才。至于中國教育的死板、僵化、缺乏個性等只是次要的缺陷。美國教育的優點是充分的科學研究教育使優秀學生能夠成才，起點很高，也有必要的“高考”篩選人才；缺點可能是科學知識教育有所不足，中等學生、差生連起碼的科學知識都掌握得不夠好。美國教育太自由散漫只是次要缺點。

二、什么是科學與科學研究

要指導學生進行研究性學習，教師首先必須懂得并教會學生什么是科學知識、科學知識是如何發展的以及如何進行科學研究，讓優秀學生迅速達到高境界。但在這一點上，中國的教師本身所受的科學研究教育就不充分，而且中國人普遍以為科學就是被公認的正確知識的累積，進行科學研究就是發現并找到這些正確的知識。但實際上科學知識的情況并不是這樣的，科學也不是這樣發展的，尤其是對于個人的創造而言。本節以下的內容首先簡要敘述這些，需要讀者參照科學史上的事例和參照自己學習做科學研究的經歷進行理解，教師要在對學生講述科學史上的事例或指導學生進行研究性學習的過程中，淺顯地結合講述本文的有關內容，并巧妙引導學生自己悟出（體會）這些關于科學研究的知識與共識。

愛因斯坦曾說：“西方科學的發展是以兩個偉大的成就為基礎，那就是：希臘哲學家發明形式邏輯體系（在歐幾里德幾何學中），以及通過系統的實驗發現有可能找出因果關系（在文藝復興時期）。在我看來，中國的賢哲沒有走上這兩步，那是用不著驚奇的。若是這些發現在中國全都做出來了倒是令人驚奇的。”[1]

在歐美，由于有了全面系統的實驗，才能在以往的認識和系統實驗結果的基礎上發展出來自經驗的科學理論，有了嚴密的邏輯推理體系，才能依照理論作出嚴謹、全面、徹底的推理以得到嚴格的結論和預見，加上了數學方法則得到精確的推論和預見；由此以及在科學理論的指導下又進行進一步的系統實驗、解決問題、提高精密度等工作以發展科學知識。

一代又一代的科學家，哪怕是平庸者，都能對科學的發展作出力所能及的貢獻。隨著科學知識的增進與發展，在舊的科學理論不符合實驗結果等情況出現后，就會有科學家創造出新的，更正確也更準確的科學理論來代替它。就這樣，一輪又一輪的系統的實驗發現和科學理論的推理相互促進，形成了良性循環，更全面深入（也常常是更正確），更準確，現代科學就這樣在歐美飛速發展起來了并且繼續這樣發展。

因此，本文所討論的科學，是指系統的實驗和結果，理論立足于系統的實驗基礎或可重復的切實可靠的經驗基礎，并具有嚴密推理的體系等科學知識的總成。

伽利略（現代科學的第一個代表人物）那樣的現代科學方法才是正確的，科學研究首要的是通過實驗找到并明確事實的確是如此，但一個實驗結果也許有多種可能的原因，也就是有多種可能的解釋或結論，因此必須運用嚴密的推理和數學運算，以及進一步的實驗研究如對照實驗，才能夠排除其它可能的解釋或結論，從實驗結果或進一步的實驗結果中得到正確的結論如找到自然現象之間的定性的關系或數學關系（定理、定律），至于為什么會這樣的原因，能夠找到原因更好，而且這是更大的貢獻，沒有找到也不必要太在意。在科學上重要的是：事實（實驗結果）確實如此，從事實（實驗結果）得到的結論堅實可靠，而且排除了各種能夠否定結論的可能解釋，有所創新，并能夠為未來的進一步研究打下堅實的基礎。（如果未用對照實驗等辦法排除了這種能夠否定結論的可能解釋，很可能會出非常丟臉的大錯誤；如果不能夠排除其它的可能性，我們就只能夠得到各種“有可能”、莫衷一是的知識，而不是確實可靠、能夠在此基礎上進一步發展的知識。）至于更進一步的原因等問題，人生是有限的，科學發展水平也是有限的，不清楚更進一步的原因就老實地說不知道，可以留待進一步的研究或留給后人去解決。中國的學生和教師特別是文科方面的，要小心，不要重犯當年亞里士多德犯過的錯誤：僅僅掌握了很少的事實，就要得到最一般的結論。當然，人免不了犯錯誤，科學史上也有一些被發表的錯誤，如錯誤的實驗結果，由正確的實驗結果得到錯誤的結論，錯誤的理論等等。

所以，科學研究是不斷發展的過程，科學上的結論與理論必須建立于可重復的經驗如實驗的基礎之上，經驗基礎必須真實，實驗結果必須有不以觀察者為轉移的可重復性，可重復性是系統地進行實驗發現最重要的要求，不僅事后實驗者能夠重復做出實驗結果，別人（包括反對者）在同樣的實驗條件下也能夠重復（否則誰都可以憑空胡說作出了科學發現了）。做實驗研究如果實驗結果不能重復，那就不能夠得到可靠的結論與實驗結果。比如進行了多次實驗，每次都得到不同的結果，就只能說是整個實驗工作失敗，完全得不到有價值的結果。實驗結果中數據的精密度同樣重要，達到足以得到準確結論的精密度就夠了，比如說實驗測得的數據精確到小數點以后第二位就足夠說明問題了，那就不必要浪費時間、資金與精力去得到精確到小數點后第三位的實驗結果。但目的是提高精密度的測量，則不屬于這種情況。另外，每一個實驗數據都有一定的精密度，如果幾項測定的精密度都是三位有效數字，則在實驗報告和論文中把初始數據以及因此得出的次級數據給出三位以上的數字，就是完全錯誤的，說明作者不懂有效數字。

還有，根據實驗所測得的數據，可以得到多個可能的公式、圖表，當然，一般是只取最簡單的，這樣的做法是符合簡單性原則的。在沒有新證據證明這個公式、圖表是錯誤的之前，這樣的公式或圖表在科學上是完全應該接受的（至少是可以接受的）。此外，實驗的結果應該隨著技術的進步，思考的更加周密而導致實驗結果更好，更加支持結論，而不應該相反，如果出現相反的情況，則不是以前的實驗有漏洞，就是結論有問題。在科學研究中，實驗的數據出現不穩定也是正常的，一般說來應該遵守科學道德如實報告，但這也不是絕對的，一般說來，只有實驗者才知道自己所使用的儀器的性能與實驗過程情況，如果是隨著技術的進步，實驗設計更加周密而導致后面的實驗數據更好，穩定，只選擇后面的實驗數據報告也是應該的。這顯示了實驗者的科學鑒別力，例如美國的密立根花費了十年時間用實驗驗證愛因斯坦的的光電效應理論，未報告一些實驗做得不好的實驗數據，筆者曾經見到國內有人因此在文章中說密立根違反科學道德，但這樣的說法是不對的。

科學理論的出發點和其它的前提必須建立在系統的實驗基礎或可重復的切實可靠的經驗基礎上，要預先考慮并排除各種可能性以及各種可能的反駁、詰難，必須有嚴密的邏輯，例如與公認的概念意義不同的重要概念必須明確界定其意義，提出的論點、由實驗結果得到的結論必須進行嚴密論證。在運用理論進行嚴密推理中，推理鏈越長，出發點、一些前提就不一定可靠或被廣泛接受，結論也就并不一定可靠，因此，常常需要理論的研究者做實證性的研究來驗證這些推論，并間接地驗證理論的出發點或其它前提條件；如果科學理論的研究者無法做實證性的研究來驗證這些，那么最好是從理論出發，推理得到一些日后能夠被實驗驗證的推論甚至設計實驗，讓別人來驗證。即使理論的前提條件、出發點以及推理過程無懈可擊，也應該對結論、推論進行驗證實驗或實證性的研究，以便獲得更多的科學知識。（在實用性的工程技術領域更必須這樣。）

所謂驗證，就是根據科學理論得到了一個推論，這個推論必須能夠與實驗結果或經驗形成對應，即必須能夠被實驗證實或否證，如果實驗結果未否定這個推論，實驗結果即為支持這個推論和理論。在能夠否定這個推論的其它的可能解釋不成立的情況下，這就是理論和推論得到了實驗驗證。

但以上這些要求，由于各種原因如個人的局限等，實際上并不是每個人都是嚴格地做到的，所以，在科學研究的過程中，已有的科學出版物中的科學知識實際上包括許多其它類型的知識，從很有缺陷但值得一聽的想法、觀點到可以接受的知識到必須接受的知識直到受到普遍公認的證據確鑿的多種類型的科學知識，研究者在科學研究中產生并逐步發展自己的設想情況更是這樣。當然，科學研究成果至少必須是可以接受的知識，很有缺陷但值得一聽的想法、觀點由于有重大缺陷，如缺乏必要的論證或僅僅只有部分實驗、事實的支持或有相反的實驗結果，或者是與已經被確定的科學知識有沖突，一般不算科學研究成果，更嚴格但也略微死板的看法是只有被普遍公認確定的科學知識才是科學研究成果。

三、如何指導學生進行研究性學習（續）

充分查閱資料后，讀文獻是科學研究的極其重要的部分，必須進行學習、比較、思考、評價判斷，要對不同文獻（甚至相關學科中的文獻）中的討論同一問題的研究與闡述進行比較，發現異同之處，有比較而后才能夠有鑒別。要真正理解新的資料文獻包括早已經“學到”的知識，真正搞清楚相互聯系知識的來龍去脈，理解知識點以及清楚各個知識點相互的聯系；如理論的推理出發點、其它前提是否符合實驗依據，實驗者是否做了必要的對照實驗，是否存在其它的同樣能夠解釋實驗依據的理論或其它科學結論，是否做了實證研究來驗證或推理出了未來能夠被實驗驗證的推論，實驗或實證研究是否確實而有效，等等。這絕對不是學生在課堂中對知識的“理解掌握”，學生在課堂中，能夠記住知識，能夠用語言文字、圖表等清楚闡述，能夠運用知識解決習題并且沒有錯誤，這樣，教師一般就認定學生已經理解掌握知識了。但這樣的理解掌握，從科學研究的角度看，連科學研究的大門都沒有進入。

中國第一科學家鄒承魯院士在《我的科學之路》中說：讀文獻“首先要養成不是去問老師，而是自己去查閱參考書或文獻的自學習慣，前面已經談到及時追蹤科學發展的重要性。對于書本知識，我認為首先要有打破沙鍋紋(問)到底的習慣。對任何規律性知識都要問一個為什么。不僅要知其然，更重要的是要知其所以然。閱讀文獻尤其是如此。我曾擔任國內外重要刊物編委和顧問編委多年，經常被要求審閱稿件。我多年的體會是審閱，無論是優秀的、一般的，甚至是有問題的稿件，自己都獲益良多。看到別人論文中的優秀部分可以學習，錯誤可以提醒自己不犯或少犯類似的錯誤。對于文獻中引言部分，首先要問作者是否充分掌握了有關文獻，對于實驗結果，要看所用方法是否可信，是否有充分的對照實驗，對于結論，則要問有沒有足夠的根據，是否有也同樣符合所有實驗結果的其他可能結論。在自己的論文準備投稿時，這也是自己首先要自我檢查的問題。”

如果不這樣讀文獻，那么就很簡單：選擇某個課題，閱讀這方面的一本權威性專著，再讀這方面最近幾年內發表的最新論文就夠了，但這樣學生就沒有受到良好的訓練。

從上面所說的什么是科學與科學研究出發，并參考了《美國國家科學教育標準》的有關介紹，顯然教師在討論中以及實驗后的討論中應該經常問學生這樣一些問題：實驗的可重復性方面：“我們還必須反復實驗嗎？”“我們還需要要更多的證據嗎？”實驗的數據方面：“我們實驗誤差的根源在哪里？”“你對數據的準確性有多大把握？”，實驗結論方面：“你覺得實驗結果的原因是什么？”“你希望從實驗數據（數據資料）中得到什么解釋？”“數據資料中有什么讓你非常驚奇的嗎？”，“我們是怎樣得出這一結論的？”“你對結論有多大把握？”實驗條件方面：“如果你必須對一個人解釋某個問題，而這個人對這方面又一無所知，你將怎么辦？”進一步的實驗研究方面：“有無更好的辦法來進行這項研究？”排除其它的原因與可能成立的解釋方面：“有沒有另一種科學解釋與你提出的解釋一樣能夠說明實驗結果的原因？”“你怎樣評價一個與你不同的解釋？怎樣用實驗（用什么辦法）證明那個解釋是不對的？”“你考慮了其它的可能性嗎？有沒有可能是其它原因導致這個結果？要不要做對照實驗？”等等。在討論中，教師要引導學生形成解釋，并進行推理或實驗方法來排除其它的解釋，得到正確的結論。

對中小學的研究性學習來說，由于主要是學習，設計實驗不難，基本上把已有的實驗方案，略微改變如換一種實驗材料來做實驗就夠了。實驗設計方案一般包括實驗題目，目的要求，實驗假設，實驗預期，方法步驟，實驗記錄，實驗結果和結論八個部分，其中真正困難的部分是對照實驗的設計，其次是實驗技巧。設計對照實驗主要目的就是排除其它的可能的原因與結論，以得到切實可靠的結論。

寫論文是對研究性學習的總結。在寫論文時能夠回顧實驗設計、結論有無缺陷，是否全面完善，邏輯是否嚴密，要考慮對所取得的實驗結果是否還可以提出不同的解釋，是否已經確切地排除了其它的可能性等等。寫論文應當按解決問題的邏輯推理順序逐步提出實驗與實驗結果，最終得到結論。在文科方面，寫論文，做課題，切忌做大課題，寫討論大問題的論文。做大課題很容易大而空泛，根本學不到如何做真正的研究。寧可小而精，寧可做小問題而有新意，最好是把小問題研究透徹后而產生自己獨到的創新，逐步掌握如何做真正的研究，研究天分很高的學生自然會在這樣的基礎上逐步能夠做大課題的。

與常人的一般的估計相反，我認為相對說來，在小學、中學進行科學研究教育比在大學中進行相對更容易些，教育效果也更好些。小學、中學的各門學科中，與大學相比，直接面對大自然，實驗簡單，易于操作，易于控制，結果明顯，易于得到結論，也容易設計并進行各種對照實驗以檢驗各個可能成立或不成立的解釋，由實驗結果進行推理而得到結論的推理步驟也少，而且資金花費也少（這對我們這樣一個窮國，意義重大），但有關科學研究的原理卻是一致的。在大學中才進行科學研究教育，唯一的優勢是學生已經長大成熟，但也有不利之處：大學中的實驗材料基本上是已經經過了處理的材料，這樣，要通過實驗全面理解如何做科學研究，就有更多的未知之處要考慮，還需要更多的推理步驟，也難設計并進行對照實驗。

《美國國家科學教育標準》中對研究性學習有很好的闡述和案例，建議教師參考。下面我將舉一個簡單實驗為例，學生通過它一樣能夠知道科學研究的原理：

本實驗原理是：在零下或零度的同一個溫度下，冰在高壓強下熔點會降低，能夠融化為水，高壓強不存在后又結成冰。本人讀初二在冬天很冷時，做了一個鋁飯盒大小的冰塊，懸空架在兩張凳子中間，用細鐵絲兩端系上兩個共9公斤的大啞鈴，再把帶啞鈴的鐵絲小心地放在懸空的冰塊上，過幾分鐘后，看到細鐵絲慢慢陷入冰塊，向下全部陷入冰塊，最后細鐵絲全部穿過冰塊掉在地上，冰塊未斷成兩塊，只是放鐵絲的地方有一道凹痕。

而后，教師或家長問學生：“為什么鐵絲能夠穿過冰塊？為什么冰塊能夠不斷成兩半？”學生可能有各種回答，這些回答若不正確，應該用實驗來否定。比如說，學生可能回答：“鐵絲是鉆過去的。”這個結論可以用木頭或鋼筋代替冰塊來做對照而否定。學生可能得到結論：鐵絲只能夠鉆過冰塊。這雖然等于什么也沒有回答，也可以用帶輕的物體的鐵絲做對照實驗，證明鐵絲帶的是輕物體的話也不能夠鉆過冰塊。啟發學生注意鐵絲要帶重物才行。

而后，可以提示學生鐵絲穿過水很容易，或提示冰能夠化為水，水也能夠結冰，逐步啟發學生得到類似答案：鐵絲掛重物壓在冰上，冰會融化變成水，沒有帶重物的鐵絲壓著，水會結成冰。這是唯一在科學上可以接受的結論，但還需要驗證。這結論可以用幾種辦法驗證，此外還可以用冰豆腐代替冰塊來做實驗（本人在南方，未做過），或許能夠得到更有趣的結果。

在科學知識教育中，同樣能夠教育學生學到有關科學研究方面的知識。例如初中物理中學習阿基米德定律，物體在液體中所受到的浮力，等于物體所排開的液體的重量。教師常常用水做了實驗測量就結束了，但這實際上不符合科學原理，明顯缺乏實驗驗證。阿基米德定律所說的是液體，不是水，是一般性的結論，所以至少還必須用煤油、酒精進行測量驗證才行。

結語：

科學研究的原理，簡單地說不外乎說什么話，得到什么結論要有實驗依據，要邏輯嚴密，由此再得到結論還要嚴密推理并用實驗驗證；否定其它的結論、解釋，否定其它可能的原因也要符合邏輯，并用實驗來證明。學生所做的那些研究性學習中的實驗與討論，與科學家所做的科學研究，主要的區別在于科學家所做的是創新，學生所做的不是創新而已。研究性學習并不是只看重過程，不重結果，研究性學習的結果：學生學會如何做科學研究，并內化為學生的習慣與素養很重要，只不過這些結果目前不能夠通過考試檢測出來而已。

參考文獻與注釋：

1、愛因斯坦：《西方科學的基礎和中國古代的發明--1953年給J.E.斯威策的信》，《紀念愛因斯坦譯文集》，上海科學技術出版社，1979，P46，此話根據商務中譯本，劉華杰提到李醒民認為末句翻譯有誤，本人贊同，此處引用時已根據李醒民的提示改正。

如何培養學生的科學鑒別力

以下辦法用于訓練天賦非凡學生的科學鑒別力，普通學生恐怕掌握不了。請不要以為下面的所說的一些東西很簡單，本人曾經閱讀過中國一些博士、著名專家的論文與論戰文章，發現有相當一部分人尚未具備較高的科學鑒別力。

科學鑒別力（評價判斷能力）并不只是批評能力，而是包含兩種類型的評價判斷能力：肯定性的評價判斷力（注重論點的確證支持與未來發展潛力）和否定性的評價判斷力（注重挑出支持、確證方面的不足與錯誤）。這些早就被西方的科學家們討論過了，唯一的缺憾是筆者未見到如何培養學生科學鑒別力具體辦法的討論。中國由于歷史上多年的政治運動以及其它影響，學者也受到了潛移默化的感染，自然科學界在這方面有些死板，而文科學界，科學鑒別力中批評（否定）性的評價能力特別強也特別被看重，在中國，尖銳的批評評價容易產生反響，真正的創新常常難于得到好評，而且中國的對學術成果的肯定性評價判斷也過于看重論證的情況而不是論點、方法的未來發展潛力，這實際上還是表現了批評（否定）性的評價能力過強。但這兩種類型的評價判斷力是不可偏廢的。

根據這兩種類型的評價判斷上學生、學者表現出來的自然而然的天賦，心理學家瑟斯頓把學生與學者分成兩種截然不同的類型[1]：甲類是批評分析型，乙類是創造型。每當甲類學生遇到一個新假設或一個新穎的建議時，他們總是把它認作是荒謬的或不切合實際的。他們用清晰的，常常是難以捉摸和巧妙的邏輯思維來分析這些新的提議。相反，乙類學生在遇到同樣的問題時，則較容易接受，并思索其中包含著的東西，以及是否可以證實它。對于新穎的建議，他們所產生的動力是希望能夠證明它是真實的。兩種態度有各自的弱點。對于甲類來說，盡管他們擅長形成完美的論點，但卻可能會省略掉富有創造性的論點。而乙類有時則可能相信那些表面似乎有道理但實質上荒謬可笑的見解。筆者對此研究的結論簡單地說是：這兩種情況由個人思維能力的特長決定，表現出批評分析型的人是因為其聯結性思維能力強，思考快速準確，聰明；表現出創造型的原因是凝聚性思維能力強，思考深入，富于睿智。

此外，有些科學家包括哈耶克也對此進行了討論，有所補充。記憶里我曾經讀過的W.I.B.貝弗里奇所著的《科學研究的藝術》，有科學家曾說（大意）：這兩種不同類型的人如果分別是教師與學生，有可能出現糟糕的情況：批評分析型的學生遇到創造型的教師，或許會頭痛自己為什么不能夠象老師那樣新思想迭出，認為自己應該象老師一樣，并懷疑自己的能力；創造型學生遇到批評分析型的教師，或許會認為自己那樣是缺乏邏輯思維能力，頭痛自己不善于作透徹細致的邏輯分析以及找出自己和他人研究結果的不足與錯誤。[2]

所以，科學鑒別力的教育只能夠順應心理特征（思維能力的特長），而不可強行改變。對于批評分析型的學生，由于進行分析推理以及批評是其自然而然的強項，在肯定其優勢并首先教會學生如何做學術批評以及高水平學術批評的的基礎上，要提醒學生注意這種優勢容易導致對自己和他人的未完善的設想批駁能力很強，很容易扼殺自己或他人的未成熟的創新。所以教師要特別注意隨后就必須培養這類學生肯定性的評價判斷力，以增進學生的自信心與相對平衡的良好科學鑒別力。科學知識并不是全部由無可爭議的事實與理論組成的，在個人的研究過程中，從肯定性的評價判斷角度來看，在科學研究中必定需要良好地鑒別自己的和他人的各種研究結果屬于下面所列舉的哪一種情況：

1、已經發表但未被發現其重大錯誤的研究結果，科學史上例如：倫琴因密封的照相底片曝光而發現X射線后，曾有法國人發現了（實際上并不存在的）N射線，還獲得大獎，當然，最終的研究結果發現，所謂的N射線不過是心理影響而已。也曾經有一個日本人突發奇想：“螢火蟲不也是發出熒光----射線嗎？于是進行實驗后，煞有介事地報告：螢火蟲能夠發出射線，導致底片產生陰影。這明顯忽略了其它的可能性，當然，其他科學家重復實驗后指出：螢火蟲產生的氣體（至少部分地）導致底片產生陰影，并不是螢火蟲發出射線，使得這個日本人和他的合作者大為丟臉。

2、缺陷極大不可以被接受也無發展價值的研究結果，或者只是泛泛而論，沒有創新的“研究結果”。中國這樣的論文很多，不舉例子了。

3、缺乏充分實驗事實的支持也很缺乏論證的，很有缺陷但也有道理，或有實驗支持的此類假說，觀點，屬于很有缺陷但值得一聽的研究結果，說這類假說、觀點值得一聽是因為這些論點中或許值得進一步發展。例如，1914年，查得威克發現了放射性衰變中的α譜和γ譜是分立的，而β譜卻是連續的。由此，玻爾提出了非統計的能量守恒定律不成立的假說，泡利卻提出了中微子假說，這兩個假說都屬于很有缺陷但值得一聽的研究結果。

4、有缺陷但很值得發展的研究結果。例如費米在泡利提出的中微子假說基礎上，進一步提出的理論就是這樣的情況。

5、在科學上未被確證但可以接受或應該接受，值得進一步進行研究的成果，例如愛因斯坦的的光電效應理論，有實驗事實的支持，有嚴密的邏輯推理論證，但在美國的密立根等人未用長期、反復的實驗驗證前，只能夠說是應該接受，非常值得進一步進行研究的成果。還有其它的情況例如，若有兩種現象，一種現象的內在機制過程清楚，另一種現象的內在機制過程還不清楚，而兩種現象的開始情況與結果情況都相同，在沒有出現新的證據證明兩種現象的內在機制是不同的證據前，認定這兩種現象的機制是相同的，這在科學上是完全可以接受的。

6、得到確證，但與現有知識或實驗有沖突，非常值得進一步進行研究的研究結果，例如盧瑟福的原子模型產生情況：

J.J.湯姆遜在1904年提出了原子的無核模型。盧瑟福也相信無核模型，并進行了α粒子轟擊金箔實驗來驗證。在實驗中卻發現了原子無核模型無法解釋的現象，有極少數（萬分之一）超過90°甚至達到180°的大角度散射。

對此，盧瑟福深感驚訝：“它的難以置信好比你對一張紙射出一發十五英寸的炮彈，結果卻被彈了回來反而打在自己身上。經過思考，我認為反向散射必定是單次碰撞的結果，而當我作出計算時看到，除非采取一個原子的大部分質量集中在一個微小的核內的系統，是無法得到這種數量級的任何結果的。這就是我后來提出的原子核心具有小體積和大質量的想法。”

根據α粒子轟擊金箔實驗的結果，嚴格進行計算、推理，就只能夠說僅僅金原子確實是大部分質量集中于微小的核中。但盧瑟福以α粒子轟擊金箔實驗的結果為基礎，便跳躍到了普遍情況，認定原子都是大部分質量集中于微小的核中，盧瑟福這樣做是很正常的，符合簡單性原則。但這個原子模型還有一個重大問題未獲解決，根據經典電磁理論，圍繞原子核運轉的電子會不斷輻射出能量，原子就會很不穩定，但事實并非如此。這樣，盧瑟福的原子模型與經典電磁理論是有沖突的，值得進一步發展。

7、在科學上已經被確定，毫無疑問必須接受的研究成果。在這方面，一般說來，教材中這些類型的知識是很多的，科學出版物如科學方面的專業雜志所刊登的，被前人反復驗證的知識也是這種類型的知識。這樣的知識，偶然也有是錯誤的，當然，糾正這種錯誤必定是重要的創新。

進行這方面的訓練，可以讓學生專門做肯定性的評價來訓練學生在這方面的科學鑒別力，即要求學生不要考慮文獻中的問題以及缺陷，只是去討論、評判文獻中或研究成果中的支持證據以及未來發展潛力。

研究者在自己的思索、創造過程中，也必定會產生上述各種類型的想法、成果，從缺陷極大也無發展價值的思考結果到在科學上已經被確定，毫無疑問必須接受的研究成果。對創造者的創造自述進行分析可以知道：在研究中由于創造者常常是從部分的知識如事例、實驗材料中想到新設想的，最初產生的新設想必定有漏洞、錯誤，如新設想遺留著引發新設想的那部分知識的痕跡，帶有原有知識的缺陷、局限，還有的如新設想產生的時候使用的是原有的不恰當的、實際上是錯誤的概念，但想法卻隱含著正確的方向等等情況。當然，新設想中的缺陷若被解決，創造就獲得成功；若這些缺陷、錯誤未能解決，則新設想就是價值不大或是錯誤的。例如班廷發現胰島素的案例，班廷在提取胰島素治療糖尿病實驗獲得成功后，最大的困難就是：結扎胰管的辦法很麻煩，要等待六至八周，還只能得到極少的胰島素。這個問題不解決，就幾乎沒有實用價值。最后，他才找出了正確方法：加酸使胰液中的胰蛋白酶無法分解胰島素。這樣，屠宰后牛、豬等的胰腺就都能夠提取胰島素。至此，所有最重大困難才被解決。班廷最初的辦法如此麻煩，其原因就在于原先的引發班廷產生新設想的那部分知識：結扎胰管，胰島正常，不發生糖尿病。結扎胰管這個實施起來很困難的辦法遺留在班廷的新設想中。

因此，在個人的研究思考中產生的新設想存在缺陷是很正常的，關鍵是要能夠準確判斷新設想的發展前景，以及不斷努力消除新設想中的漏洞。對實驗、實驗方法方面產生的新設想，判斷其未來發展前景一般是比較簡單的，充分考慮了新設想的各種可能結果與可能的疏忽后，做實驗就夠了。判斷理論方面新設想的發展前景就很難，的根據存在著幾種標準，常常需要綜合后進行判斷。一般主要看原有的成果的支持根據情況和自己的設想的支持根據情況，即原有理論或自己的觀點的出發點、推論，必須與實驗觀測的結果相符合，而且必須是越來越精確的一致。各種事實對理論、問題解決辦法相互符合的支持重要性是不同的，有的事實（實驗結果）直接對應理論的出發點或重要推論，而且前提條件明顯不存在其它可能性，推理步驟少，對理論的支持非常重要，不支持理論的話就是極其重要的反常；這樣的事實屬于核心事實。也有的事實（實驗結果）不是對應理論的出發點而是對應的是理論的次要推論，而且推理步驟多，前提條件也存在其它可能性，這樣的事實屬于邊緣性的事實。當然，核心事實比邊緣性的事實與理論相符合更重要。此外還有其它的幾種次要依據（簡單性、一致性等）。

對創造型的學生，由于易于接受新設想以及首先考慮新設想的發展前景并進行證實是他們自然而然的強項，所以要在訓練好他們如何進行肯定性的評價判斷后，對如何作高水平批評進行特別的訓練：

一般地說，作低水平的學術批評，思考仔細些，用常規性的科學研究標準或學術規范的那一套就夠了，如作者是否充分掌握了已有的文獻知識，論點有沒有扎實的經驗基礎，或者是否從已經被公認的基礎出發，概念是否作了必要的定義，推理是否嚴密，從經驗基礎到結論有各種可能性，作者是否考慮周到，是否排除了足以否定論點的其它可能性，是否與被普遍接受的相關知識以及相關學科知識有明顯沖突，等等。

但是，論文作者如果是受過良好訓練或很有天分的人，用這樣的辦法就不行了。杰出的學者基本上沒有這些問題。但還可以把這些都考慮過了，清楚理解了之后，從根本的出發點或主要思路來作高水平學術批評，從作者未考慮或未充分考慮的重要的經驗事實或相關學科知識出發，否定或者糾正對方論文、文章的主要思路，否定或糾正對方的出發點，或者重新樹立一個學者都公認的必須遵守的出發點來反駁對方，還可以從事實出發，否定對方進行推理所必須依賴的重要條件（前提），等等。這樣做很難，很費時間，要求很高，學生很累，但非此不能夠掌握高水平學術批評。

訓練學生的科學批評能力、學術批評能力，可以采用這樣一個辦法：讓學生做模擬的審稿人，專門挑專業論文、專著中的錯誤與不足，告訴他們論文如果通過了他們的審核就會發表，要挑出其中的錯誤以免貽害他人，而且可以有時故意讓他們評價水平低的文章，訓練他們以我為主，要考慮各種可能性，大膽存疑，等等。

另外，還有一個辦法也能夠培養學生的科學鑒別力。科學鑒別力也能夠通過運用科學研究標準而表現出來。科學界是存在科學研究標準的，科學史上有許多科學家運用科學研究標準對理論與實驗研究進行鑒別取舍的事例，因此，除了在科學研究中讓學生看教師如何分析各種實驗、論文、專著，如何洞察這些、如何提出新思想，如何論證，如何做實驗驗證等辦法培養學生的科學鑒別力外，還能夠通過在科學研究中以及在講授科學知識的過程中，結合科學史的分析討論而培養科學鑒別力。相對說來，由于科學研究的專業化，在本專業的科學研究教育中培養學生在本專業的科學鑒別力是更好的辦法，在本專業之外的這種教育，一是需要花費額外的思考才能夠在本專業運用，二是科學史上的事例往往是杰出科學家們所作出的，大多數人恐怕成不了杰出科學家，難于達到那種境界。

參考文獻與注釋：

1、轉引自：羅伯特.湯姆生：《思維心理學》，福建科學技術出版社，1985，P184，許卓松譯

2、W.I.B.貝弗里奇.科學研究的藝術.科學出版社.1984.P56~86（文章中的話是我的記憶，原書因借給他人而遺失，恐怕原文并非如此）

來自：k12

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