基于逻辑的小学科学教学设计的特征

2023-11-20 理论教育版权反馈

【摘要】：由上述理由，可以根据哲学重演律的第三重演律得到一个推论：人个体的科学学习过程，是一个不断发展的科学认识过程，重演人类科学认识过程。换而言之，小学生的科学学习具有重演律特征。

一、科学发展的阶段性特征

人类的科学认识过程要基于客观事实，通过观察、实验的技术手段呈现为科学（经验）事实，科学事实经过思维加工形成科学认识，科学认识通过技术手段的证实或思维的论证，上升为科学理论^[10]。同时，存在另外一种可能，即科学认识被证伪，从而被否定；也有可能得到修正，使科学认识更深入或更精确，再上升为科学理论。科学理论在实际应用和科学自身发展过程中，会有与其矛盾的反常出现，当反常增多与积累，会出现危机，此时会出现新的科学认识，就会出现替代旧理论的新的理论。这是一个永无止境的发展过程^[11]。

科学发展的一般模式，说明科学本身作为人类对自然世界的认识，是一个不断深入、不断修正甚至颠覆、不断发展的过程，科学没有终极结论。但是，对任何一个科学领域，其发展过程都具有不同的性质。武谷三男作出总结，提出科学发展三阶段论：第一个阶段是现象论阶段，即描述科学现象和描述实验结果的阶段。第二个阶段是实体论阶段，即了解产生现象的实体结构，并根据这种结构的认识，整理关于对现象的描述，以获得规律性认识。第三个阶段是本质论阶段，即概括出实体的本质规律，并且根据这种本质规律进行推测，具体地预言出这种实体的性质。^[12]当然，一个理论发展到本质论阶段，在本质层面上进一步探索，还会向纵深发展，永无止境。

武谷三男是从科学史的角度对物理学进行总结得出科学发展三阶段论的。他的一个典型的例子是对人类认识太阳历史的总结。古代人类的天象观察和第谷·布拉赫获得的大量天文观测数据，是对太阳系认识的现象论阶段；当开普勒建立天体运动模型并找到行星围绕太阳运动的规律，提出开普勒三个定律时，进入到认识太阳系的实体论阶段；而牛顿万有引力定律解释了这些运动的原因，则达到本质论阶段。科学领域的其他学科是否也一样具有这样的三个发展阶段呢？我们来看对生命现象的认识。孙锡芳、廉永善两位学者回顾剖析了生物学科发展的历史，把该学科从诞生到目前这一长久的发展历史划分为三个大的阶段，即博物学阶段、生物学阶段和生命科学阶段。博物学阶段，主要学科为分类学，最大的贡献是建立了以门、纲、目、科、属、种为骨架的生物分类阶元层次系统。生物学阶段，主要学科为遗传学和形态学，最大的成就是明晰了生物存在的结构层次系统，即生物是由分子、细胞、组织、器官、个体、居群、物种等结构层次组成，并且以群落、生态系统和生物圈等形式存在。重要的标志性规律为达尔文的进化论和孟德尔的遗传规律。生命科学阶段，主要是在分子层次，特别是遗传基础物质DNA双螺旋结构的发现，为揭开生物遗传变异的秘密打开了大门；摩尔根基因学说的创立，加快了人类认识生命本质的速度。最大的贡献是一个包括基因在内的生物生长发育的调控层次系统将被逐步阐明。^[13]博物学阶段，可理解为生命科学发展的现象论阶段；生物学阶段为实体论阶段；而生命科学阶段，则对应本质论阶段。对生命世界的认识过程，突出体现了科学发展的三个阶段，这说明，可以根据科学发展的三阶段论考察科学领域的各个学科以及这些学科的分支学科。

二、小学生学习的重演律特征

德国博物学家赫克尔在《生物体普通形态学》一书中强调：“个体发育是系统发育的简短而迅速的重演”，建立了著名的重演律，也称为生物发生律。以此为基础的哲学重演律，包括三个定律，第一重演律，又称胚胎重演律，即高等生物在胚胎阶段的发育过程，重演生物进化史；第二重演律，又称个体发育重演律，即个体一生的发育重演群体发展的历史；第三重演律，又称思维发展的重演律，即一个人思维概念的发展、思想情感的发展成熟过程，重演整个人类认识的历史。

对哲学重演律，在学界存在很大争议。其中之一，就是基于生物发生论的哲学结论的普遍性问题，即由微观个体发生、发展规律推知宏观种群进化规律的问题。混沌科学揭示和探索着宏观和微观的辩证统一。混沌是由确定性非线性方程出现宏观无序性，但在混沌态的无序性中还存在有序性的周期窗口，在周期窗口中又有混沌态的存在……有序、无序不仅可以相互转化，在混沌态，你中有我、我中有你，形成辩证的统一体。^[14]从混沌学角度看，对于一个开放的非线性动力学系统，在其发展过程中，会从有序发展到混沌；在混沌态，会产生自组织现象，从混沌发展到有序，周而往复，存在不同层级上的自相似结构。混沌学的研究结果，说明哲学重演律的普遍性。

科学认识过程是人类认识历史的重要组成部分。由上述理由，可以根据哲学重演律的第三重演律得到一个推论：人个体的科学学习过程，是一个不断发展的科学认识过程，重演人类科学认识过程。换而言之，小学生的科学学习具有重演律特征。

三、小学生概念学习特征

科学整体处于一个发展过程中，而一个具体学科领域的发展不是同步的，又会分别处于不同的发展阶段。前面谈到的生命科学发展过程，从整体上看，经历了科学发展的三个阶段。对太阳系的认识历史，也在分支学科的层面经历了三个发展阶段。有些学科还未发展到经历了三个阶段，或者说其发展还处于现象论阶段或实体论阶段，如“磁学”。早期也是对各种磁现象的认识，尤其是由电产生磁的认识，这个阶段是现象论阶段；当发现磁在空间产生的分布效果从而认识到磁场的存在，磁学发展到实体论阶段，出现磁场模型和描述磁场规律的毕奥-萨伐尔定律。安培的磁的分子电流假说，可以解释铁的磁化和退磁，但对铁以外的物质却根本说明不了。人们到现在也没能发现磁的本质，也就是说磁学的发展还没有进入本质论阶段。对于地球科学而言，整体上处于对地学现象的观察、类比、说明的现象论阶段，如对地壳运动规律的认识。由大陆漂移说、海底扩张说到板块学说，都是基于观察事实的类比性判断。现在最被认同的板块学说，仍然不能解决板块的整体运动与板块内部复杂结构形成的争论。由此可以看出，科学的各个学科（包括分支学科）起步时间不同，成熟度不同，可能处于不同的发展阶段；但也可以预测，都要经历从现象论到实体论再到本质论的发展。

从人一生的认识发展来看，一个人的科学认识过程重演人类科学认识历史。小学生的生长发育阶段处于个体人发展的初期，其认识阶段也处于人类认识的早期，其科学认识阶段也应该处于人类科学认识的早期。叶宝生在文章“哲学重演律对儿童科学教育的意义”中指出，儿童科学认识处于人类科学认识的原初阶段，具有早期人类科学认识的特点，即具有成人崇拜性、生活情景性、外部表征性。^[15]这是从整体上看儿童科学认识的特点和其科学认识阶段，但对于某一个具体科学领域，又有各自的发展阶段。“重演”不是重复，个体对群体发展的重演是简约的。学生面对科学的各个领域，应该简约重复各个领域的认识过程。小学生的科学认识，主要处于科学认识发展阶段的初级阶段，即现象论阶段，如“运动”的学习。小学生主要观察运动的各种形式、运动轨迹，也会体验运动与力的联系；中学生会学习直线运动规律、圆周运动规律、牛顿三定律，尤其是它们的数学公式。我们看，小学生的科学认识是现象论的，中学生则是实体论和本质论的。再如，对于太阳系构成的学习，无论小学生还是中学生，其学习内容都是太阳、八大行星、矮行星、小行星、流星、彗星等天体，没有本质上的层次区分。这实际上是由天文学研究的现象论阶段所确定的。现象论、实体论和本质论之间没有清晰的界线，小学生也会了解一些实体论阶段的科学，也要知道一些本质论阶段的科学知识。小学生的科学认识，不完全局限在现象论阶段，但主体是现象论的。因此，可以认为小学生的科学认识具有现象论特征。

【注释】

[1]恩格斯.社会主义从空想到科学的发展[M].北京：人民出版社，1972：81.

[2]毛泽东.毛泽东选集（1—4卷合订本）[M].北京：人民出版社，1991：262-267.(www.chuimin.cn)

[3]王海传，岳丽艳，陈素，李征坤.普通逻辑学[M].北京：科学出版社，2013：3.

[4]刘怀惠.什么是思维？[J].国内哲学动态，1980（10）：21-22.

[5]普通逻辑编写组.普通逻辑（第五版）[M].上海：上海人民出版社，2010：7.

[6]列宁.哲学选集（第一卷）[M].北京：人民出版社，1990：88.

[7]王海传，岳丽艳，陈素，李征坤.普通逻辑学[M].北京：科学出版社，2013：26.

[8]刘大椿.科学哲学[M].北京：中国人民大学出版社，2011：262.

[9]陈瑞麟.科学概念的指称与投射[J].欧美研究，2003（1）：23-27.

[10]刘大椿.科学哲学[M].北京：中国人民大学出版社，2011：92.

[11]托马斯·库恩.科学革命的结构[M].北京：北京大学出版社，2003：85.