关于科学过程的讨论
一、什么是科学
什么是科学?我想大家都很清楚，我只是简单地说。
(一) 科学应该是一个知识体系。
科学知识体系应该有这么两个特点：它应该是实证的，而且应该是符合逻辑的。这个科学体系里面的知识应该经得起实践的检验，那就是说它是实证的。另外一个方面，它既然是一个知识体系，这个体系它就必须是符合逻辑的。这一点跟现在的小学科学课相似，跟过去的小学常识、自然课可能有很大的不同。自然常识和科学、常识和科学知识的区别到底有哪些?可能会有很多讨论，但是有一点很关键：就是常识所积累的那些事实没有形成一个逻辑体系，而科学的知识应该是形成一个逻辑体系的。
科学是一个发展的体系，这个知识体系是在不断发展的。这个发展的体系包括二三十年代曾经提出的一个观念，这个观念可能不被大家所接受：科学知识是不能被证实的!刚才我们讲的第一个特点是“实证和逻辑”，但是波普尔从科学本质的角度来说，他认为科学是不能被实证的。我举个例子来说：比如关于生物是怎么产生的?怎么发展的?神话有一个解说，比如我们中国人古代有“盘古开天地”，然后有“女娲抟土造人”。这是一个神话，神话里头对人是怎么出现的、生物是怎么出现的、生物是怎样发展的这些问题，有一个自己的说法。然后宗教也有自己的说法，比如圣经里也说到人是怎么产生的。但是神话和宗教都不是实证的。达尔文提出“生物是进化的”，他用了很多的事例来说明生物是进化的，现代的生物是由古代的生物进化而来的。达尔文是对的，为什么呢?那个“女娲”或是圣经说的，我们认为它不是科学的，是因为他们不能实证，而达尔文的生物进化是可以实证的。但是波普尔从另一个角度说，其实像达尔文的进化论也是很难去实证的。
如果真地去思考这个问题，确实也是这样：因为达尔文的理论是从归纳的角度去说明，他使用的归纳方法其实只能是不完全归纳，因为在自然科学里面是不可能有完全归纳的。可
其实早在20世纪70年代，在北美就已经发现了反例，当时他们的反例不是特别的有力。而我们国家前段时间(去年的自然科学一等奖所授予的项目)关于澄江动物群与寒武纪大爆发的研究，这个研究其实就证明了达尔文的自然选择理论可能在有些情况是不适用的，或者说按照现在的进化论所说的“小进化”的领域，这个理论可能是对的，而在“大进化”的这个领域它是有问题的。现在我们回到我们的话题上来，科学是一个发展的体系，所以，波普尔认为科学是可以被证伪的，不能被证实。如果是证伪(他说的这个证伪，不是证明这个理论是伪科学，不是的!他的意思是说：任何一个科学理论，都会被将来所发展的科学所证明，它仅是在某个领域适用)，在它发展了以后，这个科学就要有新的理论去取代原来的理论。也就是说科学作为一种知识体系，它应该具有两个特点，其实在这里我们已经会感受到：科学要么被实证，或者符合逻辑；要么被证伪，或是要发展；这就要涉及到过程的问题。
(二)科学是一个探索的过程
科学是一个不断接近真理的过程。其实在科学上是没有绝对真理的，可能在思想认识上，我们原来过于相信科学是绝对真理。比如说，对于语言和思维，我们认为思维是只有人才具有的。为什么说思维只有人才具有?这个科学根据是什么?这是领袖说的，当时是斯大林讲的。从科学的依据来说，我们认为思维只有运用语言才可以进行，就是说思维的工具、要素就是语言。从生理学上我们发现语言中枢只有人的大脑才有。这样说思维只有人才能进行了。
其实，20世纪后，动物行为学的研究，证明了很多动物(只要是比较高等的动物)可能都具有思维能力。这个问题如何去说明?其实大家也都知道，思维的要素不止语言，除了概念思维以外，它还有表象思维，而且它的表象思维更加重要，更加富于创造性。举个例子来说：DNA双螺旋结构的发现揭开了生物学上的一个新的时代，对我们人类来说也是揭开了一个新的时代。因为有了DNA双螺旋结构的发现，才会有今天的基因工程技术等这样一些技术，而且它已经影响了我们的生活。但是发现DNA双螺旋结构的两个年轻人，他们当时通过什么东西把它搞出来的?他们就是用了一些硬纸板和铁丝，拼了个模型，拼拼模型就拼出了个诺贝尔奖，总共用了两年的时间。在做这个模型的时候，他们利用了维尔金斯和富兰克林所拍的“X衍射”的照片。但是在具体运作的时候，就是用这样一种类似于拼图的方法把这个事情做出来了。
所以他们所撰写的论文翻译成中文的时候，这个论文的长度只有这么多(32开的纸一页)，这就是诺贝尔奖!后来沃森讲到，诺贝尔奖评委会觉得他们的这个诺贝尔奖得的太容易了，所以在相当长的一段时间里没有授予他们。他们在1953年提出来了，1962年才拿到这个奖。之后整个科学界都认识到，除了概念思维外，表象思维也是非常重要的。所以在我们的科学课程标准里面，都把模型这个概念写进去了。但是现在许多人，甚至有些老专家都不知道什么是模型。去年我在浙江师范大学指导一位生物教育硕士写的论文就是《关于模型和信息技术的整合》。现在不是讲整合吗?其实在信息技术的整合中，模型是一个很好的切入点。他在答辩的时候，有一个教授不知道模型是什么，他以为模型就是我们过去拿出来的像花、根之类的石膏模型。
像这样的一种发展，说明了科学需要的是一种探索的过程，而且这个过程是一个不断接近真理的过程。这个过程按照库恩的说法，它应该是一个科学革命和常规科学相交替的过程，我觉得这一点可能是很重要的。因为现在大家都在说建构主义，我想建构主义可以从两个层面上来说，一个层面是哲学上的，一个层面是学习理论的层面。从学习理论这个层面上来说，我觉得它是很对的，很有道理。就是说我们的学生，如果要他学到的知识真正成为他的认知结构的一个组成部分的时候，他肯定是要经历一个建构的过程。而这个建构或者是在经验的基础上来建构，或者是通过社会性建构。总之他需要一个建构的过程。但是建构主义如果是用在哲学上的时候，我觉得它是会有问题的。
我不知道我们的老师们怎么看，如果说对于一个事情每个人都有不同的见解，而且说科学本身也是每个人有不同的见解，它现在只是科学共同体的一个妥协。如果是这样的话，其实就走向相对主义了。绝对真理是不存在的，但如果走向相对主义，就无所谓对与错了。可
刚刚前段时间中央发了一个执政党加强执政的经验的文件，其中有一个部分就是讲意识形态的问题。因为相对主义在世界上很多地方已经造成了混乱，在我们国家肯定是不能这样去处理这个问题，而且事实上也不是这样的一个问题。就像牛顿的力学，我们说它已经被证伪了，已经证明它只能够在一定范围内适用。这个证伪不是说它就不能用了，或者说它就错了，它不是这样的一个问题，其实就包括人造卫星，我们所使用的还是牛顿力学。
爱因斯坦的相对论与牛顿力学的最大区别是：牛顿的空间是一个平直的空间，而爱因斯坦的空间是一个弯曲的时空，作为弯曲的时空他能解决很多事情，比如说地球为什么会绕着太阳转?或者月球会绕着地球转，而且这么一直转下去，这是谁来推动的?牛顿就解释不了，按照牛顿的力学是解释不了的，因为牛顿的力学空间是个平直的，地球绕太阳公转的轨道是个椭圆。爱因斯坦的理论说时空本身就是弯曲的，就不是平直的，所以地球是在一个弯曲的时空中运动(很典型的一个例子就像席梦思的床垫上放了一个大的铁球，那么这个席梦思床垫不就凹进去了吗，然后你再在席梦思床垫的边上再放一个球，球就滚动了，它就不需要一个什么推动。如果是放在硬板床上，要这个不动的球动起来就得推动)。在爱因斯坦的理论中，地球所做的是一个惯性运动，它走的是一条测地线，这样就不需要有一个第一次推动了。
所以爱因斯坦的理论解释这些问题比牛顿的理论要更有道理。但是，如果要是在远离光速这样一种情况之下，用牛顿力学去处理绝对是要简单得多，谁也不会在处理日常生产和生活问题的时候去用爱因斯坦的理论。这就说明虽然发生了科学革命，但在常规科学的范围内，原来的那些法则规律是照样可用的。科学的发展并不是像王朝的更迭那样把原有的学说给推翻了，而是说它是一个发展的过程。而且在每个发展阶段都会形成它的一种范式。牛顿力学和爱因斯坦的相对论力学的差别、他们的范式差别在哪里?就是一个是平直的空间，另一个是弯曲的时空。所以我们不能给学生一个错误概念，不能让学生学完了科学说：科学中没有真理。只是说，它不是永远这样的。因为现在建构主义在我们国家讲得很极端。为此
所以我们说这个建构主义在用于学习的时候，从知识建构这个角度来说有它的价值，但是如果是推广的时候，我们要注意不能陷入相对主义。科学的这个探索过程，就科学本身来说，它是一个交替发展的过程。
(三)科学是一种社会建制
科学是一种文化，这一点我想大家是比较统一的。对人类文化来说，一般认为科学文化是最有价值的。是不是最有价值可能值得讨论，但是科学肯定是最有价值的文化类型之一吧!科学文化的核心应该是科学精神和科学态度。
关于什么是科学?我想从我自己来说我就从这3个方面去理解。
二、科学探索的途径
我们今天讨论的重点是过程。过程就要涉及到途径的问题，科学上我想至少有这么两种途径是被广泛使用的。第一就是实践—认识。毛泽东同志在《实践论》中讲得非常清楚，就是实践—认识—再实践—再认识。有一次，一个大学做了一个项目，请我去帮他们论证一下，其中涉及到科学课程中的一些问题，像探究的一些问题。例如，爬山虎为什么会爬上墙?然后就先让学生作假设，再作一个计划，再讨论怎样去证明，最后按照探究的这一套去做。我看了以后，发表的意见是：其实这个问题是不需要这样探究的，这个问题不需要作假设。爬山虎为什么会爬上去的，叫学生一看就行了。
也就是说他只要通过观察，就可以得到认识，所以它是实践—认识。不需要弄一套假设什么的，让大家去猜，猜完了再去做，那不是多此一举吗?这样就成为烦琐哲学，而不是真正意义的科学了。因为科学它有一个最基本的认识，就是说它应该符合一种简单性的路径。这一种路径就是我们过去说的：要通过观察，通过实验，然后得到一个现象，形成一种认识。或者如毛泽东同志说的就是先感性认识，然后再从感性认识到理性认识的一种途径。
第二种途径是假设—检验。这个途径也非常重要，就是先作出假设，然后通过一定的方法去检验。假设—检验就是美国人所说的那个探究，或者说是我们刚从美国引进时候所说的探究，或者说是我们的课标(包括小学和初中)里边所写的那个探究，其实都是属于假设—检验。就是先有个问题，然后对这个问题作假设，再做计划去检验它。
为什么有这两种途径，课程改革却要突出这个假设—检验?我觉得这里可能有一个问题：因为我们国家原来只强调实践—认识，我们否定了假设—检验。我们在座的老师可能是很少有人知道，在20世纪50年代我们曾经把孟德尔、摩尔根的遗传理论说成是反动的。所以我们大学的生物系全都停止讲授孟德尔和摩尔根的遗传学。全国当时只有北大生物系开设该课程，因为北大生物系当时的遗传学教授是摩尔根的学生。而复旦大学的
一直到现在慢慢想这个问题，道理是不是这样的：因为孟德尔当时所说的那个遗传因子，在那个时候这个遗传因子是什么，不是通过观察得到的，它是一个假设。孟德尔通过豌豆的实验，发现了分离现象、自由组合的现象。然后怎么解释这个现象，他假设有遗传因子这样的东西存在，然后用这一套东西去解释这样的一些现象。摩尔根则根据孟德尔的假设，去找这个遗传因子在哪里。找来找去，他认为在染色体上，在染色体上有基因。当时的苏联李森科就问他：你这个基因是什么?拿出来给我看看!当时拿不出来。拿不出来，你这个基因就是唯心主义，唯心主义就是反动的，所以他的这个理论就变成反动的了。一直到1964年，国际生化大会在莫斯科召开，这时候遗传密码破译了，确认孟德尔和摩尔根是对的。所以，我们不能只是强调实践—认识，还要考虑有另外的一种途径，那就是假设—检验。
再来讲讲探究。现在，我们国家在科学教学上出现了对探究的两种理解：一种理解是狭义的探究，还有一种理解就是广义的探究。美国人的探究是狭义的，或者说我那个标题上写着的也是狭义的探究。它由一个个环节来组成，在每一个环节有什么能力，都是很明确的。但是现在我们有些专家在辅导老师的报告当中所说的探究，很多都是广义的探究，只要是科学探索都把它说成是探究。所以大家要注意我写的是“科学探索”，科学探索可能是上面讲的这么两种途径。中国的传统学问是一个大一统的学问，探究传到我们国家才几年，我们就把它泛化了。这个事情不是由哪一个人能够说得明白，我只是担心过于泛化了，可能什么事情都做不成了。其实我们过去的人文学问也是太过于泛化了，所以我们不仅没有发展出自己的自然科学，我们连社会科学也都没有发展出来。我们只有孔老夫子的那一套拿出来，就是很大的一套人文学问。大了容易笼统，看起来里面什么都有，到用时很难找到我们需要的东西。
三、 小学科学教育的认识
小学科学要做什么?原来我没有这方面的思考。在做标准的时候，初中的科学课(包括理、化、生)的标准组和小学科学课的标准组有过多次的讨论。讨论的焦点是小学做什么，初中做什么。说得笼统一点是很简单的：小学科学课是启蒙，初中科学课是入门。但是这个“启蒙”和“入门”怎么去把握?可能就比较难了。不过以下这些说法大家可能都会赞同的：1.科学的基本问题(这个“基本”是最基本的问题，也就是作为学生他会知道，也应该知道的基本的科学知识)；2.对科学的兴趣；3.探索和创新精神；4.观察和实验的能力；5.科学的思维方法；6.实事求是的态度。
我想对于小学科学课来说，最重要的可能不是第一个。美国在《国家科学教育标准》中有一个比较明确的说法，认为科学精神从小就要培养，至于科学知识和技能，在人的一生当中是一个逐步获得的过程。所以像这里的基本知识可能不是最重要的，学生对科学的兴趣、探索和创新精神、科学思维方法、实事求是的态度，可能这些问题是最重要的。
我举个例子：去年我们国家出现了SARS，大家有没有注意到，广东发得早，但是广东死的人少；北京发得迟，北京死的人多。我当时看报纸觉得这件事情很奇怪：如果从专家来说，北京的绝对比广东多、水平高，广东不就一个钟南山吗?为什么结果会是这样?这其实涉及到SARS的病原体是什么。钟南山是工程院院士，他是医生，不是科学家。他当时只是从临床这个角度上，一开始就发现SARS可能是病毒。因为病毒是没有药物可以抵制的，所以只能对症治疗，他采取的都是对症治疗的方法。北京的一个院士却在
这个消息公布后，有人要求广东也按照这样处理，但是广东依然按照钟南山院士的方案去做。到了
因为搞这个疫苗，光是试验，绝对不能少于一年半。也就是说你要拿出这个疫苗，一路顺风，什么挫折都没有，一直到底，全部完成一定要两年，没有两年时间绝对拿不下来!所以，当时全世界的科学家都要来中国开会，说中国有一个什么样的科学成果要拿出来给大家看看。后来，台湾、香港和我们大陆在北京开了个会，会上有另一位中科院院士赶紧出来说：“我们绝对不可能在短期内搞出疫苗。”
这是一种科学笑话还是一种政治笑话？!他们为什么会犯这么低级的错误?道理非常简单：科学启蒙没有做好! 院士专业知识肯定好，他在他的专业领域是很厉害(能做到院士)，但是他的基本的科学思维方式、科学精神、科学态度可能有问题。这么来想，美国的科学标准是有道理的，他们肯定也是吃过亏的。我们现在有的人说他们很聪明，其实不是的。你看看美国的那些西部片，那里面反映的美国的那个时候不也是一团糟的?他们也是从吃了很多的亏以后，“吃一堑长一智”，然后发展起来的。
四、我们的科学教学怎样落实到过程与方法
对科学本身来说，它的过程很重要。那对于我们的科学教育来说，特别是科学启蒙教育来说，我们需要培养科学精神、科学态度、科学思维方式，这就显示出过程方法是很重要的!但我们的过程与方法主要有什么呢?
(一)实践—认识途径
我想对于“实践—认识”这个途径来说，首先是获取经验材料，如观察、实验、科学调查，它们都是获取经验材料的方法 (当然这个调查有的时候获取的是别人的经验材料而不是自己的实践材料。但是有些科学调查，如植被的调查、野外动植物的调查，那是属于直接获得经验，获取直接的经验)。在获取经验材料之后，我们就需要整理经验材料，就要判断、比较、分类，形成事实性的概念，形成表象。表象的问题我们没有时间，今天不能展开讲。从心理学上提出“双重编码理论”以后，这一块在国际上都是很关注的问题。第三是建立科学理论的方法，比如说抽象、推理、构建、假说，并且检验。
如果从过程来说，实践—认识途径的过程是什么?首先就是要获取经验材料，然后是整理经验材料，接着再建立科学理论，这每一步都有它适宜的方法。但是我们在教学中，有时把这个事情说得过于简单了。
我举个例子来说。我发现很多小学和初中的科学课教材都说到一个事例：牛顿怎么样发现地球的万有引力?说他看到苹果从树上掉下来，所以从这个观察入手，他就发现万有引力定律了。发现得了吗?发现不了!看到苹果从树上掉下来是一个什么事?在这里是属于哪个过程?哪个环节?这是观察!他观察到这么一种现象，观察到这么一种现象马上就会出来这么一种理论吗?绝对出不了!“苹果从树上掉下来”在牛顿的万有引力定律的发现中应该起着什么作用?牛顿成功的最关键的地方在哪里?最关键的是抽象!他抽象出一个“力”的概念来!“力”是人们一直在用的，但是把“力”这个概念抽象出来的是牛顿(是第一人)。
在牛顿之前，人们认为月亮之上的运动是天上的运动，月亮之下的运动是地上的运动。亚里士多德认为天上的运动和地上的运动是不一样的，亚里士多德的理论是没有实证的。他有观察，但是他很多东西都是猜想(尽管他有的猜想是不错的)。牛顿他抽象出第一个概念之后，就运用力的概念去构建力学理论体系，里边就有力学的三个定律。解决了“力学三定律”之后，他就要思考：天上的运动是不是和地下的运动一样?这就涉及到天上的运动和地上的运动的力是不是同样的力?他看到苹果掉下来，对他的启发只能够是让他想到这个力可能是地球的引力。因为苹果原来在空中，从空中落到地上，更高一点是不是也会落下来呢?如果它在空中不落下来，那肯定有它不落下来的道理，但这里都要遵循力学的原理，其实给他的启发就是这一点!他绝对不可能只是看到苹果落下来就会得出万有引力定律!我们如果要给学生一个关于科学过程和方法的正确认识，我们就要让学生知道：你要通过实践认识事物、获得科学认识，你首先就要通过实践获取经验材料，然后是整理经验材料，再进一步才能建立科学概念和科学理论，而在不同的阶段，会有不同的方法，这就是所谓过程与方法。
(二)假设一检验途径
如果是通过假设—检验这个途径来做，我们的标准已经写了，小学的课程标准说了七个环节。我现在按照我的认识把我对小学课程标准里的这个问题稍微说说看。
第一是提出问题。科学的问题有两类：一类是概念的问题，另一类是经验问题。对科学的发展来说概念问题是更重要的，如在物理学当中有一个热力学第二定律，说自然界的事物如果就这么放在那儿，它结果会怎么变化呢?它是会熵增加的。所谓熵增加就是混乱度增加，有序度就会减少。比如说一座房子放在那儿，都不去维修它，它后来就会塌掉的!说明它会混乱了，混乱度会增加，混乱度增加了说明熵增加。但是对生物来说，生物的个体发育和系统发育中熵是会减少的。就一个人来说：小孩子长成大人，他是不是有序度越来越高了?从生物进化来说(达尔文的进化论)，最早出现的是很低等的生物，后来逐步出现越来越高等的生物，它也是一个熵减少的过程，怎么会按照热力学定律，熵会增加而到了达尔文的进化论熵减少了?这两个不是都被认为是自然界很重要的规律吗?他们发生了矛盾了，这就是概念问题!我们国家原来对这个问题怎么解决呢?我们说热力学第二定律所推导出来的结果叫“热寂论”，这个“热寂论”是反动的，它代表了资产阶级垂死没落的心态，事物就是由低级向高级发展的，所以达尔文的进化论是马克思主义的一个坚实的基础!所以我们的生物教材涉及到达尔文的进化论为什么是对的时候，我们不是从科学的角度来说它为什么对的，我们是这样解释的：恩格斯说进化论是19世纪自然科学的三大发现之一，恩格斯说进化论为辩证唯物主义奠定了基础，所以达尔文进化论是对的。这样的推理过程是不是科学的?那绝对不是自然科学的，那是政治的。
在自然科学中，对这个问题的处理后来出现了“非平衡态热力学”。但是现在还没有完全解决这个问题，现在还在发展当中。至于诺贝尔奖，按照我们中国人这样的处理方法，我们搞了50多年了，我们就是拿不到诺贝尔奖。用我们那样的思维方式培养小孩子，他就不可能深入地研究问题。概念问题在基础教育中一般不引入，在科学课程中能讨论的只是一些经验问题。在基础阶段，我们能给学生讨论的问题大部分都属于经验问题。当然概念问题是不是可以通过一些有效的方法介绍给学生，可以研究。但是概念问题它不属于观察到的，要求比较高。实践中的问题要求比较低，学生容易观察到。我记得我小的时候就知道棉衣穿在身上是很暖和的，我第一次看到卖冰棍的木箱里放着棉被，我当时觉得太奇怪了：把冰棍放在棉被里头，那个冰棍不是一下子就化掉了吗?当时的这个问题印象十分深刻，实在想不通怎么会是这样的!像这样的经验，小孩子可能就会去想、去发现。
第二个环节是做猜想和假设。我觉得在做猜想和假设的时候，有这么一个问题。我们小学的科学课程是把猜想和假设放在一起的，就叫猜想和假设。可能有好处，但是也容易造成混乱。科学假设是要有依据的，但是猜想却是可以随便猜的。现在有些课堂上出现了孩子们随便怎么猜老师都说好，都说“你的思维很活跃”的情况。有的人说这种情况是鼓励学生胡说八道。有时我听课的时候真地也有这样的感受。“头脑风暴”是一种创造技法，完了之后必须要有一个筛选的过程。如果不筛选就给予肯定，那就是鼓励学生胡说八道了!因为假说是必须要有依据的，你或者要有知识的依据，或者要有事实的依据。学生也可能根据这个假设得出的是一个错误的结果，但是它有依据。比如说我小时候“关于冰棍”的事情，我就想冰棍放在那样的箱子肯定是会化掉的，所以我就猜测它会化得很快。为什么会化得更快呢?我有我的依据：因为棉衣是保暖的，现在冰棍放在里边，一暖和它不就化得更快了吗?虽然这个推理结果是错的，但是我是有这么一个依据的，有这么一个推理的过程，这就是假设。如果是胡乱猜测没有依据的，那不是假设。所以我觉得还是要搞清楚的，要不然的话，学生学完了科学，以为胡说八道都是科学，那肯定不对!所以假说一定要有一个知识的或者是事实的依据。
有些人可能要说，照这样讲，直觉、灵感、想像不就都没了吗?那还有什么创造性呀?我觉得不是这样。为什么呢?因为直觉它不是凭空而来的，不要以为有的幻想小说或是一些科普小说上会把“直觉”说得好像是“眉头一皱，计上心来”，其实现在按照心理学的理解的话，格式塔心理学认为直觉是对整体情境的把握，认知心理学认为直觉是一种再认识过程，是在过去经验的基础上、从长时记忆库里把具有问题解决意义的信息提取出来（即遇到问题从长时记忆库当中提取具有问题解决意义的储存信息）的一种过程。同时，心理学也认为灵感是以抽象思维和形象思维为基础的，它不是一种突然而来的意识，它是在一定的情境当中或是在一定的感情当中所发生的一些事情。现在有些人之所以把直觉和灵感说得很神秘，是因为这不是一种有意识的思维。确实直觉和灵感不是一种有意识的思维，它们是一种无意识或者说是一种潜意识的思维过程。按照脑科学的理解，学者认为这样的一种思维是在网状结构当中形成的，它是一种潜意识。但是网状结构的潜意识活动肯定不是凭空产生的。比如有些科普小说说爱因斯坦提出广义相对论好像是凭空而来的，其实他所使用的弯曲时空的概念是黎曼几何的概念，只不过他把人家的东西移植到这里。想像是一种抽象思维和形象思维的结合，它往往是运用形象思维的一些类比。也正因为这样直觉、灵感和想像都需要一定的积累，而且它们都需要依据，都需要证实。在科学过程中，证伪也是很重要的。
第三是制定探究计划，针对假设寻找证据。在科学教学中，现在有一个很重要的问题，就是大家很轻视那种验证性的实验，以为只有探索性的实验才是有价值的，验证性的实验是没有价值的。其实不是这样的!对验证性的实验，你要做出这个实验，你还要用这个实验去证实或者去证伪，这里就有一个要找到证据和论点之间的关系，要怎么论证的问题。它其实也是一种非常重要的科学探索能力。
接下来是实施计划，我们课标里把它写成两个部分，第一部分是观察、实验、制作(第四环节)；第二部分是搜集整理信息(第五环节)。
第六是思考与结论，在这个环节中应该很重视学生的思维过程，这里的思维过程首先会涉及到判断。怎么样根据事实作出判断?判断有许多类型，例如是简单判断还是复合判断；复合判断中，是联言判断、选言判断还是假言判断、负判断。我想我们的小学生通过我们的科学学习，他要学会作判断。因为判断是最基本的，你看到一个事实，你要作出判断，对人的一辈子来说，判断也是一种最基本的思维能力，而无论哪一种途径都需要作判断。然后要作推理，比如说作归纳推理、作演绎推理、作类比推理。但是要注意，演绎得出来的结论是必然性的，而归纳和类比得出来的都不一定是必然的。然后这个环节还有反思和评价。
第七是表达与交流，小学的表达与交流的形式非常丰富。
最后想谈谈数学方法。科学探索无论哪一个途径都要用到数学方法的，而且无论哪个途径的任何一个环节都肯定要用到数学方法，数学方法是贯穿全部的。小学和初中里的数学方法，主要有这么一些：第一是计量，如质量的计量、温度的计量、长度的计量，等等。第二是定义概念，小学好像没有，在初中里面是压强、密度等。第三是量与量之间的关系，如距离、速度、时间的关系，再如气温随着时间而变化的关系，这些关系有时就得把它做成有两个维度的一种表示方式。第四是数学表达，会涉及到数、式、图、表。这里有个问题值得讨论：数学课里学到的东西，是不是马上就可以在科学课里边运用?我们小学里头有没有谁做过这个研究?当时我们作浙江省的《自然科学》课程的时候，我们遇到了一个问题：比如代数式的恒等变换，学生是在初一学的，我们在自然科学里，学生什么时候能够用?我们为这个事情做过研究。
后来发现，它要到初二下学期才能用，初二上学期只有少数学生能用。后来我们就把需要代数式恒等变换的科学内容放到初二下学期以后去做。开始想不明白：为什么学生初一学了，却不能用?对学生来说，他有一个知识迁移的问题，在数学里学的东西要把它迁移到科学里头，有困难。现在小学科学课也会涉及到好多关于数量的问题，上一次我在英国听小学科学课，他们在低年级也用到“数量”，他们让小孩子去抓小虫子，然后问：你抓了几种?给它编上号1、2、3……，再用直方图把你抓到的东西标出来。它的表达很简单，就是用红方块代表1号虫子，如果你抓到3只1号虫子，那就用3个红方块，把3个红方块叠起来就是1号虫子的柱状图；那2号虫子就用绿方块表示，抓到1只就用1个绿方块表示。这里并没有把它抽象出来，还是用一个形象的方法来表示。现在小学科学教材出现曲线，这需要数学抽象，所以这还是一个需要研究的问题。
五、教学过程所追求的价值
我们科学课的教学过程，大致会有这么四种价值取向。
(一)获取新的科学知识
比如我们这一次听的“一杯水的观察”一课，对水的特性的认识，就让学生通过自己观察、自己活动认识水的特性。实际上是要获取新的知识，就是说学生通过观察获得了新的知识。但是哪些知识是可以通过学生的活动获得的?这个问题就值得研究。可
(二)是认识科学的过程
比如说简单性原则，在科学过程中怎么体现?我们拿孩子们认识水的特性来说，我有一次听到的是这样的：开始的
(三)科学精神和科学态度的教育
我从“保护鸡蛋”这一课受到一个启发，这节课里把保护鸡蛋跟材料的软硬联在一起，你用软的材料还是用硬的材料?其实这不是一种科学的说法。材料的软硬可以有两种说法，一种是硬度，一种是人的感觉。人的感觉是接触面越大就会觉得软(压强小)，睡席梦思床和硬板床比，为什么会觉得软?因为席梦思床会变形，结果床和人的接触面积比较大，所以人感觉比较软。接触面积大了，压强小了，你就感觉软。而睡硬板床你只有接触几个点，所以你会觉得硬。鸡蛋破不破其实不是这样的问题，它实际上是牛顿力学当中的一个碰撞问题。鸡蛋的质量是固定的，是m；它原来的速度是V1；后来的速度是V2，那么mV2—mVl=Ft(力和时间)。如果等式的右边是固定的，因为我们这个V2是0，碰了以后它停了，所以Ft(冲量)就是mV1。如果碰撞时间t一定，这种情况下V1越小F就越小。所以用降落伞慢慢落下就是减少V1的办法；还有另外一种办法就是延长t，如果V1一定，t越长F就越小。这就是摔鸡蛋的工作原理。但是这个原理肯定没有办法向小学生讲，所以材料的软硬在这里是讲不了的。那保护鸡蛋的价值在哪里？有一次，小学科学研讨会上有个老师是这样处理的：先让学生用自己想的方法做，做完了从里头找原因。如果摔坏了，你觉得怎么改进可以保护好？如果没有摔坏，也要找原因，为什么会没有摔坏?这样在这里体现的价值是让学生学会去总结，学会去反思，然后经过反思去改进。让学生学会这样的一种科学精神和科学态度！而不是本身要在这里面学到什么科学知识，或是学到什么方法，它的主要的价值取向可能是这样。
(四)STS教育
我觉得小学科学像“制作水轮机”这样的活动，还有“造一辆纸车”，纸的厚薄不同分别用在纸车的不同部分等，这主要是从科学、技术的关系这样的角度来安排的。
总之我们要关注教育过程。对于每一节课，要思考这些内容最重要的是要达到一个什么样的效果，或者说我们的价值取向是什么?这是很值得我们去讨论和研究的问题!
六、教学过程主要有哪些原则
我们的教学过程要注意这么一些原则(我没有小学科学教学的经验，这是从审教材的时候我感觉到的)：
(一)实践性原则
对小学生来说就是可以直接观察，或是日常生活经常接触的。如果是日常生活经常接触的，那就是在学生原有基础上来建构。如果他没有这样的经验，我们要给他提供一种经验，那这种经验应该是可以直接观察的，这样获得的经验材料可以作为认识的一个起点，可以作为建构的一个起点。
(二)科学性原则
我们现在已经把课程改为小《科学》，而不再是《自然》（《常识》），所以我们所传授的知识和方法，不管它是显性的还是隐性的，它应该都是科学的，而不是经验的。《科学》和《常识》的最大区别是：它的知识是科学的，方法是非经验的。有的时候，有些内容是建立在学生的经验基础上的，这是对的，但是他用于思考的、我们这个课教给他的应该是科学的，是科学的方法，而不是经验的方法。
(三)适切性原则
我们的过程和目标应该是对应的，过程只是手段。这次课程改革十分强调教学方式的变化，结果我们的教师产生了错觉，以为科学课的教学都要探究。其实，过去我们的教学方式只是告知一接受，现在强调的是非告知一接受。是为了去突出这个，去宣传这个，而不是说所有的都是要通过体验或者是探究，那绝对不是这样!其实过程是为目标服务的，教学方法、手段都只是手段，最终是为了达到目标，还要符合人的认知发展。有些小学科学教材做得非常好，如“气温随着时间而变化”，教材上就出了温度计，一个个温度计排在那里，然后把温度计的那一点连起来，这就比较适合学生。如果要学生完全抽象出来成了一条曲线，学生是不具备这样的抽象思维能力的。而有了温度计在那里做了背景，他就会从形象思维、具体运算出发，去完成这样的任务，而不是从形式运算出发来处理这个问题。
(四)可行性原则
这里有许多问题，例如要求我们的课要在课内完成。11月初，我在北京做教师的培训教材的审查。现在有关新课程教师培训的读物很多，多得教师们都没有办法判断哪些读物是对的，哪些读物是不太好的，所以教育部就做了一个审查。判断哪些是可以推荐的，哪些是不可以推荐的，哪些是我们觉得比较优秀的。我们看到很多读物中，给教师看的案例都是课外的，到了课内就是学生送汇报，那就不是正规的课程教学。我们的课堂教学应该是在课内完成的。社会上家长也有很多反映，说很多事情要家长帮学生来做，这肯定也不行，应该是学生自己来做才是可行的。
(五)公平性原则
现在提倡探究，小组合作开展很多活动，在活动当中肯定会涉及到一个公平的问题，使得所有的学生都有机会。但是又有效率的问题，因为要在课内完成，所以怎么样来处理好这种关系，很值得我们研究。
(六)趣味性原则
科学课还是要强调兴趣，我们的任务之一就是要培养学生的兴趣。我们在强调逻辑，强调实证的时候，不能又走向另一个极端：过于形式化。如果过于形式化了，学生就不感兴趣，那样可能就达不到我们想要的目的。比如在做“轮轴、滑轮”的时候，为了强调我们的科学性，就要求学生分析这是“杠杆类机械”。我觉得我们的课堂在此有些形式化。我觉得自己在读初中的时候，对于“滑轮是一个杠杆”，我就一直想不通。我是在读高中的时候才想通的。那现在是不是所有的小学生都能想通?所以我们现在强调逻辑实证的时候，不要过于形式化。
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