二、科学探究过程的体验——最重要的是掌握科学的方法论

　　我们应该清醒地看到，青少年无论是通过学校的科学课程体验科学探究过程的不同阶段，还是通过研究性学习和综合实践活动课程去实践科学探究的全过程，或是在课外俱乐部里尝试自己选题去实现“科学发现”的飞跃，以及用自己通过“创新”所获得的科学成果赴科技创新大赛的讲坛去角逐，其最重要的目标都是一致的：这就是要掌握科学的方法论。

　　考虑到科学发现和技术进步是建立在科学方法基础之上的，因此，就科学技术普及工作者（或教育者）而言，我们必须采取尽可能多的方式，以确保科学方法在短期内成为全人类的智力工具，成为公众科学素质的主要构成要素，使人们面对变化莫测的未来，能够学会据此做出科学的抉择。而要做到这一点，让公众特别是青少年了解科学家是怎样工作的，并尝试像科学家那样去探究，可以说是最佳途径之一。

　　（一）提出科学问题——科学家工作的起点

　　 著名科学家爱因斯坦明确指出：“提出一个问题往往比解决问题更重要。因为解决问题也许仅仅是一个数学上或实验上的技能而已，而提出新的问题，新的可能性，从新的角度去看待旧的问题，却需要有创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步。”从某种意义上可以说，科学始于问题，科学本质上是一种解题活动。

　　一些科学家的传记或科普展览可以生动地展现出科学家是怎样提出科学问题的。例如，1832年秋，“不惑之年”的画家莫尔斯和医生杰克逊乘同一艘海轮由法兰西赴美国。一天，杰克逊向莫尔斯展示了一块电磁铁，并绘声绘色地讲起它的原理——环绕铁块的线圈接通电流，就会产生磁场，铁块即具有磁性；而断掉电流，磁场就消失，铁块即失去磁性。莫尔斯听后，脑海中涌起了新奇的联想到的问题——如果用电磁铁传送信号，岂不是在瞬息之间将消息遥传千里之外？于是，他抛却了当艺术家的念头，决心通过解决上述疑难“问题”，去攀登前人未曾征服过的科技高峰。经过5年的攻坚战，莫尔斯终于用自己的智慧和双手，成功地制造出世界上第一台电报机。

　　而在美国地理学会科普杂志上刊登的一位考古学家从岩石中发掘了恐龙化石，。通过观察这块化石，他要解答关于化石的某些问题：它有多少年代了？是恐龙的哪一部分？科学工作的内容常常是从许多需要回答、需要解决的问题开始的。对青少年而言，要尝试像科学家那样工作，首先就要学会发现问题和提出问题。

　　（二）科学观察与科学实验——获取科学事实和验证假说的手段

　　1．科学观察——借助人的感官或仪器来感知科学事实

　　科学家从不同的角度来观察他们周围的世界。例如，人们拍下夏威夷火山爆发的情景，地质工作者可以利用影片仔细琢磨与火山爆发的相关因素。科学工作亦需要细致的观察，如人们在实验室里检验应用于通讯的特殊光导纤维。这些光导纤维细得像人类的毛发一样，必须使用显微镜才能看清楚。

　　潜水船是一种特殊的水下探测器。借助科普影视片，我们可以看到名为“阿尔文” 的潜水船，已经下潜到水下2500米的深度，船舱里放满了各种科学仪器。科学家坐在“阿尔文”里面，就能观察到大洋的底部，并且还能研究生存在那儿的奇异动物和其他活着的东西。一架特殊的电视摄像机，带着耀眼的灯光，能够把焦点对准那些巨大的红头虫……。而在日本科学未来馆，观众可进入“深海6500” 载人深海潜水调查船的耐压舱，体会在9.5米长、2.7米宽的狭小空间中进行科研调查的滋味。

　　从一架巨大的望远镜里，天文学家正注视着一架摄影机在给星星拍照。现代的望远镜帮助天文学家研究那些遥望的物体，它们发出的光，要走几十亿年才能到达我们这里。今天，计算机在科学工作中是不可缺少的，它们能够记录并储存大量的信息，也能做许许多多的工作——诸如绘制星图。在许多科学领域中，现代仪器可以让科学家们比过去更快地发现新事物。一些青少年是幸运的，例如新加坡科学馆的天文观象台，因为位于赤道边缘，处在有利地位能同时观察南北半球的天象。每星期五特为“科学馆之友”举办的观星活动，让大家通过大型望远镜把夜空点点繁星看得清清楚楚。

　　2．通过实验找到答案——科学工作的重要组成部分

　　所谓科学方法，总是从经过精心设计并在严格控制条件的实验室进行的实验开始的。科学家从事研究的体系有的较为单纯，有的则很复杂。由这些体系所获得的测试结果，如果解释得当，就可以得出结论以应用于实验室以外的更为复杂的世界。例如，为了保护人们不受恶劣气候的灾害，如时速320公里左右的龙卷风侵袭，科学家有时在野外观测，有时就在实验室中做试验，实验室里的各种条件都是可以控制的。一位科学家在他的实验室中，利用他设计的机器来考察龙卷风。他把干冰放进水槽里，来创造一个小型的龙卷风。水在冒泡，气体从干冰中冒出水面；顶上有许多杯形的仪器在转动，它能产生一种漏斗似的旋风，把蒸汽卷成龙卷风一样。像这一类的试验，会帮助科学家懂得龙卷风和别种恶劣气候的成因。

　　进入新世纪，美国西北大学的科学家正在进行一项革命性的科学实验：试图将动物的感官机能与电子机械结合。他们取出尚未发育成熟的八目鳗脑，以特殊方法保持其存活状态，利用缆线与手掌大小的机器人连结，使鳗脑能透过机器人的电眼接收讯息、并对机器人的移动路线下达指令。

　　上述通过传媒向公众传播的科学家在实验室的最新进展，或是通过开放实验室使公众了解科学家目前在做什么，都会引起社会各界的广泛关注，促使青少年理解科学方法在科学家工作中的重要性。

　　（三）掌握科学思维——科学家成功的保证

　　科学思维是积极的活动过程和一种技能，这种技能可以教授，可以提高，也可以训练。分析的方法——把一个问题分成几个小的部分，积极地思考，以及具有耐心，这不仅是许多科学家成功地进行科学抽象和建立理论体系的主要因素，也是人们处理工作、生活和个人事务问题所需要的。鼓励科学家与公众特别是青少年沟通——通过在科技馆亲自为参观者进行现场演示、到社区为公众做科普报告、在电视台或互联网上与公众对话，这将有助于全社会了解和学习科学家所具有的逻辑思维和创造性思维，尝试像科学家那样做出有益于社会和个人的科学决策。

　　1．逻辑思维——科学思维的基础

　　事实是逻辑思维的重要基础。因此，识别与阐明事实的能力是基本且重要的思维技能之一。十七世纪身为数学家和哲学家的R·笛卡儿的话，也许是最能概括培养批判态度之重要性的。他说：“我的第一条规则，即没有经过我清楚地了解确定是真实的，我不接受任何事实的真实性。除了非常清晰明了我无可怀疑的事实以外，我怀疑一切。”

　　理性的、逻辑的思维基本上分为两类——归纳和演绎。举例来说，医生检查一位病人从而诊断他患的是什么病，用的就是归纳法。医生利用所了解的事实，诸如病人的各种症状，医生的亲自观察，还有各项具体化验的结果。医生运用这些已知的事实，协助他得到一个结论，即做出诊断。这一诊断，正是医生在仔细查明各项现存科学事实的基础上做出的结论。演绎是第二种逻辑思维模式，它能够指导我们把一般原理应用到特殊事物。

　　逻辑思维不仅是科学家所具有的特征，它们对任何个体的发展也都是必不可少的。

　　2．创造性思维

　　要使公众特别是青少年了解建筑在逻辑思维基础上的非逻辑思维——创造性思维，不仅科学发现、技术发明需要创造性思维，文学、艺术的创作也需要创造性思维。创造性思维常被描述成各种相互作用的进程，包括知识、想象和评价——这3者都是必不可少的。

　　想象在创造性思维中占有重要的地位。想象的特征是思维形象，生动活泼，自由飞翔，不时诱发出灵感和直觉。著名科学家、脱氧核糖核酸分子结构共同发现者之一的詹姆斯·沃森博士，就把他的成功，有相当部分要归功于其想象力及捕捉想象“情景”的本领。

　　据说，沃森博士为了能够解决双链螺旋结构之谜，以及建造一个脱氧核糖核酸分子的模型，日思夜想。有一次在睡梦中，他脑海里突然闪过电影摄影棚中用来当道具的螺旋式楼梯，直觉促使他跳下床，画出了楼梯式样的草图。正是这种楼梯与从事建造的模型之间的相类似，帮助沃森博士最终悟出了脱氧核糖核酸分子结构的疑难。

　　（四）学会用艺术的眼光审视科学——科学家对美感的追求

　　蒙娜丽莎已经微笑了500多年，但是在人类跨入21世纪的今天，还是有人专程到巴黎卢浮宫去一睹佳人的笑容。这或许因为达·芬奇不仅是个画家，也是数学家、发明家及人体解剖学家，他的理念：“绘画是为了表现现实世界与人类真实的价值”，恰当地诠释了艺术与科学结合的魅力。

　　科学和艺术属于不同的领域，似乎格格不入。但在具有艺术素养的1996年的诺贝尔化学奖得主、英国科学家亨利·克罗托看来，科学和艺术是相通的——化学的分子结构跟自然中的花朵、树叶、昆虫的形状非常相似，一样充满美感。不仅如此，生活中的一些物体的形状还能激发克罗托科学创造的灵感。碳60分子结构的发现便是一例。在确定碳60分子结构是五边形还是六边形时，曾经给孩子做过一件六边形玩具的经验启发了他，最终他确定碳60分子结构应该是完美的六边形。

　　克罗托教授很乐于向公众介绍其研究的进展，他那图文并茂的演讲会使很遥远很抽象的碳60分子结构、太空化学、生命起源原理等变得生动、亲切起来；青少年不仅可以从克罗托及其他科学家身上看到科学与艺术结合所展示的个人风采，更可领悟科学的人文取向和艺术的科学价值。