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科学发展的过程

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科学发展的过程黄子富二零零零年七月「科学」一词、拉丁语词Scientia (Scire,学或知) 就其最广泛的意义来说,是学问或知识的意思.但英语词science 却是natural science (自然科学) 的简称.对很多人来说,科学可以说是关於自然现象的有条理的知识,可以说是对於表达自然现象的各种概念之间的关系的理性研究.1但科学也被分为「自然科学」和「社会科学」.因此,自然科学的研究内容如上所述,而社会科学则是系统性研究社会现象的各科总体或其中任一学科.2例如社会学,心理学和人类学等.然而、自然科学和社会科学的探究方法也有异同之处.本文旨在讨论自然科学的探究方法;介绍社会科学的探究方法与自然科学的异同;并讨论如何以科学的方法应用於教学和日常生活中.
自然科学的探究方法人类对事物,现象的了解过程,就是探究过程.3近代科学探究的理论源自於笛卡尔(Rene Descartes),培根(Francis Bacon),伽利略(Galeilo)及牛顿(Isaac Newton).他们皆对事物和自然中的现象作细心的观察,产生好奇心、透过不断的探究,试图利用假设以至於理论来解释现象发生的原因,更藉此解决生活上遇见的问题.
综合无数前人或伟大的科学家的经验所得,科学的探究方法,可以如以下的概要:4好奇心现象实践需要疑问资料的搜0和整理( 归纳,概括,抽象)假设( 演绎推理)预测实验观测印证预测理论实验、观察修正补充应用印证科学事实在所有有关科学的问题探讨上,好奇心是对现象的研究的推动力.经过大量数据的收集和观察的记录後、把资料归纳和分类,便对问题作小心的假设或假说.假说是指在已有知识和事实基础上,对事物的本质和规律所作出的一种推测性说明.5这种推测性说明,可能是正确的,也可能是错误的.即使在一定条件下是正确的,也有待於不断进行实验、观察和预测作进一步检验和印证、再继续修正,补充和完善,最後才能发展成科学的理论.就如哥白尼的日心地动假说,牛顿的引力假说,康德的星云假说和爱因斯坦的狭义相对论假说等、他们都是很努力地进行科学实验、大胆假设,小心求正,以能对後世作出莫大的贡献.
社会科学的研究方法社会科学与自然科学的研究对象和方法各有不同之处.社会科学的研究对象是人本身的行为;人与人之间的关系和人与其生存环境的关系.因此,社会科学是以「人」为中心的科学.社会科学的研究是指对一问题作谨慎和有系统的探讨或考察,以发现事实或原理.6研究的目的在於累积事实,著重於描述性的功能,以澄清事实说明现况;也在於为理论的发展,建立崭新的思想体系,协助人们了解和完成其生活目的;更在於解决实际的问题.
社会科学被称为一门科学,是由於它是以科学的方法去探究其中所要了解的问题.当中有「研究方」(methodology),主要是科学研究方法的基本假设,逻辑,及原则等事项、目的在探究科学研究的基本特徵.社会科学的「研究方法」强调经验研究,是以资料0集和资料分析为主体.7社会科学的研究步骤(例如问卷调查法的步骤),可见以的流程图:8「社会学」是社会科学其中一门主要的学科.社会学一开始就以实证主义的姿态出现,而实证主义的论点、认为自然科学可以原封不动应用於人类社会,皆因人类社会跟自然世界没有基本分别.另外,一切价值,意义、感情、动机等非理性因素都没法客观验证的,都必须剔出科学范畴,以免扭曲科学研究的客观中立地位.9虽然实证主义用自然科学的方法来处理社会学科中人类行为的问题,但却引来很多的批评,指为谬误,但这并不在本文讨论之列.
(三) 教学上利用科学方法
1. 科学方法应用於生活上在小学常识科的科学教学中、也应该强调科学探究和发现的过程,让学生掌握科学的方法.科学是一门探求大自然中各现象的学问.而科学知识的探求主要是开始於观察及推论、然後用实验方法求证.能够通过验证的,才可以确立为科学知识.在教授学生探究问题时,可以用较简的科学方法,亦能帮助他们解决问题的思考方法.像以下的科学方法概要流程图一般10:
在进行上述的探究过程中、若发现其中的假设是错误的话、便要重新0定假设的内容、再进行实验及分析,从而作出新的结论.
(发现问题)用一个例子,可让学生明白应用科学方法於日常生活来解决问题.其实以上的科学方法过程,在日常生活中学生是会经常运用到的,但他们却往往未有将它作有系统的安排和处理,以致未能掌握科学的方法.所以,若学生得到老师的帮助,便能培养他们学到对科学探究应有的技能和态度.
科学过程探究教学模式(Process Inquiry Model)
在常识科的教学中、对於科学的实验探究中、可以引用「科学过程探究教学模式」.这教学模式是由舒华布所提出、是注重科学方法训练的教学模式.教学过程可分为五个阶段:(1)观察现象,(2)提出假设,(3)设立控制变因,(4)验证操作及(5)推广.11以下举植物向光性单元教学过程为例:12单元名称植物的向光性单元目标儿童在观察,假设,验证之後能获得植物茎的生长方向倾向於光源充足的方向之概念.
教学模式过程探究模式教材研究植物茎和叶的向光性很容易眼见、对於学生来说,如何经由自己观察,提出假设,再设定控制变因,进而实验操作去验证自己的假设,全部过程可以练习数种科学方法.首先教师让学生在窗边、墙下,走廊下观察盆栽植物,让学生观察出植物倾向一边生长的情形.学生可提出假设,照著假设控制变因,再进行实验以验证假设.
活动过程
第一阶段:观察首先要学生检视走廊下,墙角下之植物生长的方向如何,画图下来到学校报告.
1: 向窗外长.
2: 向马路那边长.
3: 向亮的那边长.
提问:大家都发现植物会长一边、为甚0 想想看.
第二阶段:提出假设
1: 因为外面空气流通.
2: 因为外面比较亮.
3: 因为外面比较热.
假设: 因外面的空气流通;因外面有光;因外面温度热.
三阶段:控制变因(风)的设定挡风半通风全通风
说明:看植物往哪一边歪长是否(a)组往左长是否(a)组比(b)组歪得更多(因为风吹得更大) (c)组是否都不歪长如果a向左长,则风大或空气流通的假设成立.如果(a)比(b)更向左长,则表示风愈大,植物愈向风大方向长.
控制变因(光亮)的设定照亮不照亮全不遮
说明:(a)组植物,向左边长,(b)组如果由开口长出、则证明光是使植物叶和茎长歪的变因.(c)组是直向上长的,因为太阳常上头顶上.
控制变因(温度,热)的设定
说明:若设温度是使植物生长倾斜的变因,则植物之左边有加温度,而右边无加温.如果植物向左歪长,则假设成立.
第四阶段:进行实验、验证假设,看何者的假设是正确的.
第五阶段:推广.上述的验证结果,如果「光线」是影响植物生长方向的原因,则假设可以成为理论、进而推广去观察其他植物的生长方向是否均受光的影响.
资讯科技学习在资讯科技发达的社会0,可以透过互联纲来学习科学的知识和进行探究的方法.在香港教育学院的超媒体自学中心13,可以找到很多科学及教育的资讯,有详尽地介绍了如何运用科学探究的技能及步骤:
总结:
总括来说,无论自然科学的研究方法,或是社会科学的研究方法,一般也是依照:提出问题,写出假设,设计实验、进行实验、收集数据,分析,总结和验证假设的模式进行.学生可以透科学方法,训练他们的逻辑思考和过程.日常生活的简单例子,解决问题的步骤,也是可利用科学方法来处理.
有了科学的知识和技能後、更重的是培养学生对科学的正确态度,但这是一个长远的教学目标之一、老师还要花上不少时间呢.
注脚:
W.C.丹皮尔著,李珩译(1992):《科学史及其与哲学和宗教的关系》,页1,台湾:明文书局股份有限公司.
戴维贾里(David Jary),朱莉娅贾里(Julia Jary)著,周业谦,周光淦译(1998):《社会学辞典》,页627,台湾:猫头鹰出版社股份有限公司.
王澄霞,何春荪,郭鸿铭、诸亚侬编著称1994):《自然科学概论》,页3,台湾:三民书局印行.
李逆熵著(1991):《三分钟宇宙现代科学新论》,页77,香港:商务印书馆(香港)有限公司.
徐炎章著(1998):《科学的假说》,页2,北京:科学出版社.
叶至诚著(1997):《社会学》,页111,台湾:扬智文化业股份有限公司.
叶至诚著(1997):《社会学》,页123.
叶至诚著(1997):《社会学》,页124.
周华山著(1992):试论当代社会理论、辑於李明0,黄绍伦编《社会学新论》,页88,香港:商务印书馆(香港)有限公司.
方文威著(1999):科学探究-知多一点点、辑於香港教育学院科学系编《探究》,页2,香港.
王美芬,熊召弟著(1995):《国民小学自然科教材教法》,页125,台湾:心理出版社有限公司.
节录於王美芬,熊召弟著(1995):《国民小学自然科教材教法》,页125-8.
参考书目:
方文威著(1999):科学探究-知多一点点、辑於香港教育学院科学系编《探究》,香港.
徐炎章著(1998):《科学的假说》,北京:科学出版社.戴维贾里(David Jary),朱莉娅贾里(Julia Jary)著,周业谦,周光淦译(1998):《社会学辞典》,台湾:猫头鹰出版社股份有限公司.
叶至诚著(1997):《社会学》,台湾:扬智文化业股份有限公司.
王美芬,熊召弟著(1995):《国民小学自然科教材教法》,台湾:心理出版社有限公司.
郁慕镛著(1994):《科学定律的发现》,台湾;淑馨出版社.
W.C.丹皮尔著,李珩译(1992):《科学史及其与哲学和宗教的关系》,台湾:明文书局股份有限公司.
周华山著:试论当代社会理论、辑於李明0,黄绍伦编(1992)《社会学新论》,香港:商务印书馆(香港)有限公司.
李逆熵著(1991):《三分钟宇宙现代科学新论》,香港:商务印书馆(香港)有限公司.
毕浩明主编(1987):《社会学:界限与局限》,香港:商务印书馆(香港)有限公司.
张巨青主编《科学理论的发现,验证与发展兼评西方科学方的演变》,湖南:湖南人民出版社出版.
观察实验分析结论观察(发现问题)在巴士上不能在书包内找到钱包钱包在外套的衣袋0在外套的衣袋0找钱包钱包不在外套的衣袋0新假设钱包可能留在家中新实验回家找钱包新分析在家中找到钱包新结论钱包留在家中观察→分类→测量→预测→推论→编写假设→沟通→辨别变因→设计实验解释修正或扬弃选择研究主题确认研究主题定义研究问题0述研究假设研究工具编制试测实际测量分析资料总结研究结果书写研究报告

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