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[摘要]随着知识飞速膨胀，科学教育改革在不断地深化，科学课程如何进行科学概念与科学过程的学习成为焦点。本文通过梳理科学自身发展的历程和人类认识的过程，分析科学的性质，发现科学概念的发展与科学的发展具有一致性。因此，科学概念的学习应融入到科学认识的过程中去。
[关键词]科学学习 课程改革 科学过程 科学概念
20世纪伴随科学技术的发展，经济、社会突飞猛进，出现了一个转折点，有人称其为“第三次浪潮”，有人称其为“后工业社会”，也有人称其为“新技术革命”、“信息革命”、“数字化革命”。[1]总之，在知识不断膨胀、爆炸化的时代，知识经济成为了21世纪发展的趋势。在社会的不断变革中，“知识”被人们不断推崇，科学的迅猛发展，使人们意识到提升科学素养、掌握科学知识的重要性。从小培养学生的科学素养，开设科学课程成为基础教育改革的任务之一。
然而，培养学生的科学素养需要以学科科学知识为基础。对于科学知识的学习，人们持两种观点：一种是“概念中心”观点，另一种是“过程中心”观点。前者认为课程内容的选择，科学学习重点放在对概念的理解上，而不是概念产生过程的理解；后者认为探究过程应放在最重要的位置，着重发展学生的思维技巧和态度[2]。这与人们对科学的理解是密切相关的，长久以来人们所争论的科学是“关于自然界、社会和思维的知识体系”还是“探究的过程”。那么，科学究竟是什么？这就要追溯科学本身的发展（也就是科学哲学），从科学的自身发展过程当中寻找其中的内涵。
一、科学发展历史沿革
（一）古代生产活动中的科学
1.古代思辨和静观的科学
科学的诞生依赖于阶级和体脑分工的出现。中国的科学发展已经有二千多年的历史了，始于有文字记载的夏商周三代的教育，古代人主要通过两种方式认识“科学知识”：一是以“大自然”本身为“教材”，在生产劳动的实践中来学习；二是以识字、读书、背书为主，多是语文、自然、社会综合性的教材[3]。在漫长的古代社会中，在实用的、功利性的人类日常实践经验始终以缓慢积累的形式延续着科学知识[4]。当人们遇到无法解释的事实，便将其归于“万能”的神，如古代人把打雷下雨归于龙王一类的神，认为每年祭祀它们便可祈求风调雨顺。此时科学知识更多是以技术、工艺等方式所存在，其传承方式也主要以口头语言或书本材料。
2.古希腊的本体论阶段
早期希腊自然哲学是西方哲學的产生阶段，在性质上是自然哲学①，研究的中心是“本原”问题，研究的方法主要是观察与想象基础上的类比和宣称[5]（用语言或文字公开表示）。古希腊的亚里士多德把“自然哲学”作为学术的最高境界，认为其是为了学术而学术，是智慧的最高追求。这也体现出当时人们对于科学的认识停留在以思辨理性的无限性和非实用性为基础的公共知识，古代社会没有将科学作为独立的社会活动，人们对于科学知识的认识是绝对的、零散的、无规则的。
综上，在此阶段人们对于科学知识的学习主要采取累积前人经验的方式，知识是永恒不变的，尽管大量经验知识的积累没有成为系统的知识体系，但却形成了一种观察和实验的传统，并提供了一些相关的技能和仪器。
（二）近代理性社会中科学
随着资本主义在欧洲的萌芽与成长，16-17世纪的欧洲在摆脱神学统治的斗争中，使近代自然科学走上了独立发展的道路。近代自然科学继承了古希腊哲学思辨、理性的传统，同时将视线投向实践，在发现科学事实、建立科学理论的过程中，形成了以观察实验的感性方法与假说推理的理性方法相结合的方法论传统。伴随着科学认识的不断深化，人们对自然的基本认识经历了从机械自然观到辩证自然观的转变。此时经验主义、理性主义、实证主义、逻辑实证主义对科学发展起了重要的作用。
经验主义科学本质观也称为归纳主义科学本质观。经验主义以经验论为代表，强调经验和感觉的重要性。科学是从经验事实通过归纳法得出来的知识。科学知识来源于现实生活，建立在事实的基础上；理性主义把科学知识当做外在于主体的客观存在，认为一切知识源于理性所显示的公式。“科学的”是指知识按照学科体系各自成为一种具有某种共同属性的学科知识，每一种学科知识都有自己的知识体系和语言[6]；实证主义认为科学由观察经验开始，从观察和实验收集事实，然后对事实加以分类整理，在推出定律与理论，而理论的基础在于观察和实验的检验，凡能被检验的理论即为真理；逻辑实证主义认为，知识来自于纯粹客观的观察，再经由所谓的科学方法得到知识或理论，其中所谓的科学方法就是归纳法整个科学研究的过程就是先以开放的眼光观察自然现象，通过归纳发现获得某些规则，进而在头脑中形成某种假说，再收集资料验证假说，若假说成立就变成科学知识[7]。
综上，此阶段人们对科学的认识以观察为基础，实用性逐渐成为判断知识价值的标准。而科学认识的主要通过经验层次认识和理论层次认识相互作用。人们要认识客观事物，离不感觉器官的作用，但人们通过感官所获得的感觉、知觉等，只是科学认识形成的基本前提，它们并不就是科学认识，只有当人们运用思维对这些感性材料加以组织并用概念以判断的形式表述出来，才能算是科学认识。只有当思维和理论的渗透及其作用，才能使人们克服自身感官的局限，获得远胜于动物感觉的经验认识[8]。
（三）当代知识社会的科学
19世纪后，随着牛顿力学为代表的近代科学的发展，使得科学与哲学走向分化，实证性的、具体的诸种科学从“哲学”中分离[9]。科学哲学家波普尔、库恩、图尔明等人的研究也表明，科学并不是被实验证明了的既定真理，而是人类试图在更大范围理解自然界而建构的解释模型。为了适应科学发展的需要，科学成为一种社会建制，科学家成为一种社会职业，科学的社会规范成为科学共同体特有的精神气质[10]。此时证伪主义、历史主义和建构主义深深地影响着科学的发展。
1.证伪主义 波普尔的证伪主义认为科学知识不过是科学家为解决科学问题而提出的尝试性的、探索性的理论假设。任何科学理论都不能被科学证实，而只能被经验证伪。这是因为任何科学命题必定是具有普遍有效性的全称陈述，但是经验所观察到的仅仅是具体事物，经验所能证实的只是单称陈述，而个别不能通过归纳法而上升为一般，因此经验也不能通过证实个别而证实一般。為此，人们先要以待检验的假说或理论以及某些背景知识或先行条件为前提，推出一个能够在实践中检验的关于个别事实的单称陈述，然后进行观察实验等实践活动，产生一个有关实践结果的单称陈述，把从假说或理论中推出的单称陈述与从实践中产生的单称陈述相对照，如果它们相一致，就可以认为假说或理论得到一定证实，如果它们不一致，就可以认为假说或理论得到一定证伪（否证）。这就是通过实践对具有一般性的假说或理论进行验证的过程[11]。波普尔通过科学发展中的猜想和反驳两环节，构筑了科学进化的逻辑形态。
2.历史主义
库恩认为归纳主义和证伪主义都不符合科学发展的实际历史，没有看到科学发展中非渐进积累的发展阶段（科学革命阶段），忽视了科学发展过程中受范式约束的常规行为。库恩认为，科学发展的模式就是由一个常规科学传统转变到另一个常规科学传统，两个传统之间则是非常规科学或科学革命的插曲，是科学进步的中断，科学的发展需要经历：原始科学-常规科学—“革命”科学—新的常规科学。而要探讨科学知识的发展，必须以科学家集团或科学共同体作为分析的单位。科学共同体服从一个范式的指导，范式的明确规定使共同体有了共同交流的语言和目标，从而科学共同体所解决的问题和精确性达到最高、最有效[12]。
3.建构主义
建构主义的认为，科学知识的获得是科学家根据现有的理论（原有知识）来建构科学知识，建构主义强调科学知识是暂时性的、主观性的、建构性的，它会不断地被修正和推翻。所以知识不是通过教师传授得到的，而是学习者在一定的情境中即社会文化背景下，借助他人（包括教师和学习伙伴）的帮助，利用必要的学习资源，通过有意义的建构方式获得[13]。
19世纪细胞学说、进化论、能量守恒定律等重大科学发现揭示了自然界的整体性和系统性，物质的统一性和世界的普遍联系性不再是哲学家们思辨的成果，而是自然科学研究的对象。而从古代到现代的科学发展正如孔德所认为的，人们对知识的认识经历了三个阶段：第一，神学阶段，由于人类的认识有限，一些人类所不能解释的问题只好归给万能的神，此阶段人们人为知识是静观的、绝对的、思辨的。第二，形而上学阶段，这时人们用形而上学的抽象概念来解释一切，此阶段也是变相的神学阶段；第三，实证阶段，此阶段人类认识到的知识要以实证的事实为基础，这也就是真正的科学阶段[14]。伴随实证的到来，人们发现知识不再是绝对的一成不变。由于认识手段和方法等的进步，必然会导致新的新的事实的发现。知识的动态变化，也导致了人们对于获得知识态度的变化，从西方古代心理训练的学习观到布鲁纳的发现学习理论再到奥苏贝尔的有意义接受学习理论，进而到加涅的累积学习理论、班杜拉的社会学系理论、罗杰斯的人本主义。这一系列的变化，向人们彰显出了：知识学习由关注知识本身的学习走向了关注人的学习发展。科学教育在不断积累前人经验的过程中逐步自我完善。
二融入过程的科学知识
（一）科学认识的转向
透过科学自身由的转变，科学由古希腊的本体论阶段转向近代认识论阶段再到20世纪以研究语言哲学为重心的阶段。从对神的崇拜到形而上学再到实证主义的发展。历史的发展重演着人类的认识过程。而科学家的认识就像人类认识事物的过程一样基于实践，他们的认识始于客观事实的观察和实验，在此基础上进行不断的经验总结和理论深化，通过不断的验证，形成具有公共认同的观点和理论，最终为人们所用。当有新的事物或证据出现，科学家将重新对原有的结论进行修正和完善，所以科学家的认识过程是不是直观的、直线式的，而是一个能动的、复杂的过程。
教育是一种社会活动，既有实践也有认识。科学教育是通过科学知识、科学方法、科学精神等教育来培养人的全面科学素质，并通过社会全面进步的（物质的和精神的）一种实践活动。所以，科学教育是一种以培养人的科学素养为宗旨的实践活动，它需要通过认识的不断深化对教育活动进行指导，促使其进步。正如科学认识的发展，才使科学从决定论的逻辑向概率的转变，从形而上的认识论研究向自然化的认识论研究的转变，从自然化的认识论向社会化的认识论及其两者结合的转变[15]。纵观科学本身的发展，科学概念②发展应融入在了科学发展过程当中，正如人类认识的电的过程一样。
（二）人类的科学认识过程
人们对于电的认识就经历了从无到有的阶段。电的本性和光的本性一样，在人类认识的发展过程中是一部曲折的、满辩证法的历史。这个过程有像物理般的融合，也有化学般质的飞越。
1.从无到有的认识
（1）观察客观事实
人类对于电的研究始于静电。在中国，古人认为电的现象是阴气与阳气相激而生成的，《说文解字》有“电，阴阳激耀也，从雨从申”。《字汇》有“雷从回，电从申。阴阳以回薄而成雷，以申泄而为电”。可见，此时人们对于电的认识来源于对客观事实，即雷电的观察所得。在《古籍论衡》（约公元一世纪，即东汉时期）一书中曾有关于静电的记载，当琥珀或玳瑁经摩擦后，便能吸引轻小物体，也记述了以丝绸摩擦起电的现象，尽管古代中国对于电并没有太多了解，但人们可以观察到身边的现象，丝绸等物品吸引轻小物体的现象有了记载。然而，对这种现象的进一步研究在西元前600年左右，希腊的哲学家泰利斯知道琥珀的摩擦会吸引绒毛或木屑，并称这种现象为静电。
（2）归纳实验
人类对静电现象开始进行科学的观察与研究是在16世纪，英国医生吉尔伯特在研究琥珀的“吸引”力时候做了归纳实验后发现：金刚石、水晶、硫磺、火漆和玻璃等，在用呢绒、毛皮或丝绸摩擦后也有琥珀的那种“吸引”力。从而，使他认识到对一些物体的吸引力并非琥珀所特有。在思考这一现象背后的原因是他并作出大胆的猜想：在一切物质中都可能蕴藏着一种看不见的液体，当受到摩擦的时候此种液体就从物质的小孔中被挤了出来，表现出力的性质。于是，他原想把这种特殊液体叫做“琥珀性物质”。但后来他改变了想法，他根据希腊文中琥珀的词根拟定了一个简练的新名词，这就是一直沿用至今的科学概念——电，而英文中的电（Electricity）在古希腊文的意思就是“琥珀”（amber）。 此时，电的概念产生，准确的来说是静电③，对于电（电流）的进一步认识要归功于富兰克林所做的多次实验，他通过1752年著名的风筝实验，“捕捉天电”，证明天空的闪电和地面上的电是一回事。他用金属丝把一个很大的风筝放到云层，金属丝的下端接了一段绳子，在金属丝上挂了一串钥匙。当时富兰克林一手拉住绳子，用另一手轻轻触及钥匙。在实验过程中他感到一阵猛烈的冲击（电击），同时还看到手指和钥匙之间产生了小火花。他的手被弹开了，这个实验表明：被雨水湿透了的风筝的金属线变成了导体，把空中闪电的电荷引到手指与钥匙之间。这个发现使富兰克林在一年后制造出了世界上第一个避雷针。
2.电的理论化认识
电的理论化发展经历了人们无数次的科学实验验证，使得电从物质到电场、从电场到磁场、从粒子到量子的发展，使对其研究从宏观领域走向了微观领域。
（1）从物质到电场
18世纪中叶，人类才通过科学实验的方法，从电的量性方面开始研究发现电荷有正电荷与负电荷之分。1785年库仑通过实验证明了静电学的基本定律——库仑定律④。[16]1800年，意大利的伏特用铜片和锡片浸于食盐水中，并接上导线，制成了第一个电池，他提供首次的连续性的电源。1831年，英国的法拉第利用磁场效应的变化，展示感应电流的产生。随后，他提出物理电力线的概念，强调从电荷转移到电场的概念。
（2）从电场到磁场
1865年，苏格兰的马克斯威尔提出电磁场理论的数学式，提供了位移电流的观念，磁场的变化能产生电场，而电场的变化能产生磁场。马克斯威尔预测了电磁波辐射的传播存在，而在1887年德国赫兹证实了的电磁波存在，将电学与磁学统合成一种理论，同时亦证明光是电磁波的一种。马克斯威尔电磁理论的发展也针对微观方面的现象做出解释，并指出电荷的分裂性而非连续性的存在。1895年洛伦兹假设这些分裂性的电荷是电子，而电子的作用就依马克斯威尔电磁方程式的电磁场来决定。1897年英国汤姆生证实这些电子的电性是带负电性。而1898年由伟恩在观察阳极射线的偏转中发现带正电粒子的存在。而人类一直以自然界中存在的粒子与波来描述“电”的世界。
（3）从粒子到量子
量子学说的出现，使得原本构筑的粒子世界又重新受到考验。海森堡所提出的“测不准原理”认为一个粒子的移动速度和位置不能被同时测得，电子不再是可数的颗粒，也不是绕著固定的轨道运行。1923年，德布罗意提出当微小粒子运动时，同时具有粒子性和波动性，称为“质─波二重性”，而薛定谔用数学的方法，以函数来描述电子的行为，并且用波动力学模型得到电子在空间存在的机率分布，根据海森堡测不准原理，电子的位置无法准确地测到，但可以测得在原子核外每一点电子出现的机率。在波耳的氢原子模型中，原子在基态时的电子运动半径，就是在波动力学模型里，电子最大出现机率的位置。
（三）科学的性质
随著科学的演进，人类逐渐理解“电”的物理量所能取得的数值是不连续的，它们所反映的规律是属于统计性的。科学的发展，使人们对于科学知识的看法发生了改变，电存在的从无到有，揭示了科学的客观性，不管人类是否认识到电的存在，电作为一个客观事实一直存在于自然界当中。当人们（科学家）开始对电进行深入研究时，发现了电由静态到动态的性质，也是人们反思到随着技术和认识水平所限，人类对电的认识存在着错误，因此，科学具有可错性。正如波普尔的证伪主义所说：“科学知识不过是科学家为解决科学问题而提出的尝试性的、探索性的理论假设。”科学知识需要在社会的发展中不断被检验，验证其真伪。所以，科学不是绝对的，只是相对的真理。正如后现代主义所认为科学不过是人类与自然交往、交流、对话的方式之一。对此，科学课程中应该增加使学生了解科学知识相对性的内容。人们在认识事物时要有一定的批判意识，敢于进行不断的深入探索。因此，科学也具有探究性。人类在无数次的探究实验中获得了对电的认识，每当有新的事实出现，原有的事实便要进行验证，从而获取新的认识。从宏观科学史的角度看，科学概念的发展往往与科学的发展是一致的，概念的正确掌握，有利于科学思维的发展。
（四）科學概念融于过程的科学学习
学生今天学习的科学，是为未来所作的准备，知识在变化，现有的知识无法满足学生的需要。而给学生提供探究事物的过程，可以使他们在学习过程中具备一些知识，形成一定的能力。科学知识发展的过程性，可以让学生理解科学教科书提供的科学知识只是当前人类对自然世界认识的阶段性成果，科学知识和科学世界不能等同起来。人们对自然世界的认识是不断发展的，其中有累积的过程，也有突变的过程，科学发现也存在一定的偶然性[17]。
王策三教授曾指出：“课程、教材中的知识如果不经过打开、简化等一系列内化、外化工作，教师本宣科、简单告诉，学生完全机械记诵，那是不能为学生掌握并促进他们的发展的；但如果根本没有知识或轻视、削弱知识，那么学生的发展更无法谈起，主动学习态度、能力、情感、价值观等，便无源无本。”尽管科学知识在过程中进行学习，但这并不表明科学知识的重视程度有所下降，在小学阶段学生应该具备一定的核心概念知识，这也就需要教师在教学中，把握好核心概念，不要设计过多的课程活动，导致科学概念学习的模糊。只有当知识发生过程教学在科学教育中占据重要位置时，培养学生的求实态度和创新精神才不是一句空话。而对知识产生过程进行教学就是再现知识的来龙去脉，也就是揭示知识的本质、顺序与联系。这种教学过程有利于抑制传授式教学的弊端，更能突出学生学习的主体，提高学生的科学素养，让其经历更多的科学探究活动，体验科学家的认识过程，初步形成对科学的认识。
[注释]
①当时科学还没有脱离哲学，自然哲学既是当时的哲学，也是当时的科学。
②科学概念是客观事物的本质反映，是在科学实践中逐步形成和发展的，是经过反复的科学抽象而形成的。 ③静电是电荷在静止状态下产生的效应。
④库仑定律是静态电荷间的作用力与距离平方成反比的定律，奠定了静电的基本定律。
[参考文献]
[1]李伯聪.透视知识——知识的“散点透视”与知识社会[M].福建：福建人民出版社，2002：18.
[2]张红霞.郁波.国际小学科学课程改革的历史与现状[J].比较教育研究，23年第8期：55-59.
[3]蔡海军.我国小学科学课程发展的过程及特点[J].湖南师范大学教育科学学报，2003，2（05）.
[4]李正风.科学知识生产方式及其演变[M].北京：清华大学出版社，2006：145.
[5]刘飞.简析古希腊哲学本体论的思想脉络[J].文学教育，2011：55.
[6]袁维新.简论科学本质观的类型与特征[J].科学及时辩证法，2006，23（1）：17-21.
[7]蔡其勇.小学科学课程的科学哲学研究[D].西南大学，2008，11
[8]张新.恩格斯论科学认识的经验层次和理论层次[J].河北大学学报，1995（3）：71.
[9]刘大椿.科学哲学.[M].北京：中国人民大学出版社，2011，5：91.
[10]张密生.科学技术史[M].武汉：武汉大学出版社，2009，3：142.
[11]汪馥郁，朗好成.实用逻辑学词典[M].北京：冶金工业出版社，1990，7：196-197.
[12]蔡铁权，姜旭英.科学课程与教学研究[M].浙江：浙江大学出版社，2008，10：14-15.
[13]涂桂庆.小学科学课程教与学的实践研究[M].北京：首都师范大学出版社，2011，5：9.
[14]李伯聪.透视知识——知识的“散点透视”与知识社会[M].福建：福建人民出版社，2002：36.
[15]郑祥福.从当代西方科学哲学走向看当前马克思主义认识论的任务[J].浙江师范大学学报（社会科学版），2007，32（3）：21.
[16]劉尚合，宋学君.静电及其研究进展[J].自然杂志，2007，02：64.
[17]蔡其勇.小学科学课程的科学哲学研究[D].西南大学，2008，11
（作者单位：首都师范大学初等教育学院，北京）
[关键词]科学学习 课程改革 科学过程 科学概念
20世纪伴随科学技术的发展，经济、社会突飞猛进，出现了一个转折点，有人称其为“第三次浪潮”，有人称其为“后工业社会”，也有人称其为“新技术革命”、“信息革命”、“数字化革命”。[1]总之，在知识不断膨胀、爆炸化的时代，知识经济成为了21世纪发展的趋势。在社会的不断变革中，“知识”被人们不断推崇，科学的迅猛发展，使人们意识到提升科学素养、掌握科学知识的重要性。从小培养学生的科学素养，开设科学课程成为基础教育改革的任务之一。
然而，培养学生的科学素养需要以学科科学知识为基础。对于科学知识的学习，人们持两种观点：一种是“概念中心”观点，另一种是“过程中心”观点。前者认为课程内容的选择，科学学习重点放在对概念的理解上，而不是概念产生过程的理解；后者认为探究过程应放在最重要的位置，着重发展学生的思维技巧和态度[2]。这与人们对科学的理解是密切相关的，长久以来人们所争论的科学是“关于自然界、社会和思维的知识体系”还是“探究的过程”。那么，科学究竟是什么？这就要追溯科学本身的发展（也就是科学哲学），从科学的自身发展过程当中寻找其中的内涵。
一、科学发展历史沿革
（一）古代生产活动中的科学
1.古代思辨和静观的科学
科学的诞生依赖于阶级和体脑分工的出现。中国的科学发展已经有二千多年的历史了，始于有文字记载的夏商周三代的教育，古代人主要通过两种方式认识“科学知识”：一是以“大自然”本身为“教材”，在生产劳动的实践中来学习；二是以识字、读书、背书为主，多是语文、自然、社会综合性的教材[3]。在漫长的古代社会中，在实用的、功利性的人类日常实践经验始终以缓慢积累的形式延续着科学知识[4]。当人们遇到无法解释的事实，便将其归于“万能”的神，如古代人把打雷下雨归于龙王一类的神，认为每年祭祀它们便可祈求风调雨顺。此时科学知识更多是以技术、工艺等方式所存在，其传承方式也主要以口头语言或书本材料。
2.古希腊的本体论阶段
早期希腊自然哲学是西方哲學的产生阶段，在性质上是自然哲学①，研究的中心是“本原”问题，研究的方法主要是观察与想象基础上的类比和宣称[5]（用语言或文字公开表示）。古希腊的亚里士多德把“自然哲学”作为学术的最高境界，认为其是为了学术而学术，是智慧的最高追求。这也体现出当时人们对于科学的认识停留在以思辨理性的无限性和非实用性为基础的公共知识，古代社会没有将科学作为独立的社会活动，人们对于科学知识的认识是绝对的、零散的、无规则的。
综上，在此阶段人们对于科学知识的学习主要采取累积前人经验的方式，知识是永恒不变的，尽管大量经验知识的积累没有成为系统的知识体系，但却形成了一种观察和实验的传统，并提供了一些相关的技能和仪器。
（二）近代理性社会中科学
随着资本主义在欧洲的萌芽与成长，16-17世纪的欧洲在摆脱神学统治的斗争中，使近代自然科学走上了独立发展的道路。近代自然科学继承了古希腊哲学思辨、理性的传统，同时将视线投向实践，在发现科学事实、建立科学理论的过程中，形成了以观察实验的感性方法与假说推理的理性方法相结合的方法论传统。伴随着科学认识的不断深化，人们对自然的基本认识经历了从机械自然观到辩证自然观的转变。此时经验主义、理性主义、实证主义、逻辑实证主义对科学发展起了重要的作用。
经验主义科学本质观也称为归纳主义科学本质观。经验主义以经验论为代表，强调经验和感觉的重要性。科学是从经验事实通过归纳法得出来的知识。科学知识来源于现实生活，建立在事实的基础上；理性主义把科学知识当做外在于主体的客观存在，认为一切知识源于理性所显示的公式。“科学的”是指知识按照学科体系各自成为一种具有某种共同属性的学科知识，每一种学科知识都有自己的知识体系和语言[6]；实证主义认为科学由观察经验开始，从观察和实验收集事实，然后对事实加以分类整理，在推出定律与理论，而理论的基础在于观察和实验的检验，凡能被检验的理论即为真理；逻辑实证主义认为，知识来自于纯粹客观的观察，再经由所谓的科学方法得到知识或理论，其中所谓的科学方法就是归纳法整个科学研究的过程就是先以开放的眼光观察自然现象，通过归纳发现获得某些规则，进而在头脑中形成某种假说，再收集资料验证假说，若假说成立就变成科学知识[7]。
综上，此阶段人们对科学的认识以观察为基础，实用性逐渐成为判断知识价值的标准。而科学认识的主要通过经验层次认识和理论层次认识相互作用。人们要认识客观事物，离不感觉器官的作用，但人们通过感官所获得的感觉、知觉等，只是科学认识形成的基本前提，它们并不就是科学认识，只有当人们运用思维对这些感性材料加以组织并用概念以判断的形式表述出来，才能算是科学认识。只有当思维和理论的渗透及其作用，才能使人们克服自身感官的局限，获得远胜于动物感觉的经验认识[8]。
（三）当代知识社会的科学
19世纪后，随着牛顿力学为代表的近代科学的发展，使得科学与哲学走向分化，实证性的、具体的诸种科学从“哲学”中分离[9]。科学哲学家波普尔、库恩、图尔明等人的研究也表明，科学并不是被实验证明了的既定真理，而是人类试图在更大范围理解自然界而建构的解释模型。为了适应科学发展的需要，科学成为一种社会建制，科学家成为一种社会职业，科学的社会规范成为科学共同体特有的精神气质[10]。此时证伪主义、历史主义和建构主义深深地影响着科学的发展。
1.证伪主义 波普尔的证伪主义认为科学知识不过是科学家为解决科学问题而提出的尝试性的、探索性的理论假设。任何科学理论都不能被科学证实，而只能被经验证伪。这是因为任何科学命题必定是具有普遍有效性的全称陈述，但是经验所观察到的仅仅是具体事物，经验所能证实的只是单称陈述，而个别不能通过归纳法而上升为一般，因此经验也不能通过证实个别而证实一般。為此，人们先要以待检验的假说或理论以及某些背景知识或先行条件为前提，推出一个能够在实践中检验的关于个别事实的单称陈述，然后进行观察实验等实践活动，产生一个有关实践结果的单称陈述，把从假说或理论中推出的单称陈述与从实践中产生的单称陈述相对照，如果它们相一致，就可以认为假说或理论得到一定证实，如果它们不一致，就可以认为假说或理论得到一定证伪（否证）。这就是通过实践对具有一般性的假说或理论进行验证的过程[11]。波普尔通过科学发展中的猜想和反驳两环节，构筑了科学进化的逻辑形态。
2.历史主义
库恩认为归纳主义和证伪主义都不符合科学发展的实际历史，没有看到科学发展中非渐进积累的发展阶段（科学革命阶段），忽视了科学发展过程中受范式约束的常规行为。库恩认为，科学发展的模式就是由一个常规科学传统转变到另一个常规科学传统，两个传统之间则是非常规科学或科学革命的插曲，是科学进步的中断，科学的发展需要经历：原始科学-常规科学—“革命”科学—新的常规科学。而要探讨科学知识的发展，必须以科学家集团或科学共同体作为分析的单位。科学共同体服从一个范式的指导，范式的明确规定使共同体有了共同交流的语言和目标，从而科学共同体所解决的问题和精确性达到最高、最有效[12]。
3.建构主义
建构主义的认为，科学知识的获得是科学家根据现有的理论（原有知识）来建构科学知识，建构主义强调科学知识是暂时性的、主观性的、建构性的，它会不断地被修正和推翻。所以知识不是通过教师传授得到的，而是学习者在一定的情境中即社会文化背景下，借助他人（包括教师和学习伙伴）的帮助，利用必要的学习资源，通过有意义的建构方式获得[13]。
19世纪细胞学说、进化论、能量守恒定律等重大科学发现揭示了自然界的整体性和系统性，物质的统一性和世界的普遍联系性不再是哲学家们思辨的成果，而是自然科学研究的对象。而从古代到现代的科学发展正如孔德所认为的，人们对知识的认识经历了三个阶段：第一，神学阶段，由于人类的认识有限，一些人类所不能解释的问题只好归给万能的神，此阶段人们人为知识是静观的、绝对的、思辨的。第二，形而上学阶段，这时人们用形而上学的抽象概念来解释一切，此阶段也是变相的神学阶段；第三，实证阶段，此阶段人类认识到的知识要以实证的事实为基础，这也就是真正的科学阶段[14]。伴随实证的到来，人们发现知识不再是绝对的一成不变。由于认识手段和方法等的进步，必然会导致新的新的事实的发现。知识的动态变化，也导致了人们对于获得知识态度的变化，从西方古代心理训练的学习观到布鲁纳的发现学习理论再到奥苏贝尔的有意义接受学习理论，进而到加涅的累积学习理论、班杜拉的社会学系理论、罗杰斯的人本主义。这一系列的变化，向人们彰显出了：知识学习由关注知识本身的学习走向了关注人的学习发展。科学教育在不断积累前人经验的过程中逐步自我完善。
二融入过程的科学知识
（一）科学认识的转向
透过科学自身由的转变，科学由古希腊的本体论阶段转向近代认识论阶段再到20世纪以研究语言哲学为重心的阶段。从对神的崇拜到形而上学再到实证主义的发展。历史的发展重演着人类的认识过程。而科学家的认识就像人类认识事物的过程一样基于实践，他们的认识始于客观事实的观察和实验，在此基础上进行不断的经验总结和理论深化，通过不断的验证，形成具有公共认同的观点和理论，最终为人们所用。当有新的事物或证据出现，科学家将重新对原有的结论进行修正和完善，所以科学家的认识过程是不是直观的、直线式的，而是一个能动的、复杂的过程。
教育是一种社会活动，既有实践也有认识。科学教育是通过科学知识、科学方法、科学精神等教育来培养人的全面科学素质，并通过社会全面进步的（物质的和精神的）一种实践活动。所以，科学教育是一种以培养人的科学素养为宗旨的实践活动，它需要通过认识的不断深化对教育活动进行指导，促使其进步。正如科学认识的发展，才使科学从决定论的逻辑向概率的转变，从形而上的认识论研究向自然化的认识论研究的转变，从自然化的认识论向社会化的认识论及其两者结合的转变[15]。纵观科学本身的发展，科学概念②发展应融入在了科学发展过程当中，正如人类认识的电的过程一样。
（二）人类的科学认识过程
人们对于电的认识就经历了从无到有的阶段。电的本性和光的本性一样，在人类认识的发展过程中是一部曲折的、满辩证法的历史。这个过程有像物理般的融合，也有化学般质的飞越。
1.从无到有的认识
（1）观察客观事实
人类对于电的研究始于静电。在中国，古人认为电的现象是阴气与阳气相激而生成的，《说文解字》有“电，阴阳激耀也，从雨从申”。《字汇》有“雷从回，电从申。阴阳以回薄而成雷，以申泄而为电”。可见，此时人们对于电的认识来源于对客观事实，即雷电的观察所得。在《古籍论衡》（约公元一世纪，即东汉时期）一书中曾有关于静电的记载，当琥珀或玳瑁经摩擦后，便能吸引轻小物体，也记述了以丝绸摩擦起电的现象，尽管古代中国对于电并没有太多了解，但人们可以观察到身边的现象，丝绸等物品吸引轻小物体的现象有了记载。然而，对这种现象的进一步研究在西元前600年左右，希腊的哲学家泰利斯知道琥珀的摩擦会吸引绒毛或木屑，并称这种现象为静电。
（2）归纳实验
人类对静电现象开始进行科学的观察与研究是在16世纪，英国医生吉尔伯特在研究琥珀的“吸引”力时候做了归纳实验后发现：金刚石、水晶、硫磺、火漆和玻璃等，在用呢绒、毛皮或丝绸摩擦后也有琥珀的那种“吸引”力。从而，使他认识到对一些物体的吸引力并非琥珀所特有。在思考这一现象背后的原因是他并作出大胆的猜想：在一切物质中都可能蕴藏着一种看不见的液体，当受到摩擦的时候此种液体就从物质的小孔中被挤了出来，表现出力的性质。于是，他原想把这种特殊液体叫做“琥珀性物质”。但后来他改变了想法，他根据希腊文中琥珀的词根拟定了一个简练的新名词，这就是一直沿用至今的科学概念——电，而英文中的电（Electricity）在古希腊文的意思就是“琥珀”（amber）。 此时，电的概念产生，准确的来说是静电③，对于电（电流）的进一步认识要归功于富兰克林所做的多次实验，他通过1752年著名的风筝实验，“捕捉天电”，证明天空的闪电和地面上的电是一回事。他用金属丝把一个很大的风筝放到云层，金属丝的下端接了一段绳子，在金属丝上挂了一串钥匙。当时富兰克林一手拉住绳子，用另一手轻轻触及钥匙。在实验过程中他感到一阵猛烈的冲击（电击），同时还看到手指和钥匙之间产生了小火花。他的手被弹开了，这个实验表明：被雨水湿透了的风筝的金属线变成了导体，把空中闪电的电荷引到手指与钥匙之间。这个发现使富兰克林在一年后制造出了世界上第一个避雷针。
2.电的理论化认识
电的理论化发展经历了人们无数次的科学实验验证，使得电从物质到电场、从电场到磁场、从粒子到量子的发展，使对其研究从宏观领域走向了微观领域。
（1）从物质到电场
18世纪中叶，人类才通过科学实验的方法，从电的量性方面开始研究发现电荷有正电荷与负电荷之分。1785年库仑通过实验证明了静电学的基本定律——库仑定律④。[16]1800年，意大利的伏特用铜片和锡片浸于食盐水中，并接上导线，制成了第一个电池，他提供首次的连续性的电源。1831年，英国的法拉第利用磁场效应的变化，展示感应电流的产生。随后，他提出物理电力线的概念，强调从电荷转移到电场的概念。
（2）从电场到磁场
1865年，苏格兰的马克斯威尔提出电磁场理论的数学式，提供了位移电流的观念，磁场的变化能产生电场，而电场的变化能产生磁场。马克斯威尔预测了电磁波辐射的传播存在，而在1887年德国赫兹证实了的电磁波存在，将电学与磁学统合成一种理论，同时亦证明光是电磁波的一种。马克斯威尔电磁理论的发展也针对微观方面的现象做出解释，并指出电荷的分裂性而非连续性的存在。1895年洛伦兹假设这些分裂性的电荷是电子，而电子的作用就依马克斯威尔电磁方程式的电磁场来决定。1897年英国汤姆生证实这些电子的电性是带负电性。而1898年由伟恩在观察阳极射线的偏转中发现带正电粒子的存在。而人类一直以自然界中存在的粒子与波来描述“电”的世界。
（3）从粒子到量子
量子学说的出现，使得原本构筑的粒子世界又重新受到考验。海森堡所提出的“测不准原理”认为一个粒子的移动速度和位置不能被同时测得，电子不再是可数的颗粒，也不是绕著固定的轨道运行。1923年，德布罗意提出当微小粒子运动时，同时具有粒子性和波动性，称为“质─波二重性”，而薛定谔用数学的方法，以函数来描述电子的行为，并且用波动力学模型得到电子在空间存在的机率分布，根据海森堡测不准原理，电子的位置无法准确地测到，但可以测得在原子核外每一点电子出现的机率。在波耳的氢原子模型中，原子在基态时的电子运动半径，就是在波动力学模型里，电子最大出现机率的位置。
（三）科学的性质
随著科学的演进，人类逐渐理解“电”的物理量所能取得的数值是不连续的，它们所反映的规律是属于统计性的。科学的发展，使人们对于科学知识的看法发生了改变，电存在的从无到有，揭示了科学的客观性，不管人类是否认识到电的存在，电作为一个客观事实一直存在于自然界当中。当人们（科学家）开始对电进行深入研究时，发现了电由静态到动态的性质，也是人们反思到随着技术和认识水平所限，人类对电的认识存在着错误，因此，科学具有可错性。正如波普尔的证伪主义所说：“科学知识不过是科学家为解决科学问题而提出的尝试性的、探索性的理论假设。”科学知识需要在社会的发展中不断被检验，验证其真伪。所以，科学不是绝对的，只是相对的真理。正如后现代主义所认为科学不过是人类与自然交往、交流、对话的方式之一。对此，科学课程中应该增加使学生了解科学知识相对性的内容。人们在认识事物时要有一定的批判意识，敢于进行不断的深入探索。因此，科学也具有探究性。人类在无数次的探究实验中获得了对电的认识，每当有新的事实出现，原有的事实便要进行验证，从而获取新的认识。从宏观科学史的角度看，科学概念的发展往往与科学的发展是一致的，概念的正确掌握，有利于科学思维的发展。
（四）科學概念融于过程的科学学习
学生今天学习的科学，是为未来所作的准备，知识在变化，现有的知识无法满足学生的需要。而给学生提供探究事物的过程，可以使他们在学习过程中具备一些知识，形成一定的能力。科学知识发展的过程性，可以让学生理解科学教科书提供的科学知识只是当前人类对自然世界认识的阶段性成果，科学知识和科学世界不能等同起来。人们对自然世界的认识是不断发展的，其中有累积的过程，也有突变的过程，科学发现也存在一定的偶然性[17]。
王策三教授曾指出：“课程、教材中的知识如果不经过打开、简化等一系列内化、外化工作，教师本宣科、简单告诉，学生完全机械记诵，那是不能为学生掌握并促进他们的发展的；但如果根本没有知识或轻视、削弱知识，那么学生的发展更无法谈起，主动学习态度、能力、情感、价值观等，便无源无本。”尽管科学知识在过程中进行学习，但这并不表明科学知识的重视程度有所下降，在小学阶段学生应该具备一定的核心概念知识，这也就需要教师在教学中，把握好核心概念，不要设计过多的课程活动，导致科学概念学习的模糊。只有当知识发生过程教学在科学教育中占据重要位置时，培养学生的求实态度和创新精神才不是一句空话。而对知识产生过程进行教学就是再现知识的来龙去脉，也就是揭示知识的本质、顺序与联系。这种教学过程有利于抑制传授式教学的弊端，更能突出学生学习的主体，提高学生的科学素养，让其经历更多的科学探究活动，体验科学家的认识过程，初步形成对科学的认识。
[注释]
①当时科学还没有脱离哲学，自然哲学既是当时的哲学，也是当时的科学。
②科学概念是客观事物的本质反映，是在科学实践中逐步形成和发展的，是经过反复的科学抽象而形成的。 ③静电是电荷在静止状态下产生的效应。
④库仑定律是静态电荷间的作用力与距离平方成反比的定律，奠定了静电的基本定律。
[参考文献]
[1]李伯聪.透视知识——知识的“散点透视”与知识社会[M].福建：福建人民出版社，2002：18.
[2]张红霞.郁波.国际小学科学课程改革的历史与现状[J].比较教育研究，23年第8期：55-59.
[3]蔡海军.我国小学科学课程发展的过程及特点[J].湖南师范大学教育科学学报，2003，2（05）.
[4]李正风.科学知识生产方式及其演变[M].北京：清华大学出版社，2006：145.
[5]刘飞.简析古希腊哲学本体论的思想脉络[J].文学教育，2011：55.
[6]袁维新.简论科学本质观的类型与特征[J].科学及时辩证法，2006，23（1）：17-21.
[7]蔡其勇.小学科学课程的科学哲学研究[D].西南大学，2008，11
[8]张新.恩格斯论科学认识的经验层次和理论层次[J].河北大学学报，1995（3）：71.
[9]刘大椿.科学哲学.[M].北京：中国人民大学出版社，2011，5：91.
[10]张密生.科学技术史[M].武汉：武汉大学出版社，2009，3：142.
[11]汪馥郁，朗好成.实用逻辑学词典[M].北京：冶金工业出版社，1990，7：196-197.
[12]蔡铁权，姜旭英.科学课程与教学研究[M].浙江：浙江大学出版社，2008，10：14-15.
[13]涂桂庆.小学科学课程教与学的实践研究[M].北京：首都师范大学出版社，2011，5：9.
[14]李伯聪.透视知识——知识的“散点透视”与知识社会[M].福建：福建人民出版社，2002：36.
[15]郑祥福.从当代西方科学哲学走向看当前马克思主义认识论的任务[J].浙江师范大学学报（社会科学版），2007，32（3）：21.
[16]劉尚合，宋学君.静电及其研究进展[J].自然杂志，2007，02：64.
[17]蔡其勇.小学科学课程的科学哲学研究[D].西南大学，2008，11
（作者单位：首都师范大学初等教育学院，北京）