自然科学论文精编4篇

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教师是物理及自然科学教学的主导者，教师的一言一语都会受到学生的关注。教师只有提高自身的语言运用能力，采取风趣的讲课方式，才能营造出良好的教学氛围，减少学生上课的紧张感，同时也可以提高教材讲解的效率。如在正式开始上课前，教师可以问学生：“同学们，从古至今有三个有名的苹果，你们知道是哪三个吗？”大多数学生都摇头，纷纷说不知道。教师趁机解释：“第一个苹果，被夏娃和亚当吃了；第二个苹果，砸在牛顿头上了；第三个苹果，就是苹果手机啊！我们现在没有苹果，但是可以看看牛顿被苹果砸了之后，为物理及自然科学做了什么贡献。”教师的讲话会让学生觉得很有趣，同时对物理及自然科学课堂也有了更多的期待。这时，教师就可以讲解教材内容了。教师风趣的讲课不仅可以创设轻松的教学氛围，而且可以增加学生对物理及自然科学的喜爱之情，这都有利于物理及自然科学教学的有效开展。

二、实验导入，激发学生的学习好奇心

好奇心能够驱使人们积极思考，通过努力获得答案，从而得到心理上的满足。因此，在中等师范物理及自然科学教学中，教师应把握学生的心理特点，通过实验导入激发学生的好奇心，引导学生努力思考和认真听课。如教师可以问学生：“同学们，不同物体下降时的速度一样吗？它们会同时落到地上吗？”学生一时难以肯定地回答教师的问题，于是教师就可以做一个实验，选取几种不同的物体在同一时间从相同的高度抛下，然后与学生一起观察实验结果。当实验结果与学生的认知发生冲突时，学生一定很想弄清楚原因，这时教师就可以引入教材内容，解决学生的疑问，帮助学生学习和理解教材内容。

三、鼓励学生自己动手，加强对课本知识的理解

物理及自然科学教学之所以让学生觉得很难，主要原因是学生缺乏实践，难以验证和深入地理解所学的知识。动手实践有利于学生巩固课本知识，也有助于学生在实践中发现问题、解决问题，从而加深他们对知识的理解。因此，在中等师范的物理及自然科学教学中，教师应当鼓励学生多自己动手。如在讲关于摩擦力的知识时，教师就可以鼓励学生动手，采用不同的物体做实验，通过自己的实践发现摩擦力的大小与什么有关，然后再根据教材内容的讲解验证自己的实验结果和猜想。亲自动手可以让学生充分参与到教学当中，不仅体现了学生的学习主体地位，而且发挥了学生的主观能动性。所以，在中等师范物理及自然科学的教学中，教师应多鼓励学生动手，从而提高学生学习的自信心，强化学生对教材内容的理解和掌握。

四、总结

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随着科学史发掘的逐渐深入，人们发现传统认识论过于注重逻辑和理性，从静态的和个体的角度建构知识，完全排除社会、历史和心理因素，忽视知识的产生与证实过程中社会目标和社会规范对它的影响，逻辑实证主义逐渐走向衰落。默顿描述的科学活动因未涉社会，被冠以科学知识的“黑箱理论”之名。自奎因提出自然主义认识论，特别是在库恩之后，对科学知识的解释张力引起了传统科学认识论的断裂、默顿科学社会学体系的解构危机以及科学知识社会学的兴起。

二、自然主义认识论的提出与科学知识社会学的兴起

1969年，奎因在《自然主义认识论》中为摆脱认识论困境作了一个有益的尝试，明确而系统地阐述了通过将认识论自然化来拯救经验主义认识论的思想。他指出：“认识论将继续存在，尽管是在新的背景下并且是以一种清晰的形象出现的。认识论，或与它类似的东西，属于心理学的一章，因而也是自然科学的一章。”［3］83他试图从客观事实中寻找认识论原因，并体现出高度的开放性：“自然主义认识论包含于自然科学之中，而自然科学又包含在自然化认识论之中。”［3］83为撼动科学社会学的哲学基石提供了认识论基础。库恩等人发起的科学哲学革命，使对科学知识进行社会学的分析成为可能。随着库恩《科学革命的结构》的发表及其历史主义的建立，人们开始重新审视科学知识的发展过程。库恩提出一个崭新、动态、非线性、非累积式的科学发展模式，将科学的发展描述为一个进化与革命、积累与飞跃的连续交替变化的过程。在库恩看来，不同的范式之间是不可通约的，因为评判知识的标准不同，范式也就不同。［4］既然如此，默顿的规范在认识论意义上就难以继续成立。库恩的历史主义被科学知识社会学家吸收，相对主义的成分又被激进地解读，爱丁堡学派代表人物巴恩斯、布鲁尔主张的强纲领将科学的社会学研究引入认知层面，象征着科学知识社会学的兴起。他们关注历史、社会及具体的心理过程等因素在科学知识生产过程中所产生的独特甚至决定性作用，以自然主义及纯粹描述为特征，与科学社会学规范化和规定性的特征形成鲜明的对比。

三、自然主义认识论的社会转向与科学知识社会学的发展

自笛卡尔提出“追求知识的绝对确定性的理想”以来，认识论者一直在寻求知识确定性的基础，竭力为科学知识的合理性辩护。如同其他认识论一样，科学知识社会学依旧致力于回答“科学知识何以可能”的问题，但不再追问“主体怎样才能获得客观真理”。因为在他们看来，并不存在所谓的客观真理，知识是一种信念，是被接受的“信念”，而不是正确的信念。［5］186确立科学的知识本质，不能只依靠对孤立个体的行为、信念等进行哲学或心理学的分析，社会性才是知识的本质特征。他们从经验心理学、人工智能、认知科学等多个角度在自然科学内部说明认识的合理性问题，力图使社会认识论自然化。而自然主义在此之前完全根据内在、个体的心理过程解释认知现象的方式，忽视了认识主体的社会、文化等重要因素，在发展过程中也遭到很多批评，甚至被认为不再能用以解决当代认识论问题。科学知识社会学借助相对主义认识论张扬了一种具有集体约定主义特征的、社会化的自然主义认识论，也使得自然主义从个人认识论转向社会认识论，沿着新的线索重构认识论。不可否认，科学知识社会学的社会化认识论“即使以一种弱的形式，确实向我们打开了一个认识论探寻的新维度”，［6］曾在科学哲学研究中蔚然盛行。但与传统科学认识论依靠科学理论与自然秩序相一致的标准获得科学的规范性不同，科学知识社会学通过削弱自然界的齐一性和科学的体制性维护其社会认识论。对具有浓重相对主义色彩的社会化认识论来说，“并不存在与环境无关或超文化的合理性规范”，“根本不存在任何一组特定的关于自然的信念可以被认作是合理的或唯一的真理”。［5］187这种消解了科学的规范性的自然主义，遭到了坚决维护科学理性、反对相对主义的哲学家和科学家的激烈反对。后来的事实也证明，将科学知识看作社会建构的产物对科学知识的社会研究本来是极有价值的，但如果试图以社会因素的外在建构替代科学逻辑的因果演绎、解释科学知识的合理性和客观性，则终将面临重构。

四、自然主义认识论与后科学知识社会学的实践转向

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爱因斯坦通过著名的电梯假想实验，明确提出了万有引力定律中的引力质量和牛顿第二定律中的惯性质量的等效性，也就是著名的等效原理，而这是广义相对论的基石。牛顿的引力理论建立在平直的欧几里得空间，而爱因斯坦在利用等效原理找到了局部惯性系之后，使用相对论原理并且加上当时已经成功发展的描述弯曲时空的非欧几何（黎曼几何），建立了广义相对论理论。使用广义相对论能够精确地解释水星近日点的进动，所以广义相对论的第一次验证就是通过天文观测进行的。广义相对论的一个重要预言就是引力场中的光线偏折，而这个预言第一次得到验证就是通过日全食的观测，这个观测确立了广义相对论的正确性。

1666年，牛顿把通过玻璃棱镜的太阳光分解成了从红光到紫光的各种颜色的光谱，而这就是物理光学的基础。在1814年～1815年之间，天文学家夫琅和费在太阳光谱中发现了很多谱线。1885年，天文学家巴耳末发现了符合已知氢原子谱线位置的经验公式。随后对原子光谱的进一步观测又发现了更多的谱线序列和经验公式。1913年，为了解释氢原子谱线位置的经验公式，玻尔建立了原子光谱的量子模型，成功解释了原子谱线的经验公式，奠定了原子物理的基础，量子力学也从此诞生。波尔作为量子力学的奠基人，于1922年获得了诺贝尔物理学奖。

因此天文学的观测研究对于建立牛顿力学、验证广义相对论和奠基量子力学的实验基础都功不可没，也可以说天文学研究奠基了包含牛顿力学的广义相对论和量子力学这两个现代自然科学的最重要的理论体系。

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自然科学研究是人类最富有创造力的社会活动，这一探索过程是科学工作者不断发现问题、提出问题和解决问题的过程。从某种意义上讲，自然科学发展史就是一部发现问题和解决问题的历史。科学研究活动作为一种探索和揭示自然界奥秘的过程，大体上可分为五个阶段：第一阶段是发现和提出问题；第二阶段是搜集有关该问题的感性材料或经验事实；第三阶段是对搜集到的经验事实进行分析整理；第四阶段是在整理经验事实的基础上提出有关科学假说，对有关经验事实进行统一解释，即解决原先提出的问题；第五阶段是对科学假说或解释进行严格检验或验证。科学研究过程的这五个阶段密切联系、环环相扣，并相互影响、相互作用，共同组成了自然科学的过程性系统。科学哲学家波普尔坚持认为，科学研究起始于问题，因为有了问题才能引发研究。当确定了所要研究的问题后，科学工作者为了解决问题，就要搜集尽可能多的感性材料或经验事实。众所周知，为了获取解决有关问题的经验事实，通常是运用观察和实验方法。实验方法之所以成为近代科学研究的重要手段，是因为它本质上是科学工作者运用人工方法“创造”自然现象。由于这些自然现象是科学工作者根据一定理论的指导有目的、有意识地“创造”出来的，所以它可以为科学工作者提供系统的、精确的、典型的、纯粹的、定向的、专业的经验事实，从而使他们获得科学研究所需的数量多、质量高的感性材料。事实上，今天科学研究所需的绝大部分感性材料或经验事实都是通过实验方法得到的。科学工作者获得了大量有关经验事实后，就必须运用归纳、演绎、分析、综合、分类、类比、比较等方法对之进行整理加工，然后在此基础上提出有关科学假说，对这些经验事实作统一解释和推演出有关结论（如定律、预言等）。那么，人们如何才能知道科学工作者提出的科学假说究竟是否正确呢？或者说，人们如何检验、判断科学假说的对错呢？不用说，只有通过经验对照加以检验或判断。如前所述，由于实验方法能够为科学工作者提供系统的、精确的、典型的、纯粹的、定向的、专业的经验事实，所以，今天绝大多数科学假说都要通过实验才能得到严格检验。科学史上这样的例子可以（山草香★）说是数不胜数。比如，生物界为什么总是遵循“种瓜得瓜，种豆得豆”的遗传规律，无一例外，这一遗传现象的背后原因究竟是什么？遗传学的先驱和奠基人奥地利科学家孟德尔首先发现并提出了这一人们司空见惯的问题，并着手进行解决。为了搜集解决这一问题所需的感性材料，孟德尔用豌豆做杂交遗传实验，并进行了长时间的观察，得到了系统、丰富的第一手科研材料。在此基础上孟德尔对所获得的这些感性材料进行了科学的比较、分类、分析、综合和归纳，最后，他得出了奠定生物遗传学的两大基本规律：孟德尔分离定律和孟德尔独立分配定律。这两大定律在后来分子生物学的发展中得到了充分验证，从而极大地推动了分子生物学的进步。20世纪美国生物学家摩尔根在他的基础上进行了进一步研究，并最终搞清楚了生物的遗传基因在生物遗传中的决定性作用。很显然，科学研究作为人类探索自然界活动的一种过程性系统，其五个组成部分是紧密联系、不可分割的，它们共同构成了一个有机整体。

二、作为社会文化组成部分的自然科学系统

“科学是一种文化过程。”［3］1因此，“作为一种文化现象，科学同其他文化现象一样，也表现出强烈的民族性”。从实际情况看也是如此。我们今天学习的科学（及其技术）是西方文化基因的产物，带有非常浓厚、明显的西方文化特色，就如同中医学是中国文化基因的产物，带有非常浓厚、明显的中国文化特色一样。中国人有目的、有意识、大规模地学习、引进、移植西方科学仅仅是从洋务运动开始的，仅仅是基于“师夷长技以制夷”的考虑。既然科学是文化的一部分，那么它作为文化的一个子系统，其本身的各部分之间也是相互联系、相互影响、相互制约的，而且它必然与其相应的文化基因吻合，并且相互匹配、相互协调一致。从总体上看，科学作为一种文化现象，作为文化的一个子系统主要由三个部分组成：其一，价值观决定人们研究的目的和研究什么；其二，思维方式或哲学思想决定人们如何研究或用什么方法进行研究；其三，信仰信念决定人们研究的信心和如何看待其研究成果。之所以不同的科学形态之间存在重大差异或本质差异，正是由于自然科学作为一种文化子系统，其内部的基本文化要素，如人们的价值观、思维方式、信仰信念等方面存在重大差异。首先，价值观决定了人们是否研究、探索自然界奥秘或研究什么问题。以西方科学为例，其价值观因素主要包括两个方面：第一是古希腊人一开始就认为“求知是人类的本性”，因而探索自然界的奥秘、认识自然界，以达到驱除愚昧、满足人类好奇心的目的是最有价值、最有意义的事。正如亚里士多德所说，“他们探索哲理只是为想脱出愚昧，显然，他们为求知而从事学术，并无任何实用目的。”这就是说，古希腊人认为探索自然界本身就是目的，就是人类最值得做的事。第二是古希腊人认为只有认识了事物背后的原因才算认识了该事物，仅仅认识事物的表象，只是感性知识，只是经验，而感性知识或经验是不可靠的。留基伯最先提出了“因果原则———没有什么事情无缘无故而发生，一切事物的发生都有原因和必然性”。亚里士多德更明确地指出：“智慧就是有关某些原理和原因的知识”，因为“明白了原理和原因，其他一切由此可得明白”。正是在这种价值取向的引导下，从古希腊的自然哲学开始，直到文艺复兴后近代科学的诞生及发展，西方科学始终都把探索自然现象背后的原因作为研究的主要指向，因而随之也成了西方科学的本质和最主要特点。其次，思维方式决定了人们如何研究或通过什么方法、途径研究自然界。作为文化子系统的西方科学的思维方式因素主要表现在其形而上学基础和方法论两个主要方面。康德曾明确指出：“一切本义上的自然科学都需要一个纯粹的部分，在它上面可以建立起理性在其中所寻求的无可置疑的确定性。”在康德自己看来，这个作为基础的纯粹部分唯一地是作为形而上学的哲学。没有这些哲学思想作为科学的形而上学基础，科学将成为空中楼阁。方法论对西方科学的要求更为明显和重要。可想而知，进行科学研究如果不运用观察实验方法、数学方法、分析方法、分类方法、归纳方法、演绎方法、比较方法等适当的方法，科学将寸步难行。从科学史看，西方近代科学之所以从自然哲学体系中独立出来，并得到迅猛发展，正是这些科学方法的功绩。不言而喻，科学方法论本身就是哲学的一部分，正如马克思主义所认为的，有什么样的世界观（哲学），就有什么样的方法论，同时方法论也最能体现出一个民族的人或一种文化模式的思维方法。再次，信仰信念决定了人们进行科学研究的信心。西方科学的信仰信念前提主要基于两类：一类是宗教的，另一类是世俗的。基督教认为，整个宇宙都是上帝创造的，因而是有序的、完美的、简单的、和谐的、有规律的。基督徒研究自然界本身就是对上帝的赞美和认识上帝的伟大。这就是说，“人们必须研究上帝的创造物以便更好地理解上帝本身”。实际上，西方绝大多数科学家集研究者和基督徒身份于一身，牛顿、哥白尼、孟德尔、爱因斯坦等都是如此。爱因斯坦甚至明确指出：“相信世界在本质上是有秩序的和可认识的这一信念，是一切科学工作的基础。这种信念是建筑在宗教感情上的。”西方人在研究探索自然界奥秘的世俗方面的信心来自于毕达哥拉斯学派的思想。毕达哥拉斯学派认为“数”是万物的本原，因为“数”是简单的、有序的、有规律的，所以整个宇宙也是简单的、有序的、有规律的。这种简单性、有序性和规律性可以用“数学”精确地表达、反映出来。毕达哥拉斯学派的这一观点直接影响了整个近代科学的发展过程，像哥白尼、开普勒、麦克斯韦、爱因斯坦等大科学家几乎都是虔诚的毕达哥拉斯主义者。总之，科学作为一种文化现象，作为文化的一个子系统，其内部的几乎一切要素都与文化基因，即人们的思维方式、价值观、信仰信念密切联系、相互吻合、相互协调，从而共同构成了一个有机的整体，使科学呈现出鲜明的文化特色。

三、作为社会活动领域的自然科学系统

作为一种社会活动领域的自然科学系统，主要包括三个组成部分：基础性研究、应用科学知识的实践和教育。这三个组成部分紧密关联、相互作用、相互影响，共同构成了自然科学这一社会性系统，并与其他社会子系统密切联系，相互协调一致，共同构成了整个社会系统。自然科学作为一种社会性系统或社会领域，基础性研究是其核心或基础。这是因为，自然科学系统之所以能够发挥社会生产力功能，能够推动社会物质文明和精神文明的进步，主要是由于它能够通过对自然界的认识成果来指导人们进行技术发明、技术创造，从而使人们更加有效地进行社会实践，而且能够通过揭示自然界的奥秘以达到驱除愚昧，满足人类求知的本性，使思想科学化的目的。从本质上看，科学的基础研究过程相当于科学家在进行着“创造”知识的活动，即“创造”出人类以前不知道或还“没有现实地存在”的知识，如牛顿“创造”出万有引力理论，麦克斯韦“创造”出电磁场理论等等。而技术实质上是“应用”知识。科学是对自然界的认识，技术则是对自然界的有效改造和利用，是社会实践。这就是作为社会活动领域的自然科学系统内科学与技术之间的本质关系。不过，科学家“创造”出来的关于自然界的知识要想得到应用或用来指导社会实践，就必须被大多数人所掌握，否则，科学知识的应用也仍然是一句空话。那么，如何才能做到科学知识被大多数人所掌握呢？不言而喻，必须通过教育，没有教育，自然科学系统既不能正常运行，也不能充分发挥其社会功能。因此，教育作为科学知识传承、应用的必要和唯一途径，必须包括在自然科学系统内。当然，把教育包含在自然科学社会性系统内并不仅仅是基于教育是科学知识传承和应用的必然要求的考虑。从现实情况看，作为自然科学社会性系统一部分的教育的主要功能是为了科学知识的传承和如何把科学家创造的知识应用于社会实践，变为推动经济发展或社会物质文明进步的杠杆，这就是国家普及教育、提高教育水平的主要目的。但教育的另一个重要功能是要培养出能够“创造”知识的科学家来。很显然，如果培养不出“创造”知识的科学家，自然科学系统“创造”不出新知识，那么知识的应用，即技术发明或技术创造就是一句空话，就是空中楼阁。所以说，教育作为自然科学社会性系统的一个组成部分，其重要功能有二：一是培养传承和应用科学知识的人；二是培养“创造”科学知识的人。这充分说明，自然科学与教育的关系十分密切，这正是我们通常都把“科教”作为一个词来使用和理解的重要原因。从以上的分析中我们不难看出，作为社会一个重要活动领域的自然科学社会性系统的三个组成部分，基础性研究（即关于自然界知识的“创造”活动）、应用科学知识的实践（即技术或对自然界的有效改造和利用）和教育（培养创造、传承、应用科学知识的人）是密切相关的，它们共同构成了一个不可分割的有机整体。

四、启示