科学的本质是什么

科学的本质是什么

浙江省余姚市实验学校 朱潮海

如有引用，请注明出处：

朱潮海.漫谈科学课的论证教学[M].北京：团结出版社,2019:8-19.

认识科学本质( Nature Of Science，NOS) 是科学素养的重要组成部分。科学本质是一个复杂的概念，科学本质探讨的是科学本体论的问题，即回答“科学是什么”的问题。

对科学本质的研究，需要了解科学发展的历程，基于对科学哲学思想的认识，理清科学本质的发展与进程，认识现代科学本质观，从而探讨研究小学生科学本质的学习范畴。

一、科学本质的哲学观演进

科学哲学要思考科学家是怎样构建科学知识并使科学能够区别于其他领域的工作。从古至今，科学本质的哲学观点一直随着时代而改变，甚至在同一时代存在着多种不同哲学观的争论。根据波普尔（Popper）、库恩（Kuhn）、拉卡托斯（Lakatos）、费耶阿本德（Feyerabend）、查尔默斯( A．F．Chalmers)、李德曼（Lederman .N.G）等人的研究，科学本质的哲学观一般可归纳为经验主义、实证主义、逻辑实证主义、理性主义、否证主义、贝叶斯主义和新实验主义等。根据科学本质观的历史演进，经验主义、实证主义、逻辑实证主义和理性主义被视为“传统”的科学本质观，否证主义、贝叶斯主义、新实验主义被视为“新”的科学本质观。

在波普尔以前的科学哲学中，19世纪实证主义被视为唯一正确的科学方法。尤其在20世纪初，逻辑实证主义结合了逻辑主义与实证主义，成为当时西方所谓的标准科学哲学。这几种哲学观都认为，科学知识是以某种方式从观察所获得的事实中推导出来的，科学理论是以观察事实为基础并得到这些事实支持的。¹

在20世纪20年代，波普尔对归纳主义产生怀疑，并与以鲁道夫·卡尔纳普为首的逻辑实证主义者展开激烈的争论。波普尔主张科学不需要归纳，他认为科学的特点在于科学理论是否证的。波普尔认为，科学知识的发展是以问题导向的猜想开始的，一旦提出了推测性的解决问题的理论，就要对之进行严格的检验，经受住检验并且没有被否定的理论将保留下来，否则将被淘汰。科学是通过试错、猜想和反驳向前发展的。

自20世纪60年代以来，很多学者认为，对科学更恰当的说明，必须从科学活动发生于其中的理论框架开始，其中的代表是库恩和拉卡托斯。在查尔默斯看来，库恩理论的两个重要特征，一是强调科学进步具有革命性，二是科学共同体的重要作用。拉卡托斯受库恩和波普尔的影响，他认为，应当把科学活动描述为是在某一框架中进行的，他用研究纲领的概念取代了库恩的范式。

20世纪70年代以后，以后实证主义观点为代表的新的科学哲学观丰富了科学本质的内涵——认为科学知识具有暂时性，科学观察是理论蕴涵的，受个人主观意识的影响。

1.经验主义科学本质观　经验主义科学本质观也称为归纳主义科学本质观，这一学派的代表人物有培根、洛克、休谟等，其主要观点是：科学始于观察，观察提供科学知识能够赖以确立的可靠基础，而科学知识是用归纳法从观察陈述中推导出来的。他们认为科学知识是已证明了的知识，科学理论是严格地从用观察和实验得来的经验事实中推导出来的，科学是以我们能看到、听到、触到… …的东西为基础的，个人的意见或爱好和思辨的想象在科学中没有地位。科学家一旦掌握了普遍的定律和理论，他就可能从它们推导出各种解释和预测推断。²

2.实证主义科学本质观　实证主义沿着经验主义哲学的思想路线，将自然科学的方法移入哲学和社会学，反对传统的思辨形而上学，开创了现代西方哲学的“科学主义”思潮。孔德是实证主义的创始人，他认为，每一门科学都有其特殊的研究程序和方法，但各门科学在方法论上又是统一的。

实证主义科学观仍然把经验当作全部哲学的基础，否定现象经验以外的物质或精神的可能性，明确提出要抛弃对世界的基础、本质等本体论问题的研究。他们要求超越心物、主客等二元对立，强调人类知识的力量，强调运用实证科学改造自然和社会的可能性。

3.逻辑实证主义科学本质观　逻辑实证主义的两个基本特征是逻辑主义和经验主义，继承了休谟、孔德、马赫等人的经验主义和实证论的基本观点，弗雷格和罗素所创立的现代逻辑的分析方法也为其奠定了思想和方法论基础。

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科学知识或理论。它崇尚经验科学，主张用怀特海和罗素的符号逻辑分析现代科学，它所提倡的科学方法是“假设———演绎法”。代表人物亨佩尔认为以归纳法为前提的推测所得的结论不具有确定性，然而以演绎法为前提的推测所得的结论具有确定性。除了演绎法外，科学的探究过程中需要提出暂时的假说来给予研究一个方向，因此所谓的“假设———演绎推理”的科学方法需要被加入到科学的调查研究中。逻辑实证主义强调科学知识的可证实性，认为观察是科学知识的来源，而且观察是一种价值中立、客观的活动，不受任何因素的影响(如观察者的已有知识、理论和信念)，故所得的资料一定是客观的。由于科学知识形成过程被认为相当客观，而且它是对自然界的本质的真实的描述，因此是极不易改变的，故科学知识被视为绝对客观的真理。同时，因为每一种科学知识都被视为真理，因此，科学知识的增长就意味着真理不断地累积。由于科学知识是客观真理，人们自然地把知识及其结构看作是科学的本质。

4.理性主义科学本质观　理性主义认为有关知识根源的假设是来自于心智或理性的，理性论者以演绎法推论这个世界。以笛卡尔等为代表的理性主义与经验主义相反，他们认为科学知识来源于理性，人类的感觉经验是不可靠的，只有理性认识才能揭示真理，获得知识的方式是经由逻辑的推理和分析，由此笛卡尔创立了演绎法。之后提倡归纳法的经验主义和推崇演绎法的理性主义展开了长期的争论。认识论的理性主义者康德认为虽然所有的知识开始于经验，但并不是全部兴起于经验。他认为有一些知识与经验无关，这种知识被命名为经验之先的知识，而来自经验的知识被称为经验之后的知识。康德认为只有理性主义与经验主义两者合一，知识才会产生。

5.证伪主义科学本质观　波普尔的观点被视为传统科学哲学与新科学哲学的过渡。他提出证伪作为确立科学知识的方法，以“可证伪性”作为区别科学与非科学的标准。他认为新假设的产生是基于旧的知识，检验假设的过程就是证明假设是错误的过程。如果我们没有足够的证据推翻这个假设，那么就只能接受这个假设。

波普尔解决了由培根的科学方法所引申出来而困惑哲学家们二百多年的“归纳难题”。他认为科学定律或理论只有暂时的地位，它们最终会被更佳、更有效的定律或理论所取代，并且提出在科学知识发展过程中的一个最重要的步骤，就是用严格的方法做伪假测验。波普尔认为科学知识的发展开始于问题的发现，而不是客观的观察。在发现问题之后形成尝试性的解答———粗略的理论，这个理论必须接受考验，而考验的目的不是为了确定理论的正确性，而是为了找出它的错误。这种有别于归纳法的科学方法一般可以将之统称为“假设———演绎法”。

6.后实证主义科学本质观　20世纪初物理学家对科学的绝对性有了批判性的思考。库恩、拉卡托斯、波普尔和图尔敏对知识的可验证性、客观性提出质疑，阐明了知识是由人类自行建构的观点。波普尔认为科学理论的发展源自问题，理论形成之后才需要观察与验证，否证后再产生新的问题，所有的观察都是以理论为基础，没有不带有理论的纯观察。拉卡托斯认为理论不会因为否证而被拒绝，理论与相对理论的竞争，由研究成果的丰硕作为判断的准则。库恩则站在科学发展史的角度去分析科学知识。因此，社会因素、科学家的心理因素、科学社群的集体观念都成为影响科学知识发展的因素。受到达尔文进化论的影响，图尔敏引用进化模式描述科学理论的传播、改变和特化的一般原则，类似于种群概念中的生态改变。

后实证主义以研究科学史作为新的手段，取代了过去依靠形式逻辑为分析科学的主要工具，成为建构主义的哲学根源。后实证主义者相信观察和所有的经验至少部分是依赖我们所持有的理论概念结构，强调价值所扮演的角色和科学知识的暂时性。

科学哲学演变过程实质上体现了人类对科学及科学本质内涵发展与演变的认识，可用阿比波拉（Abimbola,1983）基于科学认识论视角的概念图呈现（如图1-1），以便对科学本质内涵的动态演变有个清晰的思路。

图 1-1科学哲学演变与科学本质内涵的发展（译自Abimbola,1983）

对科学哲学演变的主要观点从科学始于什么、科学知识的产生、科学知识的相对性和科学知识的客观性几个维度进行整理（见表1-1），比较异同。

表 1-1科学哲学本质观演变的主要观点

科学哲学观	科学始于什么	科学知识的产生	科学知识的相对性	科学知识的客观性
经验主义科学本质观	科学始于观察，观察提供科学知识能够赖以确立的可靠基础	科学知识是用归纳法从观察陈述中推导出来的	科学家一旦掌握了普遍的定律和理论，他就可能从它们推导出各种解释和预测推断。	个人的意见或爱好和思辨的想象在科学中没有地位
实证主义科学本质观	经验当作全部哲学的基础	强调人类知识的力量，强调运用实证科学改造自然和社会的可能性		否定现象经验以外的物质或精神的可能性
逻辑实证主义科学本质观	强调科学知识的可证实性，认为观察是科学知识的来源	知识来自于纯粹客观的观察，再经由所谓的科学方法得到科学知识或理论；提倡的科学方法是假设———演绎推理	科学知识被视为绝对客观的真理，科学知识的增长就意味着真理不断地累积，把知识及其结构看作是科学的本质	观察是一种价值中立、客观的活动，不受任何因素的影响(如观察者的已有知识、理论和信念)
理性主义科学本质观	科学知识来源于理性，人类的感觉经验是不可靠的	获得知识的方式是经由逻辑的推理和分析；以演绎法推论知识；康德认为只有理性主义与经验主义的合一，知识才会产生
证伪主义科学本质观	科学知识的发展开始于问题的发现	证伪作为确立科学知识的方法；称为“假设———演绎法”	科学定律或理论只有暂时的地位，他们最终会有更佳、更有效的定律或理论所取代	以“可证伪性”作为区别科学与非科学的标准
后实证主义科学本质观	相信观察和所有的经验至少部分是依赖我们所持有的理论概念结构	对科学史的研究为新的手段，取代了过去依靠形式逻辑为分析科学的主要工具；认为知识是个体建构的	科学知识的暂时性	社会因素、科学家的心理因素、科学社群的集体观念都成为影响科学知识发展的因素

综合上述，传统科学本质观强调绝对客观与理性的存在，观察是先于理论的，认为科学知识的发展是以一种静态的、单一理论传承的线性方式逐渐累积而成，并强调应以科学实验检验的方法验证科学理论，使其成为绝对的真理，而个人在整个科学的过程中是可以被忽略的。现代科学本质观认为客观与理性是相对的，观察和部分经验离不开理论，科学理论具有发展性和相对性，科学知识是不确定的，社会因素、科学家的心理因素、科学社群的集体观念都成为影响科学知识发展的因素，科学的创造性、社会价值的蕴涵和暂时性，使得科学事业变得更人性化。

二、现代科学本质观内涵

关于科学本质观的内涵，欧美不同机构和学者有着不同的看法。

学者安德森（Andersen）等人指出，科学本质有六个方面的特征：（1）非道德性：科学自身并没有有利与不利之分，但是对科学知识的利用可以进行好与坏判断；（2）创造性：科学理论是人们一种创作；（3）发展性：科学知识不是固定不变的，它可以被修订甚至被推翻；（4）简约性：当同一个自然现象可以用两种科学理论进行解释时，选择更为简单的那个理论；（5）可验证性：科学知识是以证据为基础而建立的，可以被重复验证；（6）同一性：各领域的科学学科构成整个科学知识的整体，它帮助人类认识自然世界的运行与规律。³

李德曼（Lederman）教授为国际科学本质资深专家，他认为，科学是一种认知方式，科学本质实际上是认识论，目前科学哲学家、科学史学家、科学家和科学教育工作者在对科学本质的具体定义上是无法达成一致的。他指出科学本质的内涵应涵盖几个彼此独立且互相联系的内容：（1）科学知识具有暂时性，它是可靠的、长久的，但不是绝对的、确定的，是会变化的；（2）科学的实证本质，科学知识以观察自然界为基石，并且以经验为基础，但科学家并不能直接接触到大多数的自然现象；（3）科学知识具有创造性和主观性，科学的理论模型不是现实的复制品；（4）科学知识植根于社会与文化，并受其影响；（5）科学理论的建构是从观察到推论的过程，科学知识的本质渗透着理论；（6）科学理论和定律的功能不同，它们之间相互联系；（7）科学方法的谬论，没有任何一种科学方法可以保证绝对没有错误知识的发展。⁴

美国颁布的《面向全体美国人的科学》从科学世界观、科学探索和科学事业三方面中提出科学的性质：（1）世界是可被认知的；（2）科学理念是会变化的；（3）科学知识的持久性；（4）科学不能为所有问题提供完整答案；（5）科学需要证据；（6）科学是逻辑和想象的融合；（7）科学解释和预见；（8）科学家要努力鉴别，避免偏见；（9）科学不仰仗权威；（10）科学是一项复杂的社会活动；（11）科学由学科内容组成，由不同的机构研究；（12）科学研究中有着普遍接受的道德规范；（13）科学家在参与公共事务时，既是科学家也是公民。⁵

美国新颁布的 NGSS 指出科学本质涵盖以下八大主题：（1）科学调查使用很多种方法；（2）科学知识基于实证研究；（3）科学知识是开放的、可随新证据修订；（4）科学模型、定律、机制以及学说都解释了自然现象；（5）科学是求知的一种方式；（6）科学知识假设自然界中存在顺序性并且具有一贯性；（7）科学是一项人类事业；（8）科学强调关于自然和物质世界的问题⁶。

阅读“从燃素说到燃烧的氧化学说”这个案例，这则案例体现了哪些科学本质呢？

案例1：从燃素说到燃烧的氧化学说⁷

自近代以来，燃烧问题一直是化学研究的一个核心问题。火和燃烧是自然界中极为常见的一种现象，许多化学过程都与之相关。特别是，只有通过燃烧才能从金属矿石中提炼出金属。人们注意到，在燃烧过程中总有火焰迸出。还注意到，木柴烧尽后的灰烬总比原来的木柴轻了许多。这很容易使人推测，在燃烧过程中某种东西离开了燃烧物。由于燃烧完了的灰烬不再容易燃烧，人们又推测所逃离的东西是某种易燃的东西。这是燃素说的基本思路。那种假想的——在燃烧过程中逃离的——易燃的东西，后来就被称为燃素。

1703年，斯塔尔提出了系统的燃素说。凡是氧化过程，斯塔尔认为是燃素逸出的过程。斯塔尔还认识到，金属生锈与木材燃烧是同一类化学过程，它们都是失去燃素的过程。燃素理论确实解释了当时已知的许多化学现象。对今日被称为氧化—还原反应的各类化学过程，燃素说均做出了与今日理论完全相反的解释。它虽然是错误的，但是它是化学史上第一个将各种化学现象统一起来的化学原理，引导化学走向更广阔的领域。

1756年，苏格兰化学家布莱克开展了“关于白镁氧、生石灰和其它一些碱性物质的实验”，发现白镁氧（碱性碳酸镁）加热后会放出某种气体而变成氧化镁，石灰石加热后也会放出类似的气体而生成生石灰。布莱克把这种气体称为“固定空气”（二氧化碳）。

继布莱克之后，很多气体被发现。他的学生丹尼尔·卢瑟福发现，空气中除呼吸或燃烧时被消耗的气体之外还有一种气体，他称为“浊气”（氮气）。英国物理学家卡文迪许后来也发现了“固定空气”和“可燃空气”（氢气）。1772年，普利斯特列发表了长篇论文，对各种气体进行了研究。后来，他在加热氧化汞时收集到一种“能使蜡烛以极强的火焰燃烧”的气体。普利斯特列是燃素说的信奉者，相信燃烧就是损失燃素。燃素被支持燃烧的空气所吸收，空气里包含的燃素越少，吸收的燃素就越多。据此，他推测这种新发现的气体必定是十分缺乏燃素才能使燃烧这么猛烈，因此将这种气体称为“脱燃素空气”（氧气）。1775年，他向皇家学会宣布了这一发现。按照燃素学说，物体在空气中燃烧后，脱燃素空气应转化成燃素化空气（氮气）。当然，实际上并没有发生这一过程。普利斯特列显然没有注意到燃素说的这一弱点，他至死都坚持燃素说，反对拉瓦锡提出的氧化理论。

1774年，法国化学家拉瓦锡在实验中发现，密闭容器内锡和铅经加热后表面形成了一层金属灰，加热后容器内物体的总重量未改变，但锡和铅的重量增加了，而空气减少了。他断定，一定是空气中的某种东西加入了反应，才能使反应物重量变重。此后，拉瓦锡得知并重复了普里斯特利的实验，明确得出燃烧就是易燃物与空气中较纯净部分相化合的结论。1779年，拉瓦锡建议将“最宜于呼吸的空气”称作“氧”。随着氧气概念的建立，拉瓦锡比他同时代人更深刻理解许多化学反应过程。他意识到，所谓的“固定空气”，其实就是碳和氧气的化合产生的，而许多燃烧试验其实就是与氧气的化合过程。1781年，拉瓦锡在听说普利斯特列对“易燃空气”（氢）在空气中燃烧之后形成小水珠的实验，马上意识到水是氧和易燃空气的化合物。他也重做了这一实验，并且发表论文说，可燃空气与氧气化合生成的水的重量正好等于两种气体的重量。这就证明了水不是一种单纯的物质，而是两种气体的化合物。1783年，拉瓦锡向科学院提交一篇论文，指出燃素说的诸多困难，表明氧化理论可以十分恰当地解释燃烧现象，燃素理论完全是一种不必要的学说。拉瓦锡的新理论得到了越来越多人的拥护。1789年，拉瓦锡出版《化学纲要》，书中详尽地论述了推翻燃素说的各种实验证据，系统展开了以氧化理论为核心的新燃烧学说。

德瑞弗( R．Driver) 等认为理解科学本质包括三方面的内容⁸：理解科学内容、理解科学探究的进程以及理解科学为一种社会的事业。  

通过上述文献整理分析可见，学界对科学本质内涵的认识存有异同，参照德瑞弗的意见，科学本质的内涵主要包括三方面：（1）科学知识本质，包括：发展性、可重复性、创造性、可预测性、公开性等；（2）科学探究本质，包括质疑性、经验性、实证性、预测性、创新性以及非固定性（科学方法的多元化）等；（3）科学事业本质，包括 STS 的关系，以及科学道德和科学家多重身份。

三、小学生科学本质的学习范畴

哪些科学本质特征适于作为中小学教学内容？虽然学术界仍存在一些争议，但也有一些共同的看法。李德曼（Lederman）认为中小学阶段应该教授一些比较没有争议的科学本质特性，例如，科学知识具有暂时性的特征；科学知识基于观察的经验基础；科学观察是理论负载的；科学知识包涵人类的推论、想象力和创造力，以及科学知识受到社会、文化的影响等。

许良荣、萧培玉曾采用德尔菲法，对 20 位专家学者，包括纯科学、科学教育、科学史哲、环境教育与教育专家进行调查，归纳出小学阶段所需实现的科学本质教学目标有 9 项，其中，科学知识本质有 5 项、科学探究本质与科学事业本质各有 2 项。科学知识本质：解释自然现象是科学的目标之一；新的科学知识应该经由公开、清楚的发表，并接受检验；科学知识的产生与发展有赖于人类的想象力和创造力；科学知识的可验证性；科学知识的实验性。科学探究本质：做科学或科学探究并非只有一种方法；研究的过程应包含问问题和解决问题的过程。科学事业本质：不同文化背景与行业的人对科学都有贡献；科学家需要正确地保存记录，并接受同伴的检验。

《义务教育小学科学课程标准》指出“初步了解通过探究达成共识的科学知识在一定阶段是正确的，但是随着新证据的增加，会不断完善和深入，甚至会发展变化”。“科学探究是人们探索和了解自然、获得科学知识的重要方法。以证据为基础，运用各种信息分析和逻辑推理得出结论，公开研究结果，接受质疑，不断更新和深入。”“通过多种方法寻找证据、运用创效性思维和逻辑推理解决问题。”⁹由此可知，课程标准涵盖了以下几方面的科学本质：（1）科学是对自然的描述和解释；（2）科学知识基于观察的基础；（3）科学知识具有暂时性和可发展性；（4）科学讲究证据；（5）科学知识需要公开，并接受质疑；（6）科学知识是想象和逻辑的融合，包含了人类的推论、想象力和创造力；（7）科学知识是可重复检验的；（8）科学方法是多样的；（9）科学方法没有固定性；（10）科学包括提出问题和解决问题；（11）科学知识受到社会和文化的影响；（12）科学是一项人类的事业。

在科学教材中，很多方面体现了科学本质。下面以教育科学出版社五年级下册《地球运动》单元为例，做出分析。

案例2：人类认识地球及其运动的历史

昼夜交替是一种常见的天文现象。解释自然现象是科学目标之一。对于昼夜交替现象，小学生会怎么解释呢？通过模拟实验的方法，小学生提出多种假说：地球不动，太阳围着地球转（相当于地心说）；太阳不动，地球围着太阳公转；地球自转；地球围着太阳转，同时自转；等等。在这些假说中，展现了日心说和地心说的原始观念，提出地球公转和自转两种运动方式。这与科学史上天文学家认识地球运动和宇宙的观念发展是相似的。

回顾人类认识地球及其运动的历史，学生能认识到人类对科学的认识是不断发展的，科学知识有稳定性、暂时性和继承性，人类的认识基于对自然现象的观察，在质疑和论争中发展，人类对自然现象的解释是一个创造的过程，需要公开发表，接受检验和质疑。

约公元前310年阿里斯塔克出生，他主张，并非日月星辰绕地球转动，而是地球与星辰一起绕太阳转动。希腊天文学的集大成者托勒密在《至大论》的第一和第二卷给出了地心体系的基本构造，并用一系列观测事实论证了这个模型，他认为，地球是球形的，处在宇宙的中心；其它天体镶嵌在各自的天球上，绕地球转动。托勒密的体系由于具有极强的扩展能力，能够较好地容纳望远镜发明之前不断出现的新天文观测（本轮和均轮的叠加，可以解释行星的逆行、亮度的变化；偏心匀速点的引入，又进一步解释了行星运动速度的不均匀性），所以一直是最好的天文学体系，统治了西方天文学界一千多年。特别在托马斯·阿奎那将亚里士多德理论融入基督教神学后，地球地心理论获得了正统的地位，地球居于宇宙中心的思想被赋予了宗教意义，还附会了一种人间的等级结构。托勒密的地心说是基于观察基础上提出的，这个假说是一种理论模型，是一种创造和推理的过程，但理论不同于事实。

用以编制历表的托勒密理论越来越繁琐，人们开始关注天文学的理论变革。哥白尼深入思考新的宇宙体系，提出日心说替代地心说的伟大构想。他认同，天是球形而且像球那样转动，地也是球形的。他提出，全部星空的周日旋转实际上是地球自转造成的，正式地球由西向东的自转，才引起昼夜交替变化；而太阳的周年视运动，实际上是由地球绕太阳每年公转一周造成的；太阳是宇宙的中心，所有的行星包括地球均以太阳为中心转动。这一变动使得各大行星的运动获得了确定性和统一性，解决了托勒密体系中无法解释内行星的本轮中心为何总处在日地连线上的问题，偏心匀速点被取消，日心说比托勒密的地心说更具简洁性。哥白尼日心说的提出，是对地心说的大胆质疑，是基于自己的观察基础之上的，也是一种创造和推理的过程。

哥白尼借助数学运算的手段对观测的数据做出解释，提出日心说模型。日心说发表之后，受到了责难。首先人们怀疑，地球以那么大的速度运动，那必定会崩裂。其次，有人提出，既然地球在运动，那地球上的物体为何没有被抛在后面。（这个问题只有在惯性定律发现后才会有一个完满的解答）第三，有很多天文学家提出，如果地球在公转，那么在地球上观察到的恒星位置在不同的季节应该是不一样的（恒星周年视差），可是我们并没有观测到这种位置变化。面对责难，日心说的正确性需要得到观测和实验的证实和检验。学生认识傅科摆，通过实验的方式认识到地球在自转；学生阅读贝塞尔等天文学家观测到恒星周年时差的资料，认识到地球在围绕太阳公转。经过科学家的共同确认，哥白尼日心说得以确立和发展。科学知识需要公开发表，接受大家的质疑，日心说的发展需要得到证据的支持，最终在傅科摆和发现恒星周年视差等证据的基础上，日心说得到确认，人类对宇宙的认识向前发展了一大步。

随着天文学和物理学的不断发展，人类对宇宙的认识仍在不断的深入。史蒂芬·霍金在《时间简史》中说到，“今天我们仍然亟想知道，我们为何在此？我们从何而来？人类求知的最深切的意愿足以为我们从事的不断探索提供充足的理由。而我们的目标恰恰正是对于生存其中的宇宙作出完整的描述。”¹⁰

根据上述机构和学者提出的科学本质，参考袁维新教授提出的学生对科学本质的学习范畴，结合当前科学教材和科学教学的研究，提出小学生对科学本质的学习范畴。（见表1-2）

表 1-2 小学生对科学本质的学习范畴

	三个维度	三个范畴	对学习范畴的说明
科学的本质	科学知识的本质	认识性	解释自然现象是科学的目标之一
		重复性	得出科学理论的研究过程应该是别人也可以重复的
		公开性	新的科学知识应该经由公开、清楚的发表，并接受检验
		发展性	科学知识具有暂时性和可发展性
		创造性	科学知识包含人类的推论、想象力和创造力
	科学探究的本质	实证性	科学的正确性决定于观察和实验的检验
		归纳性	科学始于观察，科学知识主要来自对观察的归纳
		预见性	科学有预见功能，根据观察和理论可以进行预测
		非固定性	科学研究方法是多样化的，没有固定的方法
		非权威性	科学研究不依仗权威
	科学事业的本质	科学与技术	科学与技术是有区别的，科学与技术具有相互作用
		科学与社会	科学总体上给人类带来了福音，但也产生了不良后果
		科学共同体	科学知识必须经过科学共同体的确认

总之，科学本质说明了科学知识是如何产生、发展的，阐明了科学不仅是系统化的知识体系，同时也是一种不断发展和自我矫正的探究过程，任何科学知识都是人们进行科学探究的成果；在科学的发展历程中，不仅要涉及到自然现象之间的关系，而且还包括人与自然、人与社会之间的关系。所以，科学教学时，若能将上述科学本质的基本特征作为科学本质的学习范畴，引导学生开展讨论与反思，有助于形成理性判断的能力，从而理解科学本质。