王 偉

（河南大學 生命科學學院，河南 開封 475004）

一

科學教育的一項十分重要的任務就是要為科學事業(yè)的發(fā)展源源不斷地培養(yǎng)出具有科學創(chuàng)造力的合格人才。從科學訓練的內(nèi)容上講，科學教育可分為科學知識體系的理論教育和實驗室訓練兩個基本部分。無論是理論教育還是實驗室訓練，它們都在未來青年科學家的科學創(chuàng)造力的培養(yǎng)方面承擔著不可替代的作用。尤其是在實驗科學中，實驗室中的訓練或許是更為重要的一項內(nèi)容。我們知道，科學的理論教育主要通過課堂教學，使學生能夠系統(tǒng)地掌握前人已發(fā)展出的科學成果，建構(gòu)起滿足專業(yè)需要的盡可能完備的知識體系。而實驗教學主要是使學生能夠嫻熟地掌握和運用實驗方法、技巧和實驗儀器，最終能夠獨立地進行實驗方案的設計和開展實驗工作。從實驗科學的學科特點看，科學家的工作主要是在實驗室中進行的，因為，他們在研究過程中產(chǎn)生的在科學上可能具有意義的一切設想，最終都要在實驗室中付諸實施，進行嚴格的驗證。所以，離開了實驗室，他們的科學研究及其可能的認識發(fā)展都將寸步難行。實驗室就是他們主要的工作場所。從這個意義上講，實驗室教學在對未來的科學家訓練過程中，擔負著極其重要的職責。這是科學的理論教育所不具有的一個功能。

由此，實驗室在科學創(chuàng)造力的培養(yǎng)方面同樣擔負著極其重要的責任。本文主要討論在科學教育的過程中，如何才能更好地發(fā)揮實驗室在培養(yǎng)學生的科學創(chuàng)造力方面的獨特作用。

二

要理解并充分發(fā)揮實驗室在培養(yǎng)學生的科學創(chuàng)造力方面不可替代的作用，我們首先要明確一個基本問題：什么是科學的創(chuàng)造力？只有準確地理解了科學的創(chuàng)造力，才能夠知道如何通過實驗室這個重要的環(huán)節(jié)實現(xiàn)科學教育這一重要任務。而對科學創(chuàng)造力的準確理解則又涉及到或取決于我們對科學認識活動的基本理解。因為，對科學活動的理解不同，我們因此得到的對科學創(chuàng)造力的理解也就不同?？茖W的創(chuàng)造力總是同對科學的某種理解聯(lián)系在一起的。在一般的觀念中，人們通常是把科學看成是人類認識和改造客觀世界的一種活動。這種看法并沒有錯誤，但是，這種觀念在這里則顯得過于籠統(tǒng)和模糊，因為，一方面，我們不能通過這樣的觀念比較方便和精確地將其轉(zhuǎn)化為實驗室的行為，對于科學創(chuàng)造力的培養(yǎng)，我們需要的是一種技術(shù)上的或操作意義上的理解；另一方面，在這個一般性的對科學的理解中，實際上涉及到了兩個性質(zhì)完全不同的理解背景。一個是認識意義上的，另一個是社會學意義上的。顯然，在這兩種完全不同的理解背景下，科學的任務和目的是完全不同的。本文所說的科學創(chuàng)造力僅與認識意義上的科學相聯(lián)系。

從認識的角度講，我們可以把科學研究活動看成是一個持續(xù)的“問題—解決”的探索過程，也即一個發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的過程。愛因斯坦（A.Einstein）和英菲爾德（L.Infeld）在他們合著的《物理學的進化》一書中，“提出一個問題往往要比解決這個問題更為重要，因為解決一個問題或許僅僅是一個數(shù)學上的或?qū)嶒炆系募记伞Ｌ岢鲂碌膯栴}，新的可能性，從新的角度去看待舊的問題，需要創(chuàng)造性的想象力，而且它們標志著科學上的真正的進步。”[1]95從這段話中，我們可以看到，在愛因斯坦和英菲爾德那里，他們本質(zhì)上把科學理解為一個“問題—解決”的過程，只是特別強調(diào)了發(fā)現(xiàn)問題要比解決問題更加重要。此外，在對科學的哲學研究中，哲學家們把科學研究活動看成是一個“問題—解決”的過程，也已成為一種共識。例如，波普爾（K.Popper）[2]、庫恩（T.S.Kuhn）[3]和勞丹（L.Laudan）[4]等著名的科學哲學家無一不把科學看成是一個“問題—解決”的過程。

既然科學家和哲學家們把科學研究看成是一個“問題—解決”的過程，那么，我們就可以從這個意義上來理解科學的創(chuàng)造力。根據(jù)科學的“問題—解決”觀點，所謂科學的創(chuàng)造力，指的是一個科學研究者在認識的過程中具有的發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。這種能力體現(xiàn)在整個認識過程中。概括地說，科學的創(chuàng)造力應當表現(xiàn)在兩個基本的方面：一是研究者發(fā)現(xiàn)問題的能力；二是研究者解決問題的能力。雖然，愛因斯坦和英菲爾德兩人在發(fā)現(xiàn)一個問題與解決這個問題的重要性之間做出了明確的科學價值上的區(qū)分，但是，這種區(qū)分并不妨礙我們對科學創(chuàng)造力的完整理解。因為，盡管在發(fā)現(xiàn)問題和解決問題之間的確存在著科學價值上的差異，但是，這兩者事實上都是作為一個完整的科學研究過程中的不可或缺的組成部分而存在著?？梢哉f，沒有問題的提出，就不可能有一項真正的科學研究活動的發(fā)生；同樣，沒有問題的解決，一項科學研究活動也不可能最終真正完成，并發(fā)展出新的知識。根據(jù)這樣的理解，我們在科學創(chuàng)造力的培養(yǎng)方面，也就相應包括了上述兩個方面的內(nèi)容，即發(fā)現(xiàn)問題能力的培養(yǎng)和解決問題能力的培養(yǎng)。

三

在實驗室這個特定的場所，我們?nèi)绾瓮ㄟ^一系列的實驗教學活動來實現(xiàn)對學生的科學創(chuàng)造力的培養(yǎng)呢？筆者認為在目前的科學教育過程中，實驗室的教學活動基本處在這樣一種狀態(tài)之中：長期以來，實驗室所開展的教學活動的主要目的，就在于驗證課堂上學到的各種理論知識的正確性，以及完成一個科學上的新手能夠在實驗室中獨立進行科學實驗的訓練。這種情況在常規(guī)的實驗室教學活動中似乎已成為一種常態(tài)。的確，通過實驗室這一教學環(huán)節(jié)，我們可以達到如下基本目的：（1）驗證課堂教學內(nèi)容的真實性或正確性；（2）了解和熟悉各種實驗儀器和設備的用途、性能和正確的使用方法；（3）嚴格地按照既定的實驗設計方案和程序，能夠順利、準確地完成整個實驗過程等。毫無疑問，這些方面的訓練對于一個科學上的初學者而言是非常重要的，沒有這些基本的訓練，一個研究人員就無法獨立和順利地開展他的研究工作。

然而，這種訓練在通常情況下與科學創(chuàng)造力的培養(yǎng)并沒有什么必然的聯(lián)系，接受訓練的人在這個過程中只是完成了教學大綱所規(guī)定的一項教學任務。我們并不否認在這種常規(guī)的實驗室的教學訓練過程中，訓練的內(nèi)容都是由那些精心設計的經(jīng)典的實驗所構(gòu)成的，而且，這些實驗及其結(jié)果已在實驗室的教學中經(jīng)歷了無數(shù)次的重復或再現(xiàn)，因此，期望在這個過程中可能會出現(xiàn)與原創(chuàng)的實驗結(jié)果相背離的現(xiàn)象或例外的情況，在概率上是一個不可能事件。雖然這種性質(zhì)的實驗活動本身沒有“新”的情況出現(xiàn)，但這不能成為我們的一個托辭，而且，這個過程本身也并不妨礙我們對學生的科學創(chuàng)造力的培養(yǎng)。換句話說，我們正是在這個既定的或事先設計好的過程中實現(xiàn)對學生的科學創(chuàng)造力的培養(yǎng)。既定的實驗設計與科學創(chuàng)造力的培養(yǎng)之間不是一種對立的關(guān)系。

事實上，通過這些精心設計的經(jīng)典的實驗，為我們在實驗室這樣一個特定的情景中有目的地訓練學生的科學創(chuàng)造力提供了重要的平臺。實驗指導教師應當意識到，這些實驗本身雖然都是精心選擇出來的實驗設計方案，進入實驗室教學環(huán)節(jié)已表明了它們的經(jīng)典性，但是它們在科學訓練上的“新”也同樣是存在的。不過，這個“新”需要我們從那些經(jīng)典性的實驗設計中發(fā)掘出來。如前所述，如果我們把科學活動理解成一個“問題—解決”的過程，那么，在實驗室中進行的每一個實驗設計方案，實際上就是重復或再現(xiàn)出來的一個個的從問題的提出再到問題解決的過程。這是一個科學發(fā)現(xiàn)的重復或再現(xiàn)的過程。對此，我們需要向?qū)W生闡明的問題是，如何來理解這些被重復或再現(xiàn)出來的科學發(fā)現(xiàn)的過程本身。這就是說，作為一個完整的科學發(fā)現(xiàn)的過程，它們是通過什么樣的方式產(chǎn)生出來的？尤其是，問題是如何被提出來的？問題的提出又受到什么樣的因素影響？這些問題需要向?qū)W生提出來，從科學創(chuàng)造力的培養(yǎng)角度講，使學生真正明確和理解這些問題的意義或重要性，甚至比他們能夠順利地完成一個實驗過程更加重要。向?qū)W生闡明這些問題的重要意義就在于通過這些問題的思考可以使學生逐漸明白，所有這些展現(xiàn)在實驗室中的實驗過程，其實都是根源于人類永不停歇的探索自然的好奇心。我們就是要通過這樣的實驗室活動，激發(fā)起學生探索自然的興趣和好奇心。這樣，實驗室中進行的每一個實驗過程，就不再是僵化的、無生命的，而是充滿了樂趣的探索活動。

科學是一個發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的探索過程，而這個探索過程的邏輯起點則是問題的發(fā)現(xiàn)或提出?？茖W研究始于問題。因此從技術(shù)的或操作的意義上講，在對學生的科學創(chuàng)造力的培養(yǎng)上，我們的重點應當把發(fā)現(xiàn)或提出一個有意義的問題的能力置于最重要的位置上，這對于科學研究而言是首要的事情。因為只有發(fā)現(xiàn)了問題，才有問題的解決。而發(fā)現(xiàn)問題的能力最終源于人的好奇心，源于對自然的持續(xù)的追問。沒有這種追問就不可能有問題的產(chǎn)生。目前有許多關(guān)于科學創(chuàng)造力培養(yǎng)方面的論述，從各個方面強調(diào)各種各樣的創(chuàng)造性思維，例如邏輯思維、形象思維、正向或逆向思維等，其實，人們所說的這些創(chuàng)造性思維，本質(zhì)上并不都是根本意義上的。從根本上講，發(fā)現(xiàn)問題的能力是一個與人的天性聯(lián)系在一起的問題，或者說，首先是一個天性的問題，也即一個普遍的生物學意義上的問題。這里所說的天性，指的就是人與生俱來就有的對外部世界的好奇心，是我們每個正常的人都具有的一種對外部信息的刺激做出應答反應的能力。它是生物在漫長的進化中，在各種各樣的、持續(xù)不斷的環(huán)境壓力的作用下所獲得的一種生存的適應能力。所以，在實驗室中，我們能夠做的事情就是，不是幻想著制造出什么新的天性，而是要通過設計好的實驗活動，最大程度地開啟學生的天性，使學生展現(xiàn)出他們與生俱來就有的好奇心和探索的欲望。

四

實驗室是一個集中地展現(xiàn)科學發(fā)現(xiàn)的場所，同時，它也應當成為一個集中和高效地培養(yǎng)學生的科學創(chuàng)造力的場所。為了更好地發(fā)揮實驗室在科學創(chuàng)造力培養(yǎng)中的作用，筆者給出如下幾點建議：

第一，實驗室中的一切活動都應當緊緊地圍繞著保護、誘導和激發(fā)學生的好奇心而展開。對此，我們所能做的事情是，努力為學生營造出一個寬松的、自由的思想環(huán)境。這應當成為一個基本的指導原則。這種做法的重要性在于雖然我們不能對好奇心這種天性本身做什么，但是，我們卻可以通過營造出的寬松和自由的思想環(huán)境，保護進而誘導、激發(fā)學生在實驗過程中可能產(chǎn)生的好奇心。進一步講，這種做法的重要性還在于，我們應當明確地認識到，我們無法創(chuàng)造好奇心，但是，學生的好奇心卻可以由于我們提供給他們的環(huán)境不自由而受到壓制或打擊；而一旦好奇心受到壓制或打擊，科學的創(chuàng)造力或者探索自然的欲望，也就從根本上喪失了它的最重要的動力源泉。所以，一個好的實驗指導教師應當是一個好奇心的保護者、引導者和激發(fā)者。

第二，保護、誘導和激發(fā)學生好奇心的具體技術(shù)路徑是，指導者應當鼓勵學生在實驗過程中，對出現(xiàn)的超出實驗預期結(jié)果的那些現(xiàn)象大膽提出疑問，尤其是對這些疑問不要輕易地否定。當然，就實驗設計本身而言，不可能出現(xiàn)真正的意外，但是，為什么我們還要強調(diào)要保護和鼓勵這種疑問呢？因為，從科學發(fā)展的角度看，有許多重要的科學發(fā)現(xiàn)就是源于這種意外而獲得的。此外，從認識的角度看，在科學探索中只要產(chǎn)生了一個疑問，這就是一個好的開端。這樣做的目的是，一方面保護和鼓勵了學生在科學實驗中的珍貴的好奇心天性，通過這種長期的訓練，可以使之成為專業(yè)上的一種習慣，一種敏銳的科學洞察力；另一方面則可以通過這種所謂的“意外”，追溯問題產(chǎn)生的根源，從而由此檢驗和塑造學生在實驗過程中應當具有的嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。

第三，實驗指導者應當對學生在實驗過程中產(chǎn)生的疑問的性質(zhì)有一個基本的認識。從人與自然之間的關(guān)系講，這兩者之間之所以能夠成為一種明確和特定的“認識者”和“認識對象”的關(guān)系，根源在于人對自然產(chǎn)生了某種好奇和疑問。只要有了這種好奇和疑問，某種認識活動就會隨之發(fā)生。至于這種好奇和疑問是否真正構(gòu)成了一個科學上的問題，或者說，這種好奇和疑問是否指向了一個真實的對象或事實，這并不是一個重要的事情。甚至可以說，在科學上我們并不需要以是否指向或描述了一個真實的事物或現(xiàn)象，作為判斷這種好奇和疑問是否有價值的前提或標準。在認識活動中，好奇和疑問本身是最重要的，不需要去確認被疑問的對象究竟是否真實。換句話說，那些被疑問的對象是否真實，只有當由此引發(fā)的一個完整的探索活動完成之時，才能得到最終的結(jié)論。在科學認識上，好奇和疑問的性質(zhì)永遠是一個待澄清的問題。

第四，基于上述考慮，實驗指導者應當具備比較豐富和系統(tǒng)的科學發(fā)展史方面的背景知識。一個好的實驗指導者，一方面，應當有嫻熟的實驗技術(shù)或技巧，這可以保證每一個實驗都能夠順利進行和完成；另一方面，還應當對本學科的發(fā)展史有比較深入的了解。從“問題—解決”的觀點看，科學發(fā)展史以及每一個學科的發(fā)展史，并不是對歷史上曾經(jīng)發(fā)生過的事件，或重要的科學發(fā)現(xiàn)的一個簡單的匯集和記錄，實際上，它們所呈現(xiàn)出來的都是一部問題的演化史，或者說，是一部“問題—解決”史。從這些“問題—解決”的歷史中，我們能夠清晰地看到，科學上那些激蕩人心的每一次認識上的進步，都根源于一代又一代的科學家們不懈地提出的新問題以及它們的解決。通過這些學科發(fā)展史，指導者可以使學生們深刻感受到一個波瀾壯闊的生動的科學發(fā)展的畫面，進而激勵他們投身于科學探索的堅定信念。所以，在實驗室的訓練過程中，實驗指導者如果能夠結(jié)合那些設計好的實驗，向?qū)W生恰到好處地介紹一些學科發(fā)展史中的尤其是那些重大的科學發(fā)現(xiàn)過程，則會起到很好的科學創(chuàng)造力的激勵作用。

［1］Einstein A,Infeld L.The Evolution of Physics［M］.Cambridge:Cambridge University Press.1938.

［2］K·波普爾.科學發(fā)現(xiàn)的邏輯［M］.查汝強，邱仁宗，萬椿，譯.北京：中國美術(shù)學院出版社，2008.

［3］T·S·庫恩.科學革命的結(jié)構(gòu)［M］.李寶恒，紀樹立，譯.上海：上?？茖W技術(shù)出版社，1980.

［4］L·勞丹.進步及其問題［M］.劉新民，譯.北京：華夏出版社，1990.