實(shí)驗(yàn)室在科學(xué)創(chuàng)造力培養(yǎng)中的地位

王 偉

（河南大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，河南 開封 475004）

一

科學(xué)教育的一項(xiàng)十分重要的任務(wù)就是要為科學(xué)事業(yè)的發(fā)展源源不斷地培養(yǎng)出具有科學(xué)創(chuàng)造力的合格人才。從科學(xué)訓(xùn)練的內(nèi)容上講，科學(xué)教育可分為科學(xué)知識(shí)體系的理論教育和實(shí)驗(yàn)室訓(xùn)練兩個(gè)基本部分。無論是理論教育還是實(shí)驗(yàn)室訓(xùn)練，它們都在未來青年科學(xué)家的科學(xué)創(chuàng)造力的培養(yǎng)方面承擔(dān)著不可替代的作用。尤其是在實(shí)驗(yàn)科學(xué)中，實(shí)驗(yàn)室中的訓(xùn)練或許是更為重要的一項(xiàng)內(nèi)容。我們知道，科學(xué)的理論教育主要通過課堂教學(xué)，使學(xué)生能夠系統(tǒng)地掌握前人已發(fā)展出的科學(xué)成果，建構(gòu)起滿足專業(yè)需要的盡可能完備的知識(shí)體系。而實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要是使學(xué)生能夠嫻熟地掌握和運(yùn)用實(shí)驗(yàn)方法、技巧和實(shí)驗(yàn)儀器，最終能夠獨(dú)立地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)和開展實(shí)驗(yàn)工作。從實(shí)驗(yàn)科學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)看，科學(xué)家的工作主要是在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的，因?yàn)椋麄冊谘芯窟^程中產(chǎn)生的在科學(xué)上可能具有意義的一切設(shè)想，最終都要在實(shí)驗(yàn)室中付諸實(shí)施，進(jìn)行嚴(yán)格的驗(yàn)證。所以，離開了實(shí)驗(yàn)室，他們的科學(xué)研究及其可能的認(rèn)識(shí)發(fā)展都將寸步難行。實(shí)驗(yàn)室就是他們主要的工作場所。從這個(gè)意義上講，實(shí)驗(yàn)室教學(xué)在對(duì)未來的科學(xué)家訓(xùn)練過程中，擔(dān)負(fù)著極其重要的職責(zé)。這是科學(xué)的理論教育所不具有的一個(gè)功能。

由此，實(shí)驗(yàn)室在科學(xué)創(chuàng)造力的培養(yǎng)方面同樣擔(dān)負(fù)著極其重要的責(zé)任。本文主要討論在科學(xué)教育的過程中，如何才能更好地發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)創(chuàng)造力方面的獨(dú)特作用。

二

要理解并充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)創(chuàng)造力方面不可替代的作用，我們首先要明確一個(gè)基本問題：什么是科學(xué)的創(chuàng)造力？只有準(zhǔn)確地理解了科學(xué)的創(chuàng)造力，才能夠知道如何通過實(shí)驗(yàn)室這個(gè)重要的環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)科學(xué)教育這一重要任務(wù)。而對(duì)科學(xué)創(chuàng)造力的準(zhǔn)確理解則又涉及到或取決于我們對(duì)科學(xué)認(rèn)識(shí)活動(dòng)的基本理解。因?yàn)?，?duì)科學(xué)活動(dòng)的理解不同，我們因此得到的對(duì)科學(xué)創(chuàng)造力的理解也就不同?？茖W(xué)的創(chuàng)造力總是同對(duì)科學(xué)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(xué)看成是人類認(rèn)識(shí)和改造客觀世界的一種活動(dòng)。這種看法并沒有錯(cuò)誤，但是，這種觀念在這里則顯得過于籠統(tǒng)和模糊，因?yàn)?，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(shí)驗(yàn)室的行為，對(duì)于科學(xué)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(gè)一般性的對(duì)科學(xué)的理解中，實(shí)際上涉及到了兩個(gè)性質(zhì)完全不同的理解背景。一個(gè)是認(rèn)識(shí)意義上的，另一個(gè)是社會(huì)學(xué)意義上的。顯然，在這兩種完全不同的理解背景下，科學(xué)的任務(wù)和目的是完全不同的。本文所說的科學(xué)創(chuàng)造力僅與認(rèn)識(shí)意義上的科學(xué)相聯(lián)系。

從認(rèn)識(shí)的角度講，我們可以把科學(xué)研究活動(dòng)看成是一個(gè)持續(xù)的“問題—解決”的探索過程，也即一個(gè)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(xué)的進(jìn)化》一書中，“提出一個(gè)問題往往要比解決這個(gè)問題更為重要，因?yàn)榻鉀Q一個(gè)問題或許僅僅是一個(gè)數(shù)學(xué)上的或?qū)嶒?yàn)上的技巧。提出新的問題，新的可能性，從新的角度去看待舊的問題，需要?jiǎng)?chuàng)造性的想象力，而且它們標(biāo)志著科學(xué)上的真正的進(jìn)步?！盵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(xué)理解為一個(gè)“問題—解決”的過程，只是特別強(qiáng)調(diào)了發(fā)現(xiàn)問題要比解決問題更加重要。此外，在對(duì)科學(xué)的哲學(xué)研究中，哲學(xué)家們把科學(xué)研究活動(dòng)看成是一個(gè)“問題—解決”的過程，也已成為一種共識(shí)。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(xué)哲學(xué)家無一不把科學(xué)看成是一個(gè)“問題—解決”的過程。

既然科學(xué)家和哲學(xué)家們把科學(xué)研究看成是一個(gè)“問題—解決”的過程，那么，我們就可以從這個(gè)意義上來理解科學(xué)的創(chuàng)造力。根據(jù)科學(xué)的“問題—解決”觀點(diǎn)，所謂科學(xué)的創(chuàng)造力，指的是一個(gè)科學(xué)研究者在認(rèn)識(shí)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(gè)認(rèn)識(shí)過程中。概括地說，科學(xué)的創(chuàng)造力應(yīng)當(dāng)表現(xiàn)在兩個(gè)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(gè)問題與解決這個(gè)問題的重要性之間做出了明確的科學(xué)價(jià)值上的區(qū)分，但是，這種區(qū)分并不妨礙我們對(duì)科學(xué)創(chuàng)造力的完整理解。因?yàn)?，盡管在發(fā)現(xiàn)問題和解決問題之間的確存在著科學(xué)價(jià)值上的差異，但是，這兩者事實(shí)上都是作為一個(gè)完整的科學(xué)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(xiàng)真正的科學(xué)研究活動(dòng)的發(fā)生；同樣，沒有問題的解決，一項(xiàng)科學(xué)研究活動(dòng)也不可能最終真正完成，并發(fā)展出新的知識(shí)。根據(jù)這樣的理解，我們在科學(xué)創(chuàng)造力的培養(yǎng)方面，也就相應(yīng)包括了上述兩個(gè)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(shí)驗(yàn)室這個(gè)特定的場所，我們?nèi)绾瓮ㄟ^一系列的實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生的科學(xué)創(chuàng)造力的培養(yǎng)呢？筆者認(rèn)為在目前的科學(xué)教育過程中，實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)活動(dòng)基本處在這樣一種狀態(tài)之中：長期以來，實(shí)驗(yàn)室所開展的教學(xué)活動(dòng)的主要目的，就在于驗(yàn)證課堂上學(xué)到的各種理論知識(shí)的正確性，以及完成一個(gè)科學(xué)上的新手能夠在實(shí)驗(yàn)室中獨(dú)立進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練。這種情況在常規(guī)的實(shí)驗(yàn)室教學(xué)活動(dòng)中似乎已成為一種常態(tài)。的確，通過實(shí)驗(yàn)室這一教學(xué)環(huán)節(jié)，我們可以達(dá)到如下基本目的：（1）驗(yàn)證課堂教學(xué)內(nèi)容的真實(shí)性或正確性；（2）了解和熟悉各種實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備的用途、性能和正確的使用方法；（3）嚴(yán)格地按照既定的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案和程序，能夠順利、準(zhǔn)確地完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程等。毫無疑問，這些方面的訓(xùn)練對(duì)于一個(gè)科學(xué)上的初學(xué)者而言是非常重要的，沒有這些基本的訓(xùn)練，一個(gè)研究人員就無法獨(dú)立和順利地開展他的研究工作。

然而，這種訓(xùn)練在通常情況下與科學(xué)創(chuàng)造力的培養(yǎng)并沒有什么必然的聯(lián)系，接受訓(xùn)練的人在這個(gè)過程中只是完成了教學(xué)大綱所規(guī)定的一項(xiàng)教學(xué)任務(wù)。我們并不否認(rèn)在這種常規(guī)的實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)訓(xùn)練過程中，訓(xùn)練的內(nèi)容都是由那些精心設(shè)計(jì)的經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)所構(gòu)成的，而且，這些實(shí)驗(yàn)及其結(jié)果已在實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)中經(jīng)歷了無數(shù)次的重復(fù)或再現(xiàn)，因此，期望在這個(gè)過程中可能會(huì)出現(xiàn)與原創(chuàng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相背離的現(xiàn)象或例外的情況，在概率上是一個(gè)不可能事件。雖然這種性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)本身沒有“新”的情況出現(xiàn)，但這不能成為我們的一個(gè)托辭，而且，這個(gè)過程本身也并不妨礙我們對(duì)學(xué)生的科學(xué)創(chuàng)造力的培養(yǎng)。換句話說，我們正是在這個(gè)既定的或事先設(shè)計(jì)好的過程中實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生的科學(xué)創(chuàng)造力的培養(yǎng)。既定的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與科學(xué)創(chuàng)造力的培養(yǎng)之間不是一種對(duì)立的關(guān)系。

事實(shí)上，通過這些精心設(shè)計(jì)的經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)，為我們在實(shí)驗(yàn)室這樣一個(gè)特定的情景中有目的地訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)創(chuàng)造力提供了重要的平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，這些實(shí)驗(yàn)本身雖然都是精心選擇出來的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室教學(xué)環(huán)節(jié)已表明了它們的經(jīng)典性，但是它們在科學(xué)訓(xùn)練上的“新”也同樣是存在的。不過，這個(gè)“新”需要我們從那些經(jīng)典性的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中發(fā)掘出來。如前所述，如果我們把科學(xué)活動(dòng)理解成一個(gè)“問題—解決”的過程，那么，在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的每一個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，實(shí)際上就是重復(fù)或再現(xiàn)出來的一個(gè)個(gè)的從問題的提出再到問題解決的過程。這是一個(gè)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的重復(fù)或再現(xiàn)的過程。對(duì)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(fù)或再現(xiàn)出來的科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程本身。這就是說，作為一個(gè)完整的科學(xué)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(xué)創(chuàng)造力的培養(yǎng)角度講，使學(xué)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(gè)實(shí)驗(yàn)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(xué)生逐漸明白，所有這些展現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室中的實(shí)驗(yàn)過程，其實(shí)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(shí)驗(yàn)室活動(dòng)，激發(fā)起學(xué)生探索自然的興趣和好奇心。這樣，實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的每一個(gè)實(shí)驗(yàn)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(dòng)。

科學(xué)是一個(gè)發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的探索過程，而這個(gè)探索過程的邏輯起點(diǎn)則是問題的發(fā)現(xiàn)或提出?？茖W(xué)研究始于問題。因此從技術(shù)的或操作的意義上講，在對(duì)學(xué)生的科學(xué)創(chuàng)造力的培養(yǎng)上，我們的重點(diǎn)應(yīng)當(dāng)把發(fā)現(xiàn)或提出一個(gè)有意義的問題的能力置于最重要的位置上，這對(duì)于科學(xué)研究而言是首要的事情。因?yàn)橹挥邪l(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(duì)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(xué)創(chuàng)造力培養(yǎng)方面的論述，從各個(gè)方面強(qiáng)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(shí)，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(gè)與人的天性聯(lián)系在一起的問題，或者說，首先是一個(gè)天性的問題，也即一個(gè)普遍的生物學(xué)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(duì)外部世界的好奇心，是我們每個(gè)正常的人都具有的一種對(duì)外部信息的刺激做出應(yīng)答反應(yīng)的能力。它是生物在漫長的進(jìn)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(yīng)能力。所以，在實(shí)驗(yàn)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(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，最大程度地開啟學(xué)生的天性，使學(xué)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(shí)驗(yàn)室是一個(gè)集中地展現(xiàn)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的場所，同時(shí)，它也應(yīng)當(dāng)成為一個(gè)集中和高效地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)創(chuàng)造力的場所。為了更好地發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室在科學(xué)創(chuàng)造力培養(yǎng)中的作用，筆者給出如下幾點(diǎn)建議：

第一，實(shí)驗(yàn)室中的一切活動(dòng)都應(yīng)當(dāng)緊緊地圍繞著保護(hù)、誘導(dǎo)和激發(fā)學(xué)生的好奇心而展開。對(duì)此，我們所能做的事情是，努力為學(xué)生營造出一個(gè)寬松的、自由的思想環(huán)境。這應(yīng)當(dāng)成為一個(gè)基本的指導(dǎo)原則。這種做法的重要性在于雖然我們不能對(duì)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(hù)進(jìn)而誘導(dǎo)、激發(fā)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中可能產(chǎn)生的好奇心。進(jìn)一步講，這種做法的重要性還在于，我們應(yīng)當(dāng)明確地認(rèn)識(shí)到，我們無法創(chuàng)造好奇心，但是，學(xué)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(xué)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(dòng)力源泉。所以，一個(gè)好的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師應(yīng)當(dāng)是一個(gè)好奇心的保護(hù)者、引導(dǎo)者和激發(fā)者。

第二，保護(hù)、誘導(dǎo)和激發(fā)學(xué)生好奇心的具體技術(shù)路徑是，指導(dǎo)者應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中，對(duì)出現(xiàn)的超出實(shí)驗(yàn)預(yù)期結(jié)果的那些現(xiàn)象大膽提出疑問，尤其是對(duì)這些疑問不要輕易地否定。當(dāng)然，就實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(qiáng)調(diào)要保護(hù)和鼓勵(lì)這種疑問呢？因?yàn)?，從科學(xué)發(fā)展的角度看，有許多重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)就是源于這種意外而獲得的。此外，從認(rèn)識(shí)的角度看，在科學(xué)探索中只要產(chǎn)生了一個(gè)疑問，這就是一個(gè)好的開端。這樣做的目的是，一方面保護(hù)和鼓勵(lì)了學(xué)生在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的珍貴的好奇心天性，通過這種長期的訓(xùn)練，可以使之成為專業(yè)上的一種習(xí)慣，一種敏銳的科學(xué)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(yàn)和塑造學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)當(dāng)具有的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

第三，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)者應(yīng)當(dāng)對(duì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的疑問的性質(zhì)有一個(gè)基本的認(rèn)識(shí)。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(rèn)識(shí)者”和“認(rèn)識(shí)對(duì)象”的關(guān)系，根源在于人對(duì)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(rèn)識(shí)活動(dòng)就會(huì)隨之發(fā)生。至于這種好奇和疑問是否真正構(gòu)成了一個(gè)科學(xué)上的問題，或者說，這種好奇和疑問是否指向了一個(gè)真實(shí)的對(duì)象或事實(shí)，這并不是一個(gè)重要的事情。甚至可以說，在科學(xué)上我們并不需要以是否指向或描述了一個(gè)真實(shí)的事物或現(xiàn)象，作為判斷這種好奇和疑問是否有價(jià)值的前提或標(biāo)準(zhǔn)。在認(rèn)識(shí)活動(dòng)中，好奇和疑問本身是最重要的，不需要去確認(rèn)被疑問的對(duì)象究竟是否真實(shí)。換句話說，那些被疑問的對(duì)象是否真實(shí)，只有當(dāng)由此引發(fā)的一個(gè)完整的探索活動(dòng)完成之時(shí)，才能得到最終的結(jié)論。在科學(xué)認(rèn)識(shí)上，好奇和疑問的性質(zhì)永遠(yuǎn)是一個(gè)待澄清的問題。

第四，基于上述考慮，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)者應(yīng)當(dāng)具備比較豐富和系統(tǒng)的科學(xué)發(fā)展史方面的背景知識(shí)。一個(gè)好的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)者，一方面，應(yīng)當(dāng)有嫻熟的實(shí)驗(yàn)技術(shù)或技巧，這可以保證每一個(gè)實(shí)驗(yàn)都能夠順利進(jìn)行和完成；另一方面，還應(yīng)當(dāng)對(duì)本學(xué)科的發(fā)展史有比較深入的了解。從“問題—解決”的觀點(diǎn)看，科學(xué)發(fā)展史以及每一個(gè)學(xué)科的發(fā)展史，并不是對(duì)歷史上曾經(jīng)發(fā)生過的事件，或重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)的一個(gè)簡單的匯集和記錄，實(shí)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(xué)上那些激蕩人心的每一次認(rèn)識(shí)上的進(jìn)步，都根源于一代又一代的科學(xué)家們不懈地提出的新問題以及它們的解決。通過這些學(xué)科發(fā)展史，指導(dǎo)者可以使學(xué)生們深刻感受到一個(gè)波瀾壯闊的生動(dòng)的科學(xué)發(fā)展的畫面，進(jìn)而激勵(lì)他們投身于科學(xué)探索的堅(jiān)定信念。所以，在實(shí)驗(yàn)室的訓(xùn)練過程中，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)者如果能夠結(jié)合那些設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)，向?qū)W生恰到好處地介紹一些學(xué)科發(fā)展史中的尤其是那些重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程，則會(huì)起到很好的科學(xué)創(chuàng)造力的激勵(lì)作用。

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

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

［3］T·S·庫恩.科學(xué)革命的結(jié)構(gòu)［M］.李寶恒，紀(jì)樹立，譯.上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1980.

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