教育研究的发展趋势表明，以往那种就“科学教育”研究“科学教育”的做法有很大的局限性。新的边缘学科、交叉学科的兴起，不仅丰富了科学教育的内容，也为科学教育理论的研究注入了新的活力。《全国教育科学“十五”规划要点》^①提出了“十五”期间教育科学研究的总体要求，其中第5点就是“加强基础研究、新兴边缘交叉学科和跨学科的综合研究”，指出要“鼓励新兴交叉边缘学科和跨学科的综合研究”；并且在《“十五”规划教育科学研究必须坚持的方针原则》中明确指出“要积极支持体现新思路、新视角、新内容、新方法的研究”。跨学科的科学教育研究倡导对教育现象和问题进行多学科、多视角的综合研究，采用不同的学科方法研究同一对象。从逻辑学的角度去研究学科教学，特别是理科自然科学的教学就是体现新思路、新视角、新内容、新方法的研究，是逻辑学与学科教学研究的交叉。当然从逻辑学的角度去研究科学教学并不研究逻辑学本身的问题，而是应用逻辑学知识讨论科学教学中的有关问题，研究科学知识创新的逻辑过程、新概念新规律的逻辑表述、逻辑方法在知识创新过程中的应用以及逻辑思维的培养等问题。

本文以科学规律的教学为例，讨论从逻辑学的角度来审视科学规律教学所得到的一些结论。

一、科学规律的建立过程

科学规律的建立过程是科学探究的典型过程，弄清科学规律的建立过程的特点是在科学规律教学中实施科学探究教学的前提。科学规律的建立过程应该有两种层次：其一是科学家发现规律的过程；其二是学生头脑中科学规律的建立过程。这两种过程的不同之处在于，前者属于创造过程，而后者属于学习过程。当然，这两者也有相似之处，它们都是人的认识过程。无论是科学家的创造过程还是学生的学习过程，总结起来最主要就是下面几种不同的类型。

经验归纳型。从大量的观察、实验得来的经验材料，总结出科学规律，这是科学研究的最基本的工作。这一过程从特征上来说是一个归纳的过程。因为归纳的本质特征就是由部分到全体、由个别到一般。从经验事实中通过归纳总结出的科学规律，一般称之为科学定律，一些基本原理也是由归纳得出的。自从物理学的开山鼻祖伽利略把物理学建立在观察和实验的基础之上，归纳就成了科学最最重要的研究方法。在这里就不必举例说明了。当然由归纳得出的科学定律，并不一定是正确的，能否得以确立还必须通过不断的实践检验，但如果把一个定律其确立的完整过程分为建立和检验两个过程的话，那么其建立过程称为经验归纳型是合适的，反映了其基本特征。

理论演绎型。有些科学规律是从一些已知的科学规律通过理论推理而得到的，由于这是从一般到特殊的过程，因而带有演绎的性质，一般这样得到的科学规律称为科学定理。比如在建立了牛顿三大定律之后通过理论推理提出动量定理和动能定理，由库仑定律导出高斯定理等，就属于这种形式。理论演绎的前提可以是通过其他类型途径（一般是归纳）获得的，其正确性要经过实践的反复检验，演绎的过程有着逻辑的必然性，只要前提正确，演绎形式有效，结果必然正确。

类比假说型。类比是根据两个或两类对象某些属性相同或相似，推出它们在另外的属性上也相同或相似的思维过程。通过类比，把陌生的对象与熟悉的对象相比较，从而从已知的规律获得对未知规律的有关信息（比如规律的数学形式、探索新规律的研究思路等），得出新的结论。由于类比的过程是从特殊到特殊的过程，因而所得到的结论与前提之间缺乏必然性的联系，只能称之为假说，通过实践后可以上升为科学定律和科学原理。如库仑定律的得出就是通过与万有引力定律的类比，再结合实验研究的结果。^②

直觉想象型。以上三种过程都是属于逻辑的过程，但实际上科学规律的发现过程并非全是逻辑的，有时纯粹是一种直觉的过程。正如普朗克在其自传中所指出的，需要“对新观点的一种活跃的直觉想象力，这些新观点不是演绎得出的，而是通过艺术家一般的创造性想象得出的。”^③日本杰出的科学家汤川秀树也谈到直觉的重要作用，他说：“抽象由于其本身性质而不可能独自起作用。人们必须从内容上更为具体和丰富的他物中抽象出某物。换言之，人类必须从直觉和想象着手，然后才能借助于自己的抽象能力。”^④爱因斯坦也是直觉的极力推崇者，他说：“要通向这些定律，并没有逻辑的道路；只有通过那种以对经验的共鸣的理解为依据的直觉，才能得到这些定律。”^⑤这些定律指的是物理学的普遍的基本定律。

二、科学规律教学的逻辑程序

科学规律教学的逻辑程序可以与科学规律的建立过程相吻合，也可以不同。在传统的教学中，科学规律教学的逻辑程序主要是理解接受型。这一类型的科学规律教学主要存在于灌输式教学之中，它直接给出已经存在的规律，让学生理解接受，但是它却适合于建立过程为各种类型的规律的教学。比如高中物理中楞次定律的教学，可以直接给出结论结合实例加以理解。

理解接受型的规律教学可以采用讲授式、自学式、讨论式等课堂组织形式，也可以辅之以实验。包括演示实验、边教边实验等形式，但实验的功能主要是提供理解所需的感性基础和经验支持。比如在楞次定律的教学中，无论是先给出结论然后配以实例说明，还是先提供几个演示实验再给出楞次定律来分析，其实质是一样的。

在初中物理教学中，我们常常见到这样的典型例子，如阿基米德定律的教学：教师在回顾前一节已经初步认识浮力并知道浸没在水中的正方体所受浮力产生的原因，是在正方体上下表面处的压强差的基础上，提出“一般的不规则物体所受的浮力由什么决定?有多大?”的问题，然后说“对于不规则的物体我们需要通过实验来研究”，接着出示实验装置，简单说明原理后进行操作：在弹簧的下端挂一个空杯，空杯下面吊一个固体物块（如金属块），记下弹簧伸长的位置，另取一只溢水杯，杯里的水装到溢水管口，使水刚好不流出，把物块缓缓地全部浸入水面下，物块受到水的浮力，弹簧缩短，被物块排开的水全部从溢水管流入小杯，然后把小杯里的水倒入弹簧下面的空杯中，弹簧又伸长到原来的位置，说明物块在水中受到的浮力与被物块排开的水的重力相等，然后再进一步推广上升至阿基米德定律。在这样一个过程中，一般的学生都只是一个观察者，学生们不知道实验为什么会这样做，怎么会想到把溢出的水再加到弹簧下的空杯里，所以他只能做一个观众。除了静观结果外，其思维未能启动。实验也只不过为定律的得出提供事实支持或为学生提供感性印象，帮助记忆或为激发学生兴趣等，而与实验的本质特征（即科学探究）有关的功能却得不到发挥。所以，虽然从形式上说符合科学探究的过程，但从逻辑本质上来分析，仍然属于理解接受型的教学。

新课程理念推崇探索研究型的教学。这一类型要求科学教学在重视知识本身的同时，还要重视规律的发现过程，使学生在掌握知识的同时体验科学家创造知识的过程。探索研究型的规律教学可以采用问题探究式、实验探究式等课堂组织形式。其基本过程一般是创设问题环境、提出问题、研究解决问题、得出结论。比如法拉第电磁感应定律的教学，可以仿照法拉第的研究历程，通过实验探究，得出结论。这一类型的教学程序适合于建立过程为经验归纳型、类比假说型、直觉想象型的规律的教学。

再来讨论阿基米德定律的教学，“关键的问题是，人们一开始怎么会想到要设法去收集那一部分由于物体的浸入而被排挤开的液体呢?在科学发现的故事中，这才是最具奥妙、最有魅力的一段。”^⑥在这里，理论外推加实验验证是这一案例所要反映的典型方法。先定量分析浸没在水中的规则的立方体所受的浮力，得到：（这些计算学生在液体内部压强计算的作业中已做过），推广到不规则的物体，然后通过实验验证。这样，想到要设法去收集那一部分由于物体的浸入而被排挤开的液体，并把它的重力与物体所受的浮力进行比较就是很自然的事情，至于是不是要倒回挂在弹簧下面的空杯里进行比较则是不重要的（当然，作为一种仪器的巧妙设计是值得一提的。在明确了其“比较”功能之后，可体会到其妙处。否则反而会成为干扰因素，这也是很多新教师在如何介绍阿基米德定律演示仪时所遇到的困惑）这是一种比较好的教学策略，当然还有其他的选择。但不同的选择有优劣之分，虽然在得到结果之前，并不是非常清楚孰优孰劣，可教学应该选择最优的途径，从中获取成功的经验，掌握最优的方法，不能以发散或开放为理由而冲淡最优化的示范作用。比如有人把阿基米德定律的教学过程设计成猜想的过程：猜想由于浮力是液体对物体的作用力，所以浮力的大小可能与物体（物体的密度、体积）和液体（密度等）以及物体浸入液体的深度有关，然后通过实验验证猜想正确与否。^⑦这样的设计未尝不可，但不能说是与前者无优劣之分。在对规则物体所受浮力的原因已做正确认识的基础上，不去利用已有知识，却要去做无基础的猜想，不是探究所走的应有途径。

当然，应该承认“探究式科学教学实际上不是一种统一格式的教学模式”^⑧，但也要注意到不同的案例，有着与其相应的比较合适的探究途径作为学生应该模仿并且能迁移的范式。不同的内容不能用某一固定的模式处理，应该用不同的方式去设计，但对于同一内容却应该存在一种（或几种）比较合适的处理方法。探究式教学提倡让学生充分自主体验，但不能让学生像无头苍蝇一样乱撞；探究式教学要避免学生被教师牵着鼻子走，但学生自己探路也要讲究科学性。这样，就必须以上面所述的科学规律建立过程的不同特点为依据。

三、科学规律的逻辑表述

科学规律（包括定律、定理、原理、法则、公式等）反映了客观事物在一定条件下必然发生、发展和变化的规律，它反映了运动变化的各个因素之间的本质联系，揭露了事物本质属性之间的内在联系。所以，科学规律是在一定条件下某些科学概念间内在的必然的联系。

从逻辑的角度来看，科学规律都是一些命题。命题就是反映事物情况的思想。命题既然是对事物情况的反映，这种反映就有是否符合实际情况的问题。凡是符合实际的命题是真命题，不符合实际的就是假命题。

科学规律是在实践中形成的，并且都在一定的范围内经过实践检验的，因而都是在一定的范围内的真命题。并且科学规律一般是所谓的判断。判断就是被断定了的命题。

科学定律必须用恰当的形式来表述。但是，在实际教学过程当中，有些教师由于对定律表述的逻辑形式没有很好理解，会出现一些错误。

比如在物理教学中的玻意耳定律，是关于温度不变的时候，反映气体的压强与体积的关系。有些教师把它表述成“对于一定质量的气体，如果其温度保持不变，则其压强与体积的乘积是一恒量”，这是不恰当的。当然，作为一个普通的陈述并无科学性错误，但作为一个定律的表述是不全面的。因为它只是一个充分条件假言命题，只能说明“若温度不变，压强与体积的乘积就不变”，并不能由它得到“如果温度变化了，则压强与体积的乘积就变”等情况。所以，正确的表述应该是以充分必要条件命题的形式出现。

常见的用于表述科学定律的命题形式有直言命题或性质命题、关系命题、联言命题、选言命题、假言命题等。而且还经常在表述形式中包含“必然”“可能”这些模态词，构成模态命题。这些对于教学工作人员来说，也是有必要搞清楚的，不能说只要严格按照教科书的表述即可，应该知其然更应知其所以然。

四、对科学规律教学的要求

对科学规律教学的要求有多个方面。有从动机和兴趣方面来要求的，要求教学要直观生动，引起学生学习兴趣；有从记忆理论来要求的，要求及时巩固、适时复习等等。如果单从逻辑方面来要求，科学规律教学应该做到以下几个方面：

第一，透彻理解科学规律的真实意义以及适用的条件。

第二，领会科学规律的表述的逻辑形式。比如反射定律中关于“反射角等于入射角”的表述，是不能说成“入射角等于反射角”的，虽然特定语境下（比如解题当中），这样说并没错，但作为定律的表述必须说成“反射角等于入射角”。

第三，科学规律的教学当中，必须重视逻辑方法的掌握。教学中要知识、方法、能力并重，这已经是共识，不必多说。但要指出的是教学当中，容易出现只重视本学科的具体方法而疏忽逻辑学方法的情况。同时，要重视科学规律建立的逻辑过程的体验，这也是新课标所特别强调的。

第四，运用科学规律解决问题。学习科学规律并不是要记住一些公式，而是要利用这些规律去解决实际问题。而且对规律的认识也有一个从抽象到具体的过程，通过实际应用，才能使学生对科学规律的认识具体化。实际问题都是非常具体的，存在着各种关系和矛盾，通过解决实际问题的训练，可以使学生对规律的认识越来越具体化，使其真正掌握科学规律。

注释：

①全国教育科学“十五”规划要点．教育研究，2001．10

②张瑞琨．物理学研究方法和艺术．上海：上海教育出版社，1995

③朱智贤．儿童心理学．北京：人民教育出版社，1980

④朱铁城．中学物理教学思维r方法特点．中学物理教学参考，1992

⑤许良英，范岱年编译．爱因斯坦文集（第一卷）．北京：商务印书馆，1976

⑥“科学探究性学习的理论与实验研究”课题组．

探究式学习：含义、特征及核心要素．教育研究，2001．12

⑦阎金铎，田世昆．初中物理教学通论．北京：高等教育出版社，1994

⑧李华．探究式科学教学的本质特征及问题探讨．课程·教材·

教法，2003．4