科學素質：它究竟是什么？（張增一）

　　國務院頒布的《全民科學素質行動計劃綱要》(以下簡稱《綱要》)，是全面實施全民科學素質行動計劃，提升全體公民的科學素質的綱領性文件。為了更好地理解、落實和貫徹執行《綱要》的精神，人們必須首先了解以下兩個問題：什么是科學素質?它包括哪些內容?關于第一個問題，《綱要》作了如下界定：“科學素質是公民素質的重要組成部分。公民具備基本科學素質一般指了解必要的科學技術知識，掌握基本的科學方法，樹立科學思想，崇尚科學精神，并具有一定的應用它們處理實際問題、參與公共事務的能力。”關于第二個問題，本文將從以下幾個方面的內容作一簡要的介紹：

　　一、理解科學的本質、精神和方法

　　科學是什么?這是人們首先遇到但又不容易回答的問題。一般來說，可以從三個層次來理解。第一，科學是一種認識活動。科學家堅信宇宙中的眾多事物都遵循不變的規律發生和發展著，借助思維、儀器開展系統的研究可以認識這些規律。科學是以經驗為依據以探索未知現象及其規律為目標的社會實踐活動，受主客觀條件的限制，科學研究成果往往具有某種不確定性，甚至會失敗，但是，科學研究一旦取得成功，將會千百倍地回報社會。科學是一個自主性程度較高的認識活動，長期以來科學家共同體形成了自己獨特的研究傳統、技術規范和道德規范，并以此來對科學成果或研究活動進行評價;從長遠的觀點來看，科學不仰仗權威，科學講求證據，沒有哪一位科學家有關決定其他科學家的結論是否正確。第二，科學是理論化的知識體系。科學知識雖然包括對現象的記述、描述等但往往表現為科學家運用科學方法提煉、加工、檢驗過的理性認識。科學研究是一個不斷發掘和獲得新知識的過程，隨著認識的深入，新的觀察會對現有的理論提出挑戰，并在此基礎上提出新的理論。因此，在科學界，不時地有新理論被提出來，修正甚至推翻舊的理論，這正是科學進步的表現。當然，這并不意味著所有的科學知識都具有不確定性和客觀真理性，科學中的許多知識是具有穩定性和持久性。第三，科學是一種社會建制。在現代社會中，科學不僅是一種社會化的活動，而且這種活動被制度化了，形成了與經濟、政治、文化、教育等體制并存互動的科學建制。重視科學和保障科學發展，正在成為世界各國的基本國策，有力地促進了科學的發展，與此同時也改變了科學活動的社會方式。科學研究納入國家發展計劃，科研經費主要來自國家財政撥款，研究工作由不同機構如政府部門、大學、科研院所、企業分工協作完成，使科學研究的部門之間、科學與社會之間、科學與公眾之間的聯系日益緊密。因此，科學作為一項社會事業需要得到全社會的理解、支持和監督。

　　技術不僅是人類文明的重要組成部分，在當今社會也成了一項復雜的社會事業，它增強了我們改變世界的能力，并且改變著我們的生活條件和生活方式。它可以指人類創造和制造的產品，也可以指一種知識體系。早期的技術是在經驗基礎上開發出來的，靠師傅帶徒弟世代相傳;現代技術在很大程度上是在法學發現的基礎上開發出來的，并且為科學發展奠定了基礎。與科學不同，技術的任務是發明、設計、創造，通過控制、改造自然和利用自然來服務于人類的需求，提高生活質量。技術設計的質量直接關系到產品的功能、水平、質量和效果等，并且受成本、工藝、政治、生態和道德等方面的因素制約。所有的技術系統都會出現故障，系統越大越復雜出現故障的可能性就越多。就像人們常說的“凡藥三分毒”一樣，技術總有副作用。例如核電站在帶給我們廉價電力的同時會帶來核廢料，可能會出現核泄漏事故。因此，在設計和使用技術的過程中，要盡可能地降低風險，要特別強調以人為本。

　　傳統上人們往往把數學當作自然科學的一個分支學科，尤其是在我國更是如此，但是，20世紀以來數學已經發展成了與自然科學、社會科學并列的一個大門類科學-數學科學。現代數學研究一切可能的數量關系和空間模式，往往被人們成為是關于“模式”的科學，即尋求盡可能簡單的、適用的模式，揭示和描述現實世界或數學自身的抽象世界所具有的各種結構。數學在其早期發展階段主要是作為一種實用的技術或工具，廣泛用于處理人類生活及社會活動中的各種實際問題;現代數學則是科學研究必不可少的語言和工具，它不僅使表達更為清晰簡潔，推理更加嚴密，而且它本身已經成了解決許多重大問題的關鍵性的思想和方法。作為一種思維方式的數學，它追求完全確定的、可靠的知識，明確無誤的概念、命題和推理規則保證了其結論的正確性;數學的抽象性使他獲得了其他人類思維活動所不具備的通用性;作為一種文化體系的數學，不斷追求最簡單的、最深層次的、超出人類感官所及的東西，它體現了理性探索的偉大精神，深刻地影響著人類的精神生活。數學可以培養人們嚴謹、全面、靈活、敏捷的思維品質，培養和提高人們的洞察力、分析能力、抽象概括能力、獨立思維能力，化繁為簡的能力等。

　　理解科學的態度、價值和精神是科學素質的核心。科學態度是對科學家在長期科學探索實踐中逐步形成的關于如何對待自然、對待世界、對待科學研究本身的態度。它包括兩個方面：一是對未知事物保持強烈的好奇心和興趣，展開想象力提出疑問或做出試探性的解釋，運用邏輯推理，尋找觀察和實驗證據，誠實和謙遜地對待證據材料和結論;二是關心科學事業的發展，尊重科學知識，辨識和揭露偽科學現象。科學的價值追求是致力于認識世界的本來面目，探索自然真理，追求客觀知識(真)，致力于發現并表述自然界的規律(美)，造福于人類，服務于社會(善);科學活動的規范要求科學家出于發展科學的目標而從事科學研究，既不盲從權威也不隨意懷疑他人的成果，在研究中要追求創新并有責任和義務向社會公開其成果而不能獨占。科學精神是對科學態度、科學價值和科學規范的提煉和升華，也是值得現代人普遍追求的價值理想和行為準則，并且可以為公眾在日常生活和工作實踐中所理解、掌握和運用。它主要包括：探索求真，理性思考，嚴謹實證和懷疑反思。

　　科學方法是科學家在長期的認識實踐中所采用的研究方法，其中一些基本方法也可以為公眾所掌握用于解決社會生活中的許多實際問題。人們常說的“與其授之以魚，不如授之以漁”，就是強調方法的重要性。盡管由于科學家從事的研究工作各不相同，采用的研究程序或步驟也不一樣，但一般不外乎提出問題、分析問題、解決問題、檢驗與評價等階段。在具體的科學研究中，盡管科學家也往往使用許多專門的技巧和方法，但是有許多是普通公眾所能掌握并在日常生活中經常使用到的。例如，分類法、比較法、對比法、試錯法、觀察法、統計法、邏輯推理等。一項科學研究的結論之所以可靠不僅在于研究者在研究過程中所采用的科學方法，而且還在于這項科學成果在公開發表之后要不斷地接受科學家共同體的質疑、檢驗(理性檢驗、經驗檢驗)和評價(相容性評價、自洽性評價和簡單性評價等)。這也就是為什么人們生病應該去醫院而不是應該找江湖郎中，應該服用正規醫藥廠生產的藥品而不應該相信祖傳秘方的原因。

　　二、掌握基本的科學知識

　　科學知識是科學素質的基礎，這并不意味著人們必須掌握所有的現代科學知識，這是不必要的，也是不可能的。只要人們掌握了自然科學、數學和技術方面的基礎知識就能對科學的本質、精神和方法以及科學、技術與社會的關系有正確地理解。

　　作為一個現代社會的公民，應該了解現代科學知識體系的基本輪廓，理解這一知識體系中關于宇宙、生命、人體、人類行為、數學和現代技術的基本術語和核心觀點。認識科學知識的特點(與非科學知識的區別)和一般分類。了解人類歷史上認識世界圖景的重大發展階段，樹立現代的科學的世界觀。

　　關于宇宙與地球：人類居住的地球是太陽系的一顆行星，而太陽系是銀河系中的一個普通的星系，宇宙又由許許多多像銀河系這樣的星系組成;地球圍繞著太陽作周年運動并且自轉，月亮圍繞著地球轉，晝夜交替和季節變換都與它們之間的相對運動有關;我們今天的地球經歷了長期的演化并且仍然在演化著，地球內部、地殼、地表都在不斷地運動著，地球上的水體、大氣、土壤也在不斷地運動變化并且相互影響;人類是大自然中的成員，人類與其生存環境是一個不可分割的物質整體;我們的水資源和能源都是有限的，人類的活動會對其賴以生存的環境產生影響，為了人類的整體和長遠利益應該保護自然環境，在與自然協調的基礎上求得發展。

　　關于物質與能量：我生活在一個物質的世界中，水、空氣、氧氣、二氧化碳、金屬、非金屬等無機物，天然氣、酒精、蔗糖、蛋白質等有機物都是人們日常生活中常見的物質，應該對其物理性質、化學性質以及作用與功能有一定的了解;自然界中的物質出于永不停息的運動和變化之中，不同的物質形態和運動形式之間發生著相互作用，因此，物質的運動和相互作用是科學的最基本的概念和原理之一。力是改變物體運動狀態的原因，自然界中力的形是多種多樣，如電磁力、引力、強相互作用和弱相互作用等。在物質世界中，所有物體都按照一定的規律運動和存在著，都遵循不依人的意志為轉移的自然規律，如能量守恒與轉化定律、物質不滅定律等基本規律。物質又是有微觀結構的，世間萬物都是由原子組成的，原子還可以再分為質子、中子和電子，并且隨著研究的深入發現了更基本的粒子??夸克”。分子是由原子通過化學鍵結合而成的，它是保持物質化學性質的最小微粒。元素是同一類原子的總稱，組成我們熟悉的物質的各種元素都有幾種天然存在的同位素，其中大部分不穩定。放射性同位素的原子核不穩定，會發生自然衰變，人們就是利用這一性質來進行年代測定的。能量是物質運動的一般量度，功是能量轉化的量度，功與能是兩個密切聯系的物理量。能量可分為機械能、分子內能、電能、化學能和原子能等。能夠提供能量的自然資源，如石油、媒、天然氣、太陽能、核能等成為能源。盡管科學家在不斷地研究開發新的能源，從可持續發展的觀點來看，盡量減少和控制非再生能源的消耗，開發可再生能源，培養節能意識，是十分必要的。

　　關于生命科學：生命現象是復雜多樣的，地球上的生命是從無機物中演化來的，各種現存的生命形式都是從一個共同的祖先由低級到高級，由簡單到復雜逐漸進化而來的。生物進化是指生物與其生存環境之間相互作用的變化所導致的部分或整個生物群體遺傳物質的一系列不可逆轉的改變。19世紀中葉，達爾文提出了以自然選擇學說為核心的生物進化理論，后來隨著遺傳學和生態學等現代生物學的發展以及生物進化理論的深入研究，達爾文進化論不斷被完善和發展，形成了以自然選擇學說為基礎的現代生物進化論。從生物學的觀點來看，人只是生物類群中的一種，屬于動物范疇，是從猿進化而來的。生命體的基本組成物質是蛋白質和核酸，核酸是一切生物的遺傳物質。細胞是構成生物體的基本單位，可分為原核細胞和真核細胞兩大類。生命體內時時刻刻都進行著新陳代謝，生命體通過光合作用和呼吸作用與環境進行物質和能量交換。生命體對外界刺激都能發生一定的反應，從而適應周圍的環境。生命體具有生長、發育和生殖的能力，并且發生遺傳和變異，基因(DNA)是絕大多數生物的遺傳物質，并控制著一切遺傳性狀。生物體都能適應一定的環境，并且也對環境產生影響。地球上的生物有無處不在的細菌、低等的真核生物、絢麗多彩的植物世界和形態各異的動物。人是自然界中最高級的生命，人體系統可分為骨骼系統、肌肉系統、消化系統、循環系統、呼吸系統、排泄系統、免疫系統、神經系統、內分泌系統和生殖系統，它們相互依賴，協調運作才能完成各項生理活動。生物與無機環境相互作用構成了一個同一的整體，即，生態系統。現今世界已面臨著嚴重地生態危機和環境變化，許多物種瀕于滅絕，自然環境遭到了嚴重的破壞，因此，需要人類提高環保和生態意識，保護我們賴以生存的環境??我們唯一的地球。

　　關于數學：在日常生活中人們經常和數打交道，比較常用的有整數、分數、負數等類型，數可以用來計數或測量、表示次序、編號或命名;算術主要以有理數的加減乘除運算方法、規律及其應用為基本內容;代數是用字母符號表示未知數的值進行運算，求解各種代數方程是代數學的核心內容之一;幾何學主要研究空間和形狀，它通過用少量的基本幾何圖形和相應的符號表達式來描述立體圖形，熟悉一些基本的幾何概念和術語，如點、線、面、三角形、矩形、正方形、圓、橢圓、長方體、圓、相似、相交、平行、對稱，等等，對于工作和生活都十分必要;解析幾何是用代數的方法來研究幾何問題，通過建立坐標(直角坐標或笛卡爾坐標)將幾何上的基本元素點與代數中的數對應起來。概率論是關于機會、可能性或不確定性的學科，概率論的知識和方法在日常生活和工作中應用十分廣泛;統計是一種分析和處理數據的有效方法，抽樣是進行各類社會調查的重要方法，其結果往往是通過統計得出的，樣本的代表性直接影響到抽樣調查結果的可信性;追求嚴密的邏輯推理是數學的一個重要特征，但是在具體應用方面往往由于沒有區分必要條件和充分條件而導致錯誤的推理。

　　關于技術：技術知識涉及面廣而且其中許多與日常工作生活聯系密切，可分為農業技術(包括良種繁育、耕作栽培、土壤和肥料、病蟲防治、灌以及與農業有關的生物技術等)、現代交通運輸技術(不僅包括汽車、火車、輪船、飛機等交通運輸工具，還包括公路、鐵路、港口和機場等交通運輸基礎設施)、材料技術(包括新型金屬材料、新型無機非金屬材料、高分子材料、復合材料、納米材料等)、能源技術(除了不可再生的煤、石油、天然氣之外，還包括水力發電、核能技術、太陽能技術、風力發電、地熱技術、海洋能技術等)、計算機和通信技術(包括計算機的基本構成、網絡、病毒及其防治，以及常用的電話、收音機、電視等)、生物技術(包括基因工程、細胞工程、酶工程、發酵工程等)、空間技術(包括人造衛星、宇宙飛船、宇宙空間站、航天飛機、星際探測器等)、環境保護(包括空氣污染、城市污水、垃圾處理、工業廢物、酸雨和臭氧層保護等)和醫療與健康(包括健康、亞健康、疾病、預防、診斷、治療、康復、保健、營養、性教育和計劃生育等)等類別。

　　三、認識科學、技術與社會的關系

　　正確地認識和理解科學、技術與社會之間的關系既是科學素質的重要內容，也是提高科學素質的主要目標之一。一般包括：

　　科學技術與人類文明進步。農業文明是主要以耕耘土地、種植和收獲莊稼、飼養牲畜為基本生存手段，經歷了石器時代、青銅器時代和鐵器時代。埃及、巴比倫、中國、希臘、印度是許多科學和技術知識的發源地，對世界文明做出了重大貢獻。工業文明的主要特征是以工業和機器制造業為主的經濟，以及以此為基礎的社會組織形式、生活方式、文化教育手段等。科學技術推動了產業革命的發展。第一次產業革命(18世紀中葉至19世紀末)是建立在一系列新技術的發明和應用的技術的基礎上的，始于紡織業的機械化，以蒸汽機的廣泛應用為標志;第二次產業革命(始于20世紀末20世紀初)的主要特征是電力技術、電訊技術、化工技術以及內燃機的廣泛應用，第二次世界大戰后微電子技術、計算機技術、空間技術、核技術、生物技術等又開啟了新的產業革命之門，信息社會正在或已經到來。信息社會的主導產業是技術密集型產業，又稱“知識密集型產業”或“高技術產業”，并且促進了世界各國在經濟上的相互依賴，由一國經濟走向全球化經濟。知識經濟是建立在知識和信息生產、分配和使用之上的經濟，其特點表現為知識(科學和技術)的生產(研究和開發)和傳播(教育)成為經濟增長的關鍵。

　　科學技術與公眾生活。科學技術滲透到了人們日常生活的各個方面，改變著人們的衣、食、住、行條件和生活方式。例如，現代醫學的發展改善了醫療和衛生條件，使人的平均壽命大大延長;農業技術和快捷的交通使人們在食用某些農副產品時擺脫了地理和季節的限制;信息化、智能化和網絡化改變了人們的工作和交往方式等。現代科學技術與社會發展也給人類的生存環境帶來了某些問題，需要人們改變觀念，行動起來積極應對。如，正確處理環境破壞與環境保護，人口增長與計劃生育，瀕危物種與生物多樣性的保護，自然災害與防治，自然和文化遺產的保護等問題。又如，正確認識和應對現代技術中的倫理問題，如生態倫、生命倫理、計算機與網絡倫理等。現代科學技術在促進社會經濟發展的同時，由于使用不當或疏忽也給人類社會帶來了巨大的安全隱患，需要人們認識重大安全事故的后果，認識信息安全的重要性以及大規模殺傷武器威力和后果，了解國家和國際組織在處理這些問題上所做出的努力。

　　科學技術事業。理解科學技術的社會運行機制必須了解科學發現與科學獎勵，技術發明與專利方面的知識。科學發現要具有首創性，必須在專業學術刊物或正式學術會議上公開發表;作為獎勵社會承認該研究者做出了這項工作，主要分為三種類型：建制承認(發表和引證)、職業承認(授予職位和職務)和榮譽性承認(授予獎金、獎章和榮譽稱號)。發明是借助于一定的科學思想和技術手段創造出的新事物和新方法，專利主要是通過授予有限時間內的專有地位，對專利持有者在研究、開發過程中的人力物力投入提供合理的回報，目的在于鼓勵創造發明。科學家是指以科學技術研究為職業的人，人們平常的“科學家”則指取得過重大成就的科學家。科學家在自己的專長之外的領域，只是一般公眾。科學學派是在學術上形成了獨特風格并且取得重要成就的研究群體。如，物理學中哥本哈根學派、數學中的布爾巴基學派。科學社團是科技人員按照專業領域聯合起來形成并經過必要的程序在政府有關部門登記的法人團體，可分為國際性的、全國性的和地區性的。科研機構分獨立的科研機構、大學、企業和政府部門設立的科研機構。

　　科學技術與公共政策。公眾作為納稅人、科學事業的主要支持者和科技應用后果的主要承擔者有權參與科學技術決策，并且需要為了提高參與決策的能力掌握和了解有關的科學技術知識以及有關的法律法規，了解國家的科技發展戰略和重大科技發展計劃。

　　(張增一　北京理工大學)