李少华 黄网官
摘 要：自然规律与社会事物之间联系的客观存在，使得物理教学必须关注科学态度与社会责任。“实验加推理”方法中，折射出科学态度与责任的内涵：“实验（事实）”反映科学态度，“推理”对应（社会）责任。“实验加推理”方法成功的关键在于：实验必须能够反映出全部客观事实，推理必须完全符合逻辑。科学态度与责任是为科学发展约定正确方向的，需要借助人文精神来校正方向。
关键词：初中物理；
科学态度与责任；
实验；
推理
对于物理教学而言，自然规律与社会事物之间联系的客观存在，具有重要的研究价值。大到科学领域里爱因斯坦对原子弹的反思，小到日常生活中原本属于物理的能量（正能量）、合力、权衡等概念的运用，都是科学与社会存在联系的明证。寻求这些明证，不是为了追求绝对的科学主义，而是要在认识到科学与社会之间存在联系的基础上，进一步认识到应该秉承的科学态度与社会责任。这在《义务教育物理课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）中被阐述为“科学态度与责任”。
“科学态度与责任是指，在认识科学本质和了解科学、技术、社会、环境之间关系的基础上形成的，探索自然的内在动力，严谨认真、实事求是、持之以恒的品质，热爱自然、保护环境、遵守科学伦理的自觉行为，以及推动可持续发展和实现中华民族伟大复兴的使命担当。科学态度与责任主要包括科学本质观、科学态度、社会责任等要素。”［1］如果说科学知识的教学能够让学生在形成科学本质观的时候有着显性收获的话，那么科学态度与责任的形成相对更加隐性，这也意味着科学态度与责任的形成可能需要教师引导学生去不断地感悟，而感悟的载体自然就是物理学习的过程。
一、 从教材中牛顿第一运动定律的得出说起
牛顿第一运动定律是经典力学的支柱之一。在初中物理中，牛顿第一运动定律的学习，能够帮助学生初步建立力与运动关系的系统认识。分析各个版本的教材可以发现，这部分内容的编排思路基本相同，都是在“斜面实验”的基础上，通过“推理”得出规律。这在一定程度上表明这一思路建立在普遍认同的基础之上。在这样的编排中，“斜面实验”是指小球或小车从同一倾角斜面的同一高度向下运动，然后进入与之相连接的水平面；
水平面上分别铺有棉布、纸板和玻璃，可以发现小球（小车）在不同的水平面上运动的距离不等。具体规律是“小球（小车）受到的摩擦力越小，运动得越远”。随后的“推理”则是：如果水平面光滑（即不产生摩擦力），那么小球（小车）就会永远做匀速直线运动。
这一方法通常被称为“实验加推理”方法（该方法还有“理想实验法”“实验推理法”等名称）：苏科版初中物理教材中说，“由大量的事实可以推证，牛顿第一定律是正确的”——这里所说的事实来自实验，“推证”则是指推理与证明；
人教版初中物理教材中说，“牛顿第一定律虽然不是直接由实验得出的，但其中符合逻辑的科学推理是非常重要的”——这里明确指出了“实验”和“推理”两个要素……这些，都表明了“实验加推理”这一方法的客观存在与价值。
传统教学中对这一方法价值的认识，多是从知识建构角度出发的，很少有人意识到其也可从科学态度与责任的角度来解读。在我们看来，该方法恰恰是初中阶段渗透科学态度与责任教育的最佳载体之一，其原因在于：“实验（事实）”反映科学态度，“推理”对应（社会）责任。
二、 借助实验发现客观事实背后的规律，是科学态度的体现
实验结果代表着客观事实，做实验就是在寻找客观事实。众所周知，实验成为科学研究范式才400多年的时间（以伽利略、牛顿开辟的“新物理学”为标志），那此前的2000多年里，人们为什么没有选择实验？这是一个非常值得思考的问题。它其实不仅是科学领域内的问题，也是一个社会问题。这里，有必要对实验的历史演变做简单梳理。
近代物理学的一个显著特征就是引入了实验。在此之前，物理学以哲学的形式存在，属于思辨的范畴。据说，亚里士多德就是因为在生活中观察到了非常多的类似于“石块下落比羽毛快”的现象，才得出了“重的物体比轻的物体下落得快”的结论。这种“基于观察得出结论”的方法是亚里士多德式思辨的重要支撑，通过这种方法所得出的结论，非常符合人们在生活中的直观感受，故而能够迅速被大众接受，而且能够深远地影响人们的认识。
培根最早提出在科学研究中应当运用实验，他反对按照书本和权威来裁定真理，主张依靠实验来弄懂自然科学等天下地上的一切事物。［2］达？芬奇在将实验引入科学研究中作出了很大的贡献。达？芬奇强调，“人必须从实验开始，以实验探究其原因”［3］。应当说，正是生于文艺复兴时期的达？芬奇等人的努力，才让实验更多地为人们所接受。其后，被称为“新时代的阿基米德”的伽利略成为近代科学最杰出的开创者。他对实验的重视，使得实验成为科学研究的新范式。同样，也是伽利略对亚里士多德的诸多观点提出了质疑——人们至今津津乐道的伽利略的贡献之一，就是通过一个有名的推理（重球与轻球下落速度，下文详述）推翻了亚里士多德的判断，并做了那个著名的比萨斜塔实验。
在科学研究中建立实验范式，意味着科学家认定任何科学结论的得出以及获得公认，都必须建立在实验的基础之上；
意味着科学家不再只相信眼睛所看到的，不再简单地相信直觉，而更相信能够通过可重复实验加以证实的结论。
实验成为科学研究新范式，与“科学态度与责任”之间有着密切的关系：从“观察加思辨”到“实验”的范式转换，说明物理学家开始走出经验，进而借助实验来寻找客观事实背后的规律，这本身就是科学态度的体现。相应地，科学家在实验中形成的思想，也逐步成为社会责任的源泉。在《再谈科学思维及其培养》［4］一文中，筆者举了“费曼调查哥伦比亚号航天飞机失事”的例子。这个例子很好地反映了科学态度与责任的内涵：费曼作为调查组唯一的科学家，顶住了组内政治家、军方代表等各方面的压力，在调查委员会举办的记者招待会上，通过将航天飞机上的密封圈放入冰水的实验，表明密封圈密封性能会因为温度下降而严重降低，进一步推理航天飞机在寒冷天气下发射时，因为密封圈性能降低而导致燃料泄漏，最终造成航天飞机爆炸。这一实验及其基础上的推理，表现出无可辩驳的说服力，成为公众普遍接受的解释。
总之，今天人们之所以如此推崇实验，正是因为实验能够带来事实，能够为科学理论提供最坚实的基础。
三、 基于逻辑的推理，对于社会认知有着重要作用
需要看到的是，实验与结论之间往往存在一定的距离，这个距离需要由推理来消弭。此外，虽然能够从实验中直接得出的结论说服力往往比较强，但并非所有结论都能从实验中直接得出，如牛顿第一运动定律、真空不能传声等。这些结论都需要在实验的基础上进一步推理得出，其正确与否通常是看有无反例存在。对于推理而言，其目的自然在于概括得出科学结论以解释更多的事实，在于提炼出问题解决的方法以解决更多的问题。
推理的关键在于逻辑，推理的魅力也在于逻辑。伽利略在反驳亚里士多德的观点时，逻辑是非常清晰的：先认同“重的物体比轻的物体下落得快”，然后设想一个重球与一个轻球系在一起，那么整体更重，下落得就应该更快；
再从另一个角度推理，由于重球比轻球下落得更快，因此轻球会被重球拉快，重球会被轻球拉慢，因此最终共同的速度应当比原来的重球慢。显然，两个结论矛盾，说明前提不成立，即亚里士多德的观点是错误的。“牛顿大炮”的推理也很有意思：扔出去的石块速度越快，就会飞越远的距离才落地，那么如果在山上架一座大炮，让炮弹的速度足够快，炮弹就会绕着地球转而不落下（当然，这已经被各种卫星所实现）……应当说，这些建立在实验或事实基础上的推理，其结论都很有说服力，因此容易为他人所接受。
教材中得出牛顿第一运动定律的推理也是有其逻辑的，这一逻辑来自实验得出的事实——摩擦力越小，小球运动得越远。按照这个逻辑，没有摩擦力的时候，小球就能无限运动下去，由此最终认定这一运动就是匀速直线运动。实验是事实，学生无法质疑；
推理有其逻辑，学生也可以接受，因此就可以顺利完成牛顿第一运动定律的建立。
没有逻辑的推理是不可信的，这在自然科学研究中是一个基本共识，但在社会领域却存在很大的认知空白。人们在生活中会作出无数的判断与决定，其中相当一部分都是推理的结果，这些推理几乎都是经验性的，甚至是想象性的。这是一个非常普遍的现象，且在有些领域存在合理性，如文学领域的“一千个读者有一千个哈姆莱特”。但这种合理性在另一些领域又不被允许，如：警察破案需要从现场提取事实要素，然后基于逻辑去推理现场情形，“真相只有一个”就是警察破案的基本理念。笔者以为，在涉及科学发展与人类利益的时候，坚持严谨的科学态度与强烈的社会责任是必须的。然而，这样的坚持，注定会面临不少的挑战。
四、 “实验加推理”方法的理性思辨
从上面的分析可以发现，“实验加推理”方法既是科学中常用的研究方法，同时也是生活中常用的认知手段。就后者而言，相关的例子不胜枚举：除警察破案的例子外，诸如人们在生活中“看云识天气”，实际上也是通过“看云”收集事实，然后发现其中的规律（即逻辑），才能成功推理（“识”）天气的……正是因为这些客观情形的存在，才使得在物理核心素养的四个内涵要素中，“科学态度与责任”具有最显著的跨越物理与生活的特征，是最能够从物理向生活迁移的要素——将科学态度与社会责任放在一起阐述，很大程度上也是因为这个原因。
需要警醒的是，相对于从实验现象中直接得出结论，推理过程的存在，会让结论得出的过程以及结论本身存在被质疑甚至被否定的可能。其原因就在于，“实验加推理”方法有着严格的使用条件，即：实验必须能够反映出全部客观事实，推理必须完全符合逻辑。然而，无论是在科学中还是在生活中，这样的使用条件都很难得到保证。
上面所舉的在实验基础上推理得出牛顿第一运动定律的例子，看起来没有任何破绽，但在历史上其实并不是这样的推理结果：伽得略所认为的水平面是“与地球中心等距的球面”，进而他认为“物体绕地球的圆周运动是惯性运动”。［5］这一结论与教材上的推理结果完全不同。换句话说，今天教材的编排并没有还原历史，同时也说明基于同样的事实进行推理的时候，结论是有可能出现多种情形的：伽利略之所以有这样的推理，是因为彼时包括他在内的所有人的想象空间还局限在地球表面，并没有将思维延伸到无限空间当中（后来是牛顿完成这一工作的）；
今天在课堂上的推理看起来顺理成章，实际上也是默认学生不会有伽利略那样的逻辑，因此可以直接跨越到牛顿的逻辑。这样的跨越或许有其必要性，毕竟今天的学生只能在这种接受的状态中高效获取知识。但严格来讲，这样的跨越是有缺陷的，这种缺陷又反过来进一步确认了“实验加推理”方法必须严丝合缝，否则就有出错的可能。在自然科学研究中出错，会迟滞科研的脚步；
在社会领域出错，则可能引发不可预知的后果。
无论在自然科学研究中还是在社会领域，“实验加推理”方法运用时最大的风险就是“预设立场”。如果有意无意地预设了立场，很自然地就会选择性地收集证据，即收集对自己立场有利的证据，忽视或无视对自己立场不利的证据；
在面对诸多可能逻辑的时候，也会倾向于选择与预设立场相近的逻辑，于是也就很容易推理出错误结果。
这并非没有实例。在自然科学研究中，科拉顿在研究电磁感应时，预设了“距离会影响实验效果”的立场，所以才将检测电流的装置放在另一个房间里，于是“在跑来跑去中丢失了良机”［6］；
在社会领域，某些“专家”之所以被大众诟病，就是因为他们很多时候是在预设立场之后，有选择地运用对自己立场有利的材料来说明某一观点，而这些观点与社会现象大相径庭，与人们的实际体验截然相反；
在生活中，很多人与人之间的误会，都是当事方根据自己看到的有限事实，加上潜意识中预设的立场，然后经由不合逻辑的推理而造成的。这些都是“实验（观察）加推理”方法的误用。
从科学态度与责任的角度来看，预设立场就是不科学的态度，同时也是社会责任的缺失。所以，“实验加推理”这一方法能否成功，关键取决于收集的事实是否完整，取决于推理时逻辑是否严密。
五、 结语
科学与社会的发展总是曲折的，科学态度与责任能否得到培养，又能否得到坚守，往往也都在实践中不断地被实际情形所证实或证伪。费曼调查哥伦比亚号航天飞机失事，所反映出来的是一位科学家严谨的科学态度与敢于担当的社会责任。与之形成鲜明对比的是，各级管理者为了能按时发射从而借此在上级面前邀功，对“天气太冷不宜发射”的警告置若罔闻；
调查组内的一些人试图阻止真相公布。这些人身上所表现出来的就是科学态度与社会责任的缺失……作为物理教师，所期待的是在面向学生的时候，能够种下科学态度与责任的种子。
通过上面的分析可以发现，“实验加推理”这一方法对于培养学生的科学态度与责任而言有着重要的作用。如果沿着“从生活走向物理，从物理走向社会”的思路，那么在学生的生活中、在整个社会中，所有的推理都应当建立在事实基础之上，缺乏事实的推理、有事实但不合逻辑的推理，所得出的结论都是站不住脚的。如果从社会学视角看，科学态度与责任实际上正呼应着“实事求是”——“实事”即“事实”，“求”即“推理”，“是”即科学结论。认识到这一点，可以让我们在生活中作出更多的正确判断，这也正是科学态度与责任在生活中的体现。
面向学生的科学态度与责任培养，要有“静待花开”的心态，要坚持隐性教育的思路。让学生在实验中建立起尊重事实的意识，在推理的过程中形成尊重逻辑的意识，就是在培养学生的科学态度与责任。值得一提的是，科学态度与责任不必非要与人类命运等宏大叙事联系在一起。如果能够理性看待自己的生活、科学判断身边的事物，那自然能夠在人类社会发展的过程中表现出应有的态度与责任。
朱永新教授说：“人文精神对于任何人都是不可或缺的。”［７］这样的论断，让我们有必要重温那句经典的话：“科学是发动机，人文是方向盘。”［８］说到底，强调科学态度与责任，就是要为科学的发展约定正确的方向。当物理教学致力于帮助学生积累科学知识、生成核心素养的时候，科学态度与责任的落地，应当着眼于科学知识学习过程中的人文精神塑造。当学生拥有人文精神的时候，态度与责任自然就会指向合理的方向。因此，在物理教学中更多地渗透人文要素，是应然之举。尽管其无法用分数来衡量，但一定是“无用之大用”。
参考文献：
［１］ 中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2022年版）［S］.北京：北京师范大学出版社，2022：5.
［２］ 吴国盛.科学的历程［M］.北京：北京大学出版社，2002：167.
［３］ 汤浅光朝.科学文化史年表［M］.张利华，译.北京：科学普及出版社，1984：38.
［４］ 黄网官.再谈科学思维及其培养［J］.教育研究与评论（中学教育教学），2023（1）：5257.
［５］［6］ 胡化凯.物理学史二十讲［M］.合肥：中国科学技术大学出版社，2009：223，273.
［６］ 胡化凯.物理学史二十讲［M］.合肥：中国科学技术大学出版社，2009：273.
［７］ 朱永新.课程改革的“减法”逻辑［J］.课程？教材？教法，2023（4）：4.
［８］ 曹文彪.科学与人文：发动机与方向盘［N］.光明日报，20040803（B1）.
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