科学认知体系（精选10篇）
科学认知体系 篇1
人类对宇宙万物的认知总是随着时间的推移, 在不断地有所发现、有所前进。人们对组成物质世界的认知也是这样, 先是宏观, 然后微观, 或者说先是由三维到二维、再到一维。
目前绝大多数人都认为组成物质世界的基本柱石是建立在三维“粒子”这一层面上。这就是笔者所说的三维自然科学体系。有三维自然就会有二维、一维自然科学体系。所谓一维自然科学体系是指组成物质世界的基本单元建立在一条线状的“曲线”这一层面上的自然科学体系。这条曲线在国外称为“弦”, 在西方物理学界认为目前最前沿的理论就是弦论, 弦论正式诞生的时间为1984年。在国内笔者取名为“论”。“论”是笔者在1969年提出。自从有了这种“一维”、“三维”的认识, 自然科学体系在21世纪就会出现出两大体系并存、争雄的局面。笔者提出的“论”主要讲——组成物质世界的基本单元是什么形态 (如图1) , 它的三个基本属性:
1) 论的同性部位相斥, 异性部位相吸;
2) 论的弓腰只具有伸缩性;
3) 论有长度, 无质量, 但有能量, 其能量不随距的改变而改变。
用逻辑推理的思维方法就可以推导出下面论述所涵盖的全部内容。如这个基本单元怎样演化形成整个物质世界?什么是物质?什么是精神?什么是物质的正向演化?什么是物质的逆向演化?什么是生物?什么是矿物?生物界和矿物界的根本区别是什么?什么是时间?什么是空间?原子核内部由哪种粒子组成, 其形态如何?原子、分子外围运动的电磁场形态特征是什么?怎样统一物理学中的四种力?宇宙是如何起源的等等。
本人提出的“论”与国外“弦论”的共性主要表现在下面三点:
1) 都认为组成物质世界的“基本单元”是一条曲线, 而不是目前科学界所发现的各种点状的“粒子”。
2) 都认为世界上所有物质的物理性质, 都是由本身的性质所决定的, 而不需要以实验来填补理论中的自由参数, 也就是说, (弦) 论具有唯一性, 没有自由参数的存在。
3) 都认为该理论可能是一种万能理论。
“论”与国外“弦论”的区别主要在于:
1) 论一诞生, 就以系统化、自圆其说的假说形式出现;
2) 论诞生之后, 就开始指导科研实践, 并在许多科研领域取得许多基础理论创新的科研成果;
3) 论已经在实验室内通过两个实验得到了验证。
论在基础理论创新的两个重要科研成果是地震预报的突破和深部找矿的突破, 详见陕西人民出版社出版的《论与地震短临预报》 (1997年3月) 和《论与天然电磁波法勘探》 (2002年11月) 以及2011年6月中国报道杂志社出版的《正气中国》中发表的文章——一维科学体系下的临震预报。
21世纪人类对物质组成基本单元的认知将进入一维这样一个暂新的世界。谁先进入, 谁就占据了科技的制高点。
科学认知体系 篇2
（2）功能磁共振成像术(FMRI：Functional Magnetic Resonance imaging)：1990s，它由以下几种成像技术组成：①基于血氧水平(BOLD：Blood Oxygenation Level Dependent)的大脑活动成像，用以显示在执行特定任务时大脑相关区域的兴奋状况。这种技术已被广泛应用于大脑的认知活动及其功能定位研究。人们通常所说的“功能磁共振成像”常常就是特指这种方式的成像，记作fMRI。②微观水活动性成像(弥散(diffusion)／灌注(perfusion)成像)，可用以提供由于血管疾病导致脑组织坏死过程的时态信息。③微血管血液动力学(脑血流和血容量)成像，用于显示脑血管病理学状态。与PET的主要反映氧与葡萄糖的代谢不同，fMRI反映的是血液中含氧量的变化，而研究表明这种变化与神经活动是密切相关的。
优点：①信号直接来自脑组织功能性的变化，无须注入造影剂、同位素或其他物质，故是无创性的方法，且简便易行，同一被试可以反复参加实验。②它可以同时提供结构的和功能的图像，这一点对于准确的功能定位是至关重要的。③它的空间分辨率非常高，可以达到l mm，是目前主流成像工具中最好的；成像速度也可达几十毫秒。④有大量成像参数供实验者自由控制，以实现各种特定效果的扫描。
不足：①由于它不是直接检测神经活动，而是滞后于神经活动一般达5～8s的氧信号，所以它的时间分辨率低于EEG和MEG。②不适于幽闭恐怖症患者。③其扫描过程中的巨大噪声也妨碍了它在听觉研究上的应用。④系统造价高。
减法设计，单刺激实验模式，事件相关设计
（3）脑电(EEG：Electroencephalograph)：大脑工作时，神经细胞中离子的运动产生电流，在头皮表面形成微弱的(微伏级)电位，脑电装置通过高灵敏度的电极和放大器来探测这些电位。传统上，脑电主要是通过波幅、潜伏期和电位或电流的空间分布等指标来提供大脑工作过程的信息。由于脑电信号通常伴随着巨大的噪声，故在认知科学研究中最常使用的是“事件相关电位(ERP：Event—Related Potential)”方法，即多次进行重复刺激，然后对相同刺激下记录到的电位数据做迭加平均，以滤去噪声，得到与刺激相关的电信号，其信噪比与迭加次数的平方根成正比。
优点：直接反映了神经的电活动，有着极高的时间分辨率，几乎达到实时；而且它的造价较低，使用、维护也较方便；同时它也是完全无创性的。
不足：其空间分辨率较低，各种定位算法的可靠性亦有待进一步证实。
1、如何理解过去知识经验在知觉过程中的作用？
（1）斑点图，言语对知觉的影响，定势效应。
（2）Warren(1970年)的音素恢复实验It was found that the *eel was on the axle/shoe/orange/table.Miller和Isard用正常句,异常句,非语法句呈现一系列单词，对不同类型句子知觉正确率不同。（3）Tulving,Mandler和Baumal的实验，实验中上下文类型，靶子词呈现的时间为自变量。例如，disorder，filled with dirt and disorder，The huge slum was filled with dirt and disorder（上下、下上兼有）。
2、对模板说、原型说和特征说进行简要评介。（1）模板匹配理论（Template-matching Theories），在长时记忆所编码的信息中，存储着各式各样的来自个体过去的各种外部模式的拷贝或复本，即模板，它们与外部的刺激模式存在着一一对应的关系。当一个刺激作用于人的感觉器官时，刺激信息得到编码并与头脑中所存储的模板进行比较和匹配，确定哪一个模板与刺激信息最为吻合，就把该刺激信息确认为是与头脑中的某个模板相同，即产生模式识别效应。模式识别是刺激信息与脑中某个或某些模板产生最佳匹配的过程。
缺陷：强调刺激信息与脑中模板的最佳匹配，如果刺激信息稍有变化，就无法与模板最佳匹配，无法完成模式识别。存储无数个模板，会给记忆带来沉重负担，也会使人在识别事物时缺少灵活性。无法解释为何有时能够非常迅速地识别一个新的、不熟悉的事物。没有说明模板匹配的信息编码形式，即外部刺激模式与脑中模板的比较是平行加工还是系列加工；是从局部开始还是从整体开始等。（2）原型匹配理论（Prototype Theories）：Reed(1972,1973)用人的面部简图识别实验提出原型匹配模型。原型是一类事物所具有的基本的、共同的特征。所有的外部刺激信息，都是以原型的表征方式存储于人的长时记忆系统中，任何具体事物都是通过原型及其一系列变式存储在人脑中的。人的长时记忆中，存储着的不是与外部客观事物一一对应的具体模板，而是一系列客观事物的原型，外部刺激信息或事物只要能与人脑中的原型相匹配，即完成了模式识别。
优点：减轻记忆负担，使人的模式识别，活动更加灵活。
缺点：没有非常具体和详细地描述刺激与原型之间的匹配过程。（3）特征匹配理论或区别性特征理论（Distinctive-Feature Theories）：任何模式都可以被分解成诸多特征或属性，模式识别，就是通过对刺激信息特征的分析，抽取出该刺激模式，的有关特征或属性加以合并，再与长时记忆中所存储，的各种刺激的特征进行比较，一旦获得了最佳的匹配，来自外部的刺激信息模式就得到了识别。如各种字体的同一个字，只要其基本特征保持不变，就可得到识别。优点: 更灵活有效地解释人的模式识别过程。
缺点：忽略了自上而下的加工过程。一个模式识别理论，不应只是简单地罗列刺激中能够发现的些特征，还必须描述特征之间的物理关系，如：T和L特征一样，物理关系不一样。只能解释相对简单的字母识别，很难解释更复杂的刺激的识别过程。
3、在教学过程如何充分发挥知觉的优势效应？
1、你是如何理解注意的产生的？（1）
2、比较注意的过滤器模型和衰减模型的异同。
（1）过滤器模型(Broadbent,1958)双耳同时分听实验,认为人的神经系统高级中枢的加工能力是有限的，为了避免系统超载，就需要某种过滤器对之加以调节，选择其中较少的信息进入高级分析阶段，将受到进一步加工而被识别和存储，其他信息不能通过。
（2）注意的衰减器模型(attenuation model)(Treisman,1960)：双耳同时分听的追随耳程序实验。左耳（追随耳）：There is a house understand the word.右耳（非追随耳）：Knowledge of on a hill.结果，被试都报告为：There is a house on a hill.并声称是从一只耳朵听到的。过滤器不是只允许一个通道（追随耳）的信息通过，而是既允许追随耳的信息通过，也允许非追随耳的信息通过，只是非追随耳的信号受到衰减，但其中一些信息仍可得到高级加工。为双通道模型，注意是在信息通道之间进行分配。同：两者都认为高级分析水平的容量有限，必须由过滤器加以调节；两者都认为过滤器的位置应处在初级分析和高级意义分析之间；注意选择都具有知觉性质。
3、比较注意的反应选择模型和知觉选择模型的异同。
（1）反应选择模型(Deutsch & Deutsch, 1963)：由感觉通道输入的所有信息都可进入高级分析水平，得到知觉加工，并加以识别。而注意选择位于知觉和工作记忆之间，即过滤器不在于选择知觉刺激，而在于选择对刺激的反应。其选择标准是刺激对于人的重要性。对于重要的刺激，才会做出反应。注意是对反应的选择。
（2）异：注意选择发生的位置（时间），一个在知觉阶段，一个在反应阶段。
4、怎样看待两种加工方式在注意保持中作用？
（1）Schneider 和Shiffrin(1997)提出了与注意有关的两种加工层次，即自动加工(automatic processing)和控制加工(control processing)。自动加工主要用在容易的、涉及高度熟悉项目的任务中，自动加工是平行的，人可以同时处理两个或更多的项目。控制加工主要用在困难的或涉及不熟悉项目的任务中，控制加工是系列的，一次只能处理一个项目。当任务容易时，人倾向于使用自动加工，这时，人获得非注意信息的特征就会相对容易。当任务困难时，人将使用控制加工，这时，人几乎不能注意到非注意信息的特征。5.特征整合理论
（1）特征整合理论（Feature-integration theory ,FIT）(Treisman & Gelade.1980)，将客体知觉过程分成早期的前注意阶段和特征整合阶段。理论的出发点是知觉的特征分析。知觉在前注意阶段是对特征进行自动的平行加工，无需注意，而在整合阶段，通过集中注意将诸特征整合为客体，其加工方式是系列的。对特征和客体的加工是在知觉过程的不同阶段实现的。她将特征看作是某个维度的一个特定值，而客体则是一些特征的结合。例如，图形、颜色都是维度，三角形、红色则分别为这两个维度的值，而红色三角形是红色和三角形这两个特征值所组成的客体。“错觉性结合”。
6.负启动效应：目标扩散和分心抑制-扩散抑制理论—资源有限
1、评述记忆信息三级加工模型。
（1）Atkinson-Shiffrin记忆系统模型及扩展，右为典型模型，A-S模型简化。
Craik等人的实验结果表明：简单的复述并不能使信息从短时记忆进入长时记忆中。记忆的效果不仅依赖对项目本的加工，而且也依赖对项目上下文的加工。虽然感觉分析必然要在语义分析之前，但是其他的加工却不是按上下级组成一系列水平，而是一种编码的侧向扩散。
2、评述加工水平说。
（1）加工水平说，作用于人的刺激要经受一系列不同水平的分析，从表浅的感觉分析开始，到较深的、较复杂的、抽象的和语义的分析。Craik等人的实验结果表明：简单的复述并不能使信息从短时记忆进入长时记忆中。记忆的效果不仅依赖对项目本的加工，而且也依赖对项目上下文的加工。虽然感觉分析必然要在语义分析之前，但是其他的加工却不是按上下级组成一系列水平，而是一种编码的侧向扩散。
回归科学认知 创新效率教学 篇3
关键词：科学认知；创新；英语效率教学和学习
[中图分类号]H319.3
[文献标识码]A
[文章编号]1006-2831（2013）05-0072-3 doi：10.3969/j.issn.1006-2831.2013.02.020
经济发展和社会组织的全球化、国际化趋势，使外语教育的重要性日益彰显出来。遗憾的是，中国的英语教育一直是“一壶烧不开的水”。经过十几年的英语学习，绝大多数学生仍然无法达到既定的语言标准。更有相当数量的学生长期处于听说能力差、阶段性掉队、思维反应跟不上表达需要的煎熬之中。外语教育缺乏良方，效率低下，成为束缚中国教育发展的一个瓶颈。一门外语是否需要十至二十年功夫才能学会？能否通过学习方式的转变，使学习效果出现大的改观，将外语学习年限显著压缩下来？本文站在元认知的高度结合笔者近年来在外语教学方面的亲身创新实践对相关问题展开探讨。
1 . 回归科学认知——母语习得与外语学习的再认识
长期以来，人们一直认为，用掌握母语的方式学习外语是最好的。但无数事实从正、反两个方面证明：外语与母语受制于不同的获取规律，而这种差异特别突出地体现在“进门”阶段。
习得的实质在于意识寻求mother tongue。在绝大多数情况下，第一阶段是幼儿对事物的朦胧意识与外界输入语言概念的不加甄别的对接过程。母语获取方式基本为模仿和记忆，其发展主要依赖于感性的积累，母语的建立使个体在获得思维能力、获得一种与外界交流工具的同时，也形成一种惯性的思维路径。此后，个体的一切经历的意识升华，其对某个事物的认知、抽象以及与整个知识体系的整合，无不受制于这种思维方式对它的过滤，它的检验，它的“放行”。尤其对于以“二元化”方式输入的外语概念，也不例外。只有通过这个“关口”，个体头脑中那套先入为主、以母语组织的世界意识才能与外语概念对接起来，达到认可；只有通过这个“关口”，个体在母语阶段获取的思维能力才能真正发挥作用，对这些概念实施理解。因此从本质上讲，按照怎样的方式，在更深的层次上使外语的概念系统穿透母语思维方式构成的那层“外壳”或“坚膜”，是外语学习的根本任务。
2 . 创新英语效率教学
2 . 1 英语形声词教学
以模仿和记忆为主的外语教学，实质上推行的是母语方式教学。依赖感性积累最大的弱势在于它不仅要求体验充分，而且过程漫长，它虽能用于外语学习，但不能达到高效。如果要达到高效，学习的指导者或者施教者必须对英语有深刻的认知。例如，英语的初级发展阶段也是以形声（字）词为标志的。这一研究成果发表数年来一直没有被运用到外语教学中去。研究发现，虽说英语和汉语都经过形声字（词）发展阶段，但表现方式上呈现很大差异。就拿象形来讲，汉语以组“字”为基本目标，注重整体特征的勾画，结构立体特征突出。“山”，“水”、“日”、“月”等，概莫能外。这种以现实事物为母本“画”出来的文字基于“人治”成型，随意性较强，全面应用于教学困难很大。如“一”加“人”为“大”，“大”加一点为“犬”，“犬”加四个“口”为“器”，其中找不出任何思维的逻辑规律和联系。但英语则不同，它以组词为基本出发点，组词前先对语言对象恰当分解，再按照预先设计的字母形象会意；最后遵循线性原则加以组合。透过这种突出的“法治”组织方式使人易于觉察和发现规律。如man是“人”的上半身（m）、头部（a）和下半身形似（n）的组合；eye则是人的两只眼睛与鼻子、眉毛在面部形象组合的写照；ear是耳朵形象（E的大写手写体），加上其对称生长（ar）特征的结合；而arm则是“从上半身伸出的双臂”的直接会意。在母语为汉语的中国人中引入英语形声词教学，既能以“说字解词”的方式帮助学生在感知到的世界这个根基上形象地记住词汇，有效地克服陌生感，增强亲切感；又便于在重复“想词”中不断增强对构词元素、字母寓意内涵的认识，增强对其组词功能的理解；还有利于由简到繁地积累意义突出的字母组合（我们称之为“意团”，即意义相对稳定的字母组合，它囊括通常所说的“词根”、“词缀”，但范围更广，语义更具思维基础，因而更为清晰确切）。一句话，形声词教学既开辟了以思维方式切入英语学习的起端，又为下一阶段发展奠定了良好的基础，不失为“准语感式”学习。
2 . 2 英语句子成分结构图
语法教学也是一样。语法表面上讲的是句法，是讲承担英语句子各成分的词类及其组合法则，但隐藏在背后的却是关于人类思维的法则。比如，英语词汇的“格”是中国学生感到“苦涩”的语法概念之一。在介绍这个概念时，如不直接给出定义，而是由英文形声词、会意词的原理出发启发教学，效果会更好。我们采用人称代词中单数第一人称引入。英语将I作为“我”，是“顶天立地”、“自尊”理念的形象输入；而写成i时，它又与人体的身体形似。用在句子中“岿然不动”，作为描述的主要对象，即主语，语法上称之为“主格”。但是，“我”又属于“人”，必是man（人的上身m形似+头a的形似+下身n形似）；而man上身是最活跃的肢体，my中的y表示man上身m作“拥有状”这个动作时所画出的动作轨迹；类似，me中的e是man上身m作“接受状”这个动作时呈现的形态。m与y和e的线性组合，寓意“我的”和“我接受”恰如其分。此后再结合句子介绍代词、名词的“主格”、“所有格”、“宾格”概念时，学生因为有了“我”的体验，想象有依据，类比有基础，容易“过关”，并最终将“格”这一语法概念自然纳入。又如，句子成分的关系常常使初学者感到错综复杂，不得要领。但只要画出一张“联络图”，再加上词汇意团解析，内涵便昭然若揭（图1）。
总而言之，英语学习效率低下，主因归于流行的母语教学方式。要符合外语学习规律，就必须将以感性认知为主转化为以理性认知为主进行教学，巧妙利用母语说明、解译世界的强大功能，有力地穿刺或粉碎惯性思维方式的阻碍，将在母语训练中培养起的内在思维力充分解放出来，有效地迁移到外语学习上去，免去“从零思维”的痛苦。
2 . 3 英语时态轴教学
动词时态，是英语教学公认的难点。难在哪里？就在于汉语似乎没有“时态”这个概念。但是汉语中运用“时态”的例子却是千千万万，原来世界上无论哪个民族的人们离开“时”和“态”，都无法言语！从这个事实入手，向学生展示英、汉两种语言在表达“时态”上的差异，使大家看到二者的区别仅在于前者以动词的变化形式体现，后者一般情况下仅用副词表达语言意义。消除了“没头没脑”的感觉，再将最主要的时态类型摆在仿照数轴创意的“时态轴”（图2）上，学生立即感到时态“看得见，摸得着，想得通，抓得住，有章可循”。思维痛苦一旦解除，操作层面上的动词，不同时态的组合、变化形式，应用起来也感到得心应手。
2 . 4 英语语言树状图
人类思维的细腻带来语言知识的细碎。语言学区别于其他学科的另一个重要特点，在于其知识点的庞杂性。英语作为外语教学以期用细化方式逐渐建立语言的概念，细化离不开条理化。条理化，就是梳辫子；条理化，就是强化对主线的把握。例如简单句这个教学重点，常常觉得很难将句子分类这个“大网”拉好。究其根源，就在于没有把句子这堆“乱麻”理好，没有能真正将句子分类的“纲”抓出来。事实上，流行的教科书上的简单句都是基于句子的表现形式分类的，而制约句子类型的“神经”却不在这里，而在于人们的语言动机。在动机这个操纵语言过程的大“纲”制约下，人们说话前必然会对欲言事物以两种基本态度予以判断：肯定和否定；再根据所选主要说明对象（主语）自身基本特征确定三类方式（即系表句，动宾句和情态句）之一予以说明；最后从四种口气：陈述、疑问、祈使、感叹中选择一种来加以表达。这种“一（动机）、二（态度）、三（句型）、四（口气）”再兼顾“主动和被动”的1x2x3x4x2=48句式，才是关于简单句教学的主线内容，才是英语语句教学应该时时牵心的“语言树”（图3）。
真正做到了条理化，就具备了在演绎基础上实施归纳的基础。外语知识细化这样一个貌似需在局部大做文章的问题，解决的重心却指向在对知识整体和全局以及对知识系统的把握上。
2 . 5 英语语感教学
以语感方式把握语言，是言语者最佳的语言状态。语感方式的优势主要在于：言语过程中生活感受与语言信号之间的无缝隙对接。在获取阶段，它能将对生活的感受自然地融入对语言信号的把握；在运用阶段，通过语言信号可以直接进入对语言内涵的理解。其最大的优势在于，言语者的“主动”、“自悟”内功始终发挥着主导作用。母语，是一种自然的、典型的、理想的语感状态。但是受“先入为主”的母语控制，外语学习者不能直接进入语感状态。本文理念创新在于：在英语作为外语的“入门”阶段，潜心开创一条逼近语感和以自学为主的理性教学方式。积极发现汉语与英语的语言学结合部和思维碰撞点，选择适当“茬口”切入认知和技能训练的各个环节，并千方百计在授鱼中贯穿“授渔”，即在促进英语向语感学习逼近同时，输入自主性、探索性、整合性、发散性学习的方法，使学生尽早走上自学道路。
参考文献
Brown. H.D.语言学习与语言教学的原则[M].北京：外语教学与研究出版社，2002.
桂诗春.新编心理语言学[M].上海：上海外语教育出版社，2000.
科学与艺术促进认知发展 篇4
科学是客观的、逻辑性的、分析的、可以重复的和有用的。艺术则被认为是主观的、直觉性的、感觉性的、独创的和无实用性的。也可以说, 科学与艺术是不同的。
科学与艺术, 从表面上看是两个完全不同的知识范畴, 的确是有区别的。但是再进一步思考, 我们发现两者并非是绝对泾渭分明的, 他们还是有共同点、相关联的。科学与艺术都是人类文化艺术的一部分。在人类生存的这个地球上, 无论是过去还是现在, 我们从未发现一种没有科学艺术的文化。科学与艺术都是人类创造的, 又是为人类服务的, 都在寻求真理的普遍性。科学与艺术又都是跨越时空的。只要有人类, 就会去探究自然的奥秘, 就会有科学;只要有人类, 就会有情感的表达, 就会去追求人间真美, 也就会产生艺术。
这种科学与艺术的共同点, 使我们更好地认识教学是科学, 教学更是艺术的真实内涵, 深化我们对教学的科学性和艺术性的全面认知。教学是科学, 教学具有自身的规律。学科的知识体系、课程结构是客观的, 也是科学的。这就是要求教师以科学态度去处理教学内容, 关注科学要素的规律性联系, 从而实现教学目标。教学是艺术, 艺术的表现对象是人类的情感。教学表现人类的感情和呈现学科知识体系、课程结构的方式是主观的, 也属于艺术。这就要求老师从内心出发, 用一种创新形态引起学生强烈的求知欲或内在认知需求。
一、科学需要艺术
在日常生活中, 科学需要艺术的例子也是屡见不鲜的。2008年北京奥运会开幕式, 就有很多范例证明科学需要艺术。鸟巢体育馆就是科学与艺术结合的典范, 它需要现代科学建筑技术, 也需要现代的审美艺术。设计、安装、点燃奥运火炬, 更需要科学与艺术的结合, 这样的开幕式才能成为震撼世界的开幕式。
科学家和数学家们深知, 艺术对于他们的成功至关重要。他们常常借用在艺术中所学到的技巧作为科学研究的工具。这其中包括正确的观察力、空间思维和动作感知能力, 这种技巧通常不在科学课程中学习, 但都会在写作、戏剧、绘画和音乐中学习到。事实上, 弹钢琴、写诗或绘画都可以提高观察能力、细节分辨能力和对环境的分析能力, 这些都是一个优秀的科学家所需要的技能。对艺术的学习不仅可以提高学生的生活质量, 还可以为未来的科学家和工程师提供创造的动力源泉。
社会发展的历史表明:在科学中的确渗透着艺术。例如, 建筑学家Buchminster Fuller设计的球形薄壳建筑结构, 和目前发现的一些病毒的结构以及一些复杂的分子结构类似。科学家李政道博士主编《科学与艺术》大型画册中的不少图画, 均可说明科学中蕴含着艺术。其实, 科学与艺术是一枚硬币的两面。
美国国家航空和宇宙航行局 (NASA) 邀请艺术家来设计卫星数据的呈现方式, 以使其更加准确易懂。世界上不少著名城市的地标、建筑给予人深刻印象。居民看到它就有一种回到家的感觉, 旅游者看到它有一种到达目的地之感。地标建筑往往集科学与艺术于一身。
同理, 学科的科学教学也需要教学艺术的辅助和支持, 有时科学理论教学往往比较抽象, 容易产生枯燥的感觉, 艺术的加入往往会激发学习者的兴致, 艺术让教学更富于情趣, 能更好地提升学习的效益。
二、艺术影响学习
在课堂教学的实践中, 师生往往有这样的体会:教师唱一首与教学内容相关的歌曲, 或者是快速画一幅与教学内容相关的画, 就会激发学生积极的学习情绪, 这就是艺术影响学习的例证。一些老师认为, 学习普通的一门学科往往发展了单一的才能或技巧, 然而艺术学习则同时涵盖了多种技巧的学习, 艺术对学生学习的影响更大。1999年, 全美艺术教育伙伴和人文艺术委员会发表了一份报告, 该报告包括了七项关于艺术对学习影响的独立调查研究, 在这些研究中发现, 两者具有相当高的一致性。
1. 艺术关怀着被常规教育忽视的学生
多元智能理论告诉我们, 每个人都存在着八种智能, 人人都有优势智能, 只要开发得当都能获得成功。在传统教学中, 艺术特长生往往被传统教育所忽视, 认为只有语文、数学好的学生, 才是智商高者。多元智能理论认为一个数学、语文成绩差, 而音乐、体育突出的学生同样是智商高的表现。
2. 艺术以不同学习风格和交流方式影响学生
艺术能够以其他学科所不及的方式影响学生。大量的研究证明, 人在学习和使用概念、技能时有天生的优势和偏好差异。这个研究也告诉我们, 如果传统的课堂学习不能吸引学生的话, 他们就会产生行为问题。而艺术上取得成功可以提高学生的自信、自尊, 从而促进他们在其他领域也取得成功。
调查显示, 参加艺术团体的青年学生, 其自我概念优于普通学生 (见下表)
参加艺术团体的青年学生和普通青年学生报告的自我概念比例 (Fiske 1999)
参与调查的学生认为, 艺术活动中通过讨论、思考和倾听, 帮助他们表现自己的情感, 缓解了日常生活给他们带来的压力问题。
艺术使学生们进行自我沟通和顺畅的人际交流。当学生将自己的才能通过绘画表现出来时, 艺术创作过程也是心理的体验过程。与阅读一段文章然后找出答案相比, 这种创作过程需要自身投入更多。有研究表明, 通过一轮艺术学习, 可以改善青年学生对彼此的态度。
3. 艺术改变学习环境
艺术源于生活, 更加集中地反映生活, 也改变人们的精神生活。当艺术进入校园与课堂, 就改变了学习环境, 改变了校园文化, 打破了课程之间的壁垒, 甚至还可以改变学校的校容校貌。在一项研究中, 研究者选取了一些反映学校氛围的指标, 对比了纽约的29所艺术活动丰富的学校, 与其他没有艺术的学校。结果表明:艺术活动丰富的学校, 其学校管理者鼓励教师勇于冒险, 拓展课程氛围, 学习新的技术。教师在其教学活动中表现出更多的创造性, 给予学生更多的支持, 对自身专业发展也有更浓的兴趣, 而且在这些方面, 丰富的艺术活动再次显示了比学生的社会经济地位更强大的影响力。
艺术对学习的影响是多方面的, 上述几点仅仅是一些代表性看法。认识艺术的影响作用, 我们在教学过程中应更好地利用艺术手段, 促进学生在科学与艺术领域更好地全面发展。
三、科学艺术促进认知发展
认知最简单的定义是知识的习得和使用, 它是一个内在的心理过程, 因而是有目的, 可以控制的 (桂诗春) 。我们可以认为人类的认知 (perception) 乃是由五官与外界事物的接触而产生的一种反应。眼睛所见、耳朵所听、肌肤所触、舌头所觉、鼻子所闻, 瞬间所形成变化无穷的感知形态。然后, 我们随时会赋予这些感知形态不同的意义。人的感知形态常因为个人期待的影响而不见得完全正确, 或因为文化的影响而给予相同感知不一样的意义, 这就是认知差异。因此, 人类的交流沟通行为都完全受制于我们的认知系统。
科学与艺术和我们的认知系统息息相关。科学技术是第一生产力, 科学技术的发展产生了新技术、新知识, 改变着人们的思维方式, 也改变着人们的生活方式。从人类社会的发展角度观察, 我们祖先在与大自然相处的过程中, 观察到了一岁一枯荣的自然变化规律, 从而使他们逐步地从采摘生活转向农耕生活, 这是认识科学规律促进认知发展的例证。
随着文化艺术的发展, 当艺术家观察到一岁一枯荣的自然现象时, 文学艺术家用笔写下了“离离原上草, 一岁一枯荣。野火烧不尽, 春风吹又生。”富有哲理的诗篇, 广为后人传诵。这同样起到促进认知发展的作用。
科学对认知的促进和发展是显性的, 易被人们所认识。艺术促进认知发展似乎是隐性的, 不易为人发现。事实上, 各种艺术活动常常被人认为是各自独立的学科, 但是一门普通学科的学习往往只发展了单一的才能或技巧, 而艺术的学习则同时涵盖了多种技能的学习, 它们超过了人类从事的所有技巧和思维过的集合。学好艺术将有助于学生认知能力的发展, 并将促进在其他方面的发展。国外的研究显示, 艺术学习促进了多种能力的发展。
关注细微差别。艺术可以让学生知晓, 细微的差别也会产生巨大的效应。创作完成一件满意的艺术作品, 需要运用大量的视觉判断来确定各种细微的差别、形式和颜色等。同样道理, 在文学创作中也需要许多语言表达细节, 如引用典故、使用暗示、隐语等方法。
解决问题多元化。艺术可以让学生明白, 同样一件事可以通过不同的方式来完成。在学校学习中, 常常强调唯一正确的答案, 但在现实生活中, 大多数难题都需要从不同的角度寻找多个解决方案。
审美的角度看世界。艺术可以提高学生用审美角度看世界的能力, 即用更新的方式看待世界。此如, 我们可以从建筑设计看三峡, 是世界上最大的水力发电站, 也可以从诗意的角度去欣赏它, 正可谓:“更立西江石壁, 截断巫山云雨, 高峡出平湖。”
我们之所以这样说明艺术教学的重要性, 主要是要改变传统观念, 认为学艺术的人通常学不好普通学科了。事实上, 只要我们教学得当, 在同等条件下, 学习艺术的学生一定会比普通学生学得更好更快, 因为他们的认知系统比普通学生发展得更快更好。
参考文献
[1]David A.Sousa.董奇峰译.脑与学习[M].北京:中国轻工出版社, 2005.
[2]Laura Erlauer黄河, 陈萍译.不可不知的用脑教学法[M].北京:中国轻工出版社, 2006.
[3]陈国民.跨文化交际学[M].上海:华东师范大学出版社, 2009.
中班科学领域数学认知活动教 篇5
活动目标：
1.巩固圆形，正方形，三角形，长方形的基本特征。
2.能够对生活中常见物品的形状进行分辨，尝试用几种图形宝宝来组合出各种造型。
3.感受用图形进行创作的乐趣，乐于探索，发现，体验数学游戏的乐趣。
活动重点：
巩固圆形，正方形，三角形，长方形的特征，了解生活中常见物品的形状。
活动难点：
学会用各种形状的图形宝宝创造性地组合出不同的造型。
活动准备：
1.经验准备：对各种图形有一定的了解。
2.物质准备：PPT，魔术袋，魔法棒，各类形状的图形卡片等。
活动过程：
(一)开始部分：
情景导入
师：“小朋友们，今天，老师要带你们去一个神奇的地方，那里啊，会有好多好多有趣的东西，现在我们一起去看看吧。
(二)基本部分：
1、游戏：摸摸“魔术箱”
师：“小朋友们，我们来到了魔术王国，在魔术王国门口有一个奇妙的袋子，你们看，就是这个魔术袋?(出示魔术袋)小朋友想不想知道里面藏的是什么东西吗?那我们一起来看一看这个魔术袋会给我们变出什么有趣的东西。
(1)教师念咒语：“魔术袋里东西多，让我先来摸一摸。”
摸出一个正方形，问：“这是什么?那正方形有什么特征呢?(四条边一样长，有四个角)
(2)再念儿歌：“魔术袋里东西多，请某某小朋友来摸一摸。”
当幼儿摸到后，提问幼儿是什么，有什么特征，游戏反复进行。
(3)教师总结：魔术袋里有圆形，三角形，正方形和长方形。圆形它没有尖尖的角;三角形有三条边，三个角;正方形有四条边是一样长，四个角，长方形也有四条边，四个角但两条边长，两条边短。
2、对生活中常见物品进行分辨
师：现在我们一起去参观一下魔法王国吧，看看魔法王国里面有什么有趣的东西?请小朋友再观察一下这些物品里有哪些物品像长方形，哪些是正方形的，哪些是圆形的，哪些是三角形的。
3、游戏：谁的本领大
(1)教师用魔法棒“变”出用圆形、三角形、正方形和长方形组成的图片，请幼儿找出其中的图形宝宝。
师：“小朋友们，魔术王国里还有好多有趣的东西，你们看，这是什么?(魔法棒)它也会变出好多的东西。变!变!变!咦!魔法棒变出什么了?原来是一只小鸡。现在请小朋友们来观察观察，这只小鸡是由哪些图形组成。
(2)、教师用魔法棒依次“变”出另外的几幅图画，请幼儿分别找出各种图形宝宝。
4、游戏：我是小小魔术师
幼儿自己尝试用图形宝宝拼出各种造型。
师：刚才欣赏用魔法棒变出的图片，现在王老师请小朋友们也来当小魔术师，用今天我们在魔术王国见到的几种图形来变出一个自己喜欢的东西。
科学认知体系 篇6
一、尊重爱好,从生活走进科学
在科学课堂教学中多联系生活实际,对激发学生的学习兴趣大有帮助。
如学校旗杆顶部的定滑轮的用途,黑板反光的防止,市场杆秤的作用,夏天乘凉场地泼水降温的做法,夏天冰琪淋冒出的“白气”与冬天人口吹出的“白气”形成的实质“、钻木取火”和“有火必有风”的解释等,生活中的例子,信手拈来,比比皆是。学生意识到学习科学会使他们变得懂事、聪明,并且能够利用它解释生活中碰到类似的问题求知兴趣随之而来。
课堂教学内容的设计和课堂教学要尊重学生的体验,尊重学生的爱好,尽量将教材的内容“生活化”和“社会化”,将教学内容和学生的周边事物紧密结合起来,让学生在课堂上,在生活中亲身经历知识的形成过程,在体验中不知不觉地增长知识,提高学习科学的爱好。
二、营造幽默,打造风趣的课堂
科学教学过程中,教师要注意表达形式上的艺术美,把师生放在同等的地位,把一些空洞的科学语言转化为生活语言并且加入一些合理的幽默,使学生在轻松、愉快的心情下学习科学。
如教学“力的作用是相互的”,可以用“人不犯我,我不犯人,人若犯我,我必犯人”“、以牙还牙”等语言描述。在讲解光的折射知识时,我们看到水里面的鱼是由于光从水斜射入空气中发生偏折形成的虚像,这时我们可以形象的称此鱼为假鱼(甲鱼),学生肯定会哈哈大笑,印象深刻。
风趣幽默的教学口语能使枯燥的科学知识趣味化,使学生乐于接受、乐于学习,能提高学生的学习兴趣和学习效率。
三、灵活运用,结合现代教育技术
科学教学中,利用计算机来模拟各种难于想象的过程或空间变化,这样既可以活跃课堂气氛,使学生产生兴趣,又能加深学生对教材的理解,而且达到提高教学质量的目的。
例如:在教学《观察植物》时,首先,利用多媒体课件展示大自然的美景,然后,再用动画演示植物的开花过程,给学生感受花朵的美丽,认识四季中各种有代表性的花朵,再让学生说说自己的认识,学会和身边同学分享自己的认识。运用多媒体课件展示了春夏秋冬的变化过程,克服了学生的时间障碍,学生感受变化过程就容易多了。多媒体课件使用,使教学内容显得更逼真、更形象,提高了学生对学习的兴趣,也给了学生更多的思考空间。
在教学光的反射和折射的难以理解或难以想象的科学概念、模型时,通过多媒体课件,可以十分直观的解释、演示出来;在《声音的发生与传播》一节中如果使用语言和文字向学生讲授声音的发生不但需要发声体,而且还需要介质时,学生理解起来比较抽象,难懂。如果利用Flash制作课件,声带振动(发声体)通过空气(介质)传播到人耳(接受体),内容就会变得直观学生容易接受。因此灵活运用多媒体模拟科学现象,可变抽象为直观、形象、生动、感染力强,有助于学生理解和记忆,培养学生分析解决问题和抽象思维的能力。同时,也大大提高了课堂效率,激发了学生学习科学的积极性。
四、鼓励动手,培养学生勤劳习惯
一堂40分钟的科学课,是由多个实验活动—问题—实验活动组成的,如在教学中充分地利用好幻灯、投影、录像、多媒体等各种电化教学手段,使抽象的概念具体化,枯燥的知识趣味化,优化了教学环境,拓宽了教师教和学生学的思路,从而提高教学效果。
科学也是一门以实验为基础的学科,课堂上学生不仅要学习科学知识,还需掌握获得知识的过程和方法,这使得实验过程是不可缺少的,它能够培养学生的观察思考、动手操作的能力。教师要充分利用科学教材上的相关内容,引导学生进行分组实验。对于班上一些好奇心较强的学生,可以指导他们做土电话、浮沉子、针孔照相机、水果电池、指南针、电动机等,通过把理论知识运用到实践中,能激发学生学习的兴趣,只要给予学生适当的指导,大多数学生均能感受到成功的喜悦,既能提高学生的素质也能提高学生的能力,充分体现素质教育的目的,最重要的是能大面积调动中下生学习的积极性。
五、开展竞赛,进行适当思维活动
课堂上,通过适当紧张的竞赛思维活动让同学们兴趣增强,思维大为开阔。由于竞争是在合作的前提下进行的,所以他们在课余讨论,堂上争论得相当热烈。在这样的良性竞争环境下,他们会互相监督、互相帮助,你追我赶,学习热情高涨。学生在参与和竞争中,享受到成功的愉悦,培养了竞争意识和不甘落后、不怕困难的进取精神。
认知科学、聚合科技与教育创新 篇7
20世纪50年代以来,西方心理学、语言学、语言哲学、信息科学和脑与神经科学几乎同时发生了革命性的变革。[1]到20世纪70年代中叶,这种革命性的学科变化使得认知科学横空出世。2000年,一个更大的综合科学研究计划于美国诞生,它就是聚合科技(converging technologies),包括纳米技术(nanotechnology)、生物技术(biotechnology)、信息技术(information technology)和认知科学(cognitive science)[2]。认知科学和聚合科技的诞生,是人类科学技术发展史上的重大事件,对世界各国尤其是欧美发达国家的基础教育产生了一系列革命性影响。反观我国,对认知科学的深入研究时间尚短,而对聚合科技的关注还主要处在引介和科普的初步阶段,如何正确认识这两大综合学科的发展及其对世界主要国家基础教育创新发展战略的影响,是一个关于我国未来基础教育发展方向的重大问题。
一、认知科学和聚合科技在国内外的发展
(一)认知科学在国际和国内的发展
1975年,由于美国著名的斯隆基金投入,美国学者将哲学、心理学、语言学、人类学、计算机科学和神经科学整合在一起,研究“在认识过程中,信息是如何传递的”,这个研究计划的结果产生了一个新兴学科——认知科学[3]。当前国际公认的认知科学学科结构如图1所示。
认知科学的发展首先在原来6个支撑学科内部产生了6个新的发展方向,这就是心智哲学、认知心理学、认知语言学(或称语言与认知)、认知人类学(或称文化、进化与认知)、人工智能和认知神经科学。这6个新兴学科是认知科学的6大学科分支。这6个支撑学科之间互相交叉,又产生出11个新兴交叉学科,分别是控制论、神经语言学、神经心理学、认知过程仿真、计算语言学、心理语言学、心理哲学、语言哲学、人类学语言学、认知人类学和脑进化。
认知科学要揭开人类心智发展的奥秘,同时会促进一大批相关学科的发展。认知是脑和神经系统产生心智的过程和活动。一般而言,有脑和神经系统的动物都具备某种程度的心智。认知科学就是以认知过程及其规律为研究对象的科学。认知涉及学习、记忆、思维、理解以及在认知过程中发生的其他行为。因此,语言和心理、脑和神经是认知科学的重要研究内容。就人类心智而言,由于人是社会性动物,语言和哲学、文化和进化以及人所特有的工具——计算机及其科学理论也成为认知科学研究的对象。40多年来,认知科学的重要进展得益于脑科学的发展,而脑科学的发展又得益于脑成像技术的长足进步。
在我国,认知科学近年来也得到高度重视,但主要处于引介、消化欧美认知科学成果和初步的深化研究阶段。在《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)》中,“脑科学与认知科学”被列为我国科技中长期发展规划的八大前沿科学领域之一。科技部在2005年批准成立两大认知科学国家重点实验室——北京师范大学“认知神经科学与学习国家重点实验室”和中国科学院“脑与认知科学国家重点实验室”,清华大学在2006年4月建成教育部“985工程”认知科学研究基地——清华大学心理学与认知科学研究中心。又过10年,直到2015年12月26日,我国首家包含“认知科学”名称的学院——民族文化与认知科学学院——终于在贵州民族大学成立。可以说,无论是从体量上还是从研究的纵深程度上,我国认知科学的发展水平同国际先进水平相比还有不小的差距。经过40多年的发展,认知科学已经从理论扩展深入到技术层次,形成认知科学、认知技术和认知产品的完整系列。如何将认知科学研究成果实质性地服务于中小学教育教学质量的提升、持续的基础教育创新,对我国认知科学和经济社会发展是一个非常重大的问题。
(二)聚合科技的发展
1.聚合科技在美国的发展简况
美国国家科学基金会和美国商务部于2000年共同资助一项旨在弄清哪些学科是新世纪的带头学科的研究。70多位美国一流的科学家参加了这项研究工作并形成一份460多页的研究报告——《聚合四大科技,提高人类能力:纳米技术、生物技术、信息技术和认知科学》(Converging Technologies for Improving Human Performance:Nanotechnology,Biotechnology,Information Technology and Cognitive Science),人们又以这四大科技的首字母“NBIC”(NBIC,可音译为“恩贝克”,在本文中“聚合科技”与“恩贝克”为同义语,下同)来作为本研究报告的简称。
在这份“21世纪科学技术的纲领性文献”中,科学家预言:“在21世纪,或者在大约五代人的时期之内,一些突破会出现在纳米技术(消弭了自然的和人造的分子系统之间的界限)、信息科学(导向更加自主、智能的机器)、生物科学(通过基因学和蛋白学来延长人类生命)、认知和神经科学(创造出人工神经网络并破译人类认知)和社会科学(理解文化媒母,驾驭集体智商)领域。”[2]该报告称:“聚合科技以认知科学为先导,因为规划和设计技术需要从如何、为何、何处、何时四个层次来理解思维。这样,我们就可以用纳米科学和纳米技术来制造它,用生物技术和生物医学来实现它,最后用信息技术来操纵和控制它,使它工作。”[2]研究报告断言,这四大科学技术聚合所产生的能力,将会“加快技术进步的速度,并可能会再一次改变我们的物种,其深远意义可以媲美数十万代人以前人类首次学会口头语言”[2]。
2013年7月,恩贝克进入2.0版本时代,新报告《聚合知识、技术和社会:超越纳米—生物—信息—认知技术的聚合》(Convergence of Knowledge,Technology,and Society:Beyond Convergence of Nano-Bio-Info-Cognitive Technologies),吸取了来自巴西、欧盟、中国、比利时、韩国、日本和澳大利亚相关研究的最新进展。报告指出,在恩贝克的基础上,符合社会利益的知识与技术的聚合(convergence of knowledge and technology for the benefit of society,CKTS)代表了21世纪的核心发展方向,CKTS所要解决的问题不是传统分析时代所培养的能力所能解决的,它要求我们培养具有新的复合型素养的人才来解决新时代的问题。此外,聚合科技将成为未来知识社会的基石和新一轮工业革命的引擎,它主要面临三大挑战:一是累积在基础性的新兴技术领域的进步,并在经济、人类—尺度、地球—尺度和社会—尺度创造新的工业和工作机会;二是通过聚合来提升社会创造创新能力和经济繁荣,包括发展旨在促进信息交流和互动的统一平台;三是挖掘人类潜力,促进人类终身幸福,包括升级认知化的社会、取得个体化和整合性的高质量的健康保健与教育。
2.中国对聚合科技的引介和初步探索
研究报告《聚合四大科技,提高人类能力:纳米技术、生物技术、信息技术和认知科学》在美国出版后引起了中国学者的高度重视,部分科研院所开始小范围地翻译和引介这一新的科技发展方向。后来,清华大学认知科学团队精心组织,历经三年时间,翻译出版了这份反映世界最新科技走向的研究报告。该书的翻译出版对促进我国纳米技术、生物技术、信息技术和认知科学的发展,促进四大科技领域的交叉合作研究,促进学科综合发展和人才培养,促进我国的国防建设和国家安全及促进我国教育体制的变革都具有十分重要的意义。
与此同时,于2011年完成建设并投入使用的陕西师范大学教师专业能力发展中心和2011年获准建设的现代教学技术教育部重点实验室(以下简称“实验室”),正是以认知科学尤其是以聚合科技的核心思想为指导的,教师专业能力发展中心和实验室力争在学习机制、教学规律、创新素质和教师发展四大领域的系统研究和实践探索方面取得突破性进展。教师专业能力发展中心和实验室是陕西师范大学代表教育部完成的国家“985”教师教育创新平台重点项目,包括各类实验室25个,这些实验室已经初步实现了将四大科技聚合起来,为教育创新尤其是基础教育领域创新提供研究支撑与服务的功能。实验室的研究人员来自生命科学、心理学与认知神经科学和计算机科学与技术三大学科背景,实验室将代表分子生物学、动物行为学、发展与教育心理学、认知神经科学和计算机科学与技术等不同研究范式的硬件相整合,服务于创新人才培养(见图2)。
2012年,实验室研究人员在《细胞》(Cell)杂志上发表有关星型胶质细胞与工作记忆的高水平论文,是该杂志2012年的最佳论文之一。此外,在创新教育研究方面,实验室研究人员在国际著名的《创造力研究杂志》(Creativity Research Journal)、《创造性行为杂志》(Journal of Creative Behavior)、《思维技能和创造力》(Thinking Skills and Creativity)发表了系列论文,产生了一定的影响。实验室研究人员还参与国务院教育体制改革项目“探索减轻学生过重课业负担的途径和方法”,创造性地将减负与培养学生的创新素质相结合,为我国深化教育改革做了有益探索。教师专业能力发展中心和实验室已经为来自北京、深圳、陕西、山西和甘肃等地的数千名在职教师提供了高质量的培训,大大提升了参训教师的教学创新能力。实验室还与美丽园丁教育基金会等机构合作,面向西北地区少数民族儿童实施培养创新思维的“学思维”活动课程,取得了很好的效果。目前,教师专业能力发展中心和实验室研究人员正在研发基于纳米技术、生物技术、信息技术和认知科学相聚合的智能教具、虚拟实验室和教材。
二、认知科学、聚合科技及欧美的基础教育创新
恩贝克不仅将极大地促进科学和教育的发展,而且还将把这两个方面的发展结合起来。《聚合四大科技,提高人类能力:纳米技术、生物技术、信息技术和认知科学》一书的研究者认为,社会的未来依靠科技的持续进步,而持续的科技进步又依赖于先进的科技教育。恩贝克的提出者认为,以下四种因素会使未来美国的教育发生根本改变:一是在教育系统中存在许多关于社会因素的反科学理解,要运用恩贝克的取向来对抗这些反科学势力;二是认知、生物、信息和纳米科技的快速发展,将对个体如何学习提供新的洞察,这会有效地变革美国中小学的课程内容、教学方法、教育评估形式和组织建制方式;三是通过恩贝克,新的教育技术和智能教具将在中小学得以运用,美国将会投入巨资开展这些新技术和新的智能教具的研发;四是很少有某一领域的专业科学家能够有机会在其科研生涯中转行到专门的恩贝克聚合研究和教育传播领域,因此,恩贝克必须在美国基础教育阶段大规模地推进这方面的工作。
认知科学和聚合科技对美国基础教育和高等教育的促进作用,不仅体现在众多研究机构和实验室的研究计划和研究成果中,而且也反映在美国各州教育中长期发展战略和各级各类教育过程中。恩贝克为美国基础教育的发展提供内容、过程和工具方面的支持。内容方面,人类基因组计划的成果将全面改进现有基础教育生物课程内容,同时在基础教育阶段将体现跨学科教育方式。过程方面,目前在美国康涅狄格州已经开发出以认知物理和生物为基础的教学模式,绘制各种儿童的学习模式,并给教师提供相应的教育建议,同时运用测量大脑活动和评估认知功能的技术评估学生的学习能力;此外,基于计算机认知恢复基础的注意和记忆增强技术、脑波和自动神经系统生物反馈技术等已被用来提升学生的学习能力、注意力和压力管理能力。工具方面,远程呈现和智能代理使得学生通过在线的实验室和高可靠性的模拟来理解基本的科学问题,生理监测和虚拟现实技术被用于指导复杂认知和浸入式学习。同时,美国各州开发出一系列针对教师和学生的评估体系和测试体系。上述内容对于大学研究内容的扩充和课程的开发,尤其是美国大学的师范专业发展带来了深远影响。
除此之外,世界知名大学都已经开展了认知科学和恩贝克相关学科的研究,并在研究如何将各相关学科的成果进一步研发,使之具有服务于基础教育的特点。例如,哈佛大学将心智与身体、社会、地球、太空、技术并列为六大研究分类。麻省理工学院将“神经与认知科学”作为重要研究领域,并强调“神经科学与认知科学已被广泛认为是未来几十年内最令人兴奋的研究领域,也是麻省理工学院未来10~20年内最重要的增长领域”。麻省理工学院设有“脑与认知科学系”“麻省脑科学研究所”等机构,并出版杂志《认知神经科学》(Journal of Cognitive Neuroscience)。加州大学圣地亚哥分校的认知科学系主要从事脑、行为和计算三个领域的研究。加州大学伯克利分校的认知研究所主要研究实际生活中的认知活动,并试图对这些现象给予理论上的说明。柏林自由大学是德国精英大学,近年来在认知心理学、物理教学论和计算机专家的联合攻关下,研制出虚拟实验室和虚拟教材系统。该系统遵循了基于物理理论教学、计算机模拟仿真和实验视频等内容的聚合原则。参加实验的人员轻轻点击屏幕就可以进入实验室,他们只需要在触摸屏上作出一定的手势便可完成实验,虚拟空间里的科学家还能点评学习者的“研究成果”。这种互动式屏幕实验和虚拟实验室已经用于德国中小学的真实课堂。该虚拟实验室还建立了学习者之间的联系平台,让他们可以共同实验并进行讨论。
在恩贝克促进教育创新方面,国际材料学会原任主席、美国西北大学张邦衡教授率领团队于1994年开始研发的材料世界模块(Materials World Modules,MWM)项目是个典范。该项目得到美国国家自然科学基金2000万美元的研发资助,项目所包括的中学创新教育课程以探究和设计为指导方针,引导学生在课堂中进行科学技术实验。该课程是专门为中学各科目,包括科学、技术、工程、数学以及其他科目的课内和课后学习而研发的。张邦衡教授所率领的来自美国西北大学的材料研究人员和来自美国中学的科学课教师依据人们日常的材料使用研发出16个课程模块,致力于应对各种全球挑战,如再生能源、环境保护、医药以及信息系统与安全等。
MWM所包括的16个模块分别是生物传感器、混凝土、瓷器制品、合成材料、聚合物、智能传感器、运动材料、食品包装、生物可降解材料、纳米概览、纳米技术、纳米世界中的光线处理、太阳能电池、环境催化、纳米模式和纳米级药物注射。所有模块的教学活动由三部分组成:首先,激发学生兴趣和好奇心;其次,探索活动要能够引出有关中心话题的背景知识;最后,设计项目通过利用现有的材料制作实用模型产品来激励学生能够学以致用。这16个模块代表了纳米技术最前沿的研究,同时与STEM课程以及科学标准紧密联系,而且其课程模块的设计贴近中学生实际,是全世界基于恩贝克设计创新教育课程的典范。
三、对我国基础教育创新发展的启示
综上所述,20世纪70年代以来,美国先后创立了认知科学和聚合科技两个跨学科的综合学科群体,他们试图利用多学科综合的优势来解决与21世纪人类生存和发展相关的一系列重大问题。这两大新的科技研究方向给我国基础教育发展战略带来启发和宝贵的发展机遇。
(一)应认真评估认知科学和聚合科技的发展及其对我国的影响
我国在认知科学方面只有10年左右的国家层面正式的、成建制研究的历史。对我国中小学产生实质影响的认知科学研究成果还非常少见。而在聚合科技方面,我国不应像在认知科学方面那样落后美国至少30年才建立专门的国家实验和研究机构。如果再等20年,到2036年的时候才开始研究聚合科技及其相关的教育问题,那将更加落后于美欧等国家。同时,应该指出,整体意义上的聚合科技的发展理念还远未进入我国最高决策层的视野,也未被写入我国的中长期教育和科技、人才等发展规划。发达国家和世界一流大学已倾注全力开展认知科学和聚合科技的研究,并将研究成果迅速应用到基础教育阶段,而认知科学至今并未被纳入我国的学科目录。因此,我国必须对认知科学和聚合科技的发展及其对未来发展的影响作出认真的评估。
(二)进一步更新中小学现有学科和课程设置
在课改过程中,我国中小学的学科和课程已经有较大完善,目前已经逐步进入围绕学生发展的核心素养开展新一轮课改的阶段。但要认识到,认知科学是六大学科的综合,聚合科技则是包含认知科学在内的更大的综合,这种综合的趋势为20世纪80年代以来科学技术的进步和人类认知的发展提供了广阔的科学基础、学科框架和发展前景。在这种背景下,我国中小学现有的学科和课程设置可能还要继续作出更大范围和更大程度的修正和完善。试想:如果我们的孩子学习的内容和上课的方法以及教师的教育理念、教学内容和方法还停留在工业革命以前或工业革命的水准,那么我们的孩子长大后拿什么跟那些从小就浸润了认知科学、恩贝克等现代科技素养的人们竞争?
我国如果想要在21世纪真正屹立于世界民族之林,现在就必须大踏步地赶上认知科学和聚合科技的发展浪潮。反观目前我国中小学的学科、课程和专业设置,还很少有从认知科学和聚合科技等角度作出因应时代的必要调整,若不改变这一状况,就很难打破原有的学科藩篱,很难实现有效的知识综合与创新。众所周知,新领域的开拓、新方法的应用、新观点的提出和新理论的建立是环环相扣和层层递进的,否则就很难培养出高素质、创新型人才。[5]
(三)反思现有的创新人才培养模式
我国在国家层面已经制定了建设创新型国家的战略,并先后推出《国家中长期人才发展规划纲要(2010—2020年)》《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)》。不少大学已经在创新人才培养方面开展了多年的探索,但还未见哪种培养模式真正“打造”出具有国际水平的“学术大师”来,这是值得深入反思的。
首先,在遴选原则方面,不少大学都以入学成绩或智力表现为第一衡量标准,集中优质师资、人力和物力资源,为这些少数稀有的“明日之星”量身“打造”课程内容、培养模式和发展计划,开设实验班。但不少学生在学习一段时间以后叫苦不迭,因为他们发现在看似光鲜的项目之下有大量不堪忍受的训练内容,从而纷纷想转到商学院、经管学院这些离“人间烟火”更近的学院或专业。
其次,在课程内容方面,许多大学推崇“宽基础”的培养模式,大学低年级不分专业、力图实现综合培养。但这个基础应该是什么样的基础,大学对此并没有实质的研究和考虑。阅读和熟记人文、社科或理科领域的经典名著,可以算作基础的一部分,但这些基础不会自然地引导学生往一个创新型研究方向去。究其实质,这些“打造”创新人才的计划是用生产机器零件的思维来做教育,没有从创新人才成长规律、评价模式,从认知科学的角度来研究和制订培养计划,也并未借鉴聚合科技提供的、新的知识综合创新的国际经验。
我们要看到一个严峻的现实,就在美国大踏步地将当代核心科技整合进中小学课程和课堂时,我国举国上下仍然在为孩子过重的课业负担殚精竭虑、奔走呼号。如果我们加强对恩贝克等相关学科在基础教育阶段如何实现有效教学的研究,开发出以儿童为本的教学模式和课程内容,“减负”可能就不再是教育难题。
(四)高等教育要加强对基础教育的关注
加强高等教育与基础教育的联系,与我国创新人才培养的战略息息相关。那些想要培养创新人才的高校,尤其是像已经进入“2011计划”或“985”“211”层次的高校,一定要对基础教育保持足够的关注。高等教育从业人员要认识到,人的创造性思维、导致高创造力的动机、问题发现能力和创造性人格等心理品质最关键的发展阶段其实并不在高等教育阶段。如果大学教师不关注基础教育,不关注基础教育阶段儿童青少年的创造力发展是越来越被阻碍和扼杀还是越来越被保护和促进,就很难在大学阶段培养出高素质、创新型人才,因为大学生不是空着脑袋来上大学的,他们上大学之前已经有了一系列比较成熟和固定的思维方式及人格特征。通过“宽基础”和“实验班”的方法,可能会使大学生从知识的存量上有所增加,但能否触及大学生内心深处、打破其可能存在的消极的思维定势,使其提出有价值的问题并实现有效的创新,就很难说了。同时,基础教育阶段的教育者不能一切向高考看齐,甚至为了激励学生,时时告诫学生“现在吃点苦,好好学,将来上大学就轻松了”,要知道大学并不轻松,最应该轻松的是中小学。
我国应认真借鉴美国和欧洲一流大学对于认知科学和恩贝克的做法,要将大学研究出的成熟的恩贝克等相关学科的知识,如人类基因组计划或纳米技术的成果,系统、有效地融入基础教育的课程内容。同时,大学应该为基础教育阶段的跨学科培育提供榜样和解决方案,并实现大学与周边社区基础教育学校的良好互动,如德国的大学经常向社会尤其是中小学生开放实验室,举办“科技长夜”“儿童大学”等活动。另外,大学应探索诸如测量大脑活动和评估认知功能的技术、注意和记忆增强技术、脑波和自动神经系统生物反馈技术等,用以提升中小学生的学习能力、注意力和压力管理能力;中小学要在实践中探索有效的高科技教育教学手段的应用之道,实现与大学研究人员的良性互动。
参考文献
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科技新闻深度报道的科学认知问题 篇8
“科技新闻深度报道”是多角度、全方位地反映有关科学事物过程、科技人物活动, 并揭示科学事物发展规律, 人与自然、社会关系的新闻报道方式。以重大科技事件、重要科技成果、杰出科技人物为内容的科技新闻深度报道, 在向受众传递科技信息的同时, 更重要的是揭示报道主题的深刻意义和传递其中所蕴涵的科学认知价值。
1 真实地反映客观事实
科学技术是社会历史的产物, 是人类智慧的结晶。在人类社会发展的历史进程中, 科学的发展也经历了“古代与巫术道术混杂——脱离迷信独立发展——近代科技革命——现代科技繁荣”的不同阶段。在不同的历史发展阶段, 关键性的科学成果和技术发现, 重要的科技人物是科学发展的转折点和社会进步的“加速器”。如中国古代的“四大发明”, 近代的“牛顿力学”和“广义相对论”的建立。可见, 科学技术发展是一个漫长、渐进的历史过程, 同时也是人类认识客观世界与事物本质的发展过程。
可见, 科学事物的发展具有一定的时间与空间“维度”, 决定了其深度报道的题材与内容具有“时间跨度”和“空间跨度”特征。这里, 时间跨度的内涵是科学事物 (科技事件、科技成就、科技人物) 艰难曲折的发展历程和人类社会发展过程中对客观世界本质与自然规律的认识轨迹。而空间跨度是指某一领域科学事物必然会延伸到不同的科学领域以及社会的各个方面。这就为科技新闻深度报道提供了丰富的新闻源流。
科技新闻深度报道这一形式, 只有历史地、客观地“反映”科学事物, 向受众展现科学事物的真相、本质特征与事物发展规律, 才能表现出“科学技术是第一生产力”, 并科学推动社会进步的巨大魅力。因此, 历史地、客观地报道科学事实 (事件) 的发生发展, 真实地再现科学家的活动行为, 是科技新闻深度报道的主旨和原则。
在社会的科学发展历程中, 另一个客观事实就是科学研究过程的真相。科技工作者, 特别是科技领军人物, 用自己的聪明才智, 做出了卓越的贡献。科技新闻深度报道对他们的报道不仅体现科学的发展历程, 也将科技工作者的忘我工作、献身科学的精神传递给了受众。对科技人物的深度报道同样也必须体现认知自然规律的特点, 反映科学研究过程的真相。
我们在报道重大科学成就时, 常常会注重个体的作用。但同时要特别强调, 尤其是随着现代科学发展, 在科学的主干上学科的分支愈加繁茂稠密, 边沿和交叉学科也欣欣向荣。一个科技项目将涉及到众多的学科, 如机器人科学就涉及到仿生、人工智能、材料、力学、机械、自动控制、光学等众多的学科。一个人很难兼顾多个领域的知识, 仅仅依靠个人也越来越难取得大的成绩, 更加强调合作是一个重要的趋势。团队的合作, 国内科研机构和院所的合作, 国际间科研机构的合作等等, 已经成为必然, 同时也是现代科研究过程的真实状态。
因此, 科技新闻深度报道在报道科技人物时要特别注意科学的承前启后的继承性与延续性, 既不能埋没一个人在科研发展中的作用, 也不要盲目夸大个人的功绩, 尤其是在报道科技领军人物时, 不能过誉个体的无所不能, “Group”这一词, 应该成为科技人物报道中经常出现的词语。
2 建立科学认识事物规律的理性思维
科学精神是科学在其历史发展中所形成的思维方式、价值取向、行为规范和优良传统的总和, 体现着科学作为社会现象的文化与精神内涵, 是科学实现其社会文化职能的重要形式。在现实社会中, 科学技术领域新的生长点往往出现在科学自身发展和社会需求的交汇点上。因此, 理性、客观看待科学领域的新生事物是体现科学精神的重要标志。
客观的本质是实事求是, 尊重自然规律, 不以人的主观臆断为转移, 讲究实证和试验的重现。理性则体现为在客观、科学认知的基础上, 具有辩证的、符合逻辑的思维方式与分析处理事务的能力。开展科技新闻深度报道, 同样需要这种理性思维, 这是维护科技新闻事实真实和客观的重要前提。
“人”是具有社会性特征的。实际上, 由于新闻报道是“人”的作品, 也是给“人”阅读的, 就不可避免地带有传者的主观成分, 也可能有受众“需求”的影响。此外, 由于社会环境和历史时期的局限性、地域和国别差异、利益诉求等因素的影响, 科技新闻深度报道保持理性和客观尤为重要, 值得特别强调。
同样, 对同一科技事件, 不同人的认识也不尽相同。如海水淡化技术, 对处于缺水的海湾国家来说这是至关重要的成果, 但对于雨水充沛的南亚国家来说, 对此却未表现出太大的兴趣。由此可知, 科技新闻深度报道的内容是不是深刻、有价值、有历史影响, 不能只简单看它的经济效益, 或对社会某个群体有益, 而应该更多地从科技本身的价值来衡量, 从历史的角度、科学发展的角度、社会价值的角度综合考量。
科技新闻深度报道出自“记者”之手, 只有从事科学报道的记者有了“客观”和“理性”的思维, 才能保证其作品的客观和理性。记者必须要有基本的科学素养, 具有比较好的客观分析能力和判断能力, 敏锐地把握报道对象的“虚实”;客观和理性是科技新闻深度报道的诚信基石。从方法上来说, 记者应保证新闻报道的客观性。记者不是万事通, 并不能对所有科学领域都有所涉猎, 记者须建立认知科学事物规律的“理性”思维, 予以分析和判断。比如科学同行的评议, 多角度深入采访等等。
因此, 科技新闻深度报道对记者个人提出了较高的要求。传者必须注重提升自身的科学修养, 具备理性、科学的思维和注重客观的采写。
3 揭示人类认识自然世界过程的艰巨性和复杂性
社会的科技进步是人类认识和改造自然世界的过程。科学探索是一个不断积累的过程, 期间要经历大量艰巨、复杂的研究, 甚至是无数的失败。而“失败乃成功之母”, 科学的发展也常常是必然中的“偶然结果”。这都需要从科技新闻深度报道中体现出来。传播内容反映报道主旨, 人类认识自然的艰巨性和复杂性就是主旨之一。
3.1 相对客观与相对真理
科学研究和科学认识是有规律可循的, 它揭示自然规律, 并向人们展示这些规律, 帮助人们利用这些规律服务生活、服务社会。科技新闻深度报道承担宣扬科学真理的任务。
科学本身发展具有曲折性, 科学理论常在“肯定、否定、再肯定”的过程中发展。“相对客观”与“相对真理”问题就出现了。比如近代天体物理学中的“以太论”, 早期得到了科学界的普遍认同和肯定, 直到上世纪八十年代, 科普读物仍然在传播这一理论。而现代的天体物理学告诉我们, “以太”根本不存在。但是从科学的发展历程来说, 这些“误断”又是不可避免的, 有时甚至是积极的, 因为它是科学发展的必经之路。
将这些错误纠正, 可能要经历相当长的科学发展过程。在科学认识的局限下, 新闻报道不可能负责纠正科学错误、判断科学真理。这是科学认知的艰巨性和复杂性决定的。但科技新闻深度报道一定要紧跟科学技术的发展步伐, 追求“相对客观”与“相对真理”的及时传播, 使大众接受到最新的科技信息。
3.2 认识事物演变的规律
人类对自然规律的认识从来就不是一帆风顺的, 在获得成功之前只有挫折和失败。通过科技事件的发生、发展过程揭示认知自然的规律, 追求自然规律认知所需要的坚忍不拔、永不言弃的精神, 是科技新闻深度报道所应当体现的重要内容。一项科研成果的取得, 一项技术从无到有, 通常要经历反复的失败, 其过程是科技新闻深度报道中最重要的内容与素材。
如“现代毕昇”王选研究出汉字激光照排系统, 引发了我国印刷业“告别铅与火, 迈入光与电”的一场技术革命, 推动了我国报业和出版业的跨越式发展, 创造了巨大的经济效益和社会效益。而这一技术成果经历了长达18年的艰难研发历程, 期间道路坎坷, 磨难重重。北京《新京报》2006年2月刊登《追忆两院院士王选:“现代毕昇”的方正人生》的深度报道, 就详细回忆了激光照排系统的研制过程, 通过全方位的描写, 体现科学研究的艰巨性和复杂性。
事物总有正反两面, 科学的发展和应用也并不总是让人振奋, 对自然规律的认知也要体现其过程中的“灰色”历程。
科技事件报道也有负面的内容。如以伪科学、水变油、大量神化的气功等为主要内容的深度报道, 人们从中可以看到科学发展过程中的种种劣根引发的问题。这些“灰色”, 是自然规律认知过程中不可避免的斑点。
因此, 在科技事件深度报道中一定要注意, 科学是严肃的、客观的、有规律的, 记者必须抱以严肃和科学的态度。否则易将负面的伪科学内容报道成了正面的科学进展。比如对“水变油”的报道, 不做逻辑分析和求证, 为了满足轰动效应和时效性, 使报道成为了伪科学的帮凶。又比如2003年SARS刚开始肆虐时, 中国疾控中心洪涛院士认为“SARS病源是衣原体”, 这是科学探索过程中一个阶段性认识, 与当时国内外专家的判断大相径庭。但有记者仅得到一点线索, 不做更多的调查, 不找同行专家求证, 甚至不了解国外专家的普遍判断, 就立刻跟风炒作, 造成了不利的社会影响。
在科学发现中, “首次”的荣誉是巨大的。但是科技新闻深度报道与一般消息报道的不同, 就在于不应追求成为“首次发现”的第一报道者, 而要把重点放在“深层次”上做文章, 探寻科学发现的普遍性、规律性问题。
3.3 科学价值的体现
历史地看, 一项科技成果是某一科学领域进展的阶段性总结, 它是自然规律认知过程中的“一次体现”。它可以是一套设备、一项技术、一种工艺方法, 甚至仅仅是一个肯定或否定的结论。它的价值可以体现在科学上的价值, 如湖南长沙马王堆的考古发现;可以是经济上的价值, 如一项新的酿酒工艺;可以是社会价值, 如杂交水稻研制成功带来的“拯救饥饿”的信心。但是, 某一项科技成果不会是“永恒的”, 其价值是“阶段性的”, 是“有限的”。
因此在做科技成果深度报道时, 需要认识到科技成果诞生是科技发展中的一个节点, 不能忽略前期众多的对成果支撑的“价值条件”, 在科技领域发展和积累过程中的深度报道, 还应当反映出取得这些成就的方法与科学探索精神的价值, 包括在探索过程中“失败”的有用价值。
4 对待科技人物的客观与宽容
科学的发展中总是不乏争议, 甚至是激烈的学术观点的分歧。即使在科研过程中, 这种争论也是正常的, 同时也是必要的。正是因为这些科学争论, 才能集思广益、去伪存真、相互启迪、思想融合。因此, 一个好的科研环境是自由的、宽松的、包容的。对科技人物的深度报道也应该是客观的、宽容的。不能因为与记者的观念南辕北辙就将非客观理智的情绪带入报道的写作中。
科学研究的重要方法是“大胆假设、小心求证”, 所谓“大胆假设”就是鼓励不同的思想和意见, 鼓励天马行空甚至是不着边际的创意, 因此很多科学工作者在具体科学问题上会有截然不同的看法, 也应当客观看待。“小心求证”体现了科学的严谨性, 不轻易否定, 只有相当充分的论证后才给出结论。
科技新闻深度报道也需要“大胆假设, 小心求证”。科技新闻深度报道的写作也要表现出客观与宽容。在下结论时一定要谨慎, 需要查阅文献, 采访权威等, 否则宁肯只陈述事实, 空置结论。上世纪八、九十年代一些媒体对“人体特异功能”、“水变油成果”不讲科学、不符实际的报道, 就是没有小心求证造成的。
当然, 因新闻从业人员缺少职业道德, “瞎吹乱捧”的典型人物或所谓“科学成就”的报道, 不在本文讨论之列。
笔者认为, 对于从事科技新闻的广大工作者来说, 建立正确的科技新闻深度报道中的科学认知价值观是做好科技新闻深度报道的前提和基础, 探讨科技新闻深度报道的科学认知问题, 具有重要的理论意义和现实指导意义。
参考文献
[1]吴国盛.科学的历程[M].2版.北京大学出版社, 2002.
[2]杨力行.自然辩证法概论新编[M].广西民族出版社, 2001.
科学隐喻的认知结构与运作机制 篇9
一 科学隐喻的概念认知结构
概念隐喻一般指包含两个更为广泛领域的概念并列的隐喻, 这种概念并列通过把相关的认知内容从提供域抽取出来而在接受域中触发一种特殊的概念意义的应用。概念隐喻的表现形式往往是隐含的, 从根本上来看, 概念隐喻首先表现为一种概念现象而非语言学现象。概念隐喻只是在概念现象的本质中、并通过这种概念现象才得以展现为一种语言学形式的表达法。概念隐喻将两个在逻辑分类学意义上或常识观念中相距遥远的经验领域统合、吸收到一起, 而这种统合和吸收的结果是提出一个部分共同或部分共用的概念结构, 如果这些经验领域在语言中已经被现实化, 那么, 此时就要提出一个部分共同的语义学网络。概念隐喻是作为一种隐含的象征性关系的来源而发挥其作用的, 这也就是说, 仅仅在语词和短语等特殊的言辞表述层面上是无法充分理解概念隐喻的本质的。通过概念隐喻建立起来的不同经验领域之间的象征性关联为创生一个从潜在性的意义上来看无限的言辞表达法序列提供了可能性的基础。在这种意义上, 也可以将之称为扩展隐喻。当然, 在现实的、历史性的语言应用实践过程中, 这种可能的、无限的言辞表达法序列中只有特定的一部分能够获得最终的现实性的转化, 也就是进入言语系统中并被词典编撰者收集从而获得语言共同体约定俗成的确认。但是, 除了这些被实际使用的表达法之外, 这个言辞表达法序列的其余部分随时都有可能在不同的语境中被引入言语系统, 获得其语言学形式。例如, 在物理学中, 一个扩展性的概念隐喻的例子就是利用具有事件性的空间的概念来隐喻时间。这个典型的概念隐喻把对于首要意义上空间介词的用法的语义学限制进行提升, 从而允许将其应用于对于时间的指称。[1]概念隐喻对于科学语言的产生和展开有着极为重要的触发和先导作用, 同时, 许多科学类比和科学模型也都是概念隐喻的非言语性表现形式。
概念隐喻结构的澄清及其影响人类认知系统途径的揭示, 是加深对于科学理论的意义和真理性之理解的必要条件之一。当代认知科学指出, 人类全部的抽象概念都是由一个或更多的隐喻进行界定的。对于科学隐喻而言, 隐喻语言显然只是体现出概念隐喻的轨迹, 更为根本性的元素在于科学家根据其他概念领域对科学领域进行再概念化的方式之中。科学隐喻的一般理论正是通过描述这种跨领域的概念映射而给出的。就此而言, 科学隐喻本质上就是一种概念化的过程, 体现出概念化的结构。当人类谈论抽象概念的时候, 几乎总是选择取自某一具体领域的语言。例如对于心灵问题的探讨就是使用空间模型隐喻非空间对象:在我们的心灵之中 (in) 、之上 (on) 或在其角落有某种东西, 我们从心灵中提取出事物, 事物经过我们的心灵, 我们把某物召唤到心灵之中, 诸如此类。事实上, 人类理解非感受性概念的最主要的方法就是通过具体经验情形进行隐喻。[2]概念隐喻是一种常规化、固定化了的科学隐喻, 它与新颖的科学隐喻是有一定的区别的, 这就在于它作为一种已经被广泛约定的、基础性的概念框架在科学理论语言的陈述和科学概念的运作中发挥作用。在这种意义上, 科学的概念基础完全是隐喻的。
科学隐喻主要是作为各学科中的概念隐喻而存在并发挥作用的。概念隐喻是横跨语义域、将来源域的推理结构投射到对象域之上的一种概念映射。这种概念映射绝不是任意的, 而是可以在经验的意义上进行研究并且作出准确陈述的。概念隐喻之所以并非任意的, 是由于它是被人类的日常经验尤其是身体经验所激发的。当代概念隐喻理论的研究显示, 在所有人类概念系统中都存在概念隐喻的扩展性常规结构。概念隐喻的映射结构不是孤立的, 而是发生在复杂的语义系统中并且以复杂的方式相结合。和人类概念系统的其余部分一样, 常规概念隐喻系统隐而不彰地潜藏在意识层次之下。当科学家有意识地创造出一个新的科学隐喻的时候, 往往只是利用了无意识常规隐喻系统的机制。显然, 概念隐喻的基本载体并非语词, 而是思想。例如, 在数学概念的构造中, 存在两种最基本的概念隐喻类型:基础隐喻和连接隐喻。基础隐喻使数学概念建立在日常经验的基础之上, 通过形成收集、建构对象或在空间中移动的意象使算术运算被概念化。由于保留了推理的结构, 这种概念化过程成功地把日常经验领域中的收集、建构和移动概念映射到算术的抽象领域中, 构成一种关于容器、路径、实体、连接等等对象的认知图式。基础隐喻正是因此把我们了如指掌的日常经验领域的精确的图式结构以及推理形式映射到数学领域中。连接隐喻所起的作用在于把数学的某个分支与其他分支之间建立起有效并且有意义的连接。例如, 当我们在隐喻的意义上把数理解为一条直线上的点的时候, 实际上就是把算术和几何学有机地联系在一起。因此, 连接隐喻的本质在于把数学知识中某一领域的特征映射到其他领域。
以算术领域为例, 基础隐喻的结构形式表现为以下三个方面:首先, 算术是一种对象的聚合。这个隐喻又包括若干子隐喻:数是具有同一形式的物理对象的聚合;数学工具是对象的聚合者;算术运算是组构对象聚合的行为;算术运算的结果即是对象的聚合;单位一是最小的聚合;数的大小是该聚合的物理大小;一个数所衡量的量是这个聚合的量;相等是对平衡的聚合量的衡量;加法是把不同的聚合放到一起形成更大的聚合;减法是从较大的聚合中抽掉较小的聚合而形成另一个聚合;乘法是对具有相同大小的聚合进行给定次数的重复相加;除法是对一个给定聚合进行分解为更小单位聚合的重复过程;零是一个空的聚合;等等。其次, 算术是一种对象的建构。这个隐喻包括以下子隐喻:数是物理对象;数学工具是对象的建构者;算术运算是建构对象的行为;算术运算的结果是一个建构的对象;单位一是最小的整体对象;数的大小是对象的大小;一个数大小的衡量需要被建构为对象的最小整体对象的聚合;相等是对平衡的对象量的衡量;加法是把不同的对象放到一起形成更大的对象;减法是从较大的对象中抽掉较小的对象而形成另一个对象;乘法是对具有相同大小的对象进行给定次数的重复相加;除法是对一个给定对象进行分解为更小单位对象的重复过程;零是任何对象的空缺;等等。最后, 算术是一种运动。这个隐喻包括以下子隐喻:数是一条路径上的定位;数学工具是这条路径上的运动者;算术运算是在这一路径上运动的行为;算术运算的结果是在这一路径上的定位;零是这一路径的原点或起点;最小的整数一是从原点向前走的一步;数的大小是从原点到定点的轨迹的长度;被一个数所衡量的量是从原点到定点的距离;相等是到相同定点的路线;加一个给定的量是向右或向前移动一段给定的距离;减一个给定的量是向左或向后移动一段给定的距离;乘法是对具有相同大小的量进行给定次数的重复相加;除法是对一段给定长度的路径进行分解为更小路径的重复分割。[3]连接隐喻一般是基础隐喻的变体。例如, 把集合论与算术连接起来的连接隐喻“数是集合”就是“算术是对象聚合”这一基础隐喻的技术性变体。再如数学中关于连续性的隐喻。对于连续性的隐喻描述是理解诸如运动、流变、过程、时间转换以及整体性等认知内容的必要方式。这些认知内容是从基于身体经验的图象模式和自然形成的映射到人类概念系统的自然概念扩展的结果, 主要建立在来源、路径以及目标模式以及虚拟运动隐喻的基础之上。因此, 数学家们所做的工作是把对于运动、流变、整体性日常理解的推理结构扩展到人类理解的一个特殊领域, 即函数和变分的领域。由此产生的概念可以称之为自然的连续性。[4]在数学中, 布尔数学逻辑是容器模式的一种扩展, 是通过容器逻辑的概念隐喻投射而被认识的。这种概念投射保留了“出”、“入”以及传递性结构的原初推理, 而后者最初是经由对于现实容器的物理经验而得到发展的, 只是在后来才被无意识地投射到一整套抽象的数学概念上去。
二 作为根隐喻的科学隐喻
根隐喻 (root metaphor) 实质上是一种深层次的概念隐喻或者说是概念隐喻的元隐喻。对于这一概念, 不同的哲学家给予了不同的命名:恩斯特·卡西尔 (Ernst Cassirer) 将其称为“根源隐喻” (radical metaphor) , 史蒂芬·派珀 (Stephen C.Pepper) 将其称为“根隐喻”, 威尔伯·厄班 (Wilbur M.Urban) 将其称为“基本隐喻” (fundamental metaphor) , 唐纳德·肖恩 (Donald A.Schon) 将其称为“核心隐喻” (central metaphor) , 阿尔伯特·曼拉比 (Albert Mehrabian) 将其称为“工具隐喻” (tool metaphor) , 厄尔·迈克康马克 (Earl R.MacCormac) 将其称为“基础隐喻” (basic metaphor) , 赞德拉夫科·拉德曼 (Zdravko Radman) 将其称之为“关键隐喻” (key metaphor) 。这种隐喻包含着对于世界基本结构的理解, 因此在某种意义上具有一种世界观的功能, 有对于“实在”进行解码的基本能力。“根隐喻”本身就是一个十分形象生动的隐喻, 最初被称作“绝对隐喻” (absolute metaphor) 。后者是德国学者汉斯·布鲁曼伯格 (Hans Blumenberg) 于20世纪60年代初提出的概念。布鲁曼伯格用这个概念指一种前理论的假定, 这种假定在本质上反对任何将其转译为精确的、基于严格定义的科学术语的企图, 但与此同时, 它又确实无疑地构成相关科学研究的前提性条件。由于这种隐喻是根据科学实践活动中理论范式的元语境揭示而得到例示的, 因此, 试图将这些隐喻的确定的、清晰的意义完全地发掘出来是不可能的, 能够做到的只是发现它们在特定科学理论话语中的位置, 从而作出一种相对的、并不确定的意义描述。“绝对隐喻”的功能就是我们将之确定为“元理论”、将之描述为建构并且连接一般意义上的知识以及特殊的物理学对象的进路所具有的功能。换言之, 根隐喻的意义在于确定科学研究目的和可能性的观点, 确定能够有理由并且有意义地加以追问的科学问题的种类, 简单来说, 就是通向科学研究的一种自理解。[1]59-60
(一) 作为科学学科观的根隐喻
美国明尼苏达大学物理学教授罗杰·琼斯在其著作《作为隐喻的物理学》中认为, 存在四种最为基本的物理科学的根隐喻建构, 即空间、时间、物质和数。由于这四种根隐喻建构对于现代物理学中宇宙概念的确立是至关重要的, 是物理学量化的起点, 为物理学整体提供了一个基础, 因此可以将其恰当地称为物理学的四种首要隐喻。首先是空间隐喻。空间隐喻最为根本的概念是分离和连接。现代物理学的空间隐喻是一种复合隐喻, 包含了人类对于分离、差别、连接、隔绝、定界、分割、区分以及同一等观念和经验的综合。点的不可入性以及延展的观念是空间隐喻的本质。空间隐喻作为现代物理学的概念基底之一, 提供了一种“单一性”和“整一性”的经验, 这种“单一性”和“整一性”涵括了历史上所有哲学家和科学家所追问的混沌以及宇宙统一体的终极状态。如果没有空间隐喻的话, 甚至连最简单的记数都是不可能的。“既然我们的空间建构是我们赖以表征自身经验的根本性隐喻, 既然它们是我们用以组织否则就会混乱无序的感官知觉的那种先验范畴, 因此, 它们必定反映了我们特殊的、异质的、并且是唯一的世界观。”其次是时间隐喻。从根本上来说, 时间就是以空间为隐喻的, 这一点在时间测量的问题上尤其明显。当我们说到时间的“间隔”与“延续”或者时间的“顺序”与“序列”的时候, 在我们的心灵中出现的是一种想象的长而直的时间之轴, 在此轴上分布着与事件相对应的点以及用以测量事件之间时间流逝而产生的距离。正是“间隔”、“延续”、“顺序”和“序列”这些概念所产生的空间图象帮助我们构想时间及其测量的观念。为了量化的和相关的概念目的, 我们将时间描述为某种一唯的连续性空间, 正是由于这种原因, 相对论将时间视为第四维, 增附到物理的三维空间之上。只要稍加留意就可发现, 时间的空间隐喻遍布在大量的物理学文献之中。[5]再次是物质隐喻。物质概念是整个物理科学得以建立的基础。著名哲学家、数学家罗素认为, 人类所建构的物质概念作为一种定义的结果是不可入的:在某处的物质就是在那里的所有事件, 并且因此没有其他的事件或物质的部分能够同时在那里。这是一种非常明显的对于物理事实的科学隐喻。物质构成的原子、基本粒子的隐喻性也是极为明显的。最后是数的隐喻。数作为首要隐喻之一在整个科学史中发挥着基础性的作用。古希腊哲学家、数学家毕达哥拉斯认为, 数是整个宇宙得以构成的最为根本的素材。直到现代, 理论物理学家基于纯数学的基础, 基本上仍然主张一种毕达哥拉斯式的理念。所不同的是, 现代物理学家更加关注量的描述, 而毕达哥拉斯的兴趣更多地放在质的描述以及符号的意义上。[5]141
(三) 作为科学世界观的根隐喻
只有极少数的范畴集合被证明为能够足够有效地获得对于世界事实全域的相对而言比较正确的解释, 能够作为特殊的科学世界观的根隐喻就属于这种范畴集合的序列。作为科学世界观的根隐喻能够被归结为以下四种主要形式:①形式主义根隐喻。形式主义根隐喻是基于相似性的根隐喻, 或者是基于特殊的范例多样性中单一形式的同一性。在数学哲学中, 形式主义认为数学应当被设想为不可解释的符号之排列, 只有语形学而没有语义学。只有在使得我们从一些观察达到其他经验结论的过程中, 形式主义才是有效的, 但它本身并不引入某种特殊的主题;②机械主义根隐喻。机械主义认为, 一切事物都可以通过形成于17世纪的科学说明概念的模式得到解释。它从统治粒子之间相互作用的数量法则中提取出自己的范式, 据此, 物质的所有其他特征都能够最终被理解。机械主义根隐喻是基于物质性的推拉或者在对于电磁以及重力场的感知中获得的吸引与排斥的根隐喻;③有机主义根隐喻。有机主义是一种基于动力学的有机整体的根隐喻, 认为世界中所发生的所有事实都可以依据植物或动物有机体的特征进行理解和解释;④语境主义根隐喻。语境主义认为, 任何一种文本都只能在其历史或文化环境的语境中才能得到恰当的理解, 或者只有在与同一作者其他文本的比较或映衬下、在某种传统中才能被正确地解释。语境主义一开始被美学、伦理学所使用, 后来扩展到哲学乃至科学中, 成为一种基于具有暂时性的历史境域及其生物学张力的根隐喻。[6]
根隐喻意味着经验观察的一个基本立足点, 是一种“世界假设”起源的原点。当科学家面对一个问题而茫然无措的时候, 他会自然地基于特定的根隐喻进行推论以寻求解决问题的方法。根隐喻所包含的富于启示性的类比引起一种假设, 可用于问题的解决。那种具有源始性的类比事实上就是一种世界假设的根隐喻, 对于根隐喻的分析产生出这种假设的各种范畴。这种假设的适当性依赖于这些范畴对于世界特征的解释具有精确性和无限制的范围的能力。一种世界假设与仅仅在其无限制的范围之内的其他假设是不同的。其他假设如果不是明确地就是隐含地局限于一个正在处理的局部性的问题, 或者正如在特殊的科学中那样, 局限于一个特殊的主题领域。诸如此类的假设可能永远否认特定的考虑是处于其探究领域之外的, 一种世界假设则永远不会如此。世界假设是任何提供的批评项目的解释的原因, 是一种无限制的假设。[7]根隐喻的概念以不同于世界假设范畴来源的方式进入了语言哲学, 它通常用于指称任何一种具有核心作用的理念, 这种核心理念是任何复杂问题能够得以进行组织的前提。然后, 根隐喻变成对于一种受限制的或特殊的假设的指称之点。库恩在《科学革命的结构》中认为, 在科学程式中作为具有引导性的概念模式而起作用的范式与在世界假设中同样作为引导性的概念模式而起作用的根隐喻之间, 实际上是没有区别的。根据库恩的描述, 科学的历史基本上与有限范围的根隐喻的历史可以视为相同的:在揭示特定领域事实的过程中, 根隐喻通过预言和阐释追求一种适当性, 一切具有能产性的经验理论的基础在原则上都是根隐喻。[6]
三 科学隐喻的运作机制
科学隐喻的运作机制以其独具的开放性为基本依托, 其本质则在于隐喻映射过程在特定科学理论语境中的展开和实现, 其目的在于表达出为我们具体知晓的、作为特定语义载体的概念语词和具有更大的意义或重要性、但较少为我们所知晓的作为语义要旨的概念语词之间的相似性。由于任何科学隐喻必须通过特定概念语词的方式才能够得以成立, 因此它预设了一种作为媒介的图象或概念, 当用一个合适的概念语词进行指示的时候, 这些图象或概念就能够被很容易地理解。这实质上意味着, 科学隐喻的起始运作必定依赖于某种字面概念语词意义的基础, 是以后者为基底和平台的。[8]
美国认知语言学家莱考夫和约翰逊提出了科学隐喻运作机制的三个基础性假定:心灵是内在地涉身的;思想在一般意义上是无意识的;抽象概念绝大多数是隐喻的。这就意味着, 在对世界进行推理以及解释观察对象的过程中, 科学家在很大程度上依赖于隐喻概念。由于认知结果来自于心智建构, 因此, 哲学家安德鲁·奥特尼 (Andrew Ortony) 将之称为一种“建构主义”。从概念隐喻理论的视角来看, 这种对于世界表征的心智建构建立在涉身推理和经验格式塔的基础之上, 所建构的理解元素来自于日常生活。科学隐喻运作机制的起点在于:科学中存在许多不同种类的问题, 这些问题始源于不同的科学学科, 因此属于不同的科学文化, 并且在不同的度量层次上应用于自然, 在这种过程中, 采用不同的科学隐喻对于以一种“科学的”方式所观察到的世界的推理和交流是一种至关重要的组成要素。[9]科学史中的许多案例都表明, 理论科学在用以表征某些特殊概念的词汇方面不断地产生过危机。这就在于, 科学的目的是为了描述客观实在的事物, 而许多客观实在事物超越于所有可能的观察, 因此就有必要发明出一些可以用于描述这些存在物的语词。此时科学家不得不求助于科学隐喻。在这种情形中, 科学隐喻的使用就具有一种自然而又必然的意义。诚然, 在最终的意义上, 科学家想要建立的是一种专门的、细节完备的、尽可能精确的理论, 但是, 在发展这样一种理论的过程中, 具有某种程度的含混性的概念可能是极有帮助的有效资源。由于科学隐喻是开放的、非特定的, 因此非常适宜地引导了这种特定的专门化和填补细节的过程。科学隐喻在起初可能是不合理的, 但它确实将研究者引导到未经探索的路径上。在任何意义上, 隐喻将引导性和新异性的有机结合确实使它在科学研究的早期的摸索性阶段极为有效。[10]科学隐喻的来源是从多种多样的人类经验领域中被挑选、改造、导出并且利用的, 从而被应用于不同的科学理论语境之中。科学隐喻的运行并不是单向度的, 而是双向的:既有从世界到理论的方向, 又有从理论到世界的方向;在不同的科学语境中, 它所运行的方向也是不同的:在科学发现的语境中, 它的运行方向是从世界到理论;在科学证实的语境中, 它运行的方向是从理论到世界。
法国修辞学家方塔尼尔根据内涵的不同将隐喻的运行划分为五种基本类型:将一个有生命的东西的专有名词用于另一个有生命的东西的转用过程;将无生命的物理的东西的专有名词用于纯精神性的或抽象的无生命的东西的转用过程;将无生命的东西的专有名词用于有生命的东西的转用过程;以有生命的东西喻无生命的东西的物理性转用过程;以有生命的东西喻无生命的东西的精神性转用过程。这五种隐喻运作的类型如果作进一步的概括的话, 又可以划分为两大基本类型:物理性的转用过程, 即对两个有生命或无生命的物理对象进行比较的隐喻;精神性的转用过程, 即将某种抽象的、形而上学性质的或精神层面的东西与某种物理的东西进行比较。[11]事实上, 科学隐喻的运作机制就是不同的语义场之间跨概念领域的一种映射机制, 这种映射具有不对称性以及局部性特征。每一个隐喻映射都内在地包含着隐喻的来源域实体与目标域实体之间的某种本体论的对应, 这种本体论对应表现为一个固定的集合。当那些固定的对应被激活时, 隐喻映射就能够将来源域的推论模式投射到目标域的推论模式上去。这种投射遵循一种不变性原理, 即隐喻来源域的图象图式结构以一种与内在的目标域结构相一致的方式被投射到目标域上去。这种隐喻映射并不是任意的, 而是基于身体以及人类的日常经验和知识。一个概念系统包含着难以计数的常规隐喻映射, 这些映射构成一个具有高度结构性的概念系统的亚系统, 无论是概念映射还是图象图式映射, 均遵循不变性原理。[12]
科学隐喻的运行可以在两个层次上被描述和分析。在一种显而易见的宏观层次上, 它作为一种概念置换的程序而起作用, 这种概念置换又可以分为四个不同阶段:调换、解释、修正以及阐明。第一个阶段意味着概念切换到一种新的语境条件中, 与此同时在新旧语境之间确立起一种可比较的关联性。调换与第二阶段即解释阶段是不可分割的, 这包含着一个概念从旧的语境向新的语境条件的某个特定方面的分派。调换和解释都从属于一种事先已经存在的概念可接受性的结构, 对于这种结构的部分进行抗拒的结果是置换过程中的一种调整, 这种调整可以被称为修正。修正意味着相互之间的适应, 它可以根据不同的语境条件采取多种多样的形式。最后, 当这个概念非常妥帖地显示自身被新的语境所吸纳, 就可以认为它已经被阐明了。这种阐明并不是一个已经完结的过程, 实际上概念仍然在语境之间保持运动。[13]
在亚里士多德看来, 隐喻的运行内容包括以下四种基本类型:从“属”到“种”的映射;从“种”到“属”的映射;从“种”到“种”的映射;类同字之间相互借用的映射。与此类此, 科学隐喻运行的内容大致包括:从具体事物到抽象概念的抽象化映射;从无生命事物到有生命事物的有机化映射;从宏观世界到微观世界的缩小化映射;从微观世界到宏观世界的放大化映射;从一般对象领域到机器领域的机械化映射;从日常语言到专业化术语的技术化映射;从想象领域到现实性领域的推理化映射。在所有这些类型的映射过程中, 毫无例外地都包含着科学抽象的内容。当然, 科学隐喻的运行不同于简单的抽象, 但却基础性地包含着抽象。抽象是科学隐喻运行的一个隐含的思想内容。“通过抽象, 语词为了涵盖一般意义而舍弃了对个别对象的指称关系, 一般意义则为在概念的相反意义上的隐喻抽象确定方向。从这种意义上讲, 我们可以谈论隐喻的普遍化。因此与所有其他名词相比, 隐喻化的名词与表示属性的名词更为相似。”[11]145需要注意的是, 隐喻的普遍化并不意味着它是作为逻辑上“种”的符号而存在的。由于隐喻抽象成为表示一般属性的载体的名称, 因此它能够适用于具有表达出来的一般性质的所有对象。也就是说, 隐喻的普遍化应当通过具体化得以补偿。
科学认知体系 篇10
由哲学、语言学、神经科学、人类学、人工智能等多学科领域专家参与研究的认知科学已成为国际学术界最为活跃的交叉学科之一。8月25日至27日, 由山东大学哲学与社会发展学院、中国自然辩证法研究会科学专业委员会主办的第十六届全国科学哲学学术会议在山东威海召开, 中国人民大学哲学院教授刘晓力在会上表示, 当前认知科学与哲学都在聚焦“意识难题”, 而试图单纯用物质论说明意识、破解意识难题会产生“解释鸿沟”。对“解释鸿沟”的不同描述体现了不同哲学观的冲突, 也是认知科学经验研究工作假说的冲突;而填补鸿沟不同的“桥接方案”催生和发展了不同认知科学研究纲领的变迁, 引导了不同经验研究方向。