生物科学研究的方法篇1
从哲学基础上讲，当代的科学哲学研究形成了两个迥异的派别，一是分析经验主义，其代表是作为20世纪西方哲学重要分支之一的西方科学哲学；二是以辩证唯物主义为原则和立场的马克思主义科学哲学，以俄（苏）和我国的科学哲学研究为代表。就俄（苏）和中国的科学哲学来看，虽然二者同属马克思主义的研究传统，但由于两国在科学、文化以及社会政治等方面的不同，形成了各自的鲜明特色。
一、苏联的自然科学哲学问题研究
苏联的自然科学哲学问题研究包括两个领域。其一是自然科学本身的哲学，是对有关物质世界、自然现象的科学理论本身的客观内容以及对所运用的相应的实验和理论的认识手段所作的哲学分析。这一部分旨在揭示科学研究的具体世界观和方法论内容，即越来越深入到自然科学中的马克思列宁主义的世界观和方法论。其二是对整体的自然科学和自然科学各部门所作的哲学分析，旨在阐明自然科学理论认识客观世界的规律和方法，阐明科学理论的结构、科学认识中经验层次和理论层次的相互关系。这一角度的研究侧重于科学理论的结构、科学认识的方法、理论原理和证明的论证方式、科学动态发展的规律等。苏联学者把这一角度的研究称为科学哲学的侧面”［1］（p2）。也就是说，苏联的自然科学哲学问题研究内在地包含了科学哲学的萌芽。但是，在20世纪60年代之前，苏联关于该问题的研究主要集中在第一个领域中。苏联时期一直存在的重要争论是辩证唯物主义和自然科学的关系问题。”［2］（p2-3）从苏联出版的经教育部审定核准的第一部自然科学哲学问题的教科书《自然科学哲学问题教程》（该书由时任《哲学科学》编委、莫斯科大学哲学系教授、自然科学哲学教研室主任c.t.麦柳欣主编）的内容上看，苏联自然科学哲学问题研究的重心基本上围绕前一个领域，而对所谓的科学哲学的侧面”则很少触及。
20世纪60年代中期，苏联的自然科学哲学问题的研究出现了重大的转折，传统的自然观研究开始退居次席，以科学认识论和科学方法论为核心的科学哲学研究逐渐成为研究的主导方面。1979年，в.а.本文由论文联盟收集整理卡尔普宁、б.м.苏哈诺夫和в.и.沙罗格拉茨基出版了一部有代表性的著作《自然科学和技术科学的方法论基础》。作者认为，自然科学的发展会不断揭示出自然界的发展趋势和过程，而唯物主义辩证法在这一过程中的作用，就是发展科学研究的方法论。该书逐一研究了力学、物理学、化学、技术科学的有关资料，论述了自然科学和技术科学进一步发展的前景和更为迫切的方法论问题，即，科学认识中经验和理论的相互关系，理论知识的综合，科学的相互联系和相互作用，元理论研究的哲学意义等问题”①。与此同时，苏联的一大批学者，如б.μ.凯德洛夫、μ.з.奥麦利雅诺夫斯基、в.с.高特、м.в.莫斯捷巴涅科、в.и.勃拉恩斯基、в.р.伊瓦诺夫、а.д.乌尔苏尔、в.а.施托夫等人相继出版了大量的著作，从各个方面对自然科学的方法论进行了讨论，这反映了苏联哲学界对科学认识方法论研究的重视。
在1981年4月22—24日召开的全苏第三届自然科学哲学会议上，科学院院长г.л.亚历山大洛夫指出，自然科学哲学问题是对自然科学的方法论基础，对自然和人在自然中的位置最普遍的看法进行探索和思考的一个中心枢纽”［3］（p407）。由此可见，这一转向已使得苏联自然科学哲学问题研究的内涵发生了变化。
苏联科学哲学的产生和发展，始终是在辩证唯物主义的传统下进行的。对这一过程进行分析，有利于我们正确评价马克思主义传统下的科学哲学研究。从总体来看，西方的研究者对苏联自然科学哲学是持全盘否定态度的。［4］（p99）西方的科学史家和科学哲学家们长期讨论苏联出版物中的这些问题，他们关心的是，这些问题是真问题，还是人为的、政治的产物。马克思主义当真影响了苏联科学家们的思考，还是仅仅就是个装饰”［2］（p3）。只有少数西方学者对苏联自然科学哲学采取了比较客观公正的态度。格雷厄姆在大量具体研究的基础上，客观地评价说：我相信辩证唯物主义对苏联一些科学家的工作的确产生了实际的影响，在一些情况下，这种影响帮助他们形成认识结论，并赢得了国外同行对他们的认可。”［2］（p3）
二、中国的自然辩证法研究
中国自然辩证法研究的第一个范式是自然观范式。［5］（p56）从20世纪50年代到80年代初，自然辩证法的研究主要是辩证唯物主义自然观，并以自然观为基础，建立了由自然观、科学观和科学方法论构成的内容体系。
中国科学哲学的产生来源于自然辩证法研究范式的转换。20世纪90年代末期，自然辩证法的研究范式发生了多个方向的转向，其中包括科学哲学、科学方法论、科学思想史、科学社会学、自然哲学等。在传统自然辩证法的研究中，研究者往往有着雄厚的自然科学基础，研究主要集中于自然观和科学观。随着研究范式的转换，译介和评述西方科学哲学的文章大量出现，科学哲学成为了《自然辩证法研究》和《自然辩证法通讯》两本核心刊物的主要栏目。自然辩证法的研究内容、研究方法以及研究队伍都发生了重大转向。
自然辩证法为中国科学哲学的产生提供了更为广阔的背景。20世纪80年代初，自然辩证法学会曾一度号称中国第一大学会，其研究绝不仅仅限于自己的学术圈子。自然辩证法的特点是兼容并蓄，既是一种学术事业，又直接面对国家发展的现实问题，在研究问题时常常借助于其他学科的理论方法。
自然辩证法为中国科学哲学的研究提供了更大的学术空间。科学哲学关注的问题其实是自然辩证法学科的内部问题。正因如此，从学科上我们把自然辩证法调整为科学哲学，但并未放弃自然辩证法。自然辩证法的研究以自然观为基础，恰恰是我们相对于西方科学哲学的优势所在。由于西方科学哲学仅仅面对自然科学，无视自然科学背后的本质和客观基础，因此，他们并不
能真正回答理论的内在完备性和科学理论进步之间的关系。”［6］（p111）西方科学哲学的这一特点，是它们在很多问题上不能获得正确认识的重要原因之一。中国的科学哲学是中国自然辩证法事业的延伸,传统的自然辩证法研究决定了中国科学哲学的演进与定位。并且，在中国科学哲学的研究和自然辩证法研究呈并行之势。
三、差异与趋同
科学哲学在苏联和当代中国的兴起，既有共性，也有差别。其共性特征是，在各自国家已有的哲学研究中早已内在地包含有关科学哲学的相关研究。苏联的自然科学哲学问题中包含科学哲学的侧面”，而科学动力学和科学方法论的研究一向也是中国自然辩证法研究的不可分割的组成部分。
在格雷厄姆看来，苏联自然科学哲学问题涉及十分广泛的领域，包括生命起源、控制论、结构化学、量子力学、相对论和宇宙学等。苏联上千种关于辩证唯物主义和科学的书籍、文章和小册子都包含上述各种值得讨论的问题。”［2］（p3）苏联的自然科学哲学问题是以辩证唯物主义世界观为基础的，而且他们认为，这种世界观也必会通过相应知识领域的理论内容而被具体化。从辩证唯物主义和历史唯物主义的观点来看，科学不仅是关于世界的理论知识的总和，更是一种社会建制。因此，他们不仅研究科学哲学领域中我们熟知的那些主题，更为注重科学发展的社会决定要素和动力。科学哲学的研究内容属苏联自然科学哲学问题研究的题中应有之义，因此可以说，苏联科学哲学的出现属于问题研究的内部转换”。
苏联的自然科学哲学问题一直不是苏联哲学的独立分支，只是辩证唯物主义哲学的一个研究领域。因此可以说，苏联科学哲学的出现使在辩证唯物主义基础上对自然科学的研究由一个附属的领域开始走向相对的独立。
和苏联不同，自然辩证法在中国不仅作为一门重要的独立学科来建设，而且已经成了一项有较大规模的社会研究事业。我们不仅成立了全国性的学术组织——自然辩证法研究会，而且这一学科作为高等学校理、工、农、医类硕士研究生的公共课大规模进入了课堂。在大口袋”思想的倡导下，自然辩证法的研究领域变得越来越广泛。20世纪80年代，自然辨证法研究主要集中于自然观、科学观、科学方法论、自然科学中的哲学问题及科技与社会研究，90年代以来则呈现出多元化的发展趋势，学术研究不断拓展，成果更加丰厚。刘啸霆将自然辩证法的精神财富和价值概括为五个方面。其一，它恢复和坚持了哲学中的分析精神；其二，它坚持和宣扬了科学中的哲学精神，包括对科学精神、科学理性、科学文化的研究；其三，它探索了科学发展和发展的逻辑、模式、机理等；其四，它回答了人与自然的基本关系；其五，它无私地培育和扶助了许多新兴的学科，在自然辩证法的事业下还为很多新的学科如科学社会学、科学管理学、科学政策学等的发展提供了理论基础和发展的空间。［5］（p58）1996年，于光远在他的著作《一个哲学学派在中国兴起》中指出，中国正在兴起一个哲学学派——自然辩证法学派。这个学派的特征是：首先，它属于马克思主义；其次，除传统的自然观、科学观研究外，它还特别重视社会实践问题，如西部大开发、科教兴国、国家创新体系、可持续发展等。
生物科学研究的方法篇2
1国内外城市化进程发展状况
当前，城市的快速发展已成为全球的共同趋势。联合国的统计资料[1]表明，人口城市化的趋势在不断地加速发展。图1表示了这种发展趋势。从图1可以看出，1950年的世界人口约为25亿，其中仅有30%的人口生活在城市。到20世纪末，城市人口大幅度增加，已经达到世界人口的50%。根据图1所示数据，预计到2025年，城市人口将占据世界人口的60%。城市数量和城市人口的迅速增长对人居环境提出了严峻的挑战。表1给出了世界上人口在100万以上的城市数量的增长[1]。从1950-1995年期间，全世界拥有百万人口以上的城市数目由83个增加到325个，说明95年城市数量是50年的3.9倍，这种趋势在第三世界国家尤为明显，同一时期城市的数目增加了6.3倍。
表11950-1995年间人口在百万以上的城市数目
Table1Citynumbersofpopulationbeyondonemillionbetween1950to1995
年代
1950
1995
1995:1950
第三世界城市数
34
213
6.3
发达国家城市数
49
112
2.3
全世界城市数
83
325
3.9
我国的城市化进程与世界同步，近年来呈现出高速发展的趋势。图2给出了我国城市数量增加的数据[2]。
2城市化促进自然科学新领域的产生与发展
我们首先以传统的地理学为例。近几十年来，尤其是第二次世界大战以后城市地理研究发展迅速，内容和影响都超过了传统地理学，成为人文地理学的一门重要分支学科。对城市进行地理学研究始于19世纪。第二次世界大战以后，许多国家的城市需要重建，世界范围内的城市化进程加速，这些都要求对城市进行全面的研究和规划，促使大批地理学家投入城市研究或城市规划工作。新兴的城市地理学的核心问题是研究区域的空间组织与城市内部的空间组织两种地域系统的关系。围绕这两种地域系统，具体的研究内容有：城市化研究、城市分类研究、城市体系研究、城市群和大城市集群区研究、城市综合地理研究等。城市地理学在城市化进程中逐渐形成了独特的研究方法：早期数量方法、系统分析方法、城市信息系统方法、空间抽样调查方法等。此外，地图是地理研究的传统工具。航空像片和卫星像片在城市地理研究中表现出重要作用，是研究城市时空变化关系的基础数据。
附图
图1全世界城市化城市人口百分比[1]
Fig.1Percentageofurbanpopulationamongthetotalpopulationinworldcities
附图
图2中国城市数目随时间的变化[2]
Fig.2NumberofcitiesinChina
以典型的工程科学——建筑学为例，随着城市化现象的迅速推进，建筑学向广度和深度发展。孤立地、狭隘地研究建筑现象已经说明不了问题，满足不了需要。客观实际已经按照系统工程的规律伸展了它固有的领域。城市及其区域已经逐步形成了一个开放的复杂的巨系统。城市化对建筑科学的影响，使得系统的思想进入到传统的建筑科学，进一步突出了新的建筑科学的关系——人与环境的关系[3]。钱学森考虑到中国传统的文化艺术和自然特色等种种因素，形象地提出了山水城市的理念，这一思想对建筑科学的发展，具有深远的意义。
以地球物理学为例，城市化问题使得传统地球物理学的研究方法、研究对象和研究内容面临新的机遇和挑战。20世纪初，地震波证实了地球铁核的存在，证明了2900km深度存在地核与地幔的边界。30年代，地球物理方法发现了地球内核的存在，在此基础上，科学家提出了地球内部分层模型。20世纪中期，各种地球物理勘探方法初步形成。40～50年代，地球物理学的主要研究对象是勘探固体矿产资源，60～70年代在此基础上增加了石油和天然气，80～90年代又增加了水资源。随着工业化进程的加快，环境问题也日益成为地球物理学的研究对象。总而言之，20世纪地球物理学的研究对象是以自然资源为主。20世纪末的全球性城市化发展趋势，使21世纪的地球物理学不可避免地要面对诸多的城市问题。80年代以来，由于地球科学各分支学科的日益成熟和全球环境问题的日益突出，人们认识到地球各圈层相互作用以及人类活动的重要性，地球科学的发展开始进入地球系统科学的新时代。城市地球物理学的发展在这样的时代背景下产生。城市地球物理学是一个全新的概念，是地球科学国际研究前沿的新兴学科。传统地球物理学的主要研究对象是自然现象，而城市地球物理学则主要研究自然现象与人类活动的相互作用。因此，在城市地球物理学研究中，除了自然科学问题之外，还应强调科学与社会的结合、各相关学科的综合及与各社会部门的协调。图3表示了城市地球物理学与环境科学和地理学之间的关系，这三者既有各自独特的研究领域，又有密切相关的交叉研究内容。
附图
图3城市地球物理学、环境科学、地理学之间的关系
Fig.3Relationshipamongurbangeophysics,environmentalsciencesandgeography
3城市地球物理研究的社会需求
(1)城市建设。科学家们预计21世纪的城市在向高空发展的同时，也将向地下索取空间，建设深层地下都市已经在科学家构想之中。20世纪平面式的城市功能在21世纪将从地下、地上两个方面重新进行立体配置。在一系列城市建设活动中，迫切需求地学界利用地球物理的观测和预测方法对城市地下空间的结构给出定量的描述，为城市规划积累基础数据。
(2)城市灾害。人类大规模的经济—工程活动对环境的影响
，已经达到了与自然地质作用相提并论的程度，而且发展速度快、影响范围大。各种灾害无情地破坏着人类的居住空间，给人类的生存造成威胁。这些灾害发生在地学研究的领域，迫切需求地学界利用地球物理的观测和预测方法对各种起因的城市地质灾害和对环境的破坏进行详细的调查。
(3)城市地下污染。原生环境的缺陷以及由人为因素造成的地下环境污染，在地下水的作用下，对生态与工业构成极大的危害，迫切需求地学界利用地球物理的观测和预测方法调查地下水的分布，为制定防治规划提供基础数据。
4城市地球物理研究的主要科学问题及其研究方法
城市地球物理学作为一门新兴学科，其主要特点是学科的交叉性及其社会服务性，城市地球物理不仅与地学界的其他学科有广泛的交叉性，而且与地学界以外的诸如人文类、社科类学科也有不可缺少的交叉内容。城市地球物理研究的最终任务是服务于社会，科学研究的核心问题是人与自然的关系问题。具体解释为：
(1)城市近地表结构与地质灾害的相互作用关系。天然与人为的地质灾害对城市构成极大的危害。这些灾害改变和破坏近地表地质结构，近地表地质结构从客观上阻止或促成地质灾害的发生。二者之间的相互作用关系是科学研究的问题之一。
(2)城市近地表结构与地下基础设施和地下建筑的相互作用关系。地下基础设施是城市的命脉，地下基础设施的科学规划以及地下建筑计划需要对近地表结构的观测与评价，大型地下建筑有可能改变城市地下应力场的平衡，二者之间的相互作用关系在未来城市发展中为地学研究提供了一个新的研究空间。
(3)城市近地表结构与地下环境污染的相互作用关系。地下环境污染破坏生态环境、危害人类健康，地下环境污染直接受控于地下水的分布，同时受控于近地表地质结构。对地下水的分布及其浸染走向的研究是防止和治理地下环境污染的重要依据。
城市地球物理学研究方法主要依靠观测技术、数据处理技术以及综合评价系统。观测是地球物理学研究得天独厚的手段，数字地震台阵、地球信息系统、INSAR计划、浅层地球物理观测在地学研究领域发挥了重要的作用。地球物理观测数据起到了透视地下的作用，是实现地下结构定量化与可视化研究的基本条件。针对城市问题的地球物理观测，需要在提高仪器动态范围的基础上获得高分辨率的数据，需要研究城市特定环境下的观测方式。认识浅层介质的复杂性以及地球物理数据的特殊性是研究城市各类问题数据处理方法的出发点。数据处理方法研究应该从基础研究出发，研究地震波场、电磁场、重力场分布规律以获得清晰的三维地下图像。保证足够的信息量是对城市问题做出准确评价与预测的基础，综合性研究在评价和预测中至关重要。地球物理学中各类方法的优化与组合以及与地学研究领域中其他学科的交叉，包括与非地学研究领域相关学科的交叉是开展城市地球物理评价与预测研究的主要方向。
5城市地球物理现阶段主要研究内容
(1)城市条件下地球物理观测方法研究。城市条件下的地球物理观测比常规野外条件下的观测表现出更多的复杂性。需要在已知的典型地下结构的条件下进行足够多的观测方法实验，针对“源”的问题，研究电磁波与弹性波的聚束发射，研究综合方法的同时观测技术以及时移观测技术，并根据已知条件进行数值模拟计算，对比观测数据与理论数据的差别，分别城市条件下观测噪声与干扰的特殊性，发现规律性，为实际的工业性调查提供指导性方案。
(2)城市介质地球物理正演算法研究。城市地下介质除受到地质构造运动外，更多地受到人为因素的改造，演变成为难以保存其原生地质痕迹的、极其复杂的地下介质。其地球物理响应与以往的地球物理观测必将表现出极大的差异。因此，必须以城市地下条件的特殊性为介质模型，研究地球物理正演计算方法，认识城市介质条件下观测数据的基本性质和形成规律。
(3)城市地球物理数据处理方法研究。城市地球物理需要采用非常规观测方式，其观测数据包含了大量意想不到的噪声。认识噪声的特征和有效地消除噪声，保护观测数据的分辨率是数据处理的关键问题。针对时移观测数据研究四维数据处理方法。在信号分析与数字处理方法研究中，需要充分吸收现代数字信号技术，开展适用于城市特定问题的处理方法研究，为综合评价提供准确数据。
(4)城市介质三维可视化研究。城市地下介质覆盖在水泥路面、绿地和建筑物之下。传统的钻井或探槽式观察方法在现代化城市中即落后又不适用。这项研究通过对观测数据的有效反演对城市地下介质实现三维空间可视化描述，提供三维精细成像结果。对典型问题开展有针对性的反演算法研究，为三维精细成像和可视化描述以及综合评价提供有效资料。
6城市地球物理研究需要社会关注
城市地球物理研究如何落实与如何发展是一个非常重要的问题。大专院校和研究机构应该进行必要的学科调整，实现资源共享和优势互补，应该积极参与城市地球物理研究相关工程项目，在学科之间进行经常流。工业、商业与企业部门应该面向用户，以市场为导向，为城市地球物理技术的研究提供场所和经济支撑，同时有必要参与各种研究活动，各学术团体应该相互配合，设立城市地球物理专业委员会，在学术刊物上开辟专栏广泛宣传城市地球物理研究的科研成果，各专业学会之间也应进行广泛交流。政府部门应该做出具体计划，以便各职能管理部门统筹安排，实现资源的合理分配与协调，要选择典型城市和典型项目作为依托，开展研究工作，在基础研究方面需要得到自然科学基金和国家相关部门的支持。
应该充分估计到地球物理各种方法在目前技术条件下的难点，要通过研究地球物理新方法、新技术提出新的认识、加强科技创新尤其是原始性创新。要集中精力利用地球物理数据编制城市地下三维结构的图像，当前城市地球物理研究的主题是“城市三维地图(3-DImagingofUrbanUnderground)”（注：国家自然科学基金委员会.中国内地—香港城市地球物理战略研讨会，香港大学.2001.）。
7城市地球物理研究的技术支撑条件
近20年来，地理信息系统技术的出现，乃至空间数据基础的建设和“数字地球”战略的提出，使得获取地球信息的手段达到了前所未有的高度，不仅使全球的制图和动态性制图成为可能，而且在环境监测、灾害预警预报、区域与城市规划等方面也发挥着极为重要的作用。21世纪将广泛采用高分辨率的观测系统（地面、海洋和空间对地观测）、高灵敏度和高准确度的分析测试系统（包括微粒、微量、纳米级和超微量）、不同条件下的实验模拟系统、建立在动力学及高性能计算基础上的数值模似以及数字化的地球信息系统，此外，现代化的观测技术与设施也将成为开展城市地球物理研究必要的支撑条件。
圈层相互作用研究是地球科学20世纪90年代以来的全新发展方向，方兴未艾。这些研究将导致交叉学科、综合学科的兴起与发展，形成整体性的地球系统科学。地球及其各圈层是一个整体。一些地球科学问题固然有区域性的一面，但这种区域性是寓于全球性之中的。在一定意义上，只有更好地了解全球才能更好地了解区域。同时，区域也是全球的窗口，区域性是通向全球性的大门。地球科学方面的“全球变化及其区域响应”研究计划，则为城市问题的研究提供了广泛的科学基础。
8结语
地球不仅在自然力作用下发生变化，而且人类活动作为地球上有关过程的一种作用力将进一步得到深入研究。21世纪将从人—地关系的角度审视环境的变化，为人类社会与自然环境的协调发展提供科学理论基础，使人居环境得到最大限度地改善，同时又要保持地球的“健康”演化。在新千年和新世纪来临之际，地学界应该重新考虑地学发展的方向和重点，使地学研究在人类社会发展中体现出自身的价值。在新世纪，地学在应用研究领域所面临的主要任务是合理地利用地球资源，帮助工业界解决难题，改善地球的可居住性。为此，作为地学领域主要学科之一的地球物理学应该做出应有的贡献。
收稿日期：2002-01-08；修回日期：2002-05-23．
【参考文献】
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生物科学研究的方法篇3
2009年10月,由中国科学院上海光学精密机械研究所干福熹院士发起,在中国科学院上海分院交叉学科研究中心召开了题为“科技与考古――自然科学与人文科学的交叉和融合”的研讨会。来自国家文物局、中国科学技术大学、中国科学院研究生院、复旦大学、北京科技大学、中国社会科学院考古研究所、上海社科院历史研究所、上海博物馆,中科院上海光学精密机械研究所、上海硅酸盐研究所、自然科学史研究所、兰州化学物理研究所,敦煌研究院等单位的30余名著名专家和学者参加了研讨会。与会学者在回顾了中国科技考古的骄人成绩外,还谈到了科技考古所面临的困扰。主要包括科技考古没有“名分”,研究人员面临申请科研项目和经费的巨大困难,也不能作为一个专业招收合格的研究生,没有项目、样品、经费和人才支撑的科技考古工作处处举步维艰(3)。
科技考古涉及到多学科交叉,这自然会涉及到研究项目申请时学科定位的尴尬问题。而且学科交叉所参与的学者本身专业背景不同,关注的问题也会存在差异。以往,当考古学者有求于自然科学工作者时,科技人员往往作为陪衬或辅助人员参与考古项目,比如年代测定或环境研究。而其成果也常常被作为研究报告的附录以供参考。而对考古学感兴趣的科技工作者所关注的问题,未必受到考古学者的同等关注甚至获得业内的认同。结果,科技手段可能并未能够恰到好处地用到解决考古学的重大问题上。
中国科技考古面临的一个迫切问题是,如何像当代欧美考古学那样,像过去的类型学和地层学方法那样,将各种科技手段作为常态或规范研究程序来解决各种科学问题。这样科技考古不再是考古学的一个分支,而是成了考古学的规范程序。考古学的成长本身就是一个不断吸纳社会和自然科学领域中各种理论和方法的过程,而科技手段的发展和提高与这门学科发展息息相关。这首先需要考古学家有明确的问题意识,而科技工作者也要了解考古学探索的方向和难题所在。如果两者对对方的想法了然于胸,并对考古学探索目标能够达成共识,这就能拧成一股力量来推动科技考古研究的进展。今后的发展方向应该是培养各种跨学科的复合型考古人才,不必再像现在,考古与科技仍是两张皮,考古学家只考虑器物和年代,让科技专家做些辅的检测工作,这样的合作难免貌合神离。
本文想对科学技术融入考古学的历史过程作个约略的回顾,并对科技考古学在中国的发展提供一些初步的看法。科技考古并非是用拿来主义,将考古学与自然科学手段简单撮合的问题,它还涉及理论和方法论的指导和设计。对这些问题的了解,有助于我们更好地将科技考古常态性地融入所有分析研究之中,使得科技考古最终成为考古研究的主流。
历史回顾
考古学与其他自然科学一样是西学东渐的产物,这门学科最早是在西欧确立的。考古学是从古物学脱胎而来,其形成过程受地质学和生物学的影响很大。地质学的均变论为生物进化论的产生奠定了基础,而进化论的普及才能使考古学这门学科突破六千年的圣经纪年,进而探究人类漫长的史前史。为了探究没有文字记载的史前史,地层学和类型学便成了确定人类文化遗存年代的主要手段。汤姆森的三期论首先确立了一种不求助于文献的独立断代方法,成为考古学与古物学的分水岭。
在考古学发展的初期,困惑学者们的主要问题是考古遗存的年代。因为不知道遗址和出土文物的年代或它们孰早孰晚,考古学的历史研究也就无从谈起。于是,在绝对年代测定出现之前,考古探究的主要精力大多集中在年代学问题上。而解决的办法采取了两条路径,首先就是汤姆森根据器物的材质和生产技术的发展前后,确立了石、铜、铁的前后发展阶段。而后,汤姆森又根据器物的形制或风格,将青铜时代的石器以及将铁器时代的青铜器和石器区分开来。其次,就是借用地质学中的层位学方法,确定物质遗存埋藏时间的早晚。
在放射性碳技术出现之前,欧美的类型学发明了器物排列方法(seriation)来为遗址和墓葬相对时代排序,同时采用交叉断代的方法,将没有文献的欧洲史前阶段与有历史纪年的埃及编年史联系起来,在欧洲和近东建立起一个大致推算的绝对年表。此外,从1905到1912年,斯堪的纳维亚的地质学家和植物学家利用冰川湖泊纹泥和孢粉建立起大约12,000年的绝对年代,并将其与历史纪年联系起来。1894年起,美国天文学家安德鲁•道格拉斯开始研究太阳辐射对地球气候和树木生长年轮的影响,这一方法在1912年开始用于对美国亚利桑那州和新墨西哥州史前遗址中建筑木料的绝对断代,将该区域的历史上溯到公元前4000年。后来,西北欧利用橡树年轮将当地史前史上溯到公元前8000年,而德国利用松树年轮,将当地历史上溯到公元前10,000年(4)。
考古学的革命性变化发生在1950年,美国化学家威拉德•利比发明的放射性碳断代方法为考古学提供了一种绝对年代的测定方法。这一科技成就是二战美国军用核技术的一个副产品,为考古学提供了一种全球适用的断代技术。之后,该方法对其他放射性断代方法的诞生起到了促进作用,裂变径迹法、铀系法、钾氩法等测年方法纷纷问世。再加上含氟量、黑耀石水合法、古地磁、电子自旋共振、热释光、光释光等等不同测年技术的诞生,为考古学提供了多种不同的测年方法。这些方法不但将考古学家从类型学断代中解放出来,去关注其他更加重要的问题,而且精确的年代测定使得考古学家能够更加细致观察和分析文化的变迁,探讨社会和文化发展的原因。
文化历史考古学的探究主要局限在探究谁、何物、何时与何地等问题,而20世纪60年代兴起的新考古学或过程考古学则提出了为何和如何的问题。新考古学对文化历史考古学描述性和编年学方法表示不满,认为考古学不应局限于历史学的描述和编年,必须像科学一样来探究造就文化变迁的原因。新考古学提倡在考古分析中引入自然科学的实证方法,以明确的问题导向提出假设,用严谨的科技分析手段来进行检验。过程考古学采纳了斯图尔特的文化生态学方法,从文化功能观和人地关系来观察文化的变迁,将文化看作是人类对局部环境压力所做的功能适应。于是,文化变迁的动力被认为主要来自生态环境的影响。于是,环境考古学成为过程考古学的主要方法。而人类历史发展的重要转折,比如人类起源、农业起源和文明与国家起源等战略性课题,成为考古研究的基石。在这一研究取向的激励下,各种科技手段蓬勃发展起来。这些科技手段的运用主要包括以下几个领域:地学,涉及地质学和土壤学的环境研究;植物学,涉及利用植物、孢粉、植硅石、树木年轮对生态气候的重建;动物学,涉及哺乳动物、鱼类、贝类、昆虫等生物链的重建;人类,涉及墓葬、病理学、食谱和遗传学的研究;器物和原料,涉及石、陶瓷和金属等工具的生产和使用。
环境考古环境考古是考古科技中多学科交叉表现最为显著的一个领域,它所研究的问题涉及到极为广泛的层面。比如,以石器时代狩猎采集者研究为例,考古学家需要有详细的动植物知识,对气候条件有一个总体的了解,并要掌握人类生计和食谱的信息。如以文明兴衰研究为例,环境研究可以为玛雅文明、复活节岛以及良渚文化的去向提供深入的洞见。环境考古首先在19世纪斯堪的纳维亚的贝冢研究中开启先河,随后在瑞士的湖居遗址和北美的贝冢研究中采纳。1949年,英国考古学家格拉厄姆•克拉克对中石器时代斯塔卡遗址的发掘采取了环境重建的方法,为在欧洲推广多学科研究提供了榜样。目前,环境考古是考古科技的一项主要目标,涉及范围极为广泛,从全球气候到影响个人日常生活的昆虫和细菌。正如美国考古学家丁考兹(D.F.Dincause)所言,环境考古的意义在于,如果不了解自然和生物学背景,就无法了解人类过去生活的各种状况(5)。
环境变迁与气候密切相关,更新世是冷暖交替剧烈的冰川时代,这种气候环境对人类起源和演化产生了巨大的影响,而冰川后期的气候变迁与农业起源和文明起源关系密切。虽然长期的气候变迁十分重要,但是短期波动对人类生活也影响巨大,特别是以特定农作物和牲畜为生的农业社会。
地貌和土壤对于重建古环境十分重要。地表的土壤堆积、岩石露头和河湖水源的分布决定了动植物的类型和分布,以及人类觅食活动及农耕活动的条件。但是,目前土壤的分布以及农业经济的潜力可能与古代不同。土壤科学需要勘查地层的剖面,以分辨被侵蚀活动或后来土建活动所掩埋的古代地面。特别当人类不断砍伐山上的森林以拓展耕地,水土流失就会掩埋河谷底部原来的农田和聚落。分辨不同类型土壤,也能够了解人类对环境的扰动。比如褐土是林地环境的典型土壤,只要林木生长,土壤就十分稳定。但是伐林开荒后,降雨的淋滤过程会导致土壤退化,结果变成贫瘠的不毛之地(6)。
植被是区域环境变迁的一个很好衡量指标,除了充分利用大型植物遗存如种子、木头和叶子外,孢粉和植硅石被广泛用来重建古环境的变迁。而动物群一直是考古研究的一个重要方面,主要收集和分析各种动物的骨骼,并统计它们的数量。最初,动物群研究纯粹是从年代学和气候环境角度来分析的,后来这些材料成为研究人类生计和经济变迁的重要内容。考古学家研究动植物资源利用的季节性变化和丰富程度,以了解古代人群的觅食策略和聚落形态,这种研究对于从狩猎采集向农业经济过渡尤为关键。当一处遗址或一个区域的植被历时变迁被构建起来之后,加入动物群、聚落分布和器物工具等资料,就能对该地区古代人类的生计和物质文化功能做出比较准确的解读,并能够重建人类经济、技术和聚落形态(社会结构)的具体演变轨迹。但是,动物群分析需要仔细研究动物骨骼的堆积动力,不能将它们看作都是人类行为的结果。这就产生了埋藏学和动物考古学的特殊领域,将人类活动与自然动力比如食肉动物造成的骨骼堆积区别开来(7)。为了从遗址中尽可能提取所有动植物材料,浮选法或水洗法被用来收集微小的植物种子和小动物骨骼。浮选技术的应用,对农业起源研究带来了革命性的突破。美国考古学家肯特•弗兰纳利在对伊朗阿里科什遗址发掘之初,认为植物遗存很少,人们生计仍然以狩猎采集为主。两年后采用了浮选技术,从整个文化层中发现了四万颗小麦和大麦的种子,彻底改变了对近东农业起源的认识(8)。而区分野生动植物物种和驯化物种也是一个需要用特殊方法分析的领域,因为驯化是一个漫长的转变过程,不可能通过鉴定少数样本的特征就可以获得对这一过程的充分认识。
大约从旧石器时代晚期开始,人类开始加大对水生资源的利用。到中石器和新石器时代早期,鱼类和贝类成为广谱经济的主要利用对象,在世界各地形成了大量的贝丘遗址。鱼类的骨骼较小,需要通过水洗来收集。与其他大型哺乳动物相比,鱼骨保存的几率要低得多。因此有可能低估一个遗址中对鱼类资源的利用。许多鱼类都有耳石,能够留存下来以供鉴定。有些鱼类如鲶鱼鳍的椎骨,能用显微镜观察其生长线以估算其年龄及其大小。从一些鱼类可以推断其栖息地的水域环境,甚至捕捞的季节(9)。有些海滨和湖畔的贝丘遗址几乎都是由贝壳堆积而成,贝类作为食物资源的潜力比较容易计算,由于其卡路里能量较低,所以虽然其看似数量巨大,但是可能仍不足以作为主食或全年供养较多的人口。一头赤鹿提供的卡路里相当于52,267只牡蛎或156,800只蛤(10)。不同贝类栖息地的水深,可以指示捕捞的范围和强度。贝壳生长线的观察,可以指示是全年还是季节性采集。比如,对丹麦一处贝丘遗址的观察发现,中石器时代先民主要在春天捕捞牡蛎,而新石器时代先民捕捞的时间更长,一直延续到夏天(11)。但是,有时在内陆遗址发现一些贝壳,则未必作为食物。大的贝壳会作为容器和工具,甚者作为仪式用的号角。小的海贝常常被用作装饰品甚至货币。周口店的山顶洞出土了用作饰件的海蚶壳,殷墟妇好墓出土了6800多枚产自南海的海贝,三星堆祭祀坑也出土了大量海贝,这些贝类显然是远程交换的奢侈品,具有特殊的文化或宗教象征意义。昆虫在指示环境变迁、过去人类的生活条件、食谱和健康方面信息具有较大的潜力。
人类骨骸更新世的古人类骨骸极其珍贵,可以提供人类起源和体质进化、物种差异的信息。全新世人类骨骸出土成倍增加,过去对考古遗址出土的人骨一般观察一下性别和年龄,现在采用高新技术,考古学家可以从人骨中直接获得其当时生活状况的信息。
首先,通过检测骨骼中的微量元素和同位素可以了解古代人群的食谱。比如碳同位素13C/12C比值可以指示主食的类型和来源,氮同位素15N/14N比值较低指示农业为主的经济,而比值较高指示一种以海洋资源为主的经济。而微量元素锶则是素食和肉食比例的有用标志,这种测定往往可以在没有其他动植物遗存的情况下,直接了解人类的生计及经济形态的转变。
其次,人骨的病理学和法医学研究可以了解过去人群的身高、营养状况、劳动强度、暴力创伤、寿命和疾病。理想的话,病理学研究与其他考古信息结合起来,可以详细重建过去人类生活状况的细节。有时,单一遗址就能提供经济变迁的重大信息。比如叙利亚幼发拉底河边的阿布胡赖拉遗址起先由狩猎采集者居住,后来由新石器农人居住,于是对这两个阶段的人群能够直接做病理学的比较。证据显示,新石器时代妇女,因长期跪着碾磨谷物,导致关节炎和膝盖和拇趾的损伤。此外,长期负重、暴力和战斗也会留下过量运动导致的损伤(12)。
还有,遗传学的DNA技术利用分子钟来破解人类的遗传密码,它不仅可以区分性别,而且可以追溯现代人的起源、族群的渊源和迁徙,因此可以解决物质文化无法分辨的族群问题(13)。线粒体DNA可以追溯母系的渊源关系,而Y染色体可以追溯父系的渊源。DNA技术近二十多年来成果斐然,为了解现代人的起源和扩散作出了巨大贡献,其成就被认为可与人类登陆月球相媲美。
器物、原料和工艺岩石学方法可以分析石、玉和陶器的成分和结构,这些岩石和陶片的切片被放在显微镜下观察,可以知道组成的矿物以及地质来源。金属器物也能同样做金相学的显微观察,了解金属生产的主要阶段,以及区分细微的铸造过程。它还能揭示铜器是否经过冷加工处理或低温退火处理。对铁和钢的金相分析,可以识别锻铁和渗碳,了解金属冶炼的工序,并揭示古代工艺的无数奥秘。
痕量元素(traceelements)是指器物或原料中的微量杂质,采用光谱测定法(spectrometry)可以加以探测和测量,它们对于追踪原料产地极其有用。这种方法在特征化(characerisation)研究中十分关键,这是一种为石器、玉器、矿石和陶土原料产地提供个别“指纹”的方法。此外,X射线衍射、X射线荧光技术、等离子发射光谱法和粒子诱发X射线荧光分析(PIXE)都是一些无损伤的探测技术,可分析少量样本中的痕量元素。对于了解古代人类的生产活动、交换、贸易,这些技术能够提供极其重要的信息。
考古学家现在常常采用微痕分析来了解石器的使用痕迹、骨骼上的工具切痕或动物齿痕,以了解工具如何使用,以及人类对肉食的利用。比如,美国考古学家发现非洲早期人类遗址和周口店遗址中的一些动物骨骼上,石器的切痕总是覆盖在动物的齿痕之上,表明这些动物并非是古人类自己猎获的,而是通过尸食或腐食来获得肉类。微痕观察后来衍生出器物的残渍或残留物分析,通过生物、化学(如气相色谱)、免疫、微观形态观察等多种现代手段识别石器和陶器上残留的古代DNA、淀粉颗粒、植硅石、蛋白质、脂类、炭化物等,以了解工具使用的对象和人类的生计。比如,加拿大考古学家托马斯•洛伊(T.H.Loy)采用免疫学方法,从不列颠哥伦比亚省一处史前遗址出土的石器上分辨出十几种动物的血渍(14)。我们曾将跨湖桥遗址出土带有锅巴的陶片,请复旦大学拉曼光谱实验室检测其化学分子结构,结果发现了脂肪和植物的残渍,表明当时可能采取一锅煮的烹饪方式(15)。现在,磷酸盐分析被用来分辨不利骨骼保存土壤区域的人类居住和活动区,因为人类和动物的脂肪、骨骼和粪便分解后会留下大量的磷酸盐。
现在,科技方法在考古学中的应用已经涉及到各个探索领域,这些不同领域的研究只是一组方法中的一部分,获得的信息需要解读与整合,以求重建人类历史发展的具体场景和过程。所以,这需要问题指导下的探究和理论指导下的阐释,作为将不同科技领域研究成果综合起来的纽带和桥梁。
作为科学的考古学
真正的科技考古应该是自然科学与人文科学的整合,这是当代考古学的魅力之一。我国一些学者坚称考古学的基本方法是类型学和地层学,目前许多学者从事的工作仍然是对器物的分类、分期和分辨考古学文化。其实这些都是二战前国际考古学界流行的研究范例,因为当时考古学家的主要任务是对考古发现断代和编年,所以我们需要与时俱进。二战以来,考古学与史前学无论在目的还是研究方法上都发生了巨变,考古学家已认识到、并努力克服先前工作中的缺陷,这就是:缺乏知识训练的经验主义,研究和分析缺乏缜密性,以及阐释方法上的主观性。目前,这门学科的主要趋势,表现为对方法问题的日益关注,并对早期研究结论的怀疑。在研究技术上,则越来越多地从精密科学和应用科学中吸取方法和手段,并在研究分析上越来越接近精密科学和应用科学。在考古学术圈里,人文科学已经与实验科学建立起更为稳固和融洽的联系(16)。
科技手段毕竟是各种不同的方法,如果考古学目的是要了解过去,那么我们还有一个重要问题就是我们希望了解什么信息。当今的考古学可谓十分庞杂,林林总总分为不同时段和不同探索领域的专攻。传统考古学仅限于编年学目的,从现在这门学科的发展现状来看已经显得过于狭隘。过去,中国学者将考古学定位在历史学,希望以地下之材补充文献资料的欠缺,现在来看这样的定位和视野也已过时。当代考古学意在揭示存在于一定时空里不同人类的生活方式和社会发展,并远远超越了文献记载和关注的范围。
作为研究手段的科技方法,需要理论的指导。理论与方法密不可分,理论提出“为什么”的问题,那么我们就会设法采用不同方法来解决它。如果一位考古学家缺乏理论指导的探索性思维,就不会意识到新技术对他的分析有什么用处,也不会积极开发新技术来解决新问题。同样,一位科技专家分析陶瓷、玉器或金属的成分,如果他不了解并设法去解决考古学探索的问题,对检测结果可能也就只能就事论事。
英国考古学家伦福儒为考古学研究分为相互交织的三个方面,一是问题、观念和理论,二是研究方法和技术,三是田野考古发现(见下图)。问题和理论主导着采用的方法和技术,并且指导寻找哪些考古材料或样本;方法和技术根据设计要求,为解决特定问题来分析各种材料和提炼信息;田野发掘则根据需要解决的问题以及方法和技术的要求采集样本。这三个方面都是彼此衔接,相互依存的。如果没有特定的问题意识,方法的选择和好坏就没有标准,再先进的技术也无用武之地,只能是挖到什么就收集什么材料。这样的发掘往往以典型、罕见、精美和完整的器物为目标。有了理论和问题的指导,采用哪种方法以及创造新方法就有了明确目标,而且田野发掘也对寻求和收集的材料有了明确的选择和要求。所以,在田野发掘中为特定测定技术如碳十四或孢粉采样,必须谨慎和缜密地进行。发掘和记录也必须留意每件器物和每处遗迹的空间位置,以求重现遗址的原貌。
为此,在科技手段日益渗透到考古分析各个领域中去的时候,我们也必须同步增强理论指导的问题意识,这种问题意识对于考古学家来说,与对科技专家而言同等重要。中国学者向来鄙视理论,认为理论是个人的成见,是将主观想象硬套到考古材料之上的做法。这种将考古学看作是一种“材料科学”、并让材料自己说话的研究其实是很成问题的。正如伦福儒和巴恩所言,虽然考古学研究人类的过去,是一门历史科学,但是考古学家发现的材料并不会直接引导我们去思考什么问题,发现的物质遗存自己也不会说话,是现实中的我们赋予其意义的。在这点上,考古学的实践更像科学研究,需要像其他自然科学专家一样收集材料和证据,做实验,构建假设用来解释材料,并用更多的材料予以检验,从而提出一种最佳陈述。考古学家的历史重建也是通过相同的途径才能取得,这种历史图像并不能现成地从材料中自动显现出来(17)。
当今考古学的发展趋势,使得考古学家不仅需要不断增加和改善本学科的技术和方法,而且需要熟悉和掌握那些看起来与自己研究领域毫不相干的科技方法。与其他学科发展一样,考古学的专业化和分工化进程也在不断加快。对于这种学科交叉的趋势,需要从多学科研究成果的并列,转向跨学科研究一体化的协调与合作。后者才是科学考古学的最终目标。
皮埃尔•德•拜勾画了多学科向跨学科研究的一种渐进过程,在他看来,只有当不同学科的合作达到可以说是高度综合的程度,才算是真正的跨学科阶段:
(1)不同学科的学者各自研究同一课题的不同方面。
(2)各门不同学科的学者同时研究同一个问题,并协调各自的工作和成果,并在综合这些成果之后,寻求某种程度上的统一。
(3)研究者共同研究同一个课题,比较各自做出的假设,以批评方式相互评估各自的方法,以求获得一个共同的结果。
(4)一门学科运用其他学科的方法和技术,以便更好地认识本学科的研究对象(18)。
在学科交叉的初期,考古学家常常会将其他领域科技专家的工作看作是辅的。在这种低水平的交叉研究阶段,考古学家求助于“辅助”学科,向其他学科专家索求一些资料和帮助,而这些专家也不亲自参加考古调查,甚至对考古研究不感兴趣。将这种学科交叉,称之为“辅助”科学也许是恰当的。但是,在学科交叉中,考古学家更愿意与对考古学感兴趣的专家合作。因为,考古学对他们探索的问题也许同样是一门“辅助”学科。著名法国考古学家弗朗索瓦•博尔德曾对旧石器考古学的学科交叉有一个经典的见解,他说:“在我们自己的学科内,没有哪一门学科是‘辅助’主要学科的,所有学科都是相互辅助的。我们认为,外行的‘咨询’专家是不能胜任的。这个队伍的所有成员,在某种程度上是我所提及的三个主要学科的专家,即考古学、地质学和人类学,同时通过能相互熟悉其他学科的问题,并且习惯于进行长期合作。我认为,这是一个研究‘整体’,而不是研究的专业划分,这是首要的问题”(19)。博尔德的见解应该适用于所有学科交叉的考古研究领域。
西格弗雷德•德•拉埃指出,要使考古学成为一门真正科学性学科,需要对事实真相的锲而不舍的、系统地研究。并且为重现过去的整体面貌,在研究中采取历史批判主义的原则,审视所利用的一切材料,对原始材料的价值和可靠性做不断的检验。今天,考古学已成为了如此广阔的天地,以致考古学多数部门都趋于专业化。实际上,没有一个人,没有一支团队能够涉及所有方面。因此,当合作研究需要完全不同的学科参与时,这样的协作就会出现困难。理论上说,学科交叉是一项集体的任务,但是考古学的综述则总是一个人的工作,尽管这种综述是建立在集体研究的基础之上。一个有能力的考古学家不仅必须精通本专业的方法,而且必须受过历史学家的训练,并且对共同合作的其他学科有充分的了解,以便在自己的阐释和综述中,正确地、批判性地运用这些学科提供的研究成果。但是,具备这种广博知识,有能力进行大范围综合的专家并不多(20)。因此,中国的科技考古学还有很长的路要走。
小结
最近几十年,见证了考古学从古代遗存中提取信息的能力迅速提高,使用的科学技术手段越来越复杂,越来越多样。与此同时,研究材料也越来越广,种类也越来越繁杂。这使得考古学表现出两个趋势,一是发掘比原来更为缓慢,这样才不会遗失和疏漏土壤中包含的任何材料和信息。于是,我们看到,发掘工作过去只不过是挖土的活儿,现在就其需要的细巧和精密而言,简直可与外科医生的技术媲美。二是我们可以从每件器物上获得更多的信息。也就是说,随着考古科技的发展,它正在用比原来少得多的材料做比原来更多的事情。
与此同时,考古学理论也蓬勃发展,引导着考古学家不断探索的新方向。正如巴恩所言,考古学变得像一块海绵,浸泡在各个学科组成的整个海洋中,不断吸收各种理论观念和技术的片段。然而,在考古学的发展中,理论和技术的发展并不平衡。由于技术没有国界和阶级的归属,大家都很愿意接受和学习,但理论则是意识形态的表述,是个人的标签。学者选择理论犹如选择党派与信仰,意味着隶属于某个群体或派别。因此,我们会发现,采纳新的理论,要比借鉴新技术和新方法困难得多。比如,我国有些学者对新考古学的理念并不认同,但是在推进新考古学习用的环境考古和聚落考古上却十分积极。然而,虽然采用了与国外相似的方法和材料,但因理论指导和问题意识不同,研究成果也就大不相同。因此,考古学并非完全是客观的、单凭提升技术就能达到预期目标的研究领域,考古学家自身的观念和指导思想会对这门学科的发产生巨大的影响。比如,法国史前考古学泰斗莫尔蒂耶为旧石器考古学作出了杰出的贡献,但是他脾气很坏,经常出言不逊。他主办的刊物总是诋毁其他学者,偏袒自己的学生和盟友。他对所有的新理论都嗤之以鼻,确信任何与他看法不合的理论都是错的。而欧洲史前学者因信服莫尔蒂耶这样有影响学者的见解,长期阻碍了对旧石器时代墓葬、洞穴壁画和尼安德特人的研究(21)。
在上述伦福儒和巴恩所提出的理论观念、方法技术和发掘材料的三角关系中,理论观念显然处于主导地位。他们认为,考古学的发展,首先是观念、理论和看待过去的历史,其次是方法技术和研究问题的历史,最后才是材料发现的历史(22)。为此,我们应该始终在思想观念上保持开放的态度,这样考古学才能真正成为一门探索性和不断有新发现的学科,而不是仅仅靠运气来邂逅重大发现的经验性实践和一门仅凭材料积累为特点的学科。
注释:
(1)王昌燧:《学科进展与展望:蓬勃发展的科技考古学》。《南方文物》2009年第3期。
(2)Green,K.Archaeology:AnIntroduction.Fourthedition.London,Routledge,2002.
(3)上海光学精密机械研究所科技考古中心:《“科技与考古――自然科学与人文科学的交叉和融合”研讨会会议纪要》。2009年10月25日。
(4)Kuniholm,P.Dendrochronologyandotherapplicationoftree-ringstudiesinarchaeology.InBrothwell,D.R.andPollard,A.M.HandbookofArchaeologicalScience,Chichester:JohnWileyandSons,2001.
(5)Dincause,D.F.EnvironmentArchaeology:PrinciplesandPractice.Cambridge,CambridgeUniversityPress,2000.
(6)Barham.A.J.andMacphail,R.I.(eds)ArchaeologicalSedimentsandSoils:Analysis,InterpretationandManagement.London,InstituteofArchaeology,UniversityCollege/AssociationofEnvironmentalArchaeologyConference,1995.
(7)Lyman,R.L.VertebrateTaphonomy.Cambridge,CambridgeUniversityPress,1994.
(8)Hole,F.,Flannery,K.V.,andNeely,J.A.ThePrehistoryandHumanEcologyoftheDehLuranPain.AnnArbor:MemoirsoftheMuseumofAnthropology,1996,no.1.
(9)Brinkhuizen,D.C.andClason,A.T.(eds)FishandArchaeology:StudiesinOsteometry,Taphonomy,SeasonalityandFishingMethods.Oxford,BAR,InternationalSeriesS294,1986.
(10)、(17)、(22)科林•伦福儒、保罗•巴恩:《考古学――理论、方法与实践》,文物出版社,2004年。
(11)Stein,J.K.(ed)DecipheringaShellMidden.London,AcademicPress,1992.
(12)Roberts,C.A.andManchester,K.TheArchaeologyofDisease.Ithaca,NY:CornellUniversityPress,1995.
(13)Brown,T.A.andBrown,K.A.AncientDNAandarchaeologist.Antiquity1992,66:10~23.
(14)Loy,T.H.Prehistoricbloodresidues:detectionontoolsurfacesandidentificationofspeciesoforigin.Science,1983,220:1269~1271.
(15)陈淳、潘艳、魏敏:《再读跨湖桥》,《东方博物》2008年第3期。
(16)、(20)西格弗雷德•德•拉埃:《考古学和史前学》。《当代学术通观――社会科学与人文科学研究的主要趋势》(第二章),上海人民出版社,2004年。
(18)皮埃尔•德•拜:定向研究。《当代学术通观――社会科学与人文科学研究的主要趋势》(第九章),上海人民出版社,2004年。
生物科学研究的方法篇4
论文摘要：研究性教学是高校培养适应社会主义市场经济发展所需要的具备较高专业知识素养和创新精神的人才．推动新一轮教育教学改革的重要教学模式。在全面把握研究性教学科学内涵与特征的基础上结合教学实际，从提高教师整体素质、实验研究性教学设计和实验研究性教学的评价等方面阐述了《植物生物学》实验研究性教学的策略，初步总结了近几年的教学实践成效并对今后的发展提出了合理化建议。
当前，人才培养与教育向着全面推行素质教育方向发展．高等教育面临新的严峻挑战，更新教学内容，改革教学方法势在必行。江泽民曾强调指出：“我们培养的专业人才，必须掌握科学的思维方法，具有强烈的创新意识。能够敏锐地发现问题、正确地分析问题和创造性地解决问题。”国家教育部在《关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见》(教高[2005il号)中指出：“积极推动研究性教学．提高大学生的创新能力”，“要增加综合性与创新性实验”，“要切实加强实验、实习、社会实践、毕业设计(论文)等实践教学环节，保障各环节的时间和效果，要不断改革实践教学内容，改进实践教学方法，切实提高大学生的实践能力”．“引导大学生了解多种学术观点并开展讨论、追踪本学科领域最新进展，提高自主学习和独立研究的能力”。如何培养适应社会主义市场经济发展所需要的具备较高专业知识素养和创新精神的人才，是目前高校改革的主要目标。2l世纪是以生物科学为带头学科的世纪。植物生物学作为大学生物学课程的一个组成部分，具有不可替代的地位。它既是高等院校重要的专业基础课，又是进一步学好其它专业基础课和专业课的必要条件和基础。植物生物学实验教学是整个教学环节中的一个重要的子系统，它对学生分析问题和解决问题能力的培养，尤其对学生综合素质的提高和创新能力的培养具有独特的作用。研究性教学是教师通过指导学生从自然、社会和生活中选择和确定与学科相关的专题进行研究，使学生在独立的主动探索、主动思考、主动实践的研究过程中，吸收知识、应用知识、解决问题、获取新颖的经验和表现具有个性特征的行为，从而提高学生的各方面素质，培养学生创造能力和创新精神的一种实践活动。2006年4月18日，周济部长还强调：“推进研究性和启发式教学，培养学生的创新意识和实践能力。”本文就植物生物学实验实施研究性教学的策略作一些思考与探讨，以适应植物学科发展和2l世纪对高素质人才——基础扎实、知识面宽、能力强的要求。
1全面把握研究性教学的科学内涵与特征
研究性教学是社会生产力发展到一定程度的产物，它是在引进和解读约翰·杜威、布鲁纳的建构主义的理论基础之上，结合我国教育教学实际，吸收其他教育理论的合理成分．综合形成了“主客观统一”认识论和“教师主导与学生主体相结合”教育思想而构建的现代教学模式。研究性教学是在教学过程中，创设一种类似科学研究的情景和途径，让学生在独立的主动探索、主动思考、主动实践的研究过程中，吸收知识、应用知识、分析问题、解决问题，从而提高学生的各方面素质，培养学生创造能力和创新精神的一种教学方式。研究性教学的科学内涵和本质特征主要表现在：一是研究性教学关注学生创新性品质和思维能力的训练与养成，在研究与学习中培养学生的创新意识和能力。二是研究性教学是以学生个性化的思维、认知逻辑为基础，教师以研究的形式组织教学活动，打破原有的凝固、完整的学科逻辑和机械的顺序，设置“问题与课题”或“研究项目”．把教学时空从课堂延伸到图书馆、生活、实践、虚拟网络系统等领域，真正实现学习与生活、学习与研究相结合，科学与生活相联系。三是研究性教学是一个不断探索和创新的过程。要求教师的教是创新性的，科研与教学是相通的．教师要把研究的思想、方法和取得的新进展引入教学并贯穿全过程。四是研究性教学注重发挥、发展学生的主体性，主张学生积极参与研究之中，通过知、情、意的深沉投入与参与，在研究中学习、在研究中成长，养成独立思考的气质和批判精神，成为自我反思、自我动员、自我发展的主体。五是研究性教学强调师生情感交流、思想沟通，在研究中建立民主、和谐、文明的师生关系。六是研究性教学过程体现师生互动、教学相长。研究性教学通过优化课程结构，建立一种基于研究、探索的学习模式，使学生在教学过程中直接步入科学研究的前沿平台，激发其创新欲望。师生在“科学共同体”下，不仅共享科学研究的思想、思维、方法，而且各取所需，真正达到教学相长。
2植物生物学实验研究性教学策略
2．1提高教师整体素质策略
2．1．1革新教师的教育观念教育教学改革以转变教育观念为先导，树立与研究性教学相匹配的教育观念。(1)全面发展的学生观：植物生物学实验研究性教学可以通过调查、实验、数据与资料分析等环节，以合作学习为主，个人研究和集体探讨相结合的形式来完成。这就要求教育中让学生全过程参与。通过分工协作，依靠集体智慧开展研究性学习．从而培养学生学习兴趣、科学态度、创新意识、探索精神、思维品质、合作态度等方面的素质和能力，塑造学生的创造个性。促进学生的全面发展。(2)民主与平等的师生观：植物生物学实验研究性教学是一个探索与思考的过程，是一个不断面临新问题的过程，是一个知识扩展的过程。是一个与学生共同研究与学习的过程。教师应努力营造积极民主的教学氛围，以完全平等的姿态与学生一起查阅资料、开展实验、寻求答案，鼓励学生的质疑精神和求异思维。从而真正做到师生之间相互学习、相互切磋、相互启发、相互激励，彼此形成一个真正的“学习共同体”国。(3)理性的教师权威观：植物生物学实验研究性教学是以科学研究方式进行的．许多问题可能超出教师的专业领域。要求教师在教学中具有远大的理想、积极进取的态度、批判与创新的科学精神、强烈的好奇心和求知欲、严谨务实的工作作风、锲而不舍的钻研精神，创造性人格魅力和热情洋溢、情绪饱满、富于激励、想象丰富的情感来树立自己形象、鞭策和激励学生的成长。
2．1．2完善教师的知识与能力结构植物生物学实验研究性教学是一种发展探索能力、实践能力、创新能力的现代教学方法。对教师的知识与能力具有较高的要求，具备多元化的知识结构。特别是在知识经济、信息技术飞速发展的时代，教师不仅要掌握系统的生物科学知识，及时了解生命科学及生物技术新进展，如分子生物学、遗传工程、生命起源与发生的新学说、生物进化论的研究进展、生物多样性与保护、生物dna芯片技术、人类基因组计划等等：同时重视学科交叉和知识更新，如“边缘科学”、“综合性科学”等，形成广阔的文化视野和深厚的文化底蕴，构建多元化的知识结构。授课是一门科学，需要去钻研，去研究啕。．植物生物学实验研究性教学具有综合性、社会性、实践性等特点．要求教师不断提高教学、科研能力。植物生物学实验研究性教学中不能忽视教学研究，要把握好课前、课中和课后三个环节．如“课前”教师要从观点与方法上弄清已取得的科学成果、尚未解决的问题以及未能解决的问题的障碍存在(组织材料、准备问题)，从而制定研究性教学的对策和措施；“课中”教师要加强对学生研究性学习过程的组织、管理和指导，让学生具有探索新知的经历和获得新知的体验，学到生物科学研究方法和科学精神，提高生物科学素养；“课后”教师要自觉进行自我反思。通过反思问题的设置、实验研究方法、教学指导等行为与过程，促进教师更加主动参与教育、教学。科学研究是“源”，教学则是“流”，科学研究总是走在教学的前头。如果没有科学研究．把握不住学科热点、难点和最新进展，对新技术、新成果无知或知之甚少，不能用新的见解来研究问题，更不能给学生在科学研究方法上以恰当的指导，就更谈不上启发学生。因此，教师只有努力提高科学研究能力，把教学与科研密切结合．才能满足植物生物学实验研究性教学的需要。
2．2实验研究性教学设计策略
2．2．1实验研究性教学的综合技能训练策略实验研究性教学就是要改革以验证性实验为主的保姆式传统实验教学模式。在传统的植物生物学实验中有许多实验项目属于验证实验，如植物细胞、组织与器官的观察，植物类群与分类(重要科属)的特征解剖，植物体内特定成分提取、分离与鉴定等。这些实验不仅在实验教学中所占课时比重高．而且重复性大。把这些实验项目改为显微镜的操作规范与技能，徒手切片与临时装片(含压片)的技术与技能，植物成分提取、分离与鉴定的技术与技能等方面的基本技能综合训练，既可以节约大量的实验课时，又可以为设计性、综合性与研究性实验奠定良好的基础。
2．2．2实验研究性教学的问题与课题设置策略针对学习植物生物学实验的学生专业知识相对薄弱的实际情况，可采取以下策略设置实验研究性教学的问题与课题：(1)按教材的知识体系中的条块设置问题或课题，如植物体结构与功能方面可设置c，与c植物在根、茎、叶的结构差异比较研究．植物的生长发育与环境方面设置水生植物中沉水植物、浮水植物与挺水植物根、茎、叶的结构与环境的适应性等．这样的研究课题既可以检验实验的基本技能和验证营养器官的基本结构，又可以打破教材章节的限制，把不同章节的知识有机地联结起来，探究植物在生长发育和结构分别与功能和环境的相互关系，使学生学习的知识“活”起来。(2)按学生学习与生活实际设置问题或课题，如校园植物多样性的调查、东湖和镜湖与鹤池淡水藻类多样性的调查以及食堂大米和蔬菜的营养成分的分析等，这些问题与课题不但可以让学生掌握科学研究的基本方法，也可以切i练学生调查、实验与数据分析的基本技能和技巧。(3)按学科与社会的前沿与热点设置问题或课题，如模拟全球气候变暖与c02浓度升高对植物生长发育、生理功能的影响，养殖产业对水生植物影响的调查，模拟矿区煤矸石与石灰石堆积区植被恢复实验研究等。这些问题或课题对社会影响强烈，学生情感体验比较深刻，不仅可强化科学研究基本方法的训练，提高科研能力，而且增进对社会发展状况的了解．增强学生对社会进步与发展的责任感。
2．2．3促进学生研究兴趣自我发展的策略创新始于问题，源于实践。学生研究兴趣自我发展既要调动学生积极性和主动性，也要为学生的自我发展搭建平台。(1)学生要根据研究性实验教学内容和要求，查阅文献资料，自主拟定实验方案，选择实验仪器设备和确定能有效测定数据的方法，先假设后实验，得到实验结果，进行分析讨论，撰写实验报告，注意各环节发挥学生自主性和能动性。在研究性实验教学中，教师不能够越俎代庖，注重实验方向提示学生自主设计实验方案的审查和完善，实验过程的观察调控、释疑解难，对实验结果与报告的分析与评价，找出研究性实验教学不足并提出改进意见，不断提高学生的科学实验能力。(2)全国大学生“挑战杯”课外学术科技作品竞赛是由共青团中央、中国科协、教育部、全国学联和承办高校所在地人民政府联合主办的一项具有导向性、示范性和群众性的全国竞赛活动，被誉为中国大学生学术科技的“奥林匹克”盛会：也是培养学生的创新能力、协作精神和解决实际问题的综合能力，促进学生自我发展、展示真我风采的良好平台。在植物生物学实验研究性教学中，要鼓励学生积极参与，指导学生要遵循价值性、创新性、可行性、有利性、具体性等五项原则选题，严格按照科研课题的立项论证、项目研究、结项与验收的规范化程序管理项目。
2．3实验研究性教学的学生学业评价策略
实验研究性教学的学业评价要改革传统的学生学业评价中“教师一支笔、一考定全局”终结性评价模式．建立以形成性评价为主体的综合评价模式。如植物生物学实验研究性教学中学生实验研究课题的评价，按表1中的评价指标体系进行。
3植物生物学实验研究性教学的成效
几年来的研究性实验教学表明：(1)激发了学生对实验研究与学习的兴趣、转变了学习态度。亚里斯多德曾经说过，古往今来人们开始探索，都应起源于对自然万物的惊异。植物生物学实验研究性教学中，学生在教师的指导下通过自主选题大大地提高了探索、求知的兴趣，使学生对植物生物学实验的学习态度从“要你学”变为“我要学”。(2)强化了学生实验基本技能与技巧的训练。通过教师设置的基本技能与技巧的项目训练和学生的实验研究课题的研究实践，学生较好地掌握了开展植物生物学研究的制片技术、野外调查的方法、植物成分的提取和分离与鉴定方法和植物生理生化指标测定技术以及实验数据统计分析的方法等。(3)问题源于思考，植物生物学研究性实验教学中通过鼓励学生对实验现象、生活现象和社会现象的思考，在教师的启发和指导下凝练成研究的课题，再通过实验(试验)与实践的研究解决存在的问题，使学生思考问题、分析问题和解决问题等方面的科研素质与能力得到培养和提高。(4)植物生物学研究性实验教学中，教师设置的实验研究课题集体参与项目占多数，学生以小组为单位通过查阅文献、设计实验、开展实验和实验结果的分析与讨论以及研究报告的撰写等环节的相互配合、团结协作，很好地完成研究的任务，较为有效地培养了学生的团队精神和创新意识。
4植物生物学实验研究性教学的思考
生物科学研究的方法篇5
关键词：化学教育；学科教育；研究；定位；转型
20世纪80年代以来，我国化学教育及化学教育研究有了巨大的发展，成绩喜人。但是，跟一些发达国家比，跟相近学科比，在一些方面的差距很明显。我国的化学教育研究亟需克服浮躁，认真地、踏踏实实地总结，思考，探索，改进和突破。
1化学教育研究需要恰当地定位
要弄清化学教育的恰当定位，就要排除盲目自大和学科情结的影响。为此，首先需要弄清化学是不是一门中心学科。
1.1要弄清化学是不是一门中心学科
常常听到有人说“化学是一门中心学科”。姑且不说事实如何，让我们先看看是谁说的。
1985年皮门特尔（Pimentel）首次提出化学是一门中心学科，化学处于自然科学的中心位置[1]。同年，美国国家研究理事会在其一份报告中正式地把化学称为“中心科学”（centralscience）[2]。此后，不少人引用或者提出了类似的看法，例如，日本化学家福井谦一说：“在古老的物理学-化学-生物学的排序中，化学注定是中心位置的占有者[3]。”原美国化学会主席布里斯罗（R.Breslow）在其1997年编著的《化学的今天和明天》中提出：“化学是一门中心的、实用的、创造性的学科”，他还用“一门中心的、实用的、创造性的学科”作为该书的副标题[4]。不过，引用或者提出类似看法的几乎都是从事化学研究或教学的人士，几乎没有其他学科有影响的人士这么说（作者只看到一位医学界人士这么说的报道）。
为什么说“化学是一门中心学科”？归纳主要有下面几方面的理由：
化学与社会多方面的需求有关，能满足人们衣、食、住、行和增进健康、战胜疾病的需要，是现代社会中国民经济的重要支柱[5]。
化学是一门承上启下的科学，能在相关学科的发展中起基础、牵头、带动和推动的作用[6]。徐光宪院士曾指出：“科学可按照它的研究对象由简单到复杂的程度分为上游、中游和下游。数学、物理学是上游，化学是中游，生命、材料、环境等朝阳科学是下游。上游科学研究的对象比较简单，但研究的深度很深。下游科学的研究对象比较复杂，除了用本门科学的方法以外，如果借用上游科学的理论和方法，往往可收事半功倍之效。化学是中心科学，是从上游到下游的必经之地”；“化学与生命、材料等八大朝阳科学有非常密切的联系，产生了许多重要的交叉学科”[7]，以至化学成了有关学科群的中心。
化学“埋没在自己的成功之下”，面临着自己的学科声望问题：化学失去自己的光辉形象，在社会经济资源和人才的优化配置方面得不到应有的支持，存在着被遗忘和被忽视的危险”[5]，有必要引起学生、媒体和公众的重视。
可见，化学是一门中心学科，其本意是指其他门类的自然科学之间，或者自然科学与工程技术之间的联系都需要以化学为中间媒介。例如，现代的生命科学和材料科学，如果缺少化学的介入，就不能达到高的水平；数学和物理科学，也需要通过化学的中介，才能在生物和材料科学中发挥较好的作用[8]。
说“化学是一门中心学科”，并不是说化学在所有学科中最重要，只不过是说明它在社会和科学系统中的多边关系和地位而已。我们不要只说“化学是一门中心学科”而不做解释，务必不要断章取义，错误理解，盲目自大。
唐有祺院士在评论“化学是一门中心学科”时就曾经提出，“更全面的提法是化学和物理一起是当代自然科学的轴心”[9]。这是值得思考和采纳的。
1.2要抛弃“小学科情结”
盲目自大是表，学科情结是实。所谓，就是囿于本学科，忽视其他学科，包括上位学科，就是满足于、陶醉于已经取得的成绩，或者不顾全局地争课时、争地位。小学科情结危害很大，因为它会导致视野窄小、短浅，导致小打小闹；导致把化学教育跟科学教育对立，导致化学教育“自边缘化”而孤立于科学教育之外，不能及时吸收科学教育和其他相关学科研究和发展的成果。
化学教育是科学教育的重要组成部分，化学教育工作者首先是科学教育工作者，明确了这个归属，才可能抛弃小学科情结，真正把提高学生乃至公民的科学素养作为自己的首要责任。
1.3要弄清化学学科的本质特点
所有的理科教育都有实施科学素养教育的义务和责任，这就有了发挥各自优势，相互配合的问题。为此，需要弄清各学科的本质特点。有比较才能有鉴别，才能弄清化学的特点。跟化学最为接近的是物理学和生物学，它们同是“基础的自然学科”，对他们进行比较、区分，可以使我们迅速地接近化学的本质特点。
通常认为，物理学是研究宇宙中物质的基本存在形式、基本结构、相互作用和最基本、最普遍的运动形式（机械运动、热运动、电磁运动、微观粒子运动等）及其相互转化规律的科学；生物学是研究生物各层次的种类、结构、功能、行为、发育和起源进化以及生物与周围环境的关系的科学；化学是研究物质的性质、组成、结构、变化和应用的科学。看起来，化学和物理学同属于物质科学，它们的研究对象差不多，其实两者是有差别的。它们的差别主要在于：
化学研究的物质运动不同于物理学研究的物质运动。
物质的化学运动主要表现为物质转变成其他物质，即产生新物质的运动形式，其实质乃是由于化学键合状况改变，引起宏观物质分解、化合或重组，导致物质分子组成和结构变化而产生新物质的特殊的物质运动形式。物理学研究的物理现象一般不包括物质的化学运动。
化学研究物质的广度不同于物理学。
化学研究的是实物（substance）。实物是狭义的物质，是具有静止质量、占有空间的物质。化学实物是具有特定物理性质和化学性质的单质、化合物或者混合物。而物理学研究的是实物和场（field），物理实物通常是指由物质形成的，以一定的形状、体积、大小、质量等为特征的物体。物理学不以研究实物具体的组成、结构和相互转化为任务。
化学所研究的物质也不同于哲学中的物质。哲学中的物质（matter）泛指具有客观实在性，能作用于人的感官而引起感觉的东西，是人感觉到的客观实在，其外延十分宽泛。
化学研究物质的深度（层次）也不同于物理学。
在对物质的存在方式、结构、相互作用、运动形式及其相互转化的研究上，物理学只是针对基本的、普遍的特点来开展研究。而化学对物质的研究比物理学具体，但概括性不及物理学。这个特点造成化学的内容十分丰富，以至于它成为一个庞大的学科，不能被其他学科兼并。
在解释宇宙物质进化的不同阶段时，化学、物理学和生物学具有不同的功能。
在解释宇宙演化史中物质进化的不同阶段时，化学、物理学和生物学鲜明地表现了不同的功能。在宇宙的创生期、极早期、早期和近期，先后形成“实时空”、各种基本粒子和原子，解释、说明这些过程是物理学的任务。然后，相继发生元素进化、星际小分子合成、生物小分子合成、生物大分子合成，宇宙物质由简单分子逐步进化为生物小分子，再逐步进化形成生命基础物质。解释、说明这些过程只能靠化学。随后，生命物质由简单到复杂、由低级到高级，逐步形成具有生命的生物的过程，这些过程的解释、说明则非生物学不可。
总之，化学的研究对象既不同于物理的研究对象也不同于生物学的研究对象，化学科学既不同于物理科学也不同于生物科学，然而又不可能在它们之间划出一条绝对严格分明的界限。
概括地说，化学学科有下列特点：
化学研究物质的性质、组成、结构、变化和应用，其基本问题是组成、结构和反应以及它们跟物质性质的关系。
化学研究的对象是泛分子[10]层次，构成泛分子的较低层次的微粒之间的相互作用十分复杂，使其整体的性质各不相同，很难用演绎的方式简洁地描述，这就决定了化学研究的个别化特点。
在研究方法方面，物理学方法注重分析，在本质上是机械论（或称还原论）的；生物学方法注重整体，在本质上是目的论（或有机体论、自主论）的；化学方法一方面把研究对象分解为若干组成成分，另一方面又把研究对象作为由某些微粒（或部分）组成的、复杂性不同于生物体的系统来研究其结构，研究实物的相互关系，既有跟物理学相似之处，又有跟生物学相似之处。但是，化学又具有跟物理学和生物学不同之处，表现出自己的特殊性。
化学的这些特征，应该在科学素养教育的实施中较好地得到反映。
2未来的化学教育研究需要把握好方向
为了把握好方向，化学教育要自觉地服从科学教育的目的、任务、规律等整体规定。
20世纪以来，科学教育的指导思想的变化有下列特征：由关注科学知识、技能，关注个体的认知发展，演变到关注人格或个性，关注个体的全面发展；再演变到突出重点，关注个体的科学素养；然后演变到关注更多人的发展，提出科学为所有人，关注公民的科学素养；再演变到关注人的和谐发展，关注人在科学技术领域发展的背景环境，注重环境教育、STS教育。
化学教育应该顺应科学教育的整体趋势，并为科学教育的进步作出自己的贡献。要真正着眼于促进学生更好地发展，重视科学文化建设，促进全社会爱科学、讲科学、学科学、用科学良好风气的形成。
当今世界，能源、资源、粮食、健康、环境等有关人类生存的重大问题的解决都离不开化学，需要更多、更优秀的化学人才。同时，向全体社会公民普及一些化学知识的必要性也日益增加，需要更多、更优秀的化学科学普及人才。对应于这种情况，未来的化学教育需求会出现“高端更高”“低端更低”的现象。未来的化学教育要努力满足“高端”“低端”两方面的需要。为避免和解决两难问题，未来的化学教育应该包括这相互协调的两翼。
3未来的化学教育研究需要采用适宜方法
化学教育系统涉及到人，是开放的复杂的巨系统。钱学森院士一再指出，研究开放的复杂的巨系统不能采用简单方法，综合集成法是研究复杂系统的有效方法。
综合集成方法的特点是：（1）以实践经验，特别是（实践）专家的经验为基础，把局部性的经验知识跟现代科学提供的系统的理论结合起来。（2）系统研究（整体研究）与分析还原相结合，获得关于系统整体的状态、特性、行为的描述。（3）历史研究与现实研究相结合，发现、揭示、检验对象的内在逻辑。（4）以经验为基础建立模型进行计算，把定性知识跟各种观测数据、统计资料结合起来，从局部的定性知识发展到整体的定量的认识。（5）充分利用现代信息技术的优势，实行人-机结合，内省思辨与观察实验结合，宏观研究与微观研究结合。（6）多种学科不同角度的研究相结合，最终产生新知识、新思想、新方法；等等。
化学教育是一种复杂性系统，研究复杂的化学教育系统，要运用综合集成法。在综合集成法的诸要素中，需要注意的是利用计算机进行建模。利用计算机来模仿系统的运行和演化，可以观察系统整体的涌现，预测系统的走向......因此，基于计算机建模成为许多领域发展很快的重要研究方法。在这方面，目前的化学教育研究还处于空白状态，亟需开展和加强。
模型是解决问题的一种十分重要的科学方法。人类对世界的探索过程，实际上就是建立各种模型表示的过程。模型是以文字、符号、图表、实物、数学式等形式对一个系统某一方面本质属性的描述、模仿或抽象。一个恰当的模型能够提供组织观察数据、资料和其他信息的框架，对原型系统的行为特征和演化规律作出解释，揭示其运行机制，预测原型系统未来的行为特性，提示按照一定目的影响和改变原型系统行为特性和进行控制的思路与方式，启示新事物、新技术的创造。通过模型的建立和研究，不但可以更好地认识、改进原型，而且可以进一步形成有关理论和实践模式。
建模的努力可以从确定系统的状态参数开始。
4未来的化学教育研究需要形成学科特色
未来的化学教育研究应该注意化学教育跟一般教育的区别，形成鲜明的学科特色，不能用一般的教育学研究、心理学研究来代替化学教育自身的研究。要形成鲜明的学科特色，就必须注意结合具体问题深入地、精细地搞好“个别化”研究。
未来的化学教育研究除了需要恰当地定位，把握好方向，采用适宜方法，形成学科特色之外，还应该关注化学教师教育的革新。未来的化学教师教育要减少空洞的、实效很差的理论内容，多结合具体内容进行实践训练。
更为重要的是，要重视改变现有的粗放的、不合理的教师教育体制。一些国家对化学教师培养采用两段制，即：取得理学士学位的大学化学系毕业生须在专门的教师教育学院接受培训，通过国家教师聘用考试后，再接受一年的教师职业培训，取得教育硕士学位后才能被任用为教师。在教师职业培训中，除了教育理论学习和研讨外，要用相当多的时间结合中学教材具体内容的教学进行“精耕细作”式的培训。这样做有其必要性和合理性，能有效地保证化学教师的专业化，保证新教师能较快地适应实际教学、满足实际教学需要。我们应该立足于本国国情，善于取人之长，在总结以往经验教训的基础上，尽快建立有效和规范的化学教师教育体系。
参考文献:
[1]PimentelGC．OpportunitiesinChemistry．WashingtonDC：NationalAcademyPress，1985.
[2]NationalResearchCouncil．OpportunitiesinChemistry．NationalAcademyPress，1985.
[3]本刊评论员.化学学科发展与基础教育改革的思考.化学教学，2005年第1-2期，第1页.
[4][美]R.布里斯罗.化学的今天和明天：一门中心的、实用的、创造性的学科.北京：科学出版社，1998.1.
[5]张礼和主编．化学学科进展．北京：化学工业出版社，2005．201－203.
[6]王佛松等主编．展望21世纪的化学．北京：化学工业出版社，2000．134－138.
[7]徐光宪./mydream.id666.com/
[8]徐端钧，陈恒武，李浩然.21世纪普通化学教学改革的思考./edu.cn/06first-two_747/
生物科学研究的方法篇6
关键词：物理教学；渗透；物理学史
物理学史研究对象是物理学的发展历史，它真实记载物理科学形成发展的历程，描述科学家探索追求真理的故事，分析物理事实规律发现的背景与规律。在物理教学中渗透物理学史教育，可在多方面起到重要作用。
一、激发学习兴趣
物理知识是比较抽象和理性的，学生的思维往往难以介入。物理学故事就不同了，它是感性的，容易激起学生的兴趣。如有关“两个铁球是否同时落地”的命题，如果展开一点，把伽利略对亚里士多德的怀疑，伽利略的思考论证方法，伽利略通过实验证实两个铁球同时落地这些史实像讲故事一样讲给学生听，就能够起到激发学生学习的作用。
二、梳理知识体系
物理学理论体系严密、内容庞大，学生对这些知识的来源和形成常感深奥莫测、难以把握，很容易形成对这些知识片面和僵化的理解。沿着物理学发展历程对物理知识进行梳理，是对物理知识进行体系化的一条捷径。因为物理发现的历程，常常是根据人们的认知规律发展的，是人们的认知规律在时间尺度的折射。认知的发展历程一般是从感性到理性，从直觉到实验再到思想实验，从定性分析到定量分析，物理学的发展同样如此。对物理知识根据物理学史的发展进行梳理，不仅有助于学生了解各种概念、定理、定律的来龙去脉和发展过程，而且有助于根据学生认知规律来对物理知识进行系统化，同时让学生认识到科学动态生成的历史过程。
三、培育科学精神
在探究物理规律中，要求学生必须具备良好的科学精神。物理学史上的科学家，都是拥有着良好学习、探究行为习惯的人，这些良好的习惯是：
1.细致观察的习惯
观察和实验既是研究物理学的基本方法，也是学习物理学的关键。历史上的许多科学家，都善于通过不为人所注意的平常现象，细心地观察与思考，这些事例对学生是很好的激励。
2.怀疑和批判的精神
物理学的发展过程是一个不断和修正前人的认识，建立新认识的循环过程。这就要求物理学的探究者敢于挑战权威，在科学事实基础上提出新观点、新理论。例如，亚里士多德从人们的日常经验出发得出了一个结论：力是维持物体运动的原因，此后两千年时间里被奉为真理，而正是由于伽利略具有怀疑和批判的精神，才用理想斜面实验了亚里士多德的观点，提出物体运动时并不需要外力来维持。
3.严谨求实的品质
科学不能有半点虚假，在科学问题上采取随意甚至欺骗的态度，其后果往往是极其严重的。例如，欧洲粒子物理实验室宣布，他们测量到了运动速度超过光速的亚原子粒子。这一消息曾令全球为之震撼，因为这可能会导致爱因斯坦的相对论被。然而事实是，他们在设计实验装置时的一个小失误导致了这一事件。物理学史中的这类事件也有很多，在教学中适当引述，有助于培育学生严谨求实的学习作风。
4.百折不挠的毅力
要从事实表象直达物理本质，单靠兴趣和灵性是不够的，必须有百折不挠的毅力，能够始终如一的坚持，才能有所发现。爱迪生研究灯丝，实验了几千种材料；俄罗斯诺贝尔物理学奖得主康斯坦丁・诺沃肖洛为得到石墨烯，用铅笔和不干胶撕了一万多次。物理学史中，这样的事例很多，对培育学生科学研究工作的毅力起到很好的作用。
四、训练思维和研究方法
如前所述，物理发现的历程，常常是根据人们的认知规律发展的，是人们的认知规律在时间尺度的折射。这就决定了科学探究过程与学生的认知过程的相似性。物理学家在发现、建立、检验、运用和发展物理规律过程中所采用和总结的思维和研究方法，也应该成为学生学习物理知识的思维和研究方法，惟其如此，才能使学生学会正确思维和研究方法。
例如，观察―提出假说―逻辑论证―实验检验―修正推广，这是科学研究的普遍过程，物理学史中的许多事例都证明了这一点。我们就应训练学生以此为基本研究方法。再如，科学研究中使用类比、归纳、演绎的思维方法，在物理学史中都有描述，应提示学生，对学生进行有意识的训练。
当前的教学中，往往把结论直接呈现给学生，却隐去了曲折复杂的思维过程，这实际上是一种买椟还珠的行为，因为学生对思维和研究方法的掌握的重要性远远超过掌握知识。物理教师要通过物理学史的渗透，让学生理解科学的思维和研究方式，在教学中要有意识地使学生经历科学探究的过程。
综上所述，在物理教学中，应有意识地渗透物理学史。这不仅可以激发学习兴趣，还可以培养科学精神，养成科学的思维方法和学习、研究习惯。
参考文献：