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科学素质：它究竟是什么？（张增一）
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国务院颁布的《全民科学素质行动计划纲要》（以下简称《纲要》），是全面实施全民科学素质行动计划，提升全体公民的科学素质的纲领性文件。为了更好地理解、落实和贯彻执行《纲要》的精神，人们必须首先了解以下两个问题：什么是科学素质？它包括哪些内容？关于第一个问题，《纲要》作了如下界定：“科学素质是公民素质的重要组成部分。公民具备基本科学素质一般指了解必要的科学技术知识，掌握基本的科学方法，树立科学思想，崇尚科学精神，并具有一定的应用它们处理实际问题、参与公共事务的能力。”关于第二个问题，本文将从以下几个方面的内容作一简要的介绍：
一、理解科学的本质、精神和方法
科学是什么？这是人们首先遇到但又不容易回答的问题。一般来说，可以从三个层次来理解。第一，科学是一种认识活动。科学家坚信宇宙中的众多事物都遵循不变的规律发生和发展着，借助思维、仪器开展系统的研究可以认识这些规律。科学是以经验为依据以探索未知现象及其规律为目标的社会实践活动，受主客观条件的限制，科学研究成果往往具有某种不确定性，甚至会失败，但是，科学研究一旦取得成功，将会千百倍地回报社会。科学是一个自主性程度较高的认识活动，长期以来科学家共同体形成了自己独特的研究传统、技术规范和道德规范，并以此来对科学成果或研究活动进行评价；从长远的观点来看，科学不仰仗权威，科学讲求证据，没有哪一位科学家有关决定其他科学家的结论是否正确。第二，科学是理论化的知识体系。科学知识虽然包括对现象的记述、描述等但往往表现为科学家运用科学方法提炼、加工、检验过的理性认识。科学研究是一个不断发掘和获得新知识的过程，随着认识的深入，新的观察会对现有的理论提出挑战，并在此基础上提出新的理论。因此，在科学界，不时地有新理论被提出来，修正甚至推翻旧的理论，这正是科学进步的表现。当然，这并不意味着所有的科学知识都具有不确定性和客观真理性，科学中的许多知识是具有稳定性和持久性。第三，科学是一种社会建制。在现代社会中，科学不仅是一种社会化的活动，而且这种活动被制度化了，形成了与经济、政治、文化、教育等体制并存互动的科学建制。重视科学和保障科学发展，正在成为世界各国的基本国策，有力地促进了科学的发展，与此同时也改变了科学活动的社会方式。科学研究纳入国家发展计划，科研经费主要来自国家财政拨款，研究工作由不同机构如政府部门、大学、科研院所、企业分工协作完成，使科学研究的部门之间、科学与社会之间、科学与公众之间的联系日益紧密。因此，科学作为一项社会事业需要得到全社会的理解、支持和监督。
技术不仅是人类文明的重要组成部分，在当今社会也成了一项复杂的社会事业，它增强了我们改变世界的能力，并且改变着我们的生活条件和生活方式。它可以指人类创造和制造的产品，也可以指一种知识体系。早期的技术是在经验基础上开发出来的，靠师傅带徒弟世代相传；现代技术在很大程度上是在法学发现的基础上开发出来的，并且为科学发展奠定了基础。与科学不同，技术的任务是发明、设计、创造，通过控制、改造自然和利用自然来服务于人类的需求，提高生活质量。技术设计的质量直接关系到产品的功能、水平、质量和效果等，并且受成本、工艺、政治、生态和道德等方面的因素制约。所有的技术系统都会出现故障，系统越大越复杂出现故障的可能性就越多。就像人们常说的“凡药三分毒”一样，技术总有副作用。例如核电站在带给我们廉价电力的同时会带来核废料，可能会出现核泄漏事故。因此，在设计和使用技术的过程中，要尽可能地降低风险，要特别强调以人为本。
传统上人们往往把数学当作自然科学的一个分支学科，尤其是在我国更是如此，但是，20世纪以来数学已经发展成了与自然科学、社会科学并列的一个大门类科学－数学科学。现代数学研究一切可能的数量关系和空间模式，往往被人们成为是关于“模式”的科学，即寻求尽可能简单的、适用的模式，揭示和描述现实世界或数学自身的抽象世界所具有的各种结构。数学在其早期发展阶段主要是作为一种实用的技术或工具，广泛用于处理人类生活及社会活动中的各种实际问题；现代数学则是科学研究必不可少的语言和工具，它不仅使表达更为清晰简洁，推理更加严密，而且它本身已经成了解决许多重大问题的关键性的思想和方法。作为一种思维方式的数学，它追求完全确定的、可靠的知识，明确无误的概念、命题和推理规则保证了其结论的正确性；数学的抽象性使他获得了其他人类思维活动所不具备的通用性；作为一种文化体系的数学，不断追求最简单的、最深层次的、超出人类感官所及的东西，它体现了理性探索的伟大精神，深刻地影响着人类的精神生活。数学可以培养人们严谨、全面、灵活、敏捷的思维品质，培养和提高人们的洞察力、分析能力、抽象概括能力、独立思维能力，化繁为简的能力等。
理解科学的态度、价值和精神是科学素质的核心。科学态度是对科学家在长期科学探索实践中逐步形成的关于如何对待自然、对待世界、对待科学研究本身的态度。它包括两个方面：一是对未知事物保持强烈的好奇心和兴趣，展开想象力提出疑问或做出试探性的解释，运用逻辑推理，寻找观察和实验证据，诚实和谦逊地对待证据材料和结论；二是关心科学事业的发展，尊重科学知识，辨识和揭露伪科学现象。科学的价值追求是致力于认识世界的本来面目，探索自然真理，追求客观知识（真），致力于发现并表述自然界的规律（美），造福于人类，服务于社会（善）；科学活动的规范要求科学家出于发展科学的目标而从事科学研究，既不盲从权威也不随意怀疑他人的成果，在研究中要追求创新并有责任和义务向社会公开其成果而不能独占。科学精神是对科学态度、科学价值和科学规范的提炼和升华，也是值得现代人普遍追求的价值理想和行为准则，并且可以为公众在日常生活和工作实践中所理解、掌握和运用。它主要包括：探索求真，理性思考，严谨实证和怀疑反思。
科学方法是科学家在长期的认识实践中所采用的研究方法，其中一些基本方法也可以为公众所掌握用于解决社会生活中的许多实际问题。人们常说的“与其授之以鱼，不如授之以渔”，就是强调方法的重要性。尽管由于科学家从事的研究工作各不相同，采用的研究程序或步骤也不一样，但一般不外乎提出问题、分析问题、解决问题、检验与评价等阶段。在具体的科学研究中，尽管科学家也往往使用许多专门的技巧和方法，但是有许多是普通公众所能掌握并在日常生活中经常使用到的。例如，分类法、比较法、对比法、试错法、观察法、统计法、逻辑推理等。一项科学研究的结论之所以可靠不仅在于研究者在研究过程中所采用的科学方法，而且还在于这项科学成果在公开发表之后要不断地接受科学家共同体的质疑、检验（理性检验、经验检验）和评价（相容性评价、自洽性评价和简单性评价等）。这也就是为什么人们生病应该去医院而不是应该找江湖郎中，应该服用正规医药厂生产的药品而不应该相信祖传秘方的原因。
二、掌握基本的科学知识
科学知识是科学素质的基础，这并不意味着人们必须掌握所有的现代科学知识，这是不必要的，也是不可能的。只要人们掌握了自然科学、数学和技术方面的基础知识就能对科学的本质、精神和方法以及科学、技术与社会的关系有正确地理解。
作为一个现代社会的公民，应该了解现代科学知识体系的基本轮廓，理解这一知识体系中关于宇宙、生命、人体、人类行为、数学和现代技术的基本术语和核心观点。认识科学知识的特点（与非科学知识的区别）和一般分类。了解人类历史上认识世界图景的重大发展阶段，树立现代的科学的世界观。
关于宇宙与地球：人类居住的地球是太阳系的一颗行星，而太阳系是银河系中的一个普通的星系，宇宙又由许许多多像银河系这样的星系组成；地球围绕着太阳作周年运动并且自转，月亮围绕着地球转，昼夜交替和季节变换都与它们之间的相对运动有关；我们今天的地球经历了长期的演化并且仍然在演化着，地球内部、地壳、地表都在不断地运动着，地球上的水体、大气、土壤也在不断地运动变化并且相互影响；人类是大自然中的成员，人类与其生存环境是一个不可分割的物质整体；我们的水资源和能源都是有限的，人类的活动会对其赖以生存的环境产生影响，为了人类的整体和长远利益应该保护自然环境，在与自然协调的基础上求得发展。
关于物质与能量：我生活在一个物质的世界中，水、空气、氧气、二氧化碳、金属、非金属等无机物，天然气、酒精、蔗糖、蛋白质等有机物都是人们日常生活中常见的物质，应该对其物理性质、化学性质以及作用与功能有一定的了解；自然界中的物质出于永不停息的运动和变化之中，不同的物质形态和运动形式之间发生着相互作用，因此，物质的运动和相互作用是科学的最基本的概念和原理之一。力是改变物体运动状态的原因，自然界中力的形是多种多样，如电磁力、引力、强相互作用和弱相互作用等。在物质世界中，所有物体都按照一定的规律运动和存在着，都遵循不依人的意志为转移的自然规律，如能量守恒与转化定律、物质不灭定律等基本规律。物质又是有微观结构的，世间万物都是由原子组成的，原子还可以再分为质子、中子和电子，并且随着研究的深入发现了更基本的粒子??夸克”。分子是由原子通过化学键结合而成的，它是保持物质化学性质的最小微粒。元素是同一类原子的总称，组成我们熟悉的物质的各种元素都有几种天然存在的同位素，其中大部分不稳定。放射性同位素的原子核不稳定，会发生自然衰变，人们就是利用这一性质来进行年代测定的。能量是物质运动的一般量度，功是能量转化的量度，功与能是两个密切联系的物理量。能量可分为机械能、分子内能、电能、化学能和原子能等。能够提供能量的自然资源，如石油、媒、天然气、太阳能、核能等成为能源。尽管科学家在不断地研究开发新的能源，从可持续发展的观点来看，尽量减少和控制非再生能源的消耗，开发可再生能源，培养节能意识，是十分必要的。
关于生命科学：生命现象是复杂多样的，地球上的生命是从无机物中演化来的，各种现存的生命形式都是从一个共同的祖先由低级到高级，由简单到复杂逐渐进化而来的。生物进化是指生物与其生存环境之间相互作用的变化所导致的部分或整个生物群体遗传物质的一系列不可逆转的改变。19世纪中叶，达尔文提出了以自然选择学说为核心的生物进化理论，后来随着遗传学和生态学等现代生物学的发展以及生物进化理论的深入研究，达尔文进化论不断被完善和发展，形成了以自然选择学说为基础的现代生物进化论。从生物学的观点来看，人只是生物类群中的一种，属于动物范畴，是从猿进化而来的。生命体的基本组成物质是蛋白质和核酸，核酸是一切生物的遗传物质。细胞是构成生物体的基本单位，可分为原核细胞和真核细胞两大类。生命体内时时刻刻都进行着新陈代谢，生命体通过光合作用和呼吸作用与环境进行物质和能量交换。生命体对外界刺激都能发生一定的反应，从而适应周围的环境。生命体具有生长、发育和生殖的能力，并且发生遗传和变异，基因（DNA）是绝大多数生物的遗传物质，并控制着一切遗传性状。生物体都能适应一定的环境，并且也对环境产生影响。地球上的生物有无处不在的细菌、低等的真核生物、绚丽多彩的植物世界和形态各异的动物。人是自然界中最高级的生命，人体系统可分为骨骼系统、肌肉系统、消化系统、循环系统、呼吸系统、排泄系统、免疫系统、神经系统、内分泌系统和生殖系统，它们相互依赖，协调运作才能完成各项生理活动。生物与无机环境相互作用构成了一个同一的整体，即，生态系统。现今世界已面临着严重地生态危机和环境变化，许多物种濒于灭绝，自然环境遭到了严重的破坏，因此，需要人类提高环保和生态意识，保护我们赖以生存的环境??我们唯一的地球。
关于数学：在日常生活中人们经常和数打交道，比较常用的有整数、分数、负数等类型，数可以用来计数或测量、表示次序、编号或命名；算术主要以有理数的加减乘除运算方法、规律及其应用为基本内容；代数是用字母符号表示未知数的值进行运算，求解各种代数方程是代数学的核心内容之一；几何学主要研究空间和形状，它通过用少量的基本几何图形和相应的符号表达式来描述立体图形，熟悉一些基本的几何概念和术语，如点、线、面、三角形、矩形、正方形、圆、椭圆、长方体、圆、相似、相交、平行、对称，等等，对于工作和生活都十分必要；解析几何是用代数的方法来研究几何问题，通过建立坐标（直角坐标或笛卡尔坐标）将几何上的基本元素点与代数中的数对应起来。概率论是关于机会、可能性或不确定性的学科，概率论的知识和方法在日常生活和工作中应用十分广泛；统计是一种分析和处理数据的有效方法，抽样是进行各类社会调查的重要方法，其结果往往是通过统计得出的，样本的代表性直接影响到抽样调查结果的可信性；追求严密的逻辑推理是数学的一个重要特征，但是在具体应用方面往往由于没有区分必要条件和充分条件而导致错误的推理。
关于技术：技术知识涉及面广而且其中许多与日常工作生活联系密切，可分为农业技术（包括良种繁育、耕作栽培、土壤和肥料、病虫防治、灌以及与农业有关的生物技术等）、现代交通运输技术（不仅包括汽车、火车、轮船、飞机等交通运输工具，还包括公路、铁路、港口和机场等交通运输基础设施）、材料技术（包括新型金属材料、新型无机非金属材料、高分子材料、复合材料、纳米材料等）、能源技术（除了不可再生的煤、石油、天然气之外，还包括水力发电、核能技术、太阳能技术、风力发电、地热技术、海洋能技术等）、计算机和通信技术（包括计算机的基本构成、网络、病毒及其防治，以及常用的电话、收音机、电视等）、生物技术（包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程等）、空间技术（包括人造卫星、宇宙飞船、宇宙空间站、航天飞机、星际探测器等）、环境保护（包括空气污染、城市污水、垃圾处理、工业废物、酸雨和臭氧层保护等）和医疗与健康（包括健康、亚健康、疾病、预防、诊断、治疗、康复、保健、营养、性教育和计划生育等）等类别。
三、认识科学、技术与社会的关系
正确地认识和理解科学、技术与社会之间的关系既是科学素质的重要内容，也是提高科学素质的主要目标之一。一般包括：
科学技术与人类文明进步。农业文明是主要以耕耘土地、种植和收获庄稼、饲养牲畜为基本生存手段，经历了石器时代、青铜器时代和铁器时代。埃及、巴比伦、中国、希腊、印度是许多科学和技术知识的发源地，对世界文明做出了重大贡献。工业文明的主要特征是以工业和机器制造业为主的经济，以及以此为基础的社会组织形式、生活方式、文化教育手段等。科学技术推动了产业革命的发展。第一次产业革命（18世纪中叶至19世纪末）是建立在一系列新技术的发明和应用的技术的基础上的，始于纺织业的机械化，以蒸汽机的广泛应用为标志；第二次产业革命（始于20世纪末20世纪初）的主要特征是电力技术、电讯技术、化工技术以及内燃机的广泛应用，第二次世界大战后微电子技术、计算机技术、空间技术、核技术、生物技术等又开启了新的产业革命之门，信息社会正在或已经到来。信息社会的主导产业是技术密集型产业，又称“知识密集型产业”或“高技术产业”，并且促进了世界各国在经济上的相互依赖，由一国经济走向全球化经济。知识经济是建立在知识和信息生产、分配和使用之上的经济，其特点表现为知识（科学和技术）的生产（研究和开发）和传播（教育）成为经济增长的关键。
科学技术与公众生活。科学技术渗透到了人们日常生活的各个方面，改变着人们的衣、食、住、行条件和生活方式。例如，现代医学的发展改善了医疗和卫生条件，使人的平均寿命大大延长；农业技术和快捷的交通使人们在食用某些农副产品时摆脱了地理和季节的限制；信息化、智能化和网络化改变了人们的工作和交往方式等。现代科学技术与社会发展也给人类的生存环境带来了某些问题，需要人们改变观念，行动起来积极应对。如，正确处理环境破坏与环境保护，人口增长与计划生育，濒危物种与生物多样性的保护，自然灾害与防治，自然和文化遗产的保护等问题。又如，正确认识和应对现代技术中的伦理问题，如生态伦、生命伦理、计算机与网络伦理等。现代科学技术在促进社会经济发展的同时，由于使用不当或疏忽也给人类社会带来了巨大的安全隐患，需要人们认识重大安全事故的后果，认识信息安全的重要性以及大规模杀伤武器威力和后果，了解国家和国际组织在处理这些问题上所做出的努力。
科学技术事业。理解科学技术的社会运行机制必须了解科学发现与科学奖励，技术发明与专利方面的知识。科学发现要具有首创性，必须在专业学术刊物或正式学术会议上公开发表；作为奖励社会承认该研究者做出了这项工作，主要分为三种类型：建制承认（发表和引证）、职业承认（授予职位和职务）和荣誉性承认（授予奖金、奖章和荣誉称号）。发明是借助于一定的科学思想和技术手段创造出的新事物和新方法，专利主要是通过授予有限时间内的专有地位，对专利持有者在研究、开发过程中的人力物力投入提供合理的回报，目的在于鼓励创造发明。科学家是指以科学技术研究为职业的人，人们平常的“科学家”则指取得过重大成就的科学家。科学家在自己的专长之外的领域，只是一般公众。科学学派是在学术上形成了独特风格并且取得重要成就的研究群体。如，物理学中哥本哈根学派、数学中的布尔巴基学派。科学社团是科技人员按照专业领域联合起来形成并经过必要的程序在政府有关部门登记的法人团体，可分为国际性的、全国性的和地区性的。科研机构分独立的科研机构、大学、企业和政府部门设立的科研机构。
科学技术与公共政策。公众作为纳税人、科学事业的主要支持者和科技应用后果的主要承担者有权参与科学技术决策，并且需要为了提高参与决策的能力掌握和了解有关的科学技术知识以及有关的法律法规，了解国家的科技发展战略和重大科技发展计划。
（张增一 北京理工大学）
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