金新喜

（人民教育出版社物理室，北京 100081）

歸納法是從個(gè)別或特殊的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)出發(fā)而概括得出一般性原理、原則的思維方法.［1］長(zhǎng)期以來(lái)，在中學(xué)物理教學(xué)中有一種“三段式”作法：“先用幾個(gè)例子（現(xiàn)象或?qū)嶒?yàn)）得出一條結(jié)論，然后用這條結(jié)論去解決問(wèn)題，課后再留幾道習(xí)題借以鞏固結(jié)論.”在這個(gè)過(guò)程的前半部分，無(wú)論是分析物理現(xiàn)象還是處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，其實(shí)質(zhì)都是歸納操作.而在中學(xué)物理教育領(lǐng)域中對(duì)這種做法一直存在兩種觀點(diǎn)：一是認(rèn)為“拿起有限的事實(shí)，就得出普遍的結(jié)論”的過(guò)程容易造成學(xué)生形成以偏概全的思維習(xí)慣，不利于批判性思維的培養(yǎng)，顯然與新課程所倡導(dǎo)的理念不符；二是認(rèn)為由有限的事實(shí)獲得的是或然性知識(shí)，在科學(xué)探究教學(xué)中需要大量的證據(jù)才夠“科學(xué)”，所舉的例子一定要足夠多，所獲得的數(shù)據(jù)則是少一組都不行.盡管這兩種看法在大的原則上并無(wú)不妥，但受這兩種看法的影響，不少批判者把矛頭對(duì)準(zhǔn)了歸納法.也因這種批判，教師們對(duì)在教學(xué)中廣泛使用的“歸納”產(chǎn)生了疑問(wèn)，并始終揮之不去.因此，非常有必要就“歸納”問(wèn)題進(jìn)行深入的討論，進(jìn)而消除對(duì)“歸納”的疑慮，更好地開(kāi)展物理教學(xué).

1 科學(xué)的發(fā)展離不開(kāi)歸納法

古代的人們認(rèn)識(shí)自然往往有兩種方式.一種方式是從經(jīng)常發(fā)生的大量現(xiàn)象入手，先總結(jié)出一些粗淺的認(rèn)識(shí)，再慢慢上升到更高層次的規(guī)律，進(jìn)而指導(dǎo)人們的生活和生產(chǎn).尼羅河畔的人們會(huì)根據(jù)河水的漲落，確定農(nóng)事；東方的民眾依據(jù)對(duì)太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的觀察，形成日歷.另一種方式是在遇到地震、日食等平常出現(xiàn)的比較少的事件時(shí)，由于當(dāng)時(shí)積累的事實(shí)不夠多，人們就很難用第一種方式去認(rèn)識(shí)它們.這時(shí)他們往往習(xí)慣于先提出某個(gè)理論，如上帝、諸神、天國(guó)等，然后運(yùn)用演繹邏輯對(duì)有關(guān)的問(wèn)題進(jìn)行空洞的論證，繼而定下自己的信仰，部落之間甚至?xí)驗(yàn)橐恍┪⒉蛔愕赖男∈氯ヌ幜P那些持有不同信仰的異族.這種認(rèn)識(shí)方式當(dāng)然與科學(xué)相去甚遠(yuǎn).

古希臘的一些智者，他們把第一種認(rèn)識(shí)事物的過(guò)程和方法作了較系統(tǒng)的總結(jié).其中創(chuàng)立了三段論的亞里士多德把這個(gè)認(rèn)識(shí)過(guò)程稱為歸納，并指出了歸納的特點(diǎn).他認(rèn)為，可以通過(guò)引用類似的個(gè)別事實(shí)來(lái)得出一般的東西，如果不知道相同點(diǎn)，就不容易建立歸納.［2］當(dāng)然現(xiàn)在我們知道，亞里士多德把歸納僅僅當(dāng)做三段論的大前提的輔助工具，對(duì)歸納的研究還是顯得比較粗糙和膚淺，在遇到復(fù)雜的自然現(xiàn)象時(shí)，就無(wú)能為力了.西方的文藝復(fù)興運(yùn)動(dòng)喚醒了人們的現(xiàn)實(shí)意識(shí)，將人們的注意力從對(duì)天國(guó)的向往拉回到對(duì)世俗生活的關(guān)注.人們首先遇到并需要加以處理的是生活中具體的事物，而不是什么所謂的普遍原理.他們從思考“物體為什么會(huì)運(yùn)動(dòng)？”轉(zhuǎn)而考慮“物體是如何運(yùn)動(dòng)的？”.［3］這種認(rèn)識(shí)的變化在哲學(xué)界表現(xiàn)為培根對(duì)實(shí)驗(yàn)科學(xué)的倡導(dǎo)和他的科學(xué)歸納法的創(chuàng)立，在科學(xué)界則表現(xiàn)為第谷、開(kāi)普勒、伽利略、牛頓等人對(duì)天體及地面物體展開(kāi)的實(shí)驗(yàn)研究和歸納總結(jié).培根認(rèn)為，科學(xué)停滯不前的原因是因?yàn)闆](méi)有新的方法和新的工具去發(fā)現(xiàn)新的知識(shí)與科學(xué).［4］他由此創(chuàng)立了“科學(xué)歸納法”并從操作層面上提出了著名的3表和排除法——“一種發(fā)明新知識(shí)的方法”.［5］在這個(gè)基礎(chǔ)上，更多的研究者出現(xiàn)了，他們對(duì)歸納法做了進(jìn)一步的研究和拓展，如穆勒提出的穆勒5法等.科學(xué)家們利用實(shí)驗(yàn)和歸納法，形成了一系列概念，發(fā)現(xiàn)、總結(jié)出了一系列重要的科學(xué)定律.達(dá)爾文在自傳中寫道：“我的智慧變成了一種把大量個(gè)別事實(shí)化為一般規(guī)律的機(jī)智”，而麥克斯韋用4個(gè)方程完成了對(duì)電磁學(xué)諸多現(xiàn)象的歸納總結(jié).更普遍的能量守恒定律則是來(lái)自于不同學(xué)科領(lǐng)域的學(xué)者在歸納的基礎(chǔ)上殊途同歸的“集體發(fā)現(xiàn)”.在這些規(guī)律的基礎(chǔ)上，人們又有了新的發(fā)現(xiàn).例如，借助麥克斯韋的理論，讓我們知道光是電磁波；借助能量守恒定律，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了無(wú)影無(wú)蹤的中微子.在19世紀(jì)末20世紀(jì)初，歸納法一直是人們深信不疑的重要方法，所有重大科學(xué)成就無(wú)不深深地打上了歸納法的烙印.因此，在科學(xué)界甚至有“無(wú)歸納則無(wú)科學(xué)”的說(shuō)法.

發(fā)生在近代中國(guó)的一場(chǎng)主題為“說(shuō)中國(guó)無(wú)科學(xué)的原因”的討論，可以從科學(xué)在中西方發(fā)展的差異上說(shuō)明歸納法的作用.我們知道，科學(xué)在西方得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，結(jié)出了豐碩的成果，而在近代中國(guó)之前卻始終沒(méi)有發(fā)展起來(lái).近代的有識(shí)之士在痛惜這種現(xiàn)狀的同時(shí)，也在紛紛挖掘其中的原因.哈佛大學(xué)校長(zhǎng)愛(ài)禮特曾來(lái)東方游學(xué)，他考察了當(dāng)時(shí)的現(xiàn)狀后說(shuō)，“吾人現(xiàn)救東方人馳鶩空虛之病，而使其有獨(dú)立不倚、格致事物、發(fā)明真理之精神，亦惟有教以自然科學(xué)以歸納的論理、實(shí)驗(yàn)的方法，簡(jiǎn)練其官能，使其能得正確之知識(shí)之于平昔所觀察者而已.”［6］他所指的無(wú)外乎是說(shuō)西方人有一樣?xùn)|西是東方人所沒(méi)有的，那就是歸納方法.國(guó)內(nèi)的任鴻雋、嚴(yán)復(fù)、梁漱溟、馮友蘭和胡適等人也都曾從不同的角度分析了這一問(wèn)題.嚴(yán)復(fù)認(rèn)為，東方學(xué)者“不依靠官感而專恃心能”，不從身邊形形色色的現(xiàn)象出發(fā)，而是一味在故紙堆里高談性理.“每欲求申一說(shuō)，必先引用古書(shū)，詩(shī)云子日，而后以當(dāng)前之事體語(yǔ)言，與之?？彪x合，而此事體語(yǔ)言之是非遂定.”［7］被譽(yù)為“現(xiàn)代科學(xué)在中國(guó)的拓荒者”任鴻雋認(rèn)為，“吾國(guó)挽近言訓(xùn)話之學(xué)者，如顧亭林戴東原王念孫章太炎之侍.尚左證，重參訟，其為學(xué)方法，蓋少少與歸納相類.”“東方人未嘗知有歸納法，而西方百年之進(jìn)步都受賜于歸納方法，因此欲救東方人馳騖空虛之病，唯有教以自然科學(xué)，以歸納的論理、實(shí)驗(yàn)的方法”.［8］科學(xué)之為科學(xué)，其關(guān)鍵在于方法.鑒于方法的重要性，任鴻雋、嚴(yán)復(fù)及金岳霖等學(xué)者都花了不少的時(shí)間引進(jìn)、介紹歸納法.嚴(yán)復(fù)所譯的《穆勒名學(xué)》“第1次用比較通俗的語(yǔ)言向中國(guó)學(xué)術(shù)界介紹了西方的重視觀察、實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的歸納邏輯，才使西方邏輯真正得到中國(guó)學(xué)術(shù)界的重視和承認(rèn)”.［9］在《名學(xué)淺說(shuō)》中，他還詳細(xì)闡述了歸納方法的“四層功夫”.這些討論和著作在近代中國(guó)的科學(xué)啟蒙過(guò)程中，都曾產(chǎn)生了巨大的影響.

2 歸納是物理教學(xué)中的重要方法

與歸納被廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究中一樣，歸納也是中學(xué)物理教學(xué)中的重要方法.物理概念是在分析比較大量物理現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，把它們的共同特征加以歸納綜合而建立的.各種物理概念之間的聯(lián)系則是構(gòu)成物理規(guī)律的基礎(chǔ)，通過(guò)分析、歸納這些紛繁復(fù)雜的聯(lián)系，從而產(chǎn)生物理規(guī)律.學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)的過(guò)程，就是不斷地建立物理概念，弄清物理規(guī)律，提高思維能力的過(guò)程.如果概念不清，就不可能真正掌握物理基礎(chǔ)知識(shí)，不可能形成清晰的思維過(guò)程.因此，在中學(xué)物理教學(xué)中，概念、規(guī)律的教學(xué)始終是一個(gè)重點(diǎn)，也是一個(gè)難點(diǎn).沿著與人類認(rèn)識(shí)科學(xué)一樣的途徑去開(kāi)展教學(xué)，無(wú)疑既可以幫助學(xué)生理解概念和規(guī)律，還能在這個(gè)過(guò)程中培養(yǎng)良好的思維習(xí)慣，促進(jìn)學(xué)生概括能力的提高.例如，生活中會(huì)接觸很多的“力”，如大“力”促進(jìn)、創(chuàng)造“力”、給“力”……這給本來(lái)就很抽象的“力”的概念教學(xué)提出了一個(gè)難題.人教版教材在處理這個(gè)概念時(shí)，就從介紹一些事例出發(fā)，如“人拉車”“磁鐵吸引鐵釘”“手捏橡皮泥”等，從中找出共同的因素“物體”和“作用”，進(jìn)而給出力的概念“力是物體對(duì)物體的作用”.再如，在處理“發(fā)聲的物體在振動(dòng)”這一部分內(nèi)容時(shí)，先引入“演奏古箏”“撥動(dòng)張緊的橡皮筋”“用手指摸著喉頭發(fā)聲”這3個(gè)現(xiàn)象，通過(guò)對(duì)3個(gè)現(xiàn)象的歸納，找出其中的共同因素，從而得出結(jié)論：“一切正在發(fā)聲的物體都在振動(dòng)”.顯然，這兩處都用了穆勒5法中的“契合法”.在介紹“聲的傳播需要介質(zhì)”時(shí)，人教版教材先分別介紹了聲在空氣、固體、液體中均能傳播，而放在真空罩中的鬧鐘卻不能被聽(tīng)到，通過(guò)分析“有介質(zhì)，能聽(tīng)到”“沒(méi)介質(zhì)，不能聽(tīng)到”，歸納出“聲的傳播需要介質(zhì)”的結(jié)論.這個(gè)過(guò)程則用了穆勒5法中的“差異法”.在課堂教學(xué)中，學(xué)生可能說(shuō)得很多、很雜，甚至可能有點(diǎn)亂，這時(shí)就會(huì)聽(tīng)到教師說(shuō)：同學(xué)們，咱們一起來(lái)“捋一捋”.這個(gè)“捋”就是歸納，適時(shí)地捋一捋，可以捋出條理和要義.復(fù)習(xí)課上通過(guò)歸納，一方面可以從中揭示出新舊知識(shí)之間的內(nèi)在聯(lián)系；另一方面又能對(duì)已學(xué)的知識(shí)進(jìn)行整理，建立起系統(tǒng)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，便于學(xué)生加深理解.

歸納法“尚官感”，演繹法“尚心思”.歸納的素材來(lái)自于學(xué)生身邊的實(shí)例，有感性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)，這就使得歸納更符合中學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，更易被學(xué)生接受.建國(guó)初期，方嗣mian教授就針對(duì)中學(xué)物理教學(xué)指出，“物理學(xué)的對(duì)象應(yīng)以具體的和常見(jiàn)的物理現(xiàn)象為主，也就是以感性認(rèn)識(shí)奠定它的基礎(chǔ).……講授方法應(yīng)先以自然現(xiàn)象和常見(jiàn)事例為引導(dǎo)，再以實(shí)驗(yàn)為證明，然后再以分析和歸納而求得自然的規(guī)律.［10］不少學(xué)者甚至專門從教學(xué)效果的角度展開(kāi)對(duì)比研究并提出，“從整體性原則來(lái)看，主張我國(guó)的教學(xué)方法無(wú)論大、中、小學(xué)應(yīng)變傳統(tǒng)的理性演繹法為歸納法啟發(fā)式教學(xué)”.［11］針對(duì)歸納與演繹的不同特點(diǎn)，人教版教材也曾在編排上作過(guò)嘗試.在2001版的初中物理教材中，編排“重力”這一節(jié)時(shí)，先介紹表示一般理論的萬(wàn)有引力，然后把重力作為萬(wàn)有引力的特例作進(jìn)一步介紹.在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，這種按照演繹路徑編排的做法，因初中學(xué)生沒(méi)有力與曲線運(yùn)動(dòng)關(guān)系的基礎(chǔ)，既不能弄懂萬(wàn)有引力，反而增加了學(xué)習(xí)重力的難度.在2012年修訂版教材中，這部分內(nèi)容重新按歸納的路徑編排.先給幾個(gè)表示重力存在的例子，讓學(xué)生先把重力的三要素討論清楚了，最后再介紹一點(diǎn)萬(wàn)有引力的知識(shí)作為拓展.在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，這樣的處理思路因符合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，教學(xué)效果更好.

3 歸納法面臨的挑戰(zhàn)

如前所述，歸納法在科學(xué)發(fā)展史和物理教學(xué)中是如此的重要，但不管是“科學(xué)歸納法”，還是“穆勒5法”，也不管是什么技巧，只要是歸納，就無(wú)法逃避被休謨發(fā)現(xiàn)的“作為歸納法基礎(chǔ)的歸納原則的不可靠性”問(wèn)題.這位18世紀(jì)的英國(guó)哲學(xué)家認(rèn)為，“原因和結(jié)果不是被理性，而是被經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的”.［12］從這樣的立場(chǎng)出發(fā)，休謨認(rèn)為經(jīng)驗(yàn)中只存在著先后相繼的關(guān)系而沒(méi)有因果關(guān)系和必然關(guān)系.也就是說(shuō)，通過(guò)歸納不能獲得因果性和必然性，“過(guò)去的重復(fù)不能保證今后的必然重復(fù)”.這就是休謨發(fā)現(xiàn)的被英國(guó)著名科學(xué)哲學(xué)家波普爾稱作的“休謨問(wèn)題”.例如，就時(shí)間上的重復(fù)性來(lái)說(shuō)，今天所觀察到的振動(dòng)的物體會(huì)發(fā)聲的現(xiàn)象，不能保證明天振動(dòng)的物體仍然會(huì)發(fā)聲；就空間上的重復(fù)性來(lái)說(shuō)，聲在水中的傳播實(shí)驗(yàn)不能保證聲在煤油等其他液體中也能傳播.很多歸納法的擁護(hù)者開(kāi)始了對(duì)歸納法的拯救工作，其中最有力的拯救者當(dāng)數(shù)研究物理學(xué)出身的哲學(xué)家賴欣巴哈.賴欣巴哈認(rèn)為休謨的錯(cuò)誤在于試圖追求準(zhǔn)確無(wú)誤的確定性知識(shí)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)無(wú)法從邏輯上找到這種確定性的保證時(shí)，就產(chǎn)生了對(duì)歸納推理的合理性的懷疑.其實(shí)，只要放棄通過(guò)歸納得到確定性知識(shí)的企圖，就可以解決所謂的“休謨問(wèn)題”.歸納知識(shí)是科學(xué)知識(shí)，但它不一定就是確定無(wú)誤的放之四海皆準(zhǔn)的知識(shí)，而是或然性知識(shí)，它為人們提供一種關(guān)于未來(lái)事件的雖非獨(dú)一無(wú)二但卻是當(dāng)時(shí)比較恰當(dāng)?shù)脑O(shè)想.波普爾明確指出，所有的知識(shí)，不僅是科學(xué)知識(shí)，在實(shí)質(zhì)上都是“猜測(cè)性的知識(shí)”，都是我們對(duì)于某些問(wèn)題所提出的暫時(shí)回答，都需要在以后的認(rèn)識(shí)活動(dòng)中不斷地加以修改和反駁.沒(méi)有一種知識(shí)可以被一勞永逸地獲得.［13］正如霍金所描述的那樣，在它只是假設(shè)的意義上來(lái)講，任何物理理論總是臨時(shí)性的：你永遠(yuǎn)不可能將它證明.不管多少回實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和某一理論相一致，你永遠(yuǎn)不可能斷定下次結(jié)果不會(huì)和它矛盾.［14］

實(shí)際上，即使休謨自己，他對(duì)歸納法的懷疑和否定也僅限于邏輯方面，是純粹理論上的，而不是實(shí)際的.他仍然是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)論者，仍然相信歸納法是人們獲得科學(xué)知識(shí)的重要方法.休謨對(duì)歸納法的這種邏輯上的否定和行動(dòng)上的肯定，被波普爾譏諷為患了精神分裂癥.［15］盡管出現(xiàn)了對(duì)于歸納法的邏輯上的質(zhì)疑，但由于僅限于純粹理論或哲學(xué)的層面上，因而基本上沒(méi)有影響到科學(xué)界對(duì)歸納法的信念和應(yīng)用.實(shí)際上，歸納的有效性雖不能獲得邏輯上的證明，但卻可以用心理學(xué)的理論加以說(shuō)明.由于事件在經(jīng)驗(yàn)中的多次重復(fù)，人在心理上就會(huì)產(chǎn)生聯(lián)想、習(xí)慣和信念，認(rèn)為今后也將如此重復(fù)下去.這也是形成經(jīng)驗(yàn)，積累知識(shí)的必由之路.經(jīng)驗(yàn)的多次重復(fù)使人們相信未來(lái)也必定重復(fù)，于是按照經(jīng)驗(yàn)對(duì)未來(lái)的某個(gè)事件做出發(fā)生或不發(fā)生的預(yù)測(cè)，并據(jù)此而行動(dòng).2012年12月22日的太陽(yáng)照舊升起，生活一如既往.在證實(shí)了該末日謊言的同時(shí)，也讓經(jīng)驗(yàn)論者再一次贏得了勝利.駕車上班的工作者在沒(méi)有特殊的情況下，仍然會(huì)選擇常規(guī)的行車路線（盡管有時(shí)候會(huì)比其他路線更堵）.出租車司機(jī)會(huì)根據(jù)以往的經(jīng)歷去合適的地點(diǎn)、合適的時(shí)間尋找候車的乘客.因此，歸納法有助于人們應(yīng)付環(huán)境的變化，沒(méi)有了它，人們遇事將無(wú)所適從，在自然界中也就無(wú)法生存了.正如金岳霖先生所說(shuō)，“休謨問(wèn)題”引起的“思想上的困難有時(shí)差不多成為感情上的痛苦”［16］.在科學(xué)界，特別是在自然科學(xué)研究活動(dòng)中，歸納法一直是人們所使用的最基本的方法之一，即便是那些口頭上反對(duì)歸納法的人們，他的生活也一刻不能離開(kāi)歸納法的指導(dǎo).“盡管歸納結(jié)論不具有必然的真實(shí)性，但歸納卻是人類獲取關(guān)于這個(gè)世界的新知識(shí)的最主要的（在我看來(lái)甚至是唯一的）途徑，……歸納對(duì)于人類來(lái)說(shuō)具有實(shí)踐的必然性.”［17］

4 科學(xué)探究離不開(kāi)歸納

2011年，教育部頒布了《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011版）》，明確規(guī)定初中物理課程的“內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)”由“科學(xué)探究”和“科學(xué)內(nèi)容”兩部分組成.科學(xué)探究既是學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)，又是重要的學(xué)習(xí)方式.科學(xué)探究的起源首先在于提出問(wèn)題.問(wèn)題是怎么來(lái)的呢？一個(gè)或幾個(gè)單純的簡(jiǎn)單事例顯然并不能自動(dòng)構(gòu)成一個(gè)有價(jià)值的問(wèn)題，必須是通過(guò)對(duì)眾多事例的歸納，才能提出研究問(wèn)題.例如，我們記得有某種事物出現(xiàn)時(shí)，也記得有另一種事物總是隨之發(fā)生.通過(guò)歸納這種空間上的接近和時(shí)間上的連續(xù)關(guān)系，人們就自然想到其中是否蘊(yùn)藏著某種規(guī)律？無(wú)疑這就是我們要探究的問(wèn)題.而在做出假設(shè)和猜想時(shí)，這種思維上的操作也是必然的.當(dāng)然，歸納的素材可能既包括當(dāng)前的事例，也包括以往的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí).正如培根認(rèn)為的，使用歸納法的工作者不是“單純集聚材料的螞蟻”，而恰如“把材料用自己的能力來(lái)加工的蜜蜂”.

在分析與論證中，當(dāng)然也需要把不同條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行歸納，進(jìn)而確定所做出的結(jié)論.一個(gè)理論觀點(diǎn)最初可以借助于靈感、直覺(jué)、想象等形式提出，但它顯然不能馬上被接受為科學(xué)理論，當(dāng)且僅當(dāng)由之做出的預(yù)言在人們的經(jīng)驗(yàn)中被證實(shí)，才有了被接受為科學(xué)理論的可能.在這種情況下，從假說(shuō)出發(fā)，與通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)獲得的事實(shí)進(jìn)行對(duì)照，做進(jìn)一步檢驗(yàn).一次這樣的檢驗(yàn)過(guò)程是不夠的，需要反復(fù)多次地進(jìn)行.這樣的多次實(shí)驗(yàn)必然又變成了一個(gè)歸納過(guò)程，即不斷取得證據(jù)，從而使假說(shuō)得到越來(lái)越多的支持.當(dāng)然從假說(shuō)出發(fā)尋找能夠檢驗(yàn)的事實(shí)可以是無(wú)窮多的，而上述步驟的實(shí)施是不可能達(dá)到無(wú)限次的.因此，對(duì)一個(gè)假說(shuō)或理論的驗(yàn)證也不可能最終完成，而只能說(shuō)驗(yàn)證的次數(shù)越多，假說(shuō)或理論的可靠性越高.追求絕對(duì)可靠的知識(shí)和理論的想法，是不可能實(shí)現(xiàn)的.在教材的編寫過(guò)程中，不可能也不應(yīng)該因?yàn)橛盟鰧?shí)驗(yàn)不足以說(shuō)明“液體可以傳聲”，還需做煤油可以傳聲的實(shí)驗(yàn)……以至于用所有的液體做完實(shí)驗(yàn)，才可以說(shuō)明這條結(jié)論.在物理教學(xué)中，受課時(shí)和器材的限制，這種次數(shù)更不可能也沒(méi)必要太多，更不該以次數(shù)的多寡作為是否“科學(xué)”的判斷依據(jù).

由此可見(jiàn)，在科學(xué)探究中，從諸多事例中歸納出問(wèn)題，再通過(guò)分析諸多的證據(jù)去論證結(jié)論，無(wú)時(shí)不需要?dú)w納.可以說(shuō)，正是歸納為科學(xué)探究帶來(lái)可操作的策略，歸納能力是科學(xué)探究能力的一項(xiàng)重要指標(biāo).通過(guò)對(duì)歸納作用的討論，也有利于我們“容忍”科學(xué)探究教學(xué)中證據(jù)的不足，在有限的課時(shí)內(nèi)順利地開(kāi)展探究活動(dòng).

5 創(chuàng)新需要勇于歸納

科學(xué)探究對(duì)學(xué)生的認(rèn)知能力有較高的要求，需要學(xué)生有較高的智力投入，因而有利于激發(fā)學(xué)生的智慧潛能、培養(yǎng)學(xué)生的內(nèi)在動(dòng)機(jī)、深刻領(lǐng)會(huì)和掌握探究的學(xué)習(xí)結(jié)果.［18］歸納是一個(gè)思維活動(dòng)過(guò)程，這個(gè)過(guò)程中思維活動(dòng)的深度、廣度無(wú)疑會(huì)直接影響探究的結(jié)果和情感態(tài)度價(jià)值觀目標(biāo)的達(dá)成情況.

日常生活中，不同的人會(huì)依據(jù)自己的思維習(xí)慣對(duì)周圍的眾多現(xiàn)象持以不同的態(tài)度.第1種是對(duì)大量的現(xiàn)象“不思不想，熟視無(wú)睹”，根本不進(jìn)行歸納與總結(jié)；第2種是在考察了個(gè)別事例時(shí)就自以為其他事例也不過(guò)如此，匆忙地、輕率地做出普遍性的結(jié)論；第3種是在考察了相當(dāng)數(shù)量的個(gè)別事例后仍然秉持“小心些、再小心些”的態(tài)度不敢提出某種具有普遍性的假說(shuō)；第4種態(tài)度是在認(rèn)識(shí)了少數(shù)事例之后，勇于提出某種一般性的假設(shè)，并注意考察新的事例以進(jìn)一步證實(shí)假說(shuō)，并且自覺(jué)地去尋找反例，確定原來(lái)看法的使用范圍，乃至否定自己的結(jié)論.很顯然，我們希望讓學(xué)生最終形成第4種思維習(xí)慣.對(duì)持有前兩種態(tài)度的學(xué)生，教師們已經(jīng)在教學(xué)中做了大量的嘗試，并有較多的研究成果.值得討論的是如何對(duì)待持有第3種態(tài)度的學(xué)生.

事實(shí)上，樣本總是有限的，永遠(yuǎn)也不可能枚舉所有的事實(shí).因此，企圖去枚舉所有的事實(shí)后再總結(jié)一條真理，是不可能的事情.如果躑躅于這樣的思維困境中，科學(xué)恐怕永遠(yuǎn)也不會(huì)有發(fā)展的可能.假設(shè)與猜想的前提就是在不能枚舉所有情況下的大膽猜測(cè).1918年，普朗克為解決“紫外災(zāi)難”，他依據(jù)零星的事實(shí)，大膽地“拼湊”了1個(gè)公式，這個(gè)公式在長(zhǎng)波和短波部分均與實(shí)驗(yàn)相吻合，但它看起來(lái)是如此“隨意”，讓很多人覺(jué)得無(wú)法接受.普朗克本人也頗感后悔，甚至打算放棄它，但量子論的發(fā)展支持了這次思維的自由創(chuàng)造，他本人也成了物理學(xué)新紀(jì)元的開(kāi)路先鋒.1929年，哈勃?jiǎng)t根據(jù)“有限”的數(shù)據(jù)，大膽歸納出哈勃定律，后續(xù)獲得的大量數(shù)據(jù)和理論逐漸證實(shí)了這條理論，這條理論也成就了宇宙起源的基本理論.1983年，應(yīng)中國(guó)科學(xué)院邀請(qǐng)，楊振寧教授在中國(guó)科學(xué)院研究生院發(fā)表演講，在談到科研方法與方向時(shí)說(shuō)，“泰勒物理學(xué)的一個(gè)特點(diǎn)，是他有許多直覺(jué)的見(jiàn)解.這些見(jiàn)解不一定都是對(duì)的，恐怕百分之九十是錯(cuò)的，不過(guò)沒(méi)有關(guān)系，只需要百分之十是對(duì)的就行了.而且他不怕他講的見(jiàn)解可能是錯(cuò)的.這給了我很深的印象.我跟吳大猷先生學(xué)了分子光譜學(xué)跟群論之間的關(guān)系.學(xué)的方法，主體是推演法：是從數(shù)學(xué)推演到物理的方法.泰勒所注意的是倒過(guò)來(lái)的方法.他要從物理的現(xiàn)象引導(dǎo)出數(shù)學(xué)的表示.換句話說(shuō)，他著重的是歸納法.我跟他接觸多了后，漸漸了解到他的思考方法的好處.因?yàn)闅w納法的起點(diǎn)是物理現(xiàn)象.從這個(gè)方向出發(fā)，不易陷入形式化的泥坑.……我想，多增加一些不絕對(duì)嚴(yán)密的、注重歸納法的課程，對(duì)于學(xué)生會(huì)有很多的好處.”［19］

長(zhǎng)期以來(lái)，受文化背景的影響，我們培養(yǎng)了大量持有第3種態(tài)度的學(xué)生.如果總是持有“小心些、再小心些”的態(tài)度，恐怕很難培養(yǎng)出大量的創(chuàng)新型人才.中學(xué)生好奇心強(qiáng)，思維活躍，正是培養(yǎng)創(chuàng)新精神的大好時(shí)機(jī).人教版教材在用實(shí)驗(yàn)研究物體的加速度與它受力的關(guān)系時(shí)談到，“幾次實(shí)驗(yàn)的a-F直線都不會(huì)完全經(jīng)過(guò)原點(diǎn)，但會(huì)十分接近原點(diǎn).當(dāng)然可以采用更精密的實(shí)驗(yàn)手段，但那時(shí)我們對(duì)精確度的要求應(yīng)該更高，于是它還不會(huì)完美地經(jīng)過(guò)原點(diǎn).適當(dāng)?shù)臅r(shí)候就要敢于相信，真正的自然規(guī)律應(yīng)該是a∝F.由此看來(lái)，科學(xué)前輩們?cè)诟鶕?jù)有限的實(shí)驗(yàn)事實(shí)宣布某個(gè)定律時(shí)，既需要謹(jǐn)慎，也需要勇氣.”［20］“人類的知識(shí)不是通過(guò)演繹得來(lái)的，單純的演繹不能得到新的認(rèn)識(shí).……過(guò)去，我們關(guān)于科學(xué)精神的教育主要是辛勤與嚴(yán)謹(jǐn)，這兩方面的確是不可缺少的，現(xiàn)在還要進(jìn)行這些教育.但是，如果僅僅是這些，那么對(duì)于任何形式的創(chuàng)新都是不夠的.［21］也就是基于這樣的考慮，教材在談到把沿斜面下滑物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律外推到自由落體時(shí)，把作用于行星與太陽(yáng)間的引力推廣到任何物體之間時(shí)，以及在確定物體動(dòng)能的表達(dá)式時(shí)，多次明確提到“通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論需要勇氣”，目的就是要鼓勵(lì)學(xué)生大膽猜想，勇于創(chuàng)新.

盡管通過(guò)歸納概括的是事物的過(guò)去，難以完全確定它的未來(lái)，所得到的結(jié)論具有不確定性.但在認(rèn)識(shí)這點(diǎn)的基礎(chǔ)上，它仍然是日常生活和科學(xué)研究中的重要方法.尤其是在以形象思維為主的中學(xué)階段，歸納法因其適合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)更是中學(xué)物理教學(xué)中的重要方法，也因其本身就是科學(xué)研究中的重要方法，通過(guò)教學(xué)過(guò)程既可以幫助學(xué)生理解概念、弄懂規(guī)律，還能形成良好的思維習(xí)慣和科學(xué)素養(yǎng).認(rèn)清了這兩點(diǎn)，簡(jiǎn)單地認(rèn)為歸納的做法和新課程的要求相悖顯然是站不住腳的.通過(guò)對(duì)“休謨問(wèn)題”的討論可以知道，歸納問(wèn)題的根源是哲學(xué)意義上的“潔癖”，方法是否“科學(xué)”的判定標(biāo)準(zhǔn)并不在于事例的多少，數(shù)據(jù)的多寡，只能說(shuō)明證據(jù)越多所得到的結(jié)論越逼近真相.因此，依據(jù)對(duì)歸納的片面認(rèn)識(shí)，認(rèn)為必須夠多少組數(shù)據(jù)和多少個(gè)事例才能算“科學(xué)”，讓人小心翼翼，畏手畏腳，顯然這本身就不是科學(xué)的態(tài)度.長(zhǎng)此下去，必然會(huì)形式化科學(xué)探究，抑制學(xué)生探究的興趣，對(duì)培養(yǎng)創(chuàng)新型人才沒(méi)有好處.在教學(xué)中應(yīng)該更多地看到歸納的益處，尊重學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，并提高科學(xué)探究能力.

1 馮契.哲學(xué)大辭典［M］.上海：上海辭書(shū)出版社，2001：1410.

2 阿赫曼諾夫.亞里士多德邏輯學(xué)說(shuō)［M］.上海：上海譯文出版社，1980：281.

3 郭桂周，于海波.“牛頓第一定律”物理學(xué)史辨——兼論宗教對(duì)近代科學(xué)起源的推動(dòng)作用［J］.物理教師，2012（11）：53.

4 北京大學(xué)哲學(xué)系.西方哲學(xué)名著選讀（上卷）［M］.北京：商務(wù)印書(shū)館，2007：340.

5 培根.新工具［M］.許寶騤譯.北京：商務(wù)印書(shū)館，1997：4.

6 任鴻雋.說(shuō)中國(guó)無(wú)科學(xué)之原因［J］.科學(xué)，1915（1）：1.

7 嚴(yán)復(fù).名學(xué)淺說(shuō)［M］.北京：商務(wù)印書(shū)館，1981：64.

8 樊洪業(yè)，張久春.科學(xué)救國(guó)之夢(mèng)——任鴻雋文存［M］.上海：上?？萍冀逃霭嫔纾?002：21.

9 周云之.中國(guó)邏輯史［M］.太原：山西教育出版社，2004：367-368.

10 馬淑美，張同恂等.新中國(guó)中小學(xué)教材建設(shè)史1949—2000研究叢書(shū)物理卷［M］.北京：人民教育出版社，2010：25.

11 鄒毅，楊發(fā)建等.運(yùn)用歸納法和演繹法施教的比較研究［J］.江西教育科研，2004（11）：32.

12 休謨.周曉亮譯.人類理智研究［M］.北京：人民出版社，2004：26.

13 張光陸.后現(xiàn)代知識(shí)范式下的教師解釋之研究［J］.課程·教材·教法，2010（5）：100.

14 霍金.許明賢，吳忠超譯.時(shí)間 簡(jiǎn)史［M］.長(zhǎng)沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2001：6.

15 波普爾.舒煒光等譯.客觀知識(shí)［M］.上海：上海譯文出版社，2001：92.

16 金岳霖.論道［M］.北京：商務(wù)印書(shū)館，1987：4.

17 陳波.邏輯哲學(xué)導(dǎo)論［M］.北京：中國(guó)人民大學(xué)出版社，2000：259.

18 岳燕寧.重視知識(shí)的產(chǎn)生和發(fā)展過(guò)程的教育培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和創(chuàng)新思維［J］.物理教師，2000（7）：9.

19 楊振寧.談科研方法與方向［N］.光明日?qǐng)?bào)，1983-12-31.

20 張大昌，彭前程等.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)物理必修1［M］.北京：人民教育出版社，2010：74.

21 張大昌，彭前程等.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)物理必修1教師教學(xué)用書(shū)［M］，北京：人民教育出版社，2010：5-6.