尹军琪:如何提高个人的科学素养?

作者:尹军琪 时间:2018/08/14 来源:伍强科技

       什么是科学素养?

       关于科学素养(Scientific Literacy)的定义,国际上普遍将科学素养概括为三个组成部分,即了解科学知识;了解科学的研究过程和方法;了解科学技术对社会和个人所产生的影响。关于这一点,各方面的阐述大致相同:

国际经济合作组织认为,科学素养是运用科学知识,确定问题和作出具有证据的结论,以便对自然世界和通过人类活动对自然世界的改变进行理解和作出决定的能力。

美国学者米勒认为,科学素养由相互关联的三部分组成:科学知识、科学方法和科学对社会的作用。

       在三者之中,科学方法尤其重要。卡尔?萨根说过:“科学方法似乎毫无趣味、很难理解,但是它比科学上的发现要重要得多。”国际科普理论学者认为,科学方法是科学素养中最重要的内容。理解科学,最重要的就是要理解科学方法并应用这些科学方法解决自己生活和工作中的各种问题。在现实生活中,一些人的盲从行为,主要与缺乏科学方法有关。

       尽管我国已经迈入现代化时代,但国民的科学素养水平并不高。经综合测算,2010年中国具备基本科学素养的公民比例仅为3.27%,其中,了解必要科学知识的公民比例为14.67%,掌握基本科学方法的公民比例为9.75%,崇尚科学精神的公民比例为64.94%。由此可见,提高国民的科学素养刻不容缓。从一定意义上说,一个国家的科学素养基本反映了这个国家的综合水平和综合素质。

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       什么是科学方法?

       一般来说,科学方法是人们在日常生活和工作中遵循或运用的符合科学一般原则的各种途径和手段,包括在各种活动过程中采用的思路、程序、规则、技巧和模式。简单地说,科学方法就是人类在所有认识和实践活动中所运用的全部正确方法。

        上述的定义并不准确。鉴于人类认识自然的局限性和阶段性,所谓正确的方法也有其局限性。但科学方法仍然不失为一种解决大部分问题的最为有效的方法。

        很难在一篇短文中就科学方法进行全面的论述。单就方法论来说,无论是在科学研究和科学实践中,还是在日常生活中,都是可以明确定义的。比如我们规划一个物流中心,科学的方法包括:调研及完成可行性分析,进行数据分析,提出设计指标和设计需求,在此基础上,再进行初步设计和深化设计,必要时请专家评审,最后定稿。这一套方法论其实适用于大多数领域的设计过程。

        科学的方法在于可量化和可重复性。我们知道,在中西医药对比研究中,大家比较一致的意见是西药是科学的,而中医药则相反。其中有很大的原因是,西药在做药理分析时,量化是比较全面和彻底的,而中药则由于在原料、产地、配方等多方面有诸多的不确定性,因而导致了很不合理的结论。事实上,如果中药也如西药一样进行全面的量化分析(显然需要很长时间),则两者之间并不存在谁优谁劣的问题。

        科学的研究方法,是要找出问题的本质,而非停留在表面的现象。表面的现象有很大的不确定性和迷惑性。如在工程实践中,要区分什么是干扰信号,什么才是正确的信号;科学实验中,什么是正常的数据,什么是非正常的数据。透过现象看本质就是对科学方法的高度总结。要学会从偶然现象之中寻求必然的答案。我们在研究自动化系统时,有一个非常重要的理论,就是如果问题是可能发生的,则必然会发生。我们要避免任何侥幸的心理。

        科学的研究方法,还在于其系统性观点和方法论。这就是我们常常所说的要系统全面的看问题。而不能头痛医头脚痛医脚。在物流系统研究中,这一点也是非常典型的。小而言之,一个物流园区或物流中心,要考虑到各个环节的一致性和互相匹配,不要过分强调某一局部的能力和指标,要把握投入和产出的平衡;大而言之,在一个行业或一个系统中,要研究全供应链的优化,而不是仅仅强调局部的优化。其实,在更大的场合,如国民经济政策的研究中,要研究短期效益和长期效益的平衡,要把握市场经济和计划经济的平衡,要调节利益集团和普通大众的平衡,也要理顺中央财政和地方财政的关系等等。

        科学方法的另一个重要作用是归纳总结和逻辑推理。历史上中国的科学技术一直比较发达,但是在宋朝以后就戛然而止,除了封建皇权的封闭性和夷族统治的野蛮性的客观原因外,中国封建王朝对于科学的态度起了决定性的作用。例如在数学方面,中国也发现了勾股定理的原形,却并没有形成如几何原理一般的研究成果。物理学和天文学也是如此,以至于在欧洲完成轰轰烈烈的工业革命时,中国还在妄自尊大,以至于被动挨打,结果酿成了百年屈辱的历史。从对现象的分析,上升到理论的演绎,再通过实验的验证,再完善理论,并推升理论到一个新的高度。如此循环往复,这样一个科学的研究过程,使得西方在过去500年间取得了辉煌的成就。而中国几乎是停滞不前。

        科学的方法也大量存在于生活之中,指导人们明辨是非,破除迷信。形形色色打着科学幌子的骗子,很容易在科学的方法面前露出破绽,现出原形。

        如何在日常工作中培养科学素养?

        科学素养并非与生俱来。我们都是从懵懂孩童,通过系统学习,才慢慢的掌握了一些科学知识,并在实践中运用科学方法解决实际问题。所以可以说,培养一个人的科学素养,首先是从学习和掌握科学基础知识开始的。

人类认识科学知识也是逐步向前发展的,真理并不是一开始就被人类所熟知。比如一开始,人们并不知道地球是圆的,后来逐渐通过科学方法,观察、推理并测量出来地球是圆的。此后更进一步知道地球不是宇宙的中心,甚至现在大部分人已经知晓太阳也不是宇宙的中心。

        掌握科学知识可以通过学习、观察和实验得出。科学知识区别于谬误的根本点在于,它是客观存在的,并可以被验证的。验证的过程就是实验的过程,当然也包括推理的过程。为了获得或验证科学知识,有时实践不可或缺,而实验是否正确,其方法是否科学就很重要。人类看到的客观世界纷繁复杂,“眼见”有时也并非真相,如何排除干扰,运用科学方法,看到事物的真相或本质就非常重要。现在我们通过大数据来预测未来。在此之前,统计学通过抽样等科学方法,也在一定程度上完成了对数据真实性的判断以及对未来做出预测。这些都是科学方法的作用。

        正如前面所述,科学知识也是不断向前发展的。因此,完善和修正科学知识至关重要。人类几千年的发展历史,也是一部科学认知的发展史。长期以来,人类在自然界面前,并非完全的被动,而是通过所掌握的知识,不断的尝试改变世界。这是人类区别于其他生物的伟大之处,也是我们掌握科学知识和方法的真正意义所在。

        在我们的日常生活和工作中,科学无处不在,我们无时无刻都在享受着人类几千年来运用科学知识改变世界所带来的成果。

        我们应该看到,在历史上,有些知识虽然是谬误的,却被当作科学知识来对待。这种现象在今天仍然大量存在。这是因为人类认识事物和认识科学总是存在局限。爱因斯坦的相对论的伟大之处,在于揭示了牛顿力学的局限性,并成功解释了众多的宇宙客观现象。但不可否认的是,与其他科学知识一样,相对论也有其局限性,只是尚未被人类所探知和理解。理解这一点,我们就会明白,为什么在科学发展的历史进程中,人们需要不断质疑。不断质疑甚至否定过去,这是养成科学素养非常重要的思维方法。

        有些科学知识,看上去暂时并不是十分有用,但却蕴藏着深刻的哲理和逻辑。这些这里和逻辑往往成为我们进一步认识世界的钥匙。这就是为什么许多著名的科学家没有被当时的人们所认识和接受,却指引了科学进步的方向。

        一个人的科学素养,不仅体现在其对已有科学知识的了解和掌握多少等方面,更体现在其对待人类社会层出不穷的各种新知识、新理论、新现象的判断力方面。如何克服盲从和思维的片面性就是一个检验科学素养的重要指标。

        科学素养对日常工作的重要性

        科学方法是可以描述和定义的,并可以通过学习来掌握,这是其区别于玄学的地方。在日常工作中,科学素养对于如何高效的完成工作显得非常重要。试举几例说明。

        1、工作方法论问题

        如前所述,科学的方法论对于指导工作的完成至关重要。在日常工作中,虽然人的个体之间在智力、学业、经验等多方面表现出很大差异,但在面对一项具体的工作时,如果运用科学的方法论,很多工作可以顺利的完成,其结果差异甚小。反之,我们经常看到,由于没有采用科学的方法,往往智力高的人和经验丰富的人并不会表现得更好,结果会出现参差不齐的状态。

        2、设备性能问题


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        一台设备或一个系统的性能,往往决定于它的最短处。这就是著名的短板理论。如一个钢架结构,它的破坏就是从最薄弱处开始的。一台条码扫描器,决定其识别率的因素有很多,如条码本身的质量、扫描距离、现场的环境(光照、电磁场等)、设备是否有震动、物体移动的速度、安装距离、景深、设备本身的可靠性和识别率等,要保证一台扫描器的正常工作,往往要平衡所有参数和指标。

        同时,使用可靠性要通过实验验证。堆垛机的货叉,经常开闭的仓库门,往往要通过几万次的实验才能验证其使用寿命,这是不能取巧的。很多国产设备与进口设备在性能指标方面看不出什么差距或差距甚少,但经过时间的检验,其差距就明显的体现出来。科学的方法对于提升我们产品质量至关重要。

        还有相关的很多例子。如药品的临床检验,往往要通过几年甚至10多年的检验才能有结果,这也可以说明为什么很多国产药质量差的原因,不仅是中成药,西药也是如此。

        3、设计安全系数

        有时,人们往往面对一个问题无所适从,如设备和系统的安全性就是其中的一个例子。科学的方法可以指导人们在理论设计阶段即解决安全性问题。包括历史数据和大量的实验。而在无法验证的情况下(如材料、载荷等),往往通过安全系数来解决。

        额定载荷就是一个典型的例子。中国的货车司机往往喜欢超载,其实这就是典型的缺乏科学素养的表现。当一台设备超出其安全使用范围工作时,因为有安全系数的作用,并不能立即破坏,但已经处于破坏的危险之中,很多翻车和交通事故就是超载造成的。

        4、设备安装过程中的问题

        很多设备要在现场安装,如物流设备。安装中的方法论也是非常重要的,轻则会影响工期,重则影响安全和质量。

        物流设备的安装一般在很大场地上进行,有的多达几十万平方米。因此,制定安装计划和安装工艺就显得非常重要。安装场地的规划也非常重要。

        具体的安装,可能会涉及到划线问题,安装基准问题,以及安装精度要求等,这在安装指导书中都要明确指出。

        安装结束后,要进行校准和检验。对不合格的安装要进行调整或返工。

        在物流系统安装中,大到一台堆垛机和分拣机,小到一台扫描器和一个光电开关,都要符合要求。这些要求,首先是设计人员要交待清楚,然后对安装人员进行培训。

        有些工程师养成了一些不好的习惯,就是花大量的时间在现场调试,而不是按照科学的方法完成安装,这样即使暂时能够使用,长期来看也是不稳定的。一旦出现故障,也是很难查找的。

        5、软件设计的完整性问题

        软件设计方法有很多专著论述,在实践中都是行之有效的,在此不述。但有一点,却是要特别说明:这就是软件完整性问题。

        有过软件开发经验的工程师都知道,从理论上讲,没有一个软件是完美无缺的。物流系统的软件尤其如此。因为输入的不确定性和使用环境的不确定性,导致软件会发生很多意想不到的问题,如何面对这些问题呢?目前看来,因为出现问题的可能性太多,无法一一例举,所以,软件设计者提出了软件的完整性解决方法。这一解决方案非常简单:即要么做好,要么不做。

        要么做好就是在已知条件下达到预期的结果,要么不做就是一旦出现未知的结果或故障,系统就恢复到最初的状态,然后等待故障的处理。

        软件的完整性要求大大提升了软件系统的可靠性,并限制了在未知情况下出现不可控局面的可能性。

        总之,科学的素养对于完成我们的工作是至关重要的,而提高科学素养对于企业和个人来说可以获得较好的竞争优势,对国家来说,更是提升国民素质的重要手段。