本文于1995年12月5日收到。 摘要 在自然科学教学中，概念教学是一个非常值得研究的问题。要理解这一问题，首先必须明确科学概念的性质和作用；科学概念是在感觉和知觉的基础上形成的，只有在反复实践的基础上，才能形成科学概念。所以，在自然科学教学中应充分重视概念教学，并以此为中心环节，精心组织教学过程。 关键词 科学概念；自然科学；概念教学 在自然科学教学中，概念教学是一个非常值得研究的问题。要理解这一问题，首先必须明确科学概念的性质和作用。 一、科学概念的性质和作用 科学概念是透过自然现象反映客观事物一般本质及其运动规律的思维形式。只有形成科学概念，才能把握自然界的本质和规律。科学概念的构成标志科学认识由感性到理性的飞跃。感觉、知觉等只能反映事物现象、各个片面及外部联系，而概念反映的则是事物的本质、‘事物的全体及事物的内部联系。科学概念是透过直接感知的经验材料，反映不能直接感知的隐蔽本质，揭示各要素相互联系和作用的内在图象，显露内部结构的机理和机制。作为科学抽象成果的概念，表面上似乎远离客观对象，实际上对客观本质却更为接近，因而更深刻、更正确、更完全地反映界客观事物。例如牛顿力学中的“惯性”概念，就揭示了物质具有保持自己原来速度不变的性质。人们对自然界的认识，也是由不知到知、由知之不多到知之较多的过程，是由感性的具体到抽象的规定、再到思维的具体的过程，所以概念也有其发展的两个阶段——抽象概念和具体概念。抽象概念是对具体事物某个或某些方面属性的抽象。具体概念反映的则是对象多样性的有机联系的整体，是对象许多不同规定性的统一的概念。它是科学发展的高级阶段所使用的概念。如光的波粒二象性就是这种具体概念。具体概念作为对象的同一性的概念，内部包含矛盾，矛盾的展开是一个辩证的概念体系。任何一门科学成熟的标志，表现为将已获得的知识成果，构成有一定内部结构的概念体系，反映对象的本质及发展规律。每一门学科理论体系都有几个独特的基本概念作为逻辑出发点，否则就失去了独立存在的意义。每一门学科都有其特有的以基本概念为核心的基本定律等，以及由此构成的网络结构的概念系统。比如经典力学最基本的定律是牛顿三定律，而牛顿三定律就是由力、惯性和加速度等组成的概念系统。 科学概念是人类对客观自然界认识的总结和结晶。科学认识的成果是人们通过制定概念加以总结和概括的，自然科学的成果是概念。具体概念、基本概念代表科学理论结构中的核心思想，它们反映客观事物的一般本质和矛盾关系，可以说是认识和掌握自然现象之网的网上纽结。如热力学概念“熵”就是反映本质规律和矛盾关系的对立统一体，就是热力学理论的核心思想。熵概念是为了描绘热力学不可逆过程而提出的。熵既有宏观含意，又反映微观的本质内涵。热力学孤立系统的熵增加，描述宏观状态由非平衡到平衡的进程；在统计上指示由几率小向几率大的过渡；它还说明微观本质是从有序（非对称）向无序（对称）的转化。熵和能量也是一对矛盾的概念。能量从正面量度物质运动转化的能力；熵则从反面，从能量耗散方面量度物质运动转化的能力。熵表示转化已经完成的程度，表示丧失转化能力的程度。因为科学概念是一定领域一定层次科学认识的结晶，概念是人类知识体系的组织要素或构造块，概念能对复杂的现实世界简化和概括，所以概念聚集着大量科学知识的压缩和凝结。基本概念则更具备丰富能量解释和阐明自然现象。概念形成涉及运用多种思维方式、模式和方法，概念的领悟提供了培育思维能力的条件。因此，在人类智慧长河之中，科学概念实质上发挥传递科学知识和科学思维能力的作用。列宁在《哲学笔记》中指出：“概念的关系（＝转化＝矛盾）＝逻辑的主要内容”，概念是辩证逻辑体系中主要的、基本的思维形式。概念主要不是判断和推理的组成要素，而主要是包含判断、推理在内的逻辑思维的基本形式。判断、推理主要不是概念的联结，主要是概念内在矛盾的展开。概念包含把握对象本质规律真理的大量知识；这些知识是通过一个个判断表达出来，并由判断构成的推理不断地扩展开来。因此可以说，辩证的逻辑就是概念的逻辑，概念乃是判断和推理的凝聚和浓缩。“相对论”就是一个明显的例子，它既包含狭义相对论的相对性原理和光速不变原理，又包含广义相对论的相对性原理和等价原理。还涵容从这些原理导出的一系列判断，如同时相对性、长度缩短、时钟延缓、质量增大、质能关系、光线弯曲、光谱红移等结论。 科学概念还是揭示自然界未知内幕的认识工具。科学概念可透过感知觉描述一类新事物的共同特征和属性，并可预示自然界尚不知晓的事物的运动趋势，因而它对于新鲜事物具有预见性和创造性，可带来对自然界认识的深化、精确、完善和创新。由此可见，概念不仅可以作为人们的认识成果，巩固人们已取得的知识，而且还表现为认识工具和逻辑思维活动的工具。人们是以其作为思维的工具和运算子把握对象的特性和规律性。在科学发展过程中，崭新科学概念的提出，科学概念显现突破，往往标志科学史上的革命性跃进，甚至具有划时代意义。伽利略明确提出“加速度”概念，区分和澄清了被混淆的“速度”概念，由之开辟了力学的新纪元。法拉弟和麦克斯韦正确提出“场”概念，纠正了错误的“超距作用”，又进一步建立麦克斯韦方程，深刻阐明电磁场性质，对所有宏观电磁现象作出统一、全面、本质的说明，并科学预见了电磁波的存在，实现了自然界电、磁、光的大综合，从而取得划时代的光辉成就。普朗克引入量子新概念，爱因斯坦引入光量子概念，随后导致量子力学的建立，使科学理论取得了重大进展，开创了微观领域的物理学。量子概念被移植到化学、生物学等其他学科，又开辟了新领域的新科学，如量子化学、量子生物学等。概念还是科学理论体系的出发点、基础和骨干，因而科学理论正是借助概念运算子才能从各个环节把握具体真理。如量子力学正是借助波粒二象性、测不准原理、爱因斯坦时空观和宇宙守恒等概念运算子，才得以把握微观粒子的运动规律。“受激辐射”概念的产生，就促成了激光器的发明，从而成为二十世纪一系列激光技术重大成果的先声。可见科学概念不仅仅是现实世界的认识工具，还是开创“可能新世界”的操作手段，是人们改造现实、创造新世界的技术发明手段。 二、科学概念的形成及其机制 科学概念是在感觉、知觉的基础之上形成的，所以只有在反复实践的基础上，才能形成科学概念。否则，概念就会成为无根源的概念、虚构的概念，而不会成为科学概念。但由感觉、知觉上升到科学概念是一种突变，是不连续的、跳跃的、突发的认识质变。这种突变要经过思维的科学抽象，要经过抽象、概括和辨别才可能达到。抽象使人们发现一类事物的共同属性、特征和本质。概括把具有共同属性和特征的事物归入一个范畴，从而把客观世界的无穷多样化进行整理和缩减，使人们易于认识和掌握；辨别则使人们对不同类的刺激作出重要的区分。这一不连续、跳跃、突发的抽象思维过程，人们不仅要运用比较、分析、综合、演绎、归纳等逻辑手段，还要凭借联想、类比、外推、想象、猜测等非逻辑手段。尤其在现代中，人类探索的自然层次愈加深入，研究对象的现象与本质愈加远离，从直接感知的现象，达到探查事物本质，需通过更曲折的中间环节，经历更复杂的认识转化过程。也就是说，现代科学概念的形成进程更加曲折复杂。联通实验和新理论之间难以逾越的沟壑，构建现代科学概念，不仅需要应用逻辑思维方式，还要应用直觉和形象思维方式。直觉思维方式包含直觉和灵感。直觉是对新事物新现象表现出极为敏锐的深入洞察、准确判断和本质理解的思维。灵感是指人们对反复探索未解决的问题，突然由于某种偶然因素的激发，使问题得到顿悟的一种思维。形象思维方式通过直观形象描述客观对象的一般本质及其运动规律。形象思维方式的重要心理活动是想象。想象是人们在原有知识的基础上，对表象进行重新配合和加工，创造出新的形象、新的概念的思维活动。直觉和形象思维方式都是非严密逻辑的思维方式。它们以凝聚简洁的形式直接获得科学认识，而不是通过严格的逻辑中介。它们选取不严密、不完整和不连续的逻辑，运用简化和压缩的逻辑程序以至非逻辑方法，对思维进程，人们无法做出逻辑解释。思维者不是拘泥于细节的逻辑分析，而是从整体和战略上把握事物本质。科学概念的形成需要通过假设。假设不仅要应用逻辑思维方式，还要应用直觉和形象思维方式。现代科学往往采用假说演绎法，从已有的科学知识和实验事实出发，运用直觉、灵感和想象等思维，提出猜度性假说建立新概念新理论，再由新概念和理论演绎出可检验的具体命题，最后通过实验予以验证。一般地说，经过检验的概念和理论，可以作为一定的真理而认可。由此可见，科学概念的形成，需要运用直觉和形象思维方式。问题在于人们对于直觉和形象思维方式，存在许多混淆甚至荒涎的理解。有的人认为自然科学研究和教学只需要逻辑思维，文学艺术才需要形象思维。对此，著名物理学家杨振宁曾明确指出：“中国的物理教学中有一个倾向，即是人觉得物理就是逻辑。逻辑，没有问题是物理的一个部分，可是只是逻辑的物理是不会前进的，必须还要能够跳跃。”还有人对直觉和形象思维做出许多唯心的甚至荒谬的非科学解释。其实，直觉和形象思维方式均有其生理心理基础。直觉和形象思维与逻辑思维一样是神经网络运动，是和神经元的物理、化学、生物运动相关联的。
