清晨的陽光透過臥室的窗。看起來今天將是美好的一天，就像天氣預(yù)報報道的那樣。我們總是習慣于把大自然給予我們的一切視為理所當然。每天，太陽都會在預(yù)計的時刻從東邊準時升起，又會從西邊落下。同樣的，月相和四季也按照它們自己的規(guī)律周期重復(fù)。古人早已注意到大自然中的這些規(guī)律，并且據(jù)此形成了他們獨特的生活方式和社會文化。今天，我們將這種對自然規(guī)律的探索過程總結(jié)整理，并稱之為科學。
什么是科學？
當你開車進入一個加油站時，你會問自己：我的汽車加什么類型的汽油好呢？也許，你會嘗試幾種不同型號的，然后觀察加了這種型號之后你的車在之后的一段時間里表現(xiàn)如何。最后，您可能會得出結(jié)論：某個品牌和等級的汽油最適合你的汽車，然后決定將來都加這種。當你購買洗發(fā)水，止痛藥，運動鞋和其他各種產(chǎn)品時，你都會經(jīng)歷類似的調(diào)查和實驗的過程。這些簡單的例子展現(xiàn)了我們了解周圍世界的一種方式。首先，我們觀察世界，看看那里有什么，并了解它是如何工作的。然后我們概括一下，制定出符合我們所見的規(guī)則。最后，我們將這些一般規(guī)則應(yīng)用于以前從未遇到過的新情況，并且期望這些規(guī)則能夠發(fā)揮作用。
在選擇汽油或洗發(fā)水品牌這些事上，這個過程似乎沒有什么驚天動地的。但是當我們想要了解遙遠的恒星或者活細胞的運作時，提問、觀測、得出結(jié)論的基本過程可以更正式和更定量地得到應(yīng)用。在這些情況下，我們所作的這些事被稱為科學，通過研究這些問題來謀生的人被稱為科學家?？茖W為我們提供了迄今為止最強大的工具，讓我們得以了解我們的世界是如何運作的，以及我們是如何與周圍的環(huán)境相互影響的。 科學不僅包含了關(guān)于我們宇宙運作方式的基本思想和理論，而且還提供了一個獲取更多知識，解決了嶄新問題的框架。 科學給我們提供了預(yù)報自然災(zāi)害、治愈癌癥、發(fā)現(xiàn)新的改變世界的材料和技術(shù)的最可行方向。科學還讓我們得以欣賞到宇宙法則無與倫比的秩序之美，讓我們的視野從原子核的微觀世界延伸到無可比擬的廣闊宇宙空間。
科學的特殊之處
科學的特殊之處在于它只對物理世界的客觀一面進行提問和回答?？茖W建立在可重復(fù)的觀察、可控的實驗和可驗證的推理之上。科學和其它的求知方式有著本質(zhì)的不同，它是建立在獨立的可證實的事實之上，具體來說：
和宗教相比，宗教是基于人為詮釋的真理；
和藝術(shù)相比，藝術(shù)是基于每個藝術(shù)家個性化的審美；
自然科學也不同于政治科學或者社會科學，人文科學的理論來源于對過去和未來事件的闡釋，而對同一個事件我們可以有不同的闡釋方式。
科學的進步給我們提供了強有力的工具，讓我們能夠觀察世界、學習它如何運作、對未來事件做出預(yù)測或者發(fā)現(xiàn)改變外界環(huán)境的方法。
科學素養(yǎng)的意義
在現(xiàn)代社會，每一個人都需要具備一定的科學素養(yǎng)?？茖W素養(yǎng)能夠幫助我們做出合理的決定，學到的科學知識能夠讓我們理解各種市場上的各種產(chǎn)品為什么能工作以及如何工作，科學求知的過程也給我們提供了一個辨證思考的框架，讓我們能夠遷移到日常生活中，做出正確的個人選擇?？茖W素養(yǎng)在很多方面都極為有用：
許多高薪工作依賴于科學以及來源于科學發(fā)現(xiàn)而產(chǎn)生的技術(shù)。無論是現(xiàn)代醫(yī)學、法律還是商業(yè)都離不開科學的進步。
科學是教育孩子，讓他們了解世界的最本質(zhì)工具。具備科學素養(yǎng)的家長和教師能夠強化一個孩子對自然的好奇心和探索欲。
科學素養(yǎng)讓一個人得以分享最新科學發(fā)現(xiàn)所帶來的樂趣。每天，科學家們都在獲得對世界的新認識。沒有科學素養(yǎng)，就無從理解這些進步的內(nèi)涵。
我們需要怎樣的科學教育？
每一個人都可以獲得科學素養(yǎng)。科學的原理無需通過復(fù)雜的名詞或者高深的公式也能夠得到清楚的展示。過去對科學的認知和錯誤的教育方式阻礙了我們獲得科學素養(yǎng)?？茖W不是工程技術(shù)，也不是專為那些未來想成為科學家的人所準備的墊腳石。我們不需要在成為一個科學家之后才能欣賞到科學發(fā)現(xiàn)之美。美國推出的《國家科學教育標準》代表了數(shù)千名科學家和教育工作者對所有公民都應(yīng)該掌握的科學素養(yǎng)所達成的共識。這個文件為科學課程的設(shè)計提供了一個堅實的基礎(chǔ)：
科學素養(yǎng)的培養(yǎng)應(yīng)該建立在掌握高屋建瓴的科學原理之上，而不是記憶大量的詞匯和知識點。
科學素養(yǎng)應(yīng)該建立在理解科學方法的基礎(chǔ)之上，即理解那些對自然界提出問題并回答的探索過程。
科學的結(jié)構(gòu)
科學作為人類的不懈努力的結(jié)晶，有它自己獨特的組織架構(gòu)。在我們的印象中，科學總是固定地劃分成幾個學科，這一點可能阻礙了非科學家們學習了解科學。但是，科學的架構(gòu)是有理可循的，事實上，科學原理之間有著清晰的傳承關(guān)系。
物理，研究運動的物質(zhì)，是科學架構(gòu)的第一層次。因為物理規(guī)律必須適用于所有的自然體系——無論是大是小、是死是活。經(jīng)典物理涉及的是物質(zhì)的日常現(xiàn)象，能量，力和運動?，F(xiàn)代物理涉及的是超出我們?nèi)粘＝?jīng)驗的領(lǐng)域，非常小、非常大或者非常快的物體需要新的物理規(guī)律來闡釋，而這些正是量子力學、核物理、粒子物理和相對論所解決的問題。
化學，研究原子之間的相互作用，特別是化學反應(yīng)和新材料的形成。現(xiàn)代化學建立在中世紀煉金術(shù)的基礎(chǔ)之上。這是一門經(jīng)驗科學，一些受啟發(fā)而來的猜測經(jīng)常導(dǎo)致了重大的發(fā)現(xiàn)?；瘜W研究和化學工程學緊密相連。這讓我們能夠?qū)⒃嚬苤械膶嶒灠l(fā)現(xiàn)擴展到大規(guī)模的工業(yè)制造。
地球科學，研究地球的起源、現(xiàn)狀和動態(tài)變化過程，有時也涉及其他星球。地球科學是從勘探和采礦中衍生出來的年輕領(lǐng)域。地球科學的兩個主要領(lǐng)域包括：地理，研究石頭和土壤以及它們的分布；地球物理，研究地球的動態(tài)變化過程，比如潮汐、海嘯和地震。
生物，研究活體系統(tǒng)。活體系統(tǒng)是目前為止我們已知的最復(fù)雜物體。因為它對健康和醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的重要性，生物是最大和經(jīng)費最多的科學領(lǐng)域中。生物是一個極為廣泛的學科，因為我們有太多的方法去研究活體事物。
雖然我們將科學分為物理、化學、地科和生物等學科，但是自然界是一個整體，它的各個部分之間并沒有嚴格的邊界。
思考這些問題
想一想過去的24小時里，科學是如何影響你的生活的？
如果你穿越回了科學建立之前的社會，你最想念什么？和同時代的人相比，你又有什么優(yōu)勢呢？
