2011-10-27

Wander from chemistry

有一种说法是,化学是科学里的中心学科[1]。正如图1所示,化学把自然科学和生命及应用科学联系起来,承接物理之基础,开启其他学科之发展。需要注意的是,图中箭头所指并非为箭尾学科的分支学科,不是上下级关系,而是指箭头所指学科的研究需要有一定的箭尾学科的基础。虽然图中关系仍值得仔细推敲,但从中也大概能理解到当一个人接受基础教育时为什么先要学数学再学物理然后才是化学。

图1 部分学科关系图[1]

图2即是以我自身经验所作的一张小学初中高中时段必考学科学习时间图,虽然是个案,但很大一部分(理科)学生的学习过程与此相差无几。可以看出上文提到的数理化顺序的观点在此印证,数学的学习贯穿整个阶段,物理是在初中2年级才开始学,而化学的学习则比物理还要晚1年。虽然中国大陆教育一直被人诟病,但此处仍可看出教育部在设置基础学科教育时也是有所依据的。

图2 基础学科学习时间图

同数学一样,国语的学习也是从小学开始直到高中毕业,而外语的学习则从初中开始。不过近年来教育部也已更改了这种设置,现今即使是在一般的中国乡村,小学生也开始学习外语。从中可看出中国政府对国际化的认可与促进,另一方面也表明两种语言的学习是可以并行不悖的。

另外,图中显示政治历史和地理的学习在高中1年级结束后就终止了,而物理化学生物的学习仍继续或正开始。这种转变源于存在于中国广大省份的高中的文理科分级制度,这种制度要求高中1年级的学生在对几乎所有学科都进行过1年的高中学习之后进行一个文科和理科的选择,在后两年的学习中,除了数学国语外语这3门共同基础学科之外,文科生还只需学政治历史和地理,而理科生就还只需学物理化学和生物。

很显然,这种分级制度可以让学生不必学习全部的9门学科,而只关注于自己相对更偏爱的学科,这对提高高中毕业之后的大学入学考试的成绩也是很有帮助的,一个喜欢理科的学生或许就不必因讨厌的政治而落下很多分数。当然相对的,这种制度也广受争议。比如,如果一个学生同时偏爱物理和历史,那该如何定夺?所以这种分级让学生鱼与熊掌没有兼得。又如,地理究竟是该被规划为文科还是理科?图2将9门学科按照一种相对的科学性/严密性/精确性以软(soft)硬(hard)度[2]从左至右进行了粗略地排列,而地理就处于中间的位置,所以被划分为哪一个类别都是不严谨的。另外,分级制度诱导了学生知识的不全面发展,文科生不了解自然科学类知识,而理科生的人文类知识也会欠缺。特别是,对理科生而言,地理的学习是9门学科中最少的,仅仅只学习了1年,只有数学学习时间的1/11;而对文科生而言,生物则是学习时间最少的。然而话说回来,全面发展是有必要的吗?即使9门学科的学习齐头并进就能保证全面发展了?

除了被教育要学习科学知识,中学生也通常会辅修艺术类的课程。如果有的学生在艺术方面表现突出,那么在高中之后还可以选择艺术院校。艺术和科学看起来似乎是两个不相干的范围,然而现在越来越多的领域是同时需要这两个范围的知识的。正如图3中所示,电影制作、录音工程、摄像领域等都要涉及到科学和艺术,而一个时下流行的融合着高端科学技术的iphone更是被很多人视为一件艺术品。

图3 艺术和科学的融合实例

事实上,艺术和科学本身也是相互渗透的。粗窥一下艺术的发展史,可以赫然发现科学严谨的透视短缩法是如何对绘画产生了重要的转折;对颜料的不断实验以油画代替蛋胶画使得画作更容易持久保存。同样,科学之中也会产生艺术。谁又能否认图4的画面没能让人想起三维地形图呢!而实际上这是第一个被观察到的脉冲星的80个连续脉冲图谱。

图4 一个脉冲星的80个连续脉冲[3]

[3] Jerry Ostriker, The nature of pulsars, Scientific American 224, #1, P510, Jan. 1971.