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19世纪下半叶，近代中国人目睹了西方技术的威力后，开始初识科学。20世纪初，中国一些学校开始慢慢接触并学习西方零散的科学知识，这是与中国传统知识完全不同的一套学科体系。中国传统知识分子的人文素养包括琴棋书画、吟诗作赋，但是没有科学知识。于是，我们需要深入了解在西方“科学”究竟有何涵义，这对于现代中国的科学教育是非常必要的。对科学的概念的理解会影响教师的科学观、教材的编制、教学教法的选择以及对知识点的考核与理解。国内关于科学观与科学教学的文章非常多，大致分为四类：（1）各级各科教师对科学的理解与科学教学实践；（2）学生的科学观与来自学校教育的影响；（3）如何在学科教学中理解科学；（4）科学史与科学哲学课程在学生理解科学概念中的作用。这些文章的出现说明我们开始认识到科学观对于教与学的重要性。那么，什么是科学呢？学校科学教育怎样才能接近科学的本质内涵呢？
20世纪初中国人在西方的船坚炮利中初识科学时，梁启超就指出：国人对科学的理解是错误的。而直至今天，我们对科学的认识仍没有多大改变。我们可以从科学知识的最初定义与科学知识的产生及形成的理论基础这两个方面来理解科学的涵义，以便更好、更有效地进行科学教育。
1 科学的人文性特征
1.1 科学概念的人文性
现代知识体系常被分为科学与人文两类，而从古希腊关于科学知识本质的描述与科学知识的产生中，我们认识到古希腊的科学指永恒的确定性知识。美育训练的科目就是科学，科学具有纯粹的精神价值。科学就是人文。
科学一词的希腊文Episteme与拉丁文Scientia，指“事物的永恒秩序”“普遍的知识真理”“知识”“学问”，是一种确定性知识、内在性知识，而不是经验知识。德文的Wissenschaft并不特指自然科学，也包括文史哲等人文学科。拉丁文的各个欧洲语种的相应单词都表达了这个意思。
19 世纪早期出现人文主义Humanism一词，指从古希腊开始的一种精神文化传统，后来也指欧洲文艺复兴时期的一种思潮，强调人的尊严，尊重人的理性和对真理的追求。
從定义上看，科学与人文两者联系紧密，人理性追求事物的普遍真理及“美优之艺的教育与训练”的科目就是科学，科学就是人文的。古希腊人认定的人文教育的必修科目有苏格拉底以来的雅典教育四大学科：算术、几何、音乐（和声学）、天文，它们均是广义的数学学科。古希腊人欧里王得斯（EuriiPdes）有一段美妙的感叹：“那些获得了科学知识的人是有福的，他们既不追求平民的烦恼，也不急急忙忙参与不公正的事业，而是沉思那不朽的自然界的永恒的秩序，沉思它是怎样形成的，以及在什么时候、为什么形成的”[1]，科学为个性的自由和完美提供了有效的途径。
在希腊语中，科学就是具有永恒要素的知识，二者是同一个词汇。对这种确定不变的真理的追求没有任何功利目的。希腊科学的人文性最显著的特征是其单纯的精神价值，即所孜孜以求的关于世界的知识对生计、生活实践是没有任何实际用途的。希腊人文化的科学体现的是无用的知识，是自由的思想，这与以奴隶为生计而学习的经验知识是完全不同的。近世哲学大家康德的说法可以很好地解说科学的人文内涵，他曾说：“任何一种学说，如果它可以成为一个系统，即成为一个按照原则而整理好的知识整体的话，就叫做科学”，“只有那些其确定性是无可置辩的科学才能成为本义上的科学，仅仅只是具有经验的确定性的知识只能在非本义上称之为学问（WissenWissen）。[2]”许多德国哲学家正是从这种意义上，认为自然科学不够“科学”，而他们自己所倡导的哲学比自然科学更科学。
直到17世纪，笛卡尔仍然说到：“科学全然是心灵所认识者，而技艺所需要的则是身体的特定运用和习惯。一切科学只不过是人类的智慧，而人类智慧从来都是独一无二的，无论它施于怎样的对象。”他否定培根倡导的“探究科学为人类生活谋利益”的功利目的，认为科学使人“静观真理而获得乐趣”。[3]
古希腊自然哲学、科学的人文本质特征即科学的纯粹与非实用性。亚里士多德认为最高的“知”才是科学，是为了“知”而追求“知识”，并不以某种“实用”为目的，科学为个人的完美与个性的自由提供有效的途径，科学是优雅之艺。古希腊的科学人文传统一直深刻影响着欧洲学术界。
1.2 科学方法的人文性
现代科学以“数”来解释世界。我们的物理学追求的是以尽量简洁的公式描述尽量多的自然现象，牛顿与爱因斯坦因为他们发现了神奇的大综合公式解释自然现象而让我们感到震惊兴奋。爱因斯坦在1953年给美国加利福尼亚州圣马托的斯威策（J.E.Swifzer）的信中写道：“西方科学的发展是以两个伟大的成就为基础的：希腊哲学家发明的形式逻辑体系（在欧几里得几何学中）以及（在文艺复兴时期）发现通过系统的实验可能找出因果关系。”形式逻辑体系不以经验与实践为获取知识的方式，有着鲜明的人文特征。用“数”来解释、认识自然源自古希腊毕达哥拉斯-柏拉图哲学。所以，至今我们仍然在古希腊哲学家的思想下认识世界。而古希腊人认为怎样的知识才能被接受、被称为知识呢？怎样得出科学知识呢？我们从哲学方法看科学知识产生的人文特点。古希腊人依理性而不是实践经验获取科学知识。古希腊人认为获取科学知识的有效途径是演绎逻辑方法，认为一切真知识都必定是出自自身的内在性知识，来自外部经验的不算真知识。直到17世纪数学在解决大量的经验问题的同时，仍然明显地表现出理性特征。欧洲数学的演绎推理与东方的算法是完全不同的体系，欧洲人从东方人那里学来的算术和代数多是满足实际需要的技术，甚少演绎出希腊人承认的确定性的永恒不变的知识。十七世纪的数学牢固根植于古希腊的演绎的科学理性，他们可以借助于经验为真理辩护，但最终还是用逻辑演绎确定真理的标准。古希腊推崇通过演绎逻辑的理性方法而不是实践经验的方式来获取科学知识。至十七世纪演绎仍然是科学家的研究法则，从中我们看到科学的另一个人文特征。不论是亚里士多德形而上学的物理学还是毕达哥拉斯-柏拉图主义用数学解释自然的科学观，都体现了科学在哲学思想方法论影响下的人文特征，在科学知识产生的源头——古希腊，科学以这样的人文特性而出现。
直到十七世纪，在伽利略与培根的影响下，实验方法开始运用于科学理论的验证与发现，经验知识进入科学知识体系。科学转化为技术后社会发生了巨大变化：科学家们研究数学与科学问题时不再是更多地考虑物质世界的本源即形而上的内容；科学家的哲学观对科学研究不再如前人那样有深刻影响；科学从哲学与人文的母体中渐渐脱离出来，柏拉图的与实用无关的纯科学研究受到冲击。但西方哲学家们仍然没有停止对科学的内在本质的思考，仍然从科学内部寻找科学的人文特征。西方大学中的科学教育也仍然受到自古希腊以来科学哲学思想的深刻影响。现代西方科学哲学家波普尔、库恩和科学人文主义与科学的社会研究等对于科学也做了深刻系统的人文性解释。
2 科学教育的人文性
既然科学知识的本质是人文，科学知识的演绎思想也具鲜明的人文特征，这两点要体现在科学教育中，就要把科学教育作为素質教育的一部分。科学知识是一种精神需求，它不仅具有目光短浅者看到的技术威力，更重要的是它满足我们的好奇心，培养我们的思维能力，让我们对世界有着深入思考。科学知识是培养见识广博、有着丰富心灵的人所必须的。
2.1 培养丰富优雅之人的科学教育
从古希腊时期起，科学就是知识的代名词，培养有修养的人的罗马九书也多是科学书籍。直到十七世纪，欧洲科学素养教育的传统仍然影响着上流社会。图1、图2两幅欧洲图画呈现给我们的是欧洲贵妇人学习科学的情景。我们看到，如古希腊对知识的理解一样，科学就是知识与修养的代名词，这与中国人对科学的实用性理解是不同的。
这幅画上的女人是Chatelet， Gabrielle-Emilie Le Tonnelier de Breteuil， Marchioness du（1706.12.17，法国 巴黎～1749.9.10，吕内维尔）亦译夏特莱侯爵夫人，法国数学家、物理学家和哲学家，她向法国人翻译介绍牛顿学说。她小时受过文学、音乐和科学全方位的教育。从1745年起开始翻译牛顿的《自然哲学的数学原理》（Principia Mathematica），伏尔泰作序，在法国数学家克莱罗（Clairaut）的指导下，法文译本于1759年出版，至今仍是该书唯一的法译本。
这幅画题为Mademoiselle Ferrand Meditating on Newton《读牛顿的女子》，收藏于在德国慕尼黑的Alte Pinakothek博物馆，画家拉图尔（Maurice Quentin de La Tour）与伏尔泰和夏特莱侯爵夫人是同时代的人。画中上流社会女子身后的桌上展开的书页的页眉上标着“牛顿”字样。
从这两幅画，我们是否可以认为，古希腊科学就是人文的传统并一直持续到18世纪。直至现在，西方人对科学的理解也带有强烈的人文色彩，而这正是科学的本质。在中国近代教会大学的办学者和传教士的书籍、演讲与办学实践中，我们能很清楚地看到科学教育被视为人文教育的一部分。因此，对科学人文性本质的深入理解是很好地进行科学教育的基础。
现在我们可以借鉴20世纪初中国教会大学的科学教育。20世纪初西方传教士在中国办的一些教会大学质量很高，在国际上也享有声誉，50年代中国教会大学被拆分关闭消失。1936年前教会大学受中国政府干预较少，从他们的教育可看到西方人对科学人文性的理解如何影响了大学的科学教育。20世纪初中国系统的科学教育是由来华的西方传教士首先创办。中国近代教会大学保留了西方科学的人文传统。传教士认为科学知识是为着丰富学生的心灵与探索上帝创造的世界而设，是为培养有素养的人而开设。科学的人文性表现在教育上最显著的特点是把科学教育作为素质教育的一个重要部分，这与中国人认识的仅具实用功利价值的科学是不同的。教会大学创办科学教育源于传教士认为科学对于培养有修养的、知识广博的人是重要的，一个优雅的、理性的人能更好地理解基督教。西方中世纪经院哲学融合亚里士多德的知识于圣经中，对科学没有排斥，而是进行了改造思考，用科学理性解释上帝。基于他们认为科学源于宗教的理论和基督教会研究学术的传统，科技教育成为教会学校的重要教学内容。近代，来华传教士传播科学的一个重要动因是传播科学知识可以向学生展示神显明在自然之中的证据。
2.2 科学知识教育的自由与纯粹性
传教士批评“中国士大夫重泰西之器艺而弃其圣道”。传教士认为科学教育是传播神的律法统治下的科学知识，这种律法的目的在于达到至善境界，目的是培养闪着灵性光辉的、思想深刻的人，培养有修养、知识广博的人。西方传教士基于对科学人文价值的认识，创办了完整的科学通识教育体系。
科学知识人文性的本质是其纯粹性与非实用性，并且重视理性知识，而非经验与生活知识。教会大学办学者不断阐述科学教育对培养有修养的人以及思想深刻的博学之士的作用，强调西方学者热爱知识是因为知识本身的缘故，而不是它的实用与谋生需要，这一切都很好地传承了古希腊对科学知识的定义。科学人文性传统在中国教会大学办学专业与课程设置中得到了体现，教会大学的自由教育理念很好地体现了科学的人文特征。
科学人文性对中国近代教会大学的科学教育影响深刻。虽然后期教会大学被要求“中国化”即科学教育职业化，但教会大学对科学知识教育的纯粹性与对科学人文性的认识仍然是中国教会大学科学教育的基础。从工学进入西方大学的艰难历程中，我们也能看到西方科学人文性传统的力量，由此我们认识到西方科学自产生起与知识是一个词汇，科学知识的本质是自由、人文。获取科学知识的演绎方法、科学知识的相对性及其与人先验意识的联系，均体现了科学人文性的内涵，而中国教会大学科学教育内容、方法，以及对科学教育培养目标的认识都体现了科学的人文特征，这正是更好地进行科学教育的基础。
2.3 无用知识的有用性——以数学为例
现代社会我们依赖于科学技术而使自己生活得比过去舒适，若也以实用性来评判科学的价值，我们仍然能看到无用的科学知识的有用性。不看物理，我们看数学，数学知识也有着“无用知识”即精神价值之外的极大的实用价值。
著名数学家黎曼是大名鼎鼎的德国数学家高斯的学生，他在1851年创立黎曼几何。黎曼引进了流形和度量的概念，证明曲率是度量的唯一内涵不变量，具有划时代的意义。黎曼几何是现代几何研究的基础，是研究生学习阶段的关键课程之一，在物理学和天文学等很多学科的研究当中有着广泛的应用。1915年，爱因斯坦创立了新的引力理论——广义相对论，也使用到了黎曼创立的几何。黎曼几何及其运算方法为广义相对论的研究提供了有效的数学工具。在广义相对论中，宇宙一切物质的运动都可以用曲率来描述，引力场实际上就是一个弯曲的时空，而时空就是数学中的度量化的流形。
数论应用于密码学，英国的Alan Turing等优秀数学家利用数学工具破译了德军所用的密码体制Enigma。美国密码分析学家利用数论、群论等数学工具在1940年破译了日本战时所用的“紫密”（Purple）。在今天的電子商务中，密码学中经典的RSA算法被广泛使用。这是由MIT（美国麻省理工学院）研究人员在1978年公开推广的，其基本原理正是依赖于数论中的素数理论。RSA算法的安全性是因为素数分解很困难。近十几年来，利用椭圆曲线的密码系统（ECC，Elliptic Curve Cryptography）已经越来越受到重视，因为椭圆曲线密码的安全性远高于RSA算法。椭圆曲线属代数曲线，与三次多项式紧密相关，这个领域的应用也是始于纯粹的数学研究。庞加莱猜想，若干年后它也会在物理学上得到很好的应用。没有无用的数学知识的研究，我们不会有着现代社会的种种便利。我们可以看看抽象数学是如何影响我们的生活的。可以说，现在社会信息文明建立在“无用之学”上，现代物理学建立在无用的数学知识基础上。我们可以用复杂的方程组研究空气如何在球飞行的方向流动；谷歌收索引擎依赖高等数学的神经网络理论、矩阵代数和概率论；通过数学方法计算地下响声传回来的回声能找到不同岩层的位置；超声波、CT 、PET扫描的信号通过数学计算得到扫描体的形状。可见，无用知识的效用不胜枚举。
3 小 结
古希腊的科学与知识是一个词汇，是纯粹的、远离实用的学问。希腊传统认为演绎方法是作为获取知识的可靠途径，由此数学沿着一条与中国完全不同的方向而突飞猛进发展。科学的人文内涵要求学习纯粹的科学必须是为着求知本身的目的，而不是任何就业挣钱等其他目的。20世纪新人文主义的代表乔治·萨顿认为：“在许多情况下，尽管科学并没有实用或商业价值，或许除了具有消除我们自身的偏见和特权的力量之外，再也没有任何别的力量，但我们还是照样热爱真理。科学还被称赞为优雅的知识，是一种特别适合医学界人士表现文化教养的手段。对自然知识的涉猎可能被视为绅士的一个标志而受到鼓励。”我们应该视科学为人文素养的一部分，不要把学习科学当作是理科生就业才要做的事，让学生喜欢科学，也只有发自内心的喜爱才能创新，不要视学习科学为就业劳苦强迫之事。现代科学的人文性被科学转化为强大的技术力量而遮蔽了，但希腊的文化传统还是影响着西方的学生与学校。在我们的传统认识里科学没有人文本质特征，也没有人文价值，只有工具价值，若一切以实用为目的，这样对科学的发展以及个人的完善都是没有好处的。只有改变观念，认识科学的人文本质，我们的科学教育才能有质的飞跃。
科学知识本质是其自由的、纯粹的，学术自由和大学自治是现代大学践行科学人文性的基础。剑桥大学自创建起就提倡学术自由，反对教育功利主义。剑桥大学希望“以剑桥思想改变世界”，800年来，“思想与表达的自由”是剑桥的精神，剑桥走出了牛顿、罗素、拜伦、达尔文、霍金这些大师以及许多诺贝尔奖获得者。现在科学技术产生的巨大效用使社会与国家对学校的要求多了起来。哈佛校庆350年时，校长的讲话表达了对此的担忧，校长在校庆演讲中把政府与各种企业财团对学校的介入看作是外患。对于科学的纯粹与人文性，我想以2014年哈佛大学建校350周年时校长德里克·博克的演讲中的一段话作为结尾：我们需要说服公众并时时提醒自己，大学不是营业性公司，也不是国家安全的工具，更不是急于在世界上强行推行自己社会观点的军事机关。许多组织可以提供咨询或帮助解决社会问题，或开发新的产品，或推行新的军事目的，但只有大学或类似的学术机构能够发现基础的知识，只有大学能够教育出作出判断性决策的人。许多人可以成为企业家、律师或者有影响的顾问，但是只有具有安全和自由保证的学者才能去探求科学真理。阅历可以锻炼我们的判断力，使我们更加成熟，但只有教育能同时发展智能，启发新的兴趣，树立志向，提出重要问题，并加强理解力。只有这些，才是大学给以学生的真正贡献，而不是闪闪发光的大学牌子，或其毕业生在社会上的影响。
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（栏目编辑 廖伯琴）