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科學素養:看清問題的本質、分辨真假,學會用科學思考和學習
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  • 科學素養:看清問題的本質、分辨真假,學會用科學思考和學習

  • 作者:池內了(Satoru IKEUCHI)
  • 出版社:經濟新潮社
  • 出版日期:2018-04-17
  • 定價:330元
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本書適用活動
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內容簡介

人人都應該具備科學素養,有助於我們分辨真假、迎接未來! 面對人生的難題, 科學思考總是可以在關鍵時刻給我們指引。 科學是什麼? 如何研究科學? 為什麼要學科學? 如何區分科學和偽科學? 想要消除我們對於科學的「猜疑」,以及對於未來的「不安」,第一步就在於讓科學更普及。 作者池內了(Satoru IKEUCHI)是天文物理學者、名古屋大學名譽教授,也是一位科學研究者,他在書中為以上問題提出解答。他帶領讀者了解科學如何誕生的歷史,以及觀察科學研究的方法,進而思考科學、技術究竟和人類與社會有什麼關係;並且以科學思考「問題的本質」是什麼,用什麼方式可以解決問題。他以散文般的筆調,分享科學研究者如何把對於所見所聞的好奇,轉而成為研究活動的過程。 池內教授指出,科學的本質在於「好奇心」,科學家遇到疑問就會問「為什麼」,並且持續研究以解開疑惑。 科學是一連串的觀察、觀測和實驗,科學的出發點從「觀察」大自然開始,對於自然現象的變化「專心注意看仔細」,找出變化的規則,歸納為共通、相異和逐漸變化的性質;接著進入「觀測」,除了專心注意仔細看自然引發的現象有什麼性質,還要加上測量,將性質轉換為數字。最後以「實驗」調查物理性質和化學性質,或是這種性質能否藉由人工合成產生;實驗的重點在於無論由誰進行,都能重現同樣的結果,這是區分科學和偽科學的關鍵。 這本書有助於我們學會了解自己「知道什麼,又不知道什麼」,並懂得有效運用科學磨練洞察力,藉此「看見『看不見』的東西」,有助於我們站在科學的立場思考與學習。 具備科學素養的關鍵在於,了解科學是「探究知識、逼近真理」的方法。想解決各種矛盾,就必須仰賴科學的力量。無論是對於科學稍微感興趣的人,甚至是文科生,都很適合閱讀本書。 第13屆講談社出版文化獎(科學類) 【一致推薦】 科學研究是艱辛的,也是充滿挑戰的;是孤獨的,也是充滿樂趣的;是高度專業的,也是廣闊無邊的。投身科學工作的有志之士,在基礎科學的研究愈來愈多挑戰的情況下,能不好好認識這個最了不起的智性活動,如何成就我們今天人類史上最高效的社會嗎? ——黃貞祥(清華大學生命科學系助理教授) 此書原著出版至今已有二十二年,但作者看到的很多趨勢是很清楚的。例如作者池內了(Satoru IKEUCHI)教授說要打破理組和文組的隔閡;時至今日,認知科學與認知神經科學結合了心理學、語言學、資訊科學、神經科學與心智哲學,正是最好的例子。不同科學領域間的差異頗大,但目標十分一致:描述,解釋,預測,控制。能客觀觀察現象才能探究其運作機制,能了解機制才能預測,能預測才有機會控制與改變,讓世界變得更好。 ——蔡志浩(認知科學家) 要培養科學素養,最關鍵的是認知「科學做為一種探究知識、逼近真理的方法,到底是怎麼來的?科學家又是怎麼從單純對現象的好奇,轉而成為一種由國民稅金支持的研究活動?」說真的,科學素養教育之所以被重視,絕不該被當成是科學家突然又要灌輸給大眾一些莫名其妙的東西,而該被認為是科學界與科學傳播界的反省運動才是。 ——鄭國威(PanSci泛科學總編輯)

目錄

【推薦序】科學的脈絡/蔡志浩(認知科學家) 3 【推薦序】我們更需要的科學素養/黃貞祥(清華大學生命科學系助理教授) 7 【推薦序】本書出版二十二年後,我們為何還在談科學素養/鄭國威(PanSci泛科學總編輯) 11 前言  圍繞科學的重大事件 24/科學這枚硬幣的正與反 24/科學的「偏食」 26/未來取決於「科學的智慧」 28/本書的內容30 第一章 我心目中的科學 33  ►我成為科學家的原因 34   宇宙的研究 34/「微分型」和「積分型」 35/天文少年? 36/「看見『看不見』的東西」 38/「物理學帝國主義」? 40/社會的動向與科學 42  ►研究工作及其魅力 44   研究這一行 44/科學家這一行的有趣之處:首次發現的喜悅 45/科學的架構在本質上相同 46/「文組」的科學也是如此 48 第二章 科學思考法 51  ►科學的出發點 52   科學始於自然的「觀察」 52/從觀察到「觀測」 54/從觀測到「實驗」 55/區分科學和偽科學的關鍵 56/問「為什麼?」 58/回答問題的關鍵:衡量物質的作用 59/物質及其運動:化約論 61/化約論並非萬能 62/物理定律的結構 63  ►科學研究的進行法 70   科學的方法:實驗 70/實驗樣本和實驗方法 70/現在的實驗 72/科學研究的進行法:理論 73/建立模型 73/模型與「假說」 75/「假說」的根據和「對稱性」 77/留意「對稱性」 78/對稱性的作用 80/對稱性的破綻 82/打破對稱性是一種演化 84/數學的作用 85/數學與物理定律的關係 88 第三章 科學是怎樣誕生的? 91  ►最早的科學 92   從猴子演化成人 92/人類最早的「高科技革命」 93/時間和空間的劃分及天文學 94/一年的劃分 95/一星期為什麼有七天? 96/天文學與占星術 97/數學的開端 98/其他文化的起源 100/文字發明帶來的貢獻 101/希臘的自然哲學家 103/「萬物的根源是水」 104/德謨克利特與「原子論」 104/亞里斯多德 105/測量地球大小 107/依巴谷 109/阿基米德 111  ►中世紀的「科學」 113   鍊金術 114/永動機 115/第一種永動機為什麼不可能實現? 116/熱力學第二定律與第二種永動機 118  ►「科學革命」的時代 120   地動說的復興 121/地動說的確立 123/科學實驗的重要性 124/實驗器具的發明推動科學研究 127/科學的方法論 128/新數學的開發 130/科學的交流與發表 131/發表結果的重要性 132/科學家集團的成立 133/發表論文所具備的意義 134/science的意義 136/科學的轉變:與國家聯繫起來 137/日本的特殊性 138 第四章 推敲現代科學與科學家 139  ►現代科學的目標 140   探索物質的根源 140/探討原子核的結構 142/基本粒子的出現 144/宇宙與地球的起源和演化 148/宇宙論的難題 149/行星是怎麼形成的? 151/單一系統之下的地球 153/生命的邏輯 154/以物理學的方法分析DNA的結構 155/遺傳資訊的解讀和生命的起源 157/基礎科學與應用科學 158  ►現代科學的特徵 160   科學規模變龐大 160/以巨大裝置研究時的問題 162/偶然產生的新發現 163/疏離的科學 164/數學的問題 166/現代科學的難解問題 168/難解問題的共通點 168/非線性的物理學 169/混沌(chaos)的世界 172/蝴蝶效應:一隻蝴蝶飛舞會引發颱風? 173/碎形現象 174/混沌與碎形的關係 177/形狀的科學 179/科學、技術與社會的關係 182/無法回頭的科學技術化 182/技術方法多元 184  ►科學家的責任與倫理 186   阪神淡路大震災 186/科學家是什麼樣的人? 188/「文殊」的事故 191/科學健全發展的條件 192/藥害愛滋問題 194/奧姆真理教風波 196/科學家倫理是什麼? 197 第五章 二十一世紀的科學與人類 199  ►地球環境問題 200   人類的活動導致地球毀滅 200/「債」留子孫 201/啟發解決之道:「善待自然的科學」 202/啟發解決之道:運用生體反應的技術 204/啟發解決之道:擺脫電能 205  ►嶄新的科學技術與我們 207   「規模適中的科學」 207/打破理組和文組的隔閡 208/技術的發達與我們 210/技術的提升與人類的水準 210/「資訊革命」的問題 212/生化科技與我們 213/創造出自然界不存在的生物 214/「上帝之手」落到人類手中 216/「對話的科學」 217/與民眾對話的科學家 218 第六章 寫給肩負未來的你們 221  如何學習科學 222/利用科學館 222/嘗試閱讀第一線研究的解說類書籍 223/嘗試思考身邊的事物 224/掌握基本原理:科學家就是偵探 224/將嶄新的風氣帶進科學中 225 參考書目 227 附錄 阿基米德的牛群問題 231 致謝 233 圖表索引 238

導讀

【前言】 圍繞科學的重大事件
    一九九五年,在日本發生各種重大事件,包括阪神淡路大地震(按:一九九五年一月十七日清晨,日本關西發生芮氏規模七點三強震,死亡人數達六千四百多人,傷者約四萬四千人)、奧姆真理教風波(Monju Nuclear Power Plant;按:一九九五三月二十日上午,多名奧姆真理教教徒於東京地下鐵五班列車上散布沙林毒氣;Sarin〕,造成十三人死亡,傷者約六千四百人,稱為「東京地鐵沙林毒氣事件」),以及快中子增殖反應爐「文殊」(按:位於日本福井縣敦賀市,是科學研究用途的核反應爐,隸屬日本核能研究開發機構;JAEA,Japan Atomic Energy Agency=。以鈽鈾混合氧化物;MOX=為燃料,鈾;Uranium=吸收中子之後成為鈽;Plutonium=,做為核燃料循環利用。一九九五年二度發生液態鈉冷卻劑外洩事故,目前停止運轉,預計廢爐)的事故。每起事件當時都讓報紙和電視議論紛紛,探討科學和技術的真面目,科學家應該採取的態度,以及科學教育的實際情況。我們藉由科學的成果過著富足的生活,科學本身並非萬無一失,這些事件清楚說明,我們活在意外脆弱的基礎之上。另外,現在許多人發現倘若誤用科學,就會無動於衷地殺人,最後人類將會走向滅亡。科學的優點和缺點在此同時展現。大眾對科學愛恨交織,這種經驗或許是人類史上頭一遭。    科學這枚硬幣的正與反      十九世紀的工業革命肇因於牛頓力學(Newtonian mechanics)和熱力學(thermody-namics),透過熱機(heat engine)的發明來製造及加工巨觀物質。這成了鋼鐵、汽車和其他「重化工」產業的基石,讓以往仰賴人力和馬力的生活為之一變。現代生產力的基礎也承繼於此。      邁入二十世紀後,原子和分子的微觀世界定律(量子力學)揭曉,電子技術飛躍=發展。電腦和半導體元件用在所有的電器產品上,「輕薄短小」的產業發展起來。藉由同樣的方式也能將生命世界的定律參透到基因的程度,基因操縱產業化的時代近在眼前。二十世紀號稱「科學的世紀」,科學這一百年來的進步的確偉大。我們不但獲得這些成果,還過著前所未有的富足生活,早就無法想像沒有科學的日子。      然而,這只是硬幣的其中一面。原子的研究進一步研究到位於原子中心的原子核,企圖運用潛藏在其中的巨大核能能量。首先是要研究核彈和氫彈,而後則是核能發電。由於核子武器的開發競爭,使得核彈製造出來,足以殺害世界上的人類好幾次。要是發生核戰,地球會被地面掀起的塵土所覆蓋,溫度會下降,可想而知人類會活不下去(「核子冬天」)。再者,從核能發電產生的放射性廢棄物仍然還找不到處置方法,只會愈積愈多。      另外,開發和洗淨半導體元件用的藥品和氟利昂(Freon)該怎麼處置也是個問題。這些東西會汙染海洋和河川,破壞大氣層當中的臭氧層。石油燃燒持續拉長,導致空氣中的二氧化碳增多,也讓人擔心「溫室效應」會不會造成地球暖化。隨著產業發展及生產力提升,人類逐漸明白地球這個環境並非取之不盡。再者,基因操縱技術可望在二十一世紀正規化,無法預估這會讓生命世界掀起怎樣的變化。我們因為科學的進步而抱持很大的不安,我認為這種對未來的不安,就是現在猜疑科學的根源。    科學的「偏食」      強烈「依賴」和「猜疑」科學的矛盾情感,導致年輕族群廣泛對超能力和超科學心生嚮往。自己下不了決心的事情就仰賴占卜、天啟、通靈和大預言之類的法門,相信物理上不可能出現的空中飄浮和瞬間移動,思考沒有實體的守護靈和靈氣是否存在。為什麼這種心理會在「科學的時代」中蔓延呢?想必是因為「超越」現代科學的幻想,能夠消除對未知的不安,同時還可以藉由逃遁到神祕的天地中獲得「安全感」,就算沒有想得更深入也能心滿意足。      當然,原因不只在於科學,還有時代背景。人們身處在以學歷決定將來,必須服從與獻身於公司和主管的現在,實在很難看出變化的可能性。從歷史的眼光來看,每逢混沌看不清將來的時代來臨,以超能力為幌子的宗教就會蔚為流行。現在也不例外。      然而,過去和現在有個明顯的不同。答案當然是「科學」。我們生活在現代,多多少少學過科學的觀念和方法。過於荒誕無稽的邏輯沒有人會相信(當然,如果受到洗腦,教祖說什麼都會深信不疑)。將教團的名字加上「科學」或「真理」,這就表示為了推廣自己的宗教,至少必須要假裝「很科學」。換句話說,現代社會要透過掌握基礎科學素養的人來運作,這一點和以往大不相同。      不過有個問題。科學的內容離日常生活太遠,又很困難,因此會覺得自己無法搞懂。專家既不會幫忙解說到淺顯易懂的程度,就算看了書,困難的算式也會冒出來。儘管擁有了解科學的根底,科學卻漸行漸遠。說不定之後會心生厭惡,明明能吃卻不吃,變得「偏食」。這實在很可惜,難得有美食當前卻視若無睹。    未來取決於「科學的智慧」      我認為要消除對科學的「猜疑」和對未來的「不安」,第一步就在於讓科學更親近(光是埋怨「不安」,什麼也不會改變)。要解決現在地球上造成的各種矛盾,果然還是必須仰賴科學的力量。換句話說,就是要循序漸進地思考我們現在背負的問題本質是什麼,用哪種方式可以解決。      就算重視科學的力量,但若給病人連續打針,導致病情更加惡化也不行。首先必須要從每個角度探討一個又一個問題,所以不能由專業科學家代勞。每個民眾要用自己的頭腦思考、陳述意見,藉此釐清專家看不到的面向。      以前會以治療疾病為名,未經當事人同意就進行人體實驗。或是就算知道納粹並未製造原子彈,也推動曼哈頓計畫(Manhattan Project;按:美國在二戰期間研究核武的計畫),科學家還會持續協助(以﹁納粹或許先製造出原子彈﹂為由啟動曼哈頓計畫)。假如專家覺得自己面對的問題很有趣,往往會熱衷於研究,完全不管能否提供解決之道。要阻止這種現象,就要了解科學的內容,還要有足夠的智慧判斷理論化為現實之際,將會引發什麼樣的情況。這種專家和民眾的交互作用必定能夠開創光明的未來,需要民眾認識科學的思考法和進行法。      要是維持現在的消費結構和能源運用模式不變,恐怕還沒過一百年,地球就會陷入困境。地球環境荒廢並非資源和能源不夠,而是使用過度。那我們該把生活變成什麼樣子?用什麼方法才能達成目標?      要回答這個問題沒那麼簡單,我們必須以智慧協商。當然,國內也好,地區也好,都必須獲得各方同意。為此到底需要拿出什麼樣的辦法?我認為應該運用手邊的資料預測未來。什麼能做,什麼不能做,選擇某條道路會導致什麼結果,能夠容許到什麼地步,能夠從哪個著眼點接納,這類預測需要由世界各國的眾人按部就班慎重探討,達成共識後再行動。這時科學的力量就可以發揮作用。過去,強國的邏輯會透過戰爭硬壓在別人身上,「科學的智慧」則不是這種暴力,而會逐步決定世界的未來。    本書的內容      這本書首先是回顧我成為科學家的契機,同時想要歸納科學的觀念和方法有什麼特徵,以及產生什麼樣的變化。科學的原點在於個人的好奇心,終究只是一己的行為。最後還是要在與社會的連結之中,孕育出專門觀測和測量的工作,隨著大學的興辦將知識集中起來。透過這個過程,以科學研究為專業的「科學家」誕生了。科學家的職業就此定調,科學的力量藉由國家獲得認可之後,進行科學研究的方法就產生質變。科學脫離以往的個人活動領域,像現在一樣成了靠稅金營運的公眾活動。當然,就算發生這樣的變化,思考和進行科學研究的方法基本上也不會更動。      因此,我想回顧科學如何誕生的歷史,再觀察現在進行科學研究的方法,同時思考科學與技術,技術、社會與人類的關係。如今科學支出大量的資金,確立在科學研究的現場培育人才的系統,這將會產生什麼問題?別人期待科學家扮演什麼角色?另外,科學家對社會要付什麼樣的責任?這項問題在思考二十一世紀的科學、社會及地球時都相當重要。      我專攻物理學,這本書常會談到物理學和宇宙相關的話題,但在說明時則花了心思,假如是對科學稍微感興趣的人,哪怕是喜歡生物和化學也能了解。另外,我希望想要進入文組科系的人也可以讀這本書。科學是嚴密的思考,也是「看見『看不見』的東西」的絕妙方法。本來無論是文組或理組(高中實施這種分科法實在是一大錯誤),每個人都該學習科學的觀念。期盼這本書能夠幫助肩負二十一世紀重責大任的各位讀者,透過「科學的智慧」開拓新世界。

序跋

【推薦序】科學的脈絡
◎文/蔡志浩(認知科學家、台灣應用心理學會理事、台灣使用者經驗設計協會創會理事長與現任理事)      科學,既簡單又複雜。簡單,因為科學研究的本質可以用一句話說完:「試著發現些什麼並驗證那些發現的過程。」複雜,因為這些過程充滿了挑戰性。      「發現(discovery)」與「驗證(justification)」是科學研究的兩個主要脈絡。一般人對科學的印象多半來自驗證:科學家的確是透過明確的結構、方法與流程檢驗特定假設。      但是那些假設怎麼來的?或許有人會說是理論推導來的。那麼理論又是怎麼來的?科學家一開始是如何想出某個理論的?換句話說,如何想到現象背後的運作機制可能是這樣的?      這個脈絡叫做「發現」。與驗證不同,「發現」的過程幾乎全無結構、方法與流程可循。這是個充滿不確定性的過程。它當然還是需要對某個領域的長期浸淫,但更需要高度的創造力與想像力。      如果你有機會回顧各個科學領域的歷史就會明白,重要的科學發現,往往都是聰明的科學家在非常偶然、意外、離奇、甚至有點瘋狂的情況之中產生的頓悟。      從發現到驗證,科學一直是感性與理性、直覺與邏輯、瘋狂與冷靜、混亂與結構兼具的。但我們的教育都還是著重在科學一板一眼的那一面,很少真正呈現科學的全貌。      科學如此,實務亦然。台灣產業代工起家,擅長幫國外品牌客戶解決問題。但是當我們開始做品牌與創新,必須自己發現問題,就遇到困境了。我們習慣一切都能確定,但發現的過程是幾乎沒有規則可循的。      《科學素養》沒有明確區分這兩個脈絡,但讀者可以試著去區辨。例如池內教授把研究人員分成擅長解決問題的「微分型」與發現問題的「積分型」。他也強調科學精神的本質是好奇心。唯有多問為什麼,才有機會獲得重要的發現。      此書原著出版至今已有二十二年,但作者看到的很多趨勢是很清楚的。例如他說要打破理組和文組的隔閡。時至今日,認知科學與認知神經科學結合了心理學、語言學、資訊科學、神經科學與心智哲學,正是最好的例子。      不同科學領域間的差異頗大,但目標十分一致:描述,解釋,預測,控制。能客觀觀察現象才能探究其運作機制,能了解機制才能預測,能預測才有機會控制與改變,讓世界變得更好。      實務工作也需要科學素養。除了要懂得區辨發現與驗證,更要意識到世界變得愈來愈複雜。單一領域或技術能發現與解決的問題愈來愈有限。唯有打破專業間的界線,才能發現更有價值的問題,產生更有價值的解法。      以設計為例,成功的創新要能同時滿足商業、技術與用戶的需求與限制,而這只有跨領域才能做得到。而設計同樣始於進入脈絡中觀察(描述)、洞察需求(解釋)。透過原型設計找到最能滿足需求的解法(預測),再將設計實作為能夠融入使用者生活脈絡中的產品與服務,促成正向的改變(控制)。      《科學素養》書中大部分的例子來自池內教授的專長領域天文物理學,對其他領域探討不多。我自己身為認知科學家,剛好可以再做一點延伸。      池內教授覺得社會與人文科學多半沒有實證或反證。事實上是有的。例如語言學家就很擅長從真實語料中找尋反例來推翻自己歸納或推導出來的語法規則,心理學家也相當擅長以實驗方法探究行為背後的機制。人工智慧則以建造有智慧的系統的方式探討智慧的本質。      現代科學的異質性很高,自然科學的研究典範未必適用於所有領域。但「從發現到驗證」的科學脈絡是一致的。都要能探索未知世界獲得新發現,並用實證的方式驗證。      最後,我很喜歡池內教授說的,要學會了解自己「什麼知道,什麼不知道」,並懂得有效運用科學磨練洞察力以「看見『看不見』的東西」。面對人生的難題,科學思考總是可以在關鍵時刻給我們指引。   
【推薦序】我們更需要的科學素養
   ◎文/黃貞祥(清華大學生命科學系助理教授)     這是最好的時代,也是最壞的時代;這是智慧的時代,也是愚蠢的時代;這是科學的時代,也是疑慮的時代。      我大學唸書之前能夠讓教授榮獲國科會傑出研究獎的論文,現在能否用來升等都難說。這二十多年來,學術界對科學論文的質與量有更高的要求,意味著時代的進步,但也促成論文造假的誘因。      愈來愈多的大學批量製造了愈來愈多的大學生,可是大學畢業生的薪資卻倒退十幾年,而且博士班卻愈來愈難招到學生;政府過去投注愈來愈多的資源在高科技的創新,可是競爭力卻似乎被韓國和對岸不斷趕超,愈來愈焦慮的政府只能要求研究成果要馬上有用,基礎研究愈來愈不受到該有的重視。      這是一個無比焦慮的時代,但也可能是個充滿機會的時代,至少讓人投身科學工作前就該清楚自己的志趣,而非盲目一窩蜂。就像大文豪狄更斯在《雙城記》裡著名的開場一樣,每個時代都有其雙面。當一個經濟體要轉型而能夠更富裕和先進,就不可能單純依賴過去代工的經驗,還有讓學生不顧興趣專長一窩瘋地往理工領域裡擠,忽略健康有活力的社會需要多元多樣的人才。      身為科學工作和教育的一員,我當然希望更多熱血能加入,但更希望後輩都是了解狀況並且能夠樂在其中的。科學研究是艱辛的,也是充滿挑戰的;是孤獨的,也是充滿樂趣的;是高度專業的,也是廣闊無邊的。投身科學工作的有志之士,在基礎科學的研究愈來愈多挑戰的情況下,能不好好認識這個最了不起的智性活動,如何成就我們今天人類史上最高效的社會嗎?      我們的社會普遍是尊崇科學的,偽科學也就是搭著大眾對科學的崇敬和信任招搖撞騙,可是不少志同道合的有識之士,也為推動全民科學素養而努力不懈。然而,即使是理工科系出身的人們,就一定具備了該有的科學素養了嗎?      日本物理學家池內了,除了是位成功的科學家,他也為日本大眾寫過不下五十本科普書!是位多產的作家。他的這本給年輕學子的《科學素養》雖然成書於二十幾年前,但仍適合今天有志科學的學生一讀,認真地在迷惘的時代指引出清晰的方向。現在的學子何其有幸,我也希望大學時就能讀到這本書。      身為在大學裡任教,有志科學教育和科普傳播的科學工作者,我是很羡慕日本的,因為日本有不少大師級的科學家,在繁忙的研究工作之餘,仍不忘孜孜不倦地寫書為大眾解釋複雜的科學知識,出版社也提供專業的編輯協助,這讓日本人的科學專業不輸歐美,甚至可能有過之而無不及。近年日本也出現了不少諾貝爾獎得主,就是他們長期投資科學最具體的收穫。      在《科學素養》這本書中,池內了分享他在科學之路上的經驗,談的不只是他熟悉的物理學而已,他交代了自己為何投身科學研究,闡述科學的思考法和歷史,討論現代科學的目標、特徵和難解問題,也提出科學家的責任與倫理、科學與社會的關係等。他沒有美化科學,誠實地揭示科學的限制等。科學在不同時代展現出不同的面貌,清楚地了解其脈絡才能深入探索。      《科學素養》寫得非常的淺顯易懂,雖然可能有些專有名詞讓人感到陌生,可是高中生閱讀之後也可能很有收穫,尤其是在決定大學的求學方向時,認清科學家所追求的是否和自己的志趣相投,相信能夠讓人做出更好的決擇!      科學學者和學生,除了必須學習妥善掌握複雜的科學理論和實驗,同時也應該有批判思惟和獨立思考的能力,並且清楚科學在歷史中的脈絡和社會中的互動,因為有很多政策議題有賴通曉科學並且有溝通能力的知識份子來提供建言。      讀了《科學素養》,仍不足以成為真正有科學素養的人,但至少會略知科學素養,並且想要成為有科學素養的人吧!?   
【推薦序】本書出版二十二年後,我們為何還在談科學素養
◎文/鄭國威(PanSci 泛科學總編輯)      愛因斯坦曾言:「當我們的知識之圓擴大,環繞圓周的黑暗也跟著變大了。」(As our circle of knowledge expands, so does the circumference of darkness surrounding it.)這句話是我最常在外演講時引用的名人錦句,也是時時自我提醒的警句。      所以,正如本書作者池內了教授所說,科學家並不是知道所有事情的人,其實正好相反。科學家是站在圓周上,知道我們知道哪些事情以及不知道哪些事情的人。正因為科學家知道人類還有很多不知道的事情,面對無法估量的黑暗,因此更擁有了責任,要將人類知識之圓邊界的狀況傳達給更多人,同時在知識不足以至於無法判斷的時候,勇敢地講出「我不知道」。      科學家處於人類知識探索隊伍最前線,但科學家要扮演的角色不只是悶著頭往前進而已,而是要時時回頭,把前方的訊息回傳給後頭的人。這時候就像是比手畫腳遊戲一樣,如果一開始比得不好或傳達得不夠清楚明瞭,那麼一個接著一個傳到後來,訊息接受者不是摸不著頭緒,就是解讀得莫名其妙,並且肯定會反過來責怪前面的人「到底在比什麼鬼」。      所以,我們需要更多科學家擁有直接對社會溝通,體察一般人情緒與需求,再將複雜知識轉譯軟化成大眾語言的能力。在經營泛科學的經驗中,我認識一些擁有這樣能力的科學家,但在其中,有熱情、有意圖、願意撥出時間來溝通,不為糟糕的媒體環境和酸民文化而灰心的科學家,實屬鳳毛麟角。      若科學家不願、不用、不能對公眾溝通,將會帶領國家陷入惡性循環。作者在書中也直言:在民主時代,人民的選票與納稅決定了主要由國家支持的科學研究,因此一個國家的科技水準,愈來愈高的比例是由該國人民對科學與技術的了解與支持程度來決定的。所以科學素養除了包括了一般人對基礎科學知識的掌握、對科學史、科學研究方法的理解,更包括了對社會中的科學議題的參與,如果科學家不協助民眾跨過參與議題的門檻,那麼結果只會是民眾用選票跟稅金決定把門直接封死。      本書花了不少篇幅,從作者最熟悉的天體物理學出發,簡要清晰地告訴讀者當代科學的演進史;模型、假說、定律、理論等的差異;為什麼數學如此重要;面對無法化約的新領域該怎麼辦。這些其實是我們在國中時就都會學到的,但我也跟大多數人一樣,就算念到大學都無法真正搞懂,毫無興趣、甚至以厭惡科學素養而自豪。如果只是少數人如此,或許是少數人的問題,但如今卻是大多數的人都沒有足夠的科學素養,這很難不說是科學家與像我這樣的科學傳播者的責任。      在一○八課綱強調「素養導向教學」後,科學素養成為教育圈熱門話題,許多人誤以為這個改變,不過就是考試時會出現很長的文章題目要考生做閱讀測驗,讓更多的數理考試題目來自文學和社會議題的文本,或是讓更多的國文和英文考試得用上數理能力的題目,其實當然不是這樣。      要培養科學素養,最關鍵的是認知「科學做為一種探究知識、逼近真理的方法,到底是怎麼來的?科學家又是怎麼從單純對現象的好奇,轉而成為一種由國民稅金支持的研究活動?」說真的,科學素養教育之所以被重視,絕不該被當成是科學家突然又要灌輸給大眾一些莫名其妙的東西,而該被認為是科學界與科學傳播界的反省運動才是。      這本書(原文書)是在一九九六年首度出版,距今已有二十二年,雖然書中少了近年來的熱門科學名詞,例如大數據、物聯網、人工智慧、基因編輯、登陸火星等,但讀來依舊深刻,毫不過時。此刻讀這本書,看作者當時對科學家的批評與自我反省,再對照如今的發展,只覺像作者這樣的聲音實在太少,再多幾本這樣的書,也還不夠啊。
科學的脈絡
◎文/蔡志浩(認知科學家、台灣應用心理學會理事、台灣使用者經驗設計協會創會理事長與現任理事)      科學,既簡單又複雜。簡單,因為科學研究的本質可以用一句話說完:「試著發現些什麼並驗證那些發現的過程。」複雜,因為這些過程充滿了挑戰性。      「發現(discovery)」與「驗證(justification)」是科學研究的兩個主要脈絡。一般人對科學的印象多半來自驗證:科學家的確是透過明確的結構、方法與流程檢驗特定假設。      但是那些假設怎麼來的?或許有人會說是理論推導來的。那麼理論又是怎麼來的?科學家一開始是如何想出某個理論的?換句話說,如何想到現象背後的運作機制可能是這樣的?      這個脈絡叫做「發現」。與驗證不同,「發現」的過程幾乎全無結構、方法與流程可循。這是個充滿不確定性的過程。它當然還是需要對某個領域的長期浸淫,但更需要高度的創造力與想像力。      如果你有機會回顧各個科學領域的歷史就會明白,重要的科學發現,往往都是聰明的科學家在非常偶然、意外、離奇、甚至有點瘋狂的情況之中產生的頓悟。      從發現到驗證,科學一直是感性與理性、直覺與邏輯、瘋狂與冷靜、混亂與結構兼具的。但我們的教育都還是著重在科學一板一眼的那一面,很少真正呈現科學的全貌。      科學如此,實務亦然。台灣產業代工起家,擅長幫國外品牌客戶解決問題。但是當我們開始做品牌與創新,必須自己發現問題,就遇到困境了。我們習慣一切都能確定,但發現的過程是幾乎沒有規則可循的。      《科學素養》沒有明確區分這兩個脈絡,但讀者可以試著去區辨。例如池內教授把研究人員分成擅長解決問題的「微分型」與發現問題的「積分型」。他也強調科學精神的本質是好奇心。唯有多問為什麼,才有機會獲得重要的發現。      此書原著出版至今已有二十二年,但作者看到的很多趨勢是很清楚的。例如他說要打破理組和文組的隔閡。時至今日,認知科學與認知神經科學結合了心理學、語言學、資訊科學、神經科學與心智哲學,正是最好的例子。      不同科學領域間的差異頗大,但目標十分一致:描述,解釋,預測,控制。能客觀觀察現象才能探究其運作機制,能了解機制才能預測,能預測才有機會控制與改變,讓世界變得更好。      實務工作也需要科學素養。除了要懂得區辨發現與驗證,更要意識到世界變得愈來愈複雜。單一領域或技術能發現與解決的問題愈來愈有限。唯有打破專業間的界線,才能發現更有價值的問題,產生更有價值的解法。      以設計為例,成功的創新要能同時滿足商業、技術與用戶的需求與限制,而這只有跨領域才能做得到。而設計同樣始於進入脈絡中觀察(描述)、洞察需求(解釋)。透過原型設計找到最能滿足需求的解法(預測),再將設計實作為能夠融入使用者生活脈絡中的產品與服務,促成正向的改變(控制)。      《科學素養》書中大部分的例子來自池內教授的專長領域天文物理學,對其他領域探討不多。我自己身為認知科學家,剛好可以再做一點延伸。      池內教授覺得社會與人文科學多半沒有實證或反證。事實上是有的。例如語言學家就很擅長從真實語料中找尋反例來推翻自己歸納或推導出來的語法規則,心理學家也相當擅長以實驗方法探究行為背後的機制。人工智慧則以建造有智慧的系統的方式探討智慧的本質。      現代科學的異質性很高,自然科學的研究典範未必適用於所有領域。但「從發現到驗證」的科學脈絡是一致的。都要能探索未知世界獲得新發現,並用實證的方式驗證。      最後,我很喜歡池內教授說的,要學會了解自己「什麼知道,什麼不知道」,並懂得有效運用科學磨練洞察力以「看見『看不見』的東西」。面對人生的難題,科學思考總是可以在關鍵時刻給我們指引。   
我們更需要的科學素養
◎文/黃貞祥(清華大學生命科學系助理教授)        這是最好的時代,也是最壞的時代;這是智慧的時代,也是愚蠢的時代;這是科學的時代,也是疑慮的時代。      我大學唸書之前能夠讓教授榮獲國科會傑出研究獎的論文,現在能否用來升等都難說。這二十多年來,學術界對科學論文的質與量有更高的要求,意味著時代的進步,但也促成論文造假的誘因。      愈來愈多的大學批量製造了愈來愈多的大學生,可是大學畢業生的薪資卻倒退十幾年,而且博士班卻愈來愈難招到學生;政府過去投注愈來愈多的資源在高科技的創新,可是競爭力卻似乎被韓國和對岸不斷趕超,愈來愈焦慮的政府只能要求研究成果要馬上有用,基礎研究愈來愈不受到該有的重視。      這是一個無比焦慮的時代,但也可能是個充滿機會的時代,至少讓人投身科學工作前就該清楚自己的志趣,而非盲目一窩蜂。就像大文豪狄更斯在《雙城記》裡著名的開場一樣,每個時代都有其雙面。當一個經濟體要轉型而能夠更富裕和先進,就不可能單純依賴過去代工的經驗,還有讓學生不顧興趣專長一窩瘋地往理工領域裡擠,忽略健康有活力的社會需要多元多樣的人才。      身為科學工作和教育的一員,我當然希望更多熱血能加入,但更希望後輩都是了解狀況並且能夠樂在其中的。科學研究是艱辛的,也是充滿挑戰的;是孤獨的,也是充滿樂趣的;是高度專業的,也是廣闊無邊的。投身科學工作的有志之士,在基礎科學的研究愈來愈多挑戰的情況下,能不好好認識這個最了不起的智性活動,如何成就我們今天人類史上最高效的社會嗎?      我們的社會普遍是尊崇科學的,偽科學也就是搭著大眾對科學的崇敬和信任招搖撞騙,可是不少志同道合的有識之士,也為推動全民科學素養而努力不懈。然而,即使是理工科系出身的人們,就一定具備了該有的科學素養了嗎?      日本物理學家池內了,除了是位成功的科學家,他也為日本大眾寫過不下五十本科普書!是位多產的作家。他的這本給年輕學子的《科學素養》雖然成書於二十幾年前,但仍適合今天有志科學的學生一讀,認真地在迷惘的時代指引出清晰的方向。現在的學子何其有幸,我也希望大學時就能讀到這本書。      身為在大學裡任教,有志科學教育和科普傳播的科學工作者,我是很羡慕日本的,因為日本有不少大師級的科學家,在繁忙的研究工作之餘,仍不忘孜孜不倦地寫書為大眾解釋複雜的科學知識,出版社也提供專業的編輯協助,這讓日本人的科學專業不輸歐美,甚至可能有過之而無不及。近年日本也出現了不少諾貝爾獎得主,就是他們長期投資科學最具體的收穫。      在《科學素養》這本書中,池內了分享他在科學之路上的經驗,談的不只是他熟悉的物理學而已,他交代了自己為何投身科學研究,闡述科學的思考法和歷史,討論現代科學的目標、特徵和難解問題,也提出科學家的責任與倫理、科學與社會的關係等。他沒有美化科學,誠實地揭示科學的限制等。科學在不同時代展現出不同的面貌,清楚地了解其脈絡才能深入探索。      《科學素養》寫得非常的淺顯易懂,雖然可能有些專有名詞讓人感到陌生,可是高中生閱讀之後也可能很有收穫,尤其是在決定大學的求學方向時,認清科學家所追求的是否和自己的志趣相投,相信能夠讓人做出更好的決擇!      科學學者和學生,除了必須學習妥善掌握複雜的科學理論和實驗,同時也應該有批判思惟和獨立思考的能力,並且清楚科學在歷史中的脈絡和社會中的互動,因為有很多政策議題有賴通曉科學並且有溝通能力的知識份子來提供建言。      讀了《科學素養》,仍不足以成為真正有科學素養的人,但至少會略知科學素養,並且想要成為有科學素養的人吧!?   
本書出版二十二年後,我們為何還在談科學素養
◎文/鄭國威(PanSci 泛科學總編輯)      愛因斯坦曾言:「當我們的知識之圓擴大,環繞圓周的黑暗也跟著變大了。」(As our circle of knowledge expands, so does the circumference of darkness surrounding it.)這句話是我最常在外演講時引用的名人錦句,也是時時自我提醒的警句。      所以,正如本書作者池內了教授所說,科學家並不是知道所有事情的人,其實正好相反。科學家是站在圓周上,知道我們知道哪些事情以及不知道哪些事情的人。正因為科學家知道人類還有很多不知道的事情,面對無法估量的黑暗,因此更擁有了責任,要將人類知識之圓邊界的狀況傳達給更多人,同時在知識不足以至於無法判斷的時候,勇敢地講出「我不知道」。      科學家處於人類知識探索隊伍最前線,但科學家要扮演的角色不只是悶著頭往前進而已,而是要時時回頭,把前方的訊息回傳給後頭的人。這時候就像是比手畫腳遊戲一樣,如果一開始比得不好或傳達得不夠清楚明瞭,那麼一個接著一個傳到後來,訊息接受者不是摸不著頭緒,就是解讀得莫名其妙,並且肯定會反過來責怪前面的人「到底在比什麼鬼」。      所以,我們需要更多科學家擁有直接對社會溝通,體察一般人情緒與需求,再將複雜知識轉譯軟化成大眾語言的能力。在經營泛科學的經驗中,我認識一些擁有這樣能力的科學家,但在其中,有熱情、有意圖、願意撥出時間來溝通,不為糟糕的媒體環境和酸民文化而灰心的科學家,實屬鳳毛麟角。      若科學家不願、不用、不能對公眾溝通,將會帶領國家陷入惡性循環。作者在書中也直言:在民主時代,人民的選票與納稅決定了主要由國家支持的科學研究,因此一個國家的科技水準,愈來愈高的比例是由該國人民對科學與技術的了解與支持程度來決定的。所以科學素養除了包括了一般人對基礎科學知識的掌握、對科學史、科學研究方法的理解,更包括了對社會中的科學議題的參與,如果科學家不協助民眾跨過參與議題的門檻,那麼結果只會是民眾用選票跟稅金決定把門直接封死。      本書花了不少篇幅,從作者最熟悉的天體物理學出發,簡要清晰地告訴讀者當代科學的演進史;模型、假說、定律、理論等的差異;為什麼數學如此重要;面對無法化約的新領域該怎麼辦。這些其實是我們在國中時就都會學到的,但我也跟大多數人一樣,就算念到大學都無法真正搞懂,毫無興趣、甚至以厭惡科學素養而自豪。如果只是少數人如此,或許是少數人的問題,但如今卻是大多數的人都沒有足夠的科學素養,這很難不說是科學家與像我這樣的科學傳播者的責任。      在一○八課綱強調「素養導向教學」後,科學素養成為教育圈熱門話題,許多人誤以為這個改變,不過就是考試時會出現很長的文章題目要考生做閱讀測驗,讓更多的數理考試題目來自文學和社會議題的文本,或是讓更多的國文和英文考試得用上數理能力的題目,其實當然不是這樣。      要培養科學素養,最關鍵的是認知「科學做為一種探究知識、逼近真理的方法,到底是怎麼來的?科學家又是怎麼從單純對現象的好奇,轉而成為一種由國民稅金支持的研究活動?」說真的,科學素養教育之所以被重視,絕不該被當成是科學家突然又要灌輸給大眾一些莫名其妙的東西,而該被認為是科學界與科學傳播界的反省運動才是。      這本書(原文書)是在一九九六年首度出版,距今已有二十二年,雖然書中少了近年來的熱門科學名詞,例如大數據、物聯網、人工智慧、基因編輯、登陸火星等,但讀來依舊深刻,毫不過時。此刻讀這本書,看作者當時對科學家的批評與自我反省,再對照如今的發展,只覺像作者這樣的聲音實在太少,再多幾本這樣的書,也還不夠啊。 

內文試閱

第一章 我心目中的科學 我成為科學家的原因
  宇宙的研究      我研究過的領域有恆星演化、銀河構造和演化,以及其他存在於宇宙的天體如何形成和如何演化的問題。重力(牛頓〔Isaac Newton〕發現的萬有引力)總是會作用於天體。天體為了存在於這個宇宙之內,也常要施展反制重力的力量,否則天體就會被自身的重量瞬間摧毀。比方說,假設星球的內部是超過一千萬度的高溫,沒有因為這份壓力而毀滅。接著熱能從內部往外流出,然後星星就發光了。除非向外持續散發能量,否則星星就會變老。換句話說,星星是會演化的。基於同樣的理由,不只是星星,所有的天體都會演化。既然會演化,就會有開始(誕生、起源),有結束(死亡)。這種宇宙的研究就是在調查天體從誕生到死亡的一生。      起初我在研究恆星演化的最終階段,後來就轉而研究星辰密集的銀河,現在則是在研究銀河散布的宇宙,隨著經驗在不知不覺中累積,研究對象也從小型天體變成大型天體。雖然興趣轉移自然會改變研究對象,不過這也是整個天文學的潮流。或許我也在追逐流行,另一方面,也是為了尋找別人還沒做過的問題。其實這是我研究科學的方法之一。      研究者分為「微分型」和「積分型」      研究人員大致可分為兩種類型,我稱之為「微分型」和「積分型」。「微分型」是反覆思考問題的細節,憑藉優越的技術解決疑問和困難。相形之下,「積分型」則是透過更廣的觀點展望問題,思考應該前進的方向和全局的整合性。或許前者可以說是「蟲眼」,後者則是「鳥眼」。擁有兩種視角的研究人員的確很有能力,但這樣的人很罕見,通常無論再怎麼努力,擅長的方法都會偏向其中一邊。      我屬於後者的積分型,會觀察研究的流程,同時思考別人還沒注意的問題,以及日後似乎會變得重要的問題。由於解決個別問題的能力很弱,因此我和「微分型」的研究人員競爭時會落敗。一般來說,「微分型」的人數學能力和直覺相當優秀,總是讓我感到自卑。每當開始談論某個問題時,我就要花時間思考,途中就跟不上了。剛開始這件事讓我相當煩惱,不過,後來就覺得這只是每個人思考和做事的方法不同。我要尋找適合自己的問題。      像這樣兩種類型的觀念和視角不只限於研究,課堂的活動也好,用功的方法也好,有些人會牢牢掌握部分重點,有些人則會先觀察整體情況。每個人都有擅長或不擅長的領域和做法,這跟頭腦好壞一點關係都沒有。一旦自己認定不擅長的就是頭腦差,多半就不會再努力了。關鍵在於要努力找出自己擅長的地方。      天文少年?      每逢談到我在研究宇宙的課題時,別人往往會問我:「你從小時候就喜歡星星嗎?」實際上,許多人是從小時候用望遠鏡看星星,就這樣研究起天文學來。所以,從別人看來,天文學家就是「從小時候就追逐夢想的幸福之人(怪人?)」。      這時我會回答:「很遺憾,我不是那種浪漫的人。就連現在我都沒用望遠鏡,是個連星座名稱都不知道的天體物理學家。」也有很多以前並非天文少年,沒有做過天文觀測的天文學家。所以我們不稱之為天文學,而是叫做天體物理學或宇宙物理學。      就如第三章所述,自然科學的根源是中世紀的煉金術、永動機(perpetual motion machine)和其他有點不正經的嘗試,後來集大成為博物學,成為自然觀察的基礎。「喜歡看星星」這種博物學式的興趣,是研究自然的第一步,然而,單憑博物學就只能知道事物的一面。      物理學(以前日文用的是「窮理學」)是用在發現基本的原理和定律,以掌握物質本身的結構及其運動的本質。假如從這種視角出發,就需要重新認識自然。透過這種物理學的方法,就能從單純的原理和定律理解和推導出多樣風貌的自然。藉由物理學的方式了解宇宙中發現的現象,這就是天體物理學或宇宙物理學。當然,雖說是以宇宙的觀測為基礎,但在紙上談兵時,往往會忘記個別星球和銀河的特性,以釐清普遍的性質為目標。所以,就算沒看望遠鏡也可以研究。      研究自然科學的方法大致可分為「歸納法」和「演繹法」。前者是對現象和對象感興趣,藉由觀測、觀察和實驗發現其中的共通點和規律。後者則是推論基本的原理和定律,應用在具體的現象和對象上來了解事物。當然,也有介於兩者之間的方法,不過科學家會依照類別和研究的發展階段,將重點放在其中一邊。      這兩個方法經常可以從日常生活中體驗到。像是衡量自己喜歡設計還是製作,擅長撰寫腳本還是演戲。雖然無論哪種職位都是重責大任,但還是要記得判斷自己適合哪種行業,擅長哪種工作。我本來就不擅長實驗,又粗枝大葉,所以直接排除需要接觸自然對象的科別。

作者資料

池內了(Satoru IKEUCHI)

理學博士,天文物理學者、名古屋大學名譽教授、綜合研究大學名譽教授。從事宇宙和天文研究,同時投入科學與社會的教育研究。 一九四四年生於兵庫縣,畢業於京都大學理學院物理系。著有《跟女兒談科學是什麼》《物理學與神》《禁忌的科學》等書(以上書名均為暫譯)。 監修:《改變世界的30個重要發明》《探索新知!圖解生物的奧妙》《一探究竟!圖解宇宙‧地球的96個小知識》《探索奧秘!圖解不可思議的自然現象》等書。 得獎紀錄 第13屆講談社出版文化獎(科學類)

基本資料

作者:池內了(Satoru IKEUCHI) 譯者:李友君 出版社:經濟新潮社 出版日期:2018-04-17 ISBN:9789869624404 城邦書號:QD1020 規格:平裝 / 單色 / 240頁 / 14.8cm×21cm
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