《系统科学导引》序——方福康

以下是方老师给《系统科学导引》写的序。非常值得看看,想想,有除了本书序之外的价值。提前拿出来跟大家分享。

《系统科学导引》序

方福康

看到吴金闪教授这本“系统科学导引”,明显地感觉到与众不同的地方:书名不叫导论,也没有用引言这一类标题,而是用了“导引”这样一种开放性的提法。这个提法明白地告诉读者,本书要通过学习引导你考虑一些系统科学的基本问题,告诉你在哪些科学知识的基础上去思考,如何去思考。从本书的内容和结构来看,很明显的存在着三条主线,即系统科学的发展进程以及其主要内容和成就,然后就是用去本书大量的篇幅论述作为一门科学其发展的理论基础,特别是数学和物理在建立一个理论体系中的作用,再者就是对如何进一步发展系统科学的思考。其实,这一部分发展系统科学的思想是贯穿全书的,因为“导引”的目的就是要引发读者的思考,特别是面对系统科学这一新兴学科所涉及的未知世界。

在一本篇幅有限的教材里,要完成这三项任务是困难的。这里显出吴金闪教授与众不同的地方,他志存高远,宣称要用最少的语言、用最核心的概念来阐明问题。这是一项挑战,考验的是吴金闪教授对系统科学这一学科产生和发展理解的深度,考验的是对于系统科学赖以发展的科学基本理论掌握的程度和高度概括的能力。当我们阅读其力学和量子力学的二章,可以明显地感到吴教授为实现他的诺言所做的努力。至于系统科学的展开和后续发展的内容,则由于这门学科发展的迅速,内容十分广泛,不同学者会有他本人的取向和偏爱,只要把系统科学的特点予以说明就可以了,尽管会具有浓厚的个人色彩。所以,对于吴金闪教授这本“导引”教材,如果仔细体会,无论对于系统科学发展的历程,发展这门学科所需要的理论储备以及如何去发展这门学科,都会受益匪浅,而对于初涉系统科学的青年学子来说,更是能启迪他们的思维,更快更好地进入到系统科学这一广阔的领域。

作为一篇序言,也是对应吴金闪教授“导引”二字的提法,下面,沿着序言中所提出的三个问题,提出一些看法,作为一种意见参与讨论,也可以算作序言的一个延伸部分。

(一)

在 2015 年北京大学的毕业典礼上,有一个著名的演讲,当时身为生命科学学院院长的饶毅教授,代表学校教师向毕业生致词。总共 1500 多字的讲话,获得了多次热烈的掌声。对于我这个读者来说,看重是演讲中的二句话,“从物理学来说,无机的原子逆热力学第二定律出现生物是奇迹”,“从生物学来说,按进化规律产生遗传信息指导组装人类是奇迹”。

一位生物学家,能够对科学的前沿作如此的概括,确实能使人感受到他的功力。实际上,所谈到的第一个奇迹涉及到的是现代系统科学实质性的开始。这里的要点是逆热力学第二定律的提法,当学者们认识到在逆热力学第二定律的后面,还存在着一幅崭新的画卷,此时一个新的科学世界的历程就开始了。在这里有二个学者是需要提到的,一位是 N. Wiener,他最早对逆热力学第二定律的世界有清晰的理念。他指出“我们所做的是在奔向无序的巨流中努力逆流而上,否则它将一切最终陷于热力学第二定律所描绘的平衡和同质的热寂之中……我们的主要使命就是建立起一块块具有秩序和体系的独立领地……我们只有全力奔跑,才能留在原地”[1] 。另一位要提到的学者是 I. Prigogine,他给出了逆热力学第二定律的物理内容和数学形式。这就是耗散结构理论。这个理论冲破了热力学第二定律的限制,指出对于开放系统,在远离平衡的条件下,能够形成一种相对稳定的结构,称之为耗散结构。Prigogine 先是用实验确切地在流体、化学反应二个系统中让世人看到了这个相对稳定的耗散结构。再者,他证明了在热平衡的线性区是不可能出现这种结构的,一定在远离平衡的非线性区,才会有相对稳定的,称之为耗散结构的出现。然后,在论证和讨论了耗散结构的各种性质特点之后,Prigogine 和他的 Brussels 学派,发展了一套数学理论,来定量地描述耗散结构形成的过程、性质和特点,并将其应用到各具体系统和领域,特别是出现了被称为奇迹的生物。耗散结构的出现,包括实验和他的理论体系,使得突破热力学第二定律的想法从议论变为科学。

在此之后到现在的 40 年间,无论从研究的领域,和理论计算的方法都有很大的发展。研究的领域,从最初 80 年代由 Science 提到的 7 个方向,发展到 21世纪初,由 Hoker 的归纳,有了 12 大门类,28 个学科领域,涵盖了生命、神经、人类学、社会、经济、军事、管理等一切方面。研究的方法,也从原初的数理方程,展开到应用计算机、网络、大数据等现代信息工具。面对着系统科学这样一个庞大的体系,包括这门学科的兴起、发展的历程、多种数学工具的运用、涵盖内容众多的学科体系、以及这门学科仍在迅猛发展的势头,要在一本篇幅有限的著作里,要诠释这样一件科学事件是不容易的。但在,吴金闪教授这部著作中,可以看到,他以自己独特的风格完成了一个很有特色的答案。

然而系统科学或复杂性研究目前的进展并不令人满意。虽然有众多研究领域的展开,在研究工具上,网络和计算机发挥了强大的威力,应用于各种具体系统也取得令人欣喜的结果,但是对复杂系统基本规律的探索并没有取得实质性的进展,各个研究领域,各种研究结果,还是停留在己有的理论基础上,只是在外延上获得发展和展开。像饶毅教授提出的生物学奇迹的探索,涉及到进化规律、遗传信息、组装人类这样一些实际上是复杂性研究核心理论问题的研究,并没有获得理论上的突破,还有待于系统科学的未来。

(二)

吴金闪教授这本“导引”著作的另一个显著特点是认认真真的讨论了系统科学所涉及的科学基础。系统科学作为 21 世纪的前沿学科,讨论的完全是一堆全新的复杂系统对象,从数理学科的角度来观察,是从未系统地处理过的。而从耗散结构理论开始,复杂系统的研究显然已经进入到了一个新的阶段,即用数理科学的工具和方法,来获得科学的定量化的结果。这样的研究,与早期的系统科学研究如一般系统论那样定性的讨论是完全不同,在这里需要的是实实在在的科学理论概念和处理实际问题的数理方法。因此在教学内容的选择上,既要照顾到在科学历史上那些行之有效,有成功经验的数理科学方法,又要适当地介绍,随着复杂性研究工作的进展,在近些年来新发展起来的工具和方法。这二方面都有丰富的内容,而要在一个篇幅有限的教材中完成这二项硬任务是考验吴教授的理论基础和学术功力。吴金闪教授没有迴避这个矛盾,他宣称要用最少的文字语言来介绍这些最经典的理论,而实际上他是很出色地完成了这个任务。在理论物理学的经典科学库存中,吴教授选择了力学、量子力学、和统计物理三门课程。其中量子力学是最能体现业务实力的,我们可以从吴金闪教授用最少语言的描述中,看看他是如何处理量子力学这门学科的。

量子力学作为微观世界的奠基之作,与相对论一起,被称为 20 世纪巅峰的成就,独领风骚达半个多世纪。但是量子力学的核心内容只不过是少数几条基本原理(常见的提法是 5 条基本原理)。正是在量子力学基本原理的基础上,搭起了处理各类微观客体运动规律的理论框架。不仅如此,在精妙的数学描述下,量子力学的基本内容获得了十分抽象而又十分精确的数学表述。由量子力学的物理内容所揭示的微观粒子的描述,不过是 Hilbert 空间中的一个矢量,或者说是在这个空间中所描述的一个状态,算子作用于矢量,引起状态的变化,而形成运动方程。Hilbert 空间中矢量的变换或描述状态的方式变换,构成了表象理论。用物理语言颇为费力的一些内容,在精巧的数学语言下变得简单、精确。这种深刻的物理思想和精巧的数字语言的结合,正是揭示物质运动基本规律最有力的工具。在吴金闪教授所写的有关量子力学的章节,可以看到他用最少的语言而做的最大的努力,竭力将量子力学的物理抽象和涉及的数学语言传递给读者。类似的,在力学这一部分,在极有限的篇幅中,不仅介绍了牛顿力学,而且要讲到分析力学。综观全书,吴金闪教授始终强调物理观念和数学思想的重要性。这样的强调不仅是为了继承,更是为了发展,为的是建立一个复杂系统所需要的理论,作好必要的理论储备。

(三)

创新,是一门学科成长、壮大、发展的根本之道。系统科学的发展需要创新,而且是不断创新。目前对系统科学最需要的,是对于复杂系统这个未知世界基本规律的掌握,并由此进一步建立起各种运算体系并解决具体课题。吴金闪教授的著作将创新的理念贯彻全书并指出了必须注意的要点,一是要具体化,另一项是联系、联系、再联系。对于具体系统的关注,各家会有所不同,但是总体上的目标是探索和发掘复杂系统这个未知世界的基本规律。

首先会想到的问题,是世间事物的运动形式和发展规律,不应该只停留在物理世界的物质和能量的理论框架内,特别是涉及生命、神经、人类、社会这样一群复杂系统或更确切的说是复杂适应系统。信息在系统演化和发展过程中的作用己十分明显和重要。所以在理论框架上,应该建立起一个物质、能量、信息的三元素世界,在这个更宽的框架内描述他们的状态,发掘其运动规律。但是在我们的科学宝库中,并没有现成的含有物质、能量、信息三元素世界的理论框架,物理学是 20 世纪影响较大的一门学科,涉及了微观领域的各个部门和高速运行的客体等。但是,在物理学中只讨论物质和能量,不涉及信息。另外一门专门讨论信息的学问——信息论,则是专门研究信息传递过程的,从信息源、信道,到信宿,讨论的是信息如何准确传递,如何解决抗干扰。在信息论中,也没有涉及物质和能量的相互关系。所以在现有的科学库存中,信息与物质没有现成的交集,更谈不到信息与物质相互作用的方式与内容。在这个领域内,无论是理论概念,或是计算方法,目前还没有形成被大家所公认的并可被大家接受的理论成果。

尽管信息与物质的相互作用其规律还没有被充分揭示,但已经有很多学者和实际工作者关注和讨论了信息的重要作用,并做出了许多有意义的启示,为进一步解决这个问题提供了准备。早期有生物学家汤佩松,后来钱学森、徐光宪也有过论述,周光召还提出了信息与物质的相互作用,在社会系统中会起主要的作用。之后,随着对信息的研究展开,徐光宪先生提出了人工信息量的概念,并进行了量值的初步的估算。不同于依靠生物自然进化而形成的自然信息量,人工信息量是指人类由于有了语言以后所生成的信息。徐先生的估算人类自然信息量的总量为10的35次方 bit 量级,而全球人工信息总量估算是 10的20 次方 bit 量级,且每年约以30%的速度增长[2]。徐先生的人工信息量的概念实际上是为人类建立了一套完全不同于生物自然进化而形成的信息系统,不妨称之为第二信息系统。这套建立在语言发展基礎上的人类所特有的第二信息系统,在人类的发展壮大和人类社会的形成和进步起到了决定性的作用。首先,由于语言的产生和第二信息系统的形成使人类与动物界彻底分离开来,逐步成为自然界的主宰[3,4]。然后,由于第二信息系统的不断发展与完善,并与物质生产、社会体制相互结合逐步完善,使得人类从一些弱小的种群,发展壮大成为强大的族群,直到形成社会和国家,成为在地球上目前最为强大的生命体。

信息与物质相互作用的重要性是清楚的,但是迄今为至还没有一个信息与物质相互作用关系的数学表述形式,需要作一些试探。遵循着达尔文所指出的语言对人类发展的关键作用,最近我们讨论了语言作为信息对人脑这类物质的发展过程。在实验数据的支持下,我们得到了这一类包含信息物质运动的数学表达形式,可以用一个非自治的动力方程来描述,其中信息与物质的相互作用是方程中含时间$t$的驱动项。这样的一个计算结果仅是一个单例。它虽然给出了信息与物质相互作用在这个具体问题中的表达式,但并不一定显示出是一种普适的形式,因为信息与物质相互作用是复杂的,存在多种表现形式,现在我们还未能窥测他的全貌。但无论如何,在这里我们找到了一种具体的信息与物质相互作用的数学表述形式及其所反映的科学内容,希望能成为一个好的开始,在探索复杂系统的基本规律上获得进步。

方福康
2018年4月

参考文献
[1] Norbert Wiener, I Am a Mathematician: The Later Life of a Prodigy, 1964, p.324.
[2] 徐光宪,化学分子信息量的计算和可见宇宙信息量的估,中国科学 B 辑:化学,2007年,第 37 卷, 第 4 期:313-31.
[3] 达尔文,《人类的由来》,第三章,1887.
[4] Martin A. Nowak,Evolutionary Dynamics,Harvard University Press,2006.

《系统科学导引》图书和MOOC课程上线了

经常听到“这是一个系统工程”,什么什么“是一个系统性问题”这样的说法,来形容某件事情或者某个东西比较复杂,有的时候也意味着这个事情或者这个东西应该用某种适合“系统性问题”的方式来解决。如果这个说法有意义,其实就要求我们就必须先有一些这样的解决方法。我们有吗?甚至,我们有什么样的问题是系统性问题的一个比较科学完整的说法或者定义吗?如果这些都没有,那么,当我们说什么什么是“系统工程”是“系统性问题”的时候,也就是“我们无能为力、问题太过复杂”的代名词。

作为科学家,我们显然不能满足于这样的代名词:系统科学就是实在太复杂的我们没有办法的研究对象的代名词。因此,《系统科学导引》MOOC课程和书的最主要的目的就是讨论什么是系统科学,系统科学有哪一些比较有自己学科特点的思维方式和分析方法,有哪一些有特点的研究实例。我们也稍微会回答一下,需要哪些数学物理的知识、思维方式和分析方法的基础。

本课程和书的基础是我在北京师范大学系统科学学院开设的“系统科学概论”和“系统科学数理基础”两门课。为了能够让学生体会到什么是系统科学,并且从欣赏研究实例和做练习中学会一些系统科学的思维方式和研究方法,我必须自己先有一个反映什么是系统科学的概念体系以及相应的研究实例的体系。这各课程和书就是这样一个不断地挑战我自己对系统科学的认知,不断地整理体系的所得到的一个结果,不能算是这个学科的一个完整的整理。经过前人的多年积累以及我自己七年的课程建设,本课程和书就是我抛出来一块“什么是系统科学”的砖,来引出来玉或者更多的砖。

系统科学就是具有系统特点的科学。那么,什么是科学,系统特点又指的是什么?这些就是本课程和书要通过具体研究工作的例子来回答的问题。除了对交叉科学和复杂性研究感兴趣的研究者、教师、学生,以及把物理数学学活的学习者,本课程和书还强烈推荐给对科学感兴趣的一般读者。相信我,你可以看懂的,前半部分“系统科学概论”,完全可以当做科学普及来看。

课程和书的特点:

  1. 从科学而不是哲学和数学的角度来讨论系统科学
    • 批判性思维、系联性思考、可重复性V.S.可证伪性的讨论
    • 科学(物理学、系统科学)和数学的关系
    • 赏析大量的具体科学研究工作来体现什么是系统科学
  2. 系统科学的思维方式和分析方法的提炼总结
    • 系联:从孤立到有联系,从直接到间接,从个体到整体
    • 分析与综合或者说还原论和整体论的结合
    • 交叉性:从具体问题中来,到具体问题中去,留下可能的一般性理论

资源列表:

感谢北京师范大学研究生院、北京师范大学系统科学学院对课程建设和图书出版的支持。感谢课程和图书的编辑们的付出。

数学和科学、生活

今天这个例子就发生在上一个帖子的作者——一个差不多懂了系联性思考的硕士学生身上。同样非常有借鉴意义。我整理出来,分享在这里。

我用doodle设立了一个投票来确定这个学期的研究小组讨论时间。需要每一个参与讨论的人来参加这个投票,提供对自己来说可以实现的时间,然后,doodle就会做好一张网页表格,把每一个选项放在列上,每一个参与者的选择放在行上。我这个创建投票的人只需要看这张表就可以确定一个对所有人或者大多数人都能够用的时间了。

然后,这个学生选了三个选项。我就很好奇。问:为什么这样选啊?具体选择什么当然我也关心,不过我更好奇为什么这样选,真的只有这三个时间是可行的对这个学生来说?经过一番努力的沟通,发现,这个学生是这样来理解这个投票的。所谓投票就是在一堆选项中选自己最喜欢的,然后,最后,统计每一个选项有多少人喜欢,创建人选择得票最多的就行了。

确实,一般的称为“投票”的东西确实如此。

然后,学生意识到,可能我这么问,则表示这个背后的确定最后的选项的过程可能并不是这样。就说,我觉得可能这个doodle的程序不是这样运作的,得去想想这个程序如何运作。

另两个学生这时候提示,确定讨论时间的运算,实际上是在做集合的交集:把每一个参与者的集合拿过来,计算所有人的交集。

于是,首先,这个程序背后的算法不用去猜的,那就是计算交集,而且这个计算的人,就是我,doodle仅仅提供这张大表而已。

其次,更加根本的问题是,数学描述、数学计算过程或者软件系统背后的算法,都是为了解决某个具体问题的。我们只需要从问题开始思考,而不是从计算过程、软件算法开始思考。如果这个算法或者过程不能解决这个问题,那么,是算法和过程错了,而不是问题错了。

在具体这个问题上,就是你只需要思考确定一群人讨论的时间是什么样一个问题就可以了:由于首先的要求是要找到满足绝大多数人的选项,而不是选择所有人合起来最喜欢的选项,集合的并是最好的数学描述,而不是数票数。当然,如果每一个参与者把自己的喜好完全地揭示出来,则数票数和求集合的并是等价的。但是,一旦参与者用数票数的思路来提供信息——也就是仅仅选择自己最喜欢的选项而不是所有可能的选项(当然,将来还可以做更复杂的赋权),则两者就不等价了。结果上,很有可能这个参与者的最喜欢的选项被完全忽视。

因此,除了没有从问题开始思考,从情景开始思考,而是去猜背后可能的计算过程或者算法,还有另一个层面的问题:套路。当一个学生面对一个叫做“投票”的问题的时候,很可能就会直接套用投票的思路,而不去思考实际问题和情景。套路,真的要不得啊。面对任何具体问题,都要去思考,这个问题中有哪些因素,这些因素决定了我们必须用什么样的计算或者分析,而不是生搬硬套。

后来,我发现,这样来做会议时间投票的人还不少。看来,看不到“数学就是对问题和思考的表达,对问题里面的关系的描述”的人,还是真不少啊。可能大多数人的思考方式,真的是套路——先看看有没有一个自己知道如何应对的相似的,尽管可能仅仅是名以上、名字上相似,而不是关系上相似,问题,然后把这个问题里面的应对方式直接照搬过来。

顺便,关于这个问题,我们正在设计一个实验研究:一个情景A,一个情景B,两者具有一定相似性,但是,如果真的想明白则两者不一样,而且,我们保证实验参与者真的两者都是之前就了解的,甚至教过的学过的,然后我们来让实验参与者做决策。在这里,我们想探讨两个问题,知道(学过的能通过考试的)到能用(能够面对实际情景)的距离,以及基于套路而不是基于理性思考的决策的普遍性。将来我来报高这个研究结果。

用这个例子,来体现什么是数学,以及数学和科学、生活的关系。

第二届系统科学大会《系统科学导引》专题讨论邀请

各位老师,

基于北京师范大学系统科学学院这些年的系统科学专业的教学积累,以及我自己这几年的教学经验,我写了旨在传播什么是系统科学的基础教材《系统科学导引》。教材已经在出版过程中,预计第二届系统科学大会之前可以印刷出来。乘着今年系统科学大会(2018年5月12-13日)的机会,我组织了一个基础教材讨论的会议,邀请大家来参加这个专题讨论。

这个专题讨论会以《系统科学导引》为基础(我会提前发送电子版——在这里下载http://www.systemsci.org/jinshanw/wp-content/uploads/sites/2/2018/02/InvitationtoSS.pdf——和纸质版给参会人员,并在这个专题讨论做一个这本书的介绍),但是不限于关于本书的思想、内容和形式。如果有其他合适的值得当作系统科学基本教材的书籍分享,也非常欢迎。

投稿非常简单:在第二届系统科学大会会议主页(http://iss.amss.cas.cn/cssc2018/)注册以后,在投稿系统内提交稿件就行。稿件内容:如果你有具体内容(关于本书的或者其他系统科学基础教材的)要分享,则请准备一个简短的摘要;如果你没有特别具体的内容就是要提关于本书的建议和意见,则请在摘要写上“参与讨论”即可。

投稿截止时间:2018年2月28日。

专题信息:
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专题代码: utghK4 (请在投稿的时候选择“Invited Session Paper”,并在投稿表格中填入这个代码)
Title: 系统科学基本教材建设讨论,以《系统科学导引》为例
Corresponding organizer: 吴金闪 (51362)
Organizers with PINs: 吴金闪 (51362)
Abstract:
《系统科学导引》已经在出版过程中。在这个专题讨论中中,我将介绍这本书的主要内容、设计思想,以及讨论一些例子,来跟大家展开对这本书的讨论。在此之前,我会把电子版和纸质版的书送到感兴趣的参会者手上。以这本书为例,这个小组讨论将展开对系统科学的基本教材建设的讨论。除了对本书进一步修改、推广的意见和建议之外,这个小组讨论还争取能够在本书基础上形成本学科的基本教材的撰写计划。

附《系统科学导引》一书基本信息:
这本书旨在从大量具体研究工作的案例中总结提炼什么是系统科学,并且按照这个总结来组织研究工作、准备系统科学的数学物理基础。对于一个学科的发展和成熟,这样的总结是有必要的。但是,在这个什么是系统科学,以及哪些研究工作和数学物理基础应该算作系统科学,是需要讨论并且很难达成一致的问题。

书稿可以在这里下载:http://www.systemsci.org/jinshanw/books/

下面是本书封面上阐述的什么是系统科学:

联系\(^{1}\),联系\(^{2}\),联系\(^{3}\)
从具体系统中来,到具体系统中去
从孤立到有联系,从直接到间接,从个体到整体
More is Different, More is The Same(一片两片三四片,构成系统出涌现;五片六片七八片,飞入系统都不见)

Keywords:
《系统科学导引》、学科建设、教材建设

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期待与大家相会系统科学大会,并得到大家的指导。谢谢。

吴金闪

应试教育、素质教育、风雅教育和科学(或者学科思维)教育

经常看到批评应试教育和为应试教育辩护的文章,基本上批评和提倡的都不是一个东西。同样的情况出现在提倡素质教育和批评素质教育的文章中。因此,我想在这里区分一下这几个概念,希望至少在讨论的时候,针对的是同一个东西。当然,具体的内涵可以继续讨论,但是一定要有一个基本统一的讨论的起点,是必要的。

很多时候,为应试教育辩护的理由是:这是阶层流动的重要机制,尤其是底层往上层的流动。是的,这是一个很好的理由,但是,这不是应试教育的独特的内在特点,只要是具有比较公平的考试(甚至考察)机制的人才培养制度,都具有这个阶层流动的功能。简单地说,就是,只要是考试教育,就具有这个功能。相比于考试教育,应试教育强调在应对考试、应付考试、对付考试这一点上。因此,应试教育指的是为了应对考试把学习和教学的目标定为考试取得好成绩,而采取题海战术通过多练习提高熟练程度培养孩子小心谨慎不犯错熟悉题型这样的方式来教和学。如果在题型和题海教学的基础上,还能够考虑到每个学科的大图景典型思维方式——这个对于任何一个学科一定要明确起来而不是只有一个说法,例如语文的分析性阅读和分析性写作、数学的抽象化也就是在数学语言和日常语言、数学世界和现实世界之间的转换,等等——的培养和体会,则这样的应试教育已经结合了一定的学科思维教育,而不是单纯的应试教育。

因此,用阶层流动来为应试教育辩护,实际上为在为依赖比较公平的考试来做人才培养的教育制度辩护。这一点,不管在教和学的层面是否以题型题海为主,都是可以做到的,和应试教育没有关系。比较公平的考试和考察方式永远是需要的,原则上不应该和教和学的方式混为一谈,甚至有联系。

再来看素质教育。这是一个被用的很坏的词。不知道为什么,说道素质教育好像就是指弹琴(还尤其是钢琴)、画画、跳舞、唱歌,有的时候还会包含围棋、书法。我想大概和古时候的琴棋书画有那么点联系。这些根本就不是素质教育的核心,既不是合适的内涵也不是合适的外延。素质教育的内涵指的是为了应对将来的幸福生活所需要的核心的素养,外延大概可以是思维的质量和习惯,社会和学科的责任感,生活的追求等这些东西。当然,从提供一种调整自己和休闲的方式的角度——这也有助于增加生活的幸福感——来说,确实琴棋书画是有那么点意义的,但是,那也只是小小的一个方面,例如写作、聊天也可以起到这样的作用。为了这个小小的做为方式的一种的方面,扔掉了思维的深度、广度和习惯,扔掉了对社会和文明的责任感,扔掉了对或者的目标的追求,那就完全不是什么素质教育。当然,你可以说,琴棋书画更好操作,而这里的“思维的深度、广度和习惯,扔掉了对社会和文明的责任感,扔掉了对或者的目标的追求”不够明确,于是素质教育就被庸俗化成了琴棋书画。是的,有这个可能。因此,我在这里提出来把琴棋书画这些称为“风雅教育”,把对思维、追求和责任的培养称作“学科思维教育”,并且由于科学在所有的学科中的特殊的地位,特意强调“学科思维教育”中的“科学教育”。

所谓的学科思维教育就是让学生体会到一个学科主要研究什么对象、讨论什么问题、如何来研究者样的问题(有哪一些指导思想和分析方法)、这个学科和社会以及其他学科的关系是什么,也就是我说的学科大图景,并且学会用这样的学科大图景来分析和理解这个世界。

所谓的科学教育,就是这样的学科思维教育中的一种,关于科学这个学科的那一种。它强调实验和测量、强调心智模型的可计算性也就是数学和科学的关系、强调心智模型需要能够帮助描述和理解现实、强调批判性思维——没有任何先验的正确的东西直到你自己的理性通过实验测量和数学计算来验证其正确性、强调系统性和联系——用更少的假设和概念来描述更多的现象。批判性思维、系联性思考、实验、数学,是整个科学的核心。科学教育就要用具有系统性的最少数量的例子来体现这些核心思想,从而帮助学生学会把科学的这些核心思想用来发现提出和解决问题。这才是素质教育。不过,为了表示这样的真正的素质教育和风雅教育的区别,我还是特意把这样的真正的素质教育,称为学科思维教育,以及其中的科学教育。

当然,还会有其他形式的学科思维教育。例如我前面提到的分析性阅读和分析性写作,就是语文这个学科的核心素养。

当然,这是一个不完整的列表。除了学科思维教育,甚至还有技能培训,例如如何使用电脑、如何使用office软件之类的,那些在职业技能层次上面的教育。我暂且称之为“职业技能教育”。那是另外一个世界,原则上,有了在前面这些更加基础的层面的素养,后者,是容易教和学的东西。当然,技能的传承也不是一件平庸的事情——很多时候,这些技能的核心并没有被明确地写下来,这时候,就需要一定程度上回到学科和科学,甚至依靠写作或者制作概念地图这样的方式来把隐性知识显式化。