位地质学家的探究故事

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1、探究与知识的关系知识作为探究的结果知识作为探究的基础一位地质学家的探究故事有一位地质学家，他在绘制华盛顿州的海岸矿产图时，惊讶地发现了一片死亡的西洋杉树林。相当大的一部分树林仍直立在地上，但明显已经死亡了好多年。在俄勒冈州和华盛顿州其他几处海岸边，这位地质学家也找到了类似的直立着的死树林。他感到奇怪：“是什么导致了大面积的树林死亡呢？”“这些树是同时死亡的吗？它们死于何年？当时发生了什么事？”地质学家使用了14C放射性探测法测量这些树的最外层年轮形成的时间，发现它们都死于300年前。这时，地质学家的已有知识与经验开始激活起来。他仔细地思索着

2、自己所拥有的有关地震、地壳板块边界及海岸线塌陷等方面的知识，以寻求可能的解释（假设）。他提出了一串猜想：“这与附近的火山活动有关吗？”经过检测，他发现，一般来说在死亡森林地区普遍存在的火山沉积物这里却没有，更为重要的是这些树木没有被烧焦的痕迹。因此，这些树木的死亡似乎应该不是由火山活动引起的。“或者与生物学上的某种枯萎病有关？”但经仔细检查，他也没有发现曾发生过虫害的迹象。那么，到底这些树木是如何死亡的呢？［一位探究者能够提出多少种可能的猜想与解释，与其拥有的知识的广度与深度密切相关。另外，在观察事实并进行分析判断的过程中，地质学家要运用自

3、己已有的许多知识，如有关14C放射性探测法的知识，有关树木年轮的知识，有关火山沉积物、树木疾病与虫害的知识，来进行识别、分析和判断。］地质学家进一步归纳了自己的发现，总结出这些树林死亡都发生在沿海地带这一共同特征。现在，还有一种可能：是海水毁了这些树，“死亡与那咸咸的海水有关吗？”［这时，地质学家已有的知识储备再次帮了他的忙。因为，他知道，1964年曾发生过一次较大的潜没带地震。由于大部分处于太平洋下的一个地壳板块滑到了北美地壳板块的下面，而阿拉斯加州正位于北美地壳板块，结果，在那次地震中，阿拉斯加海岸大部分下沉到了海平面以下。地震造成海岸

4、下沉，使阿拉斯加州数平方千米海岸森林浸没在海水中，死掉了。地质学家还知道，在华盛顿州和俄勒冈州海岸地带也存在类似的潜没带。因此，过去的知识很自然地迁移到这一探究活动中，促使这位科学家作出类似的解释或假设。］那么，是否300年前曾发生了一次地震，使得华盛顿州和俄勒冈州的大部分海岸下陷，从而导致这些地方的树木被海水淹死呢？然而，地质学家并不掌握有关这一地区300年前地质历史的知识。实际上，关于300年前这里的地质活动的细节，当时的科学家共同体都尚未发现。看来，地质学家只能通过自己的亲自考察来进一步寻找问题的答案了。［我们所拥有的已有知识总是不足

5、以解决所面临的问题和验证所提出的假设。因此，亲自设计并开展观察、调查或实验就成为下一步工作的重点。］当然，在地质学家的不懈努力下，新的证据和发现终于不断涌现，如他在泥土下面发现了一层沙子，并在沙层中发现了海洋生物化石。他运用自己的已有知识与经验，对这些新的发现进行了进一步的分析与解释：这些沙可能是被地震引起的海啸冲刷过来的海岸边的沙子。［要对发现的证据进行分析与解释，需要用到已有的知识与经验。］看来，第三种解释成立的可能性是很大的。这位地质学家在世界著名的《科学》杂志（1987年第236卷第942～944页）和《自然》杂志（1995年第37

6、8卷第371～374页，与人合著）上，发表了自己的上述发现和暂时的结论。当然，与这种解释（地震－海啸－树木被淹－树木死亡）具有逻辑一致性的证据越多，它的说服力和被科学家共同体接受的机会就越大。这一探究案例到此并没有结束：这位地质学家研究成果的发表产生了进一步的学术影响：有一位日本的地震学家，根据他对历史上潮汐强度记录的研究，证实1700年1月17日发生过一次大地震。关于这次地震，当时只知道地震的位置（震源）是在太平洋边缘某处，但到底在太平洋边缘何处，尚处在争议之中。根据历史记录，只能判断出这样一点：震源不会在太平洋周围那些已知的著名震源带上

7、。正在大家为震源到底在哪里这一疑问而争论和发愁时，这位日本地震学家读到了发表在《科学》杂志上、尤其是1995年发表在《自然》杂志上的上述报告，从中得知太平洋西北部地区（现在的俄勒冈州和华盛顿州）发现了似乎是潜没带地震和海啸导致的大片死亡森林。这一报告帮了地震学家的大忙，他立刻提出：这次300年前地震的震源很可能位于现在的俄勒冈州和华盛顿州，因为那里发现了与地震海啸导致树木淹死这类情况非常一致的大量事实。这一新合理的猜测很快被《自然》杂志接受并于1996年发表（第379卷第246～249页）。日本地震学家关于300年前发生的地震震源的结论反过

8、来又帮了地质学家的忙，因为这与地质学家关于树木死亡原因的解释、猜测或假设完全吻合，从而使其更有说服力。看来，随着其他科学家的新研究成果的发表，这位地质学家的确找到了越来越多的证据