上述在生活中是随处可见的。摩擦取火，昼夜交替，能量转换等等，这些都是人类在很早以前就已经知道的经验知识。但这些知识只能告诉人们一些事物的外部关系，如摩擦的动作和发热现象的关系，日出日没同昼夜现象的关系。它们不能告诉人们为什么摩擦能取火、生热，为什么有昼夜交替，为什么能量可以转换等等。要回答这些问题，需要通过这些现象，进一步深入到事物内部，揭露其本质，而这只有依赖化学、物理学和天文学才有可能。当化学揭露了燃烧规律，天文学揭露了地球自转和绕日公转的运动规律，物理学揭露了能量守恒和转化的规律之后，人们对上述现象的认识，才能上升为科学知识。因而，经验知识是带有零散的、片面的性质，而科学则是系统化、理论化了的知识。
科学知识是科学工作者在科学实践中所获得的关于客观世界的各种事物的本质及规律性的认识，它是用一系列概念和命题表达的，经过实践检验或逻辑证明的系统认识。因此，科学知识是反映客观世界及其运动的概念和命题的体系。
这个体系的有效性是由两个网络维系的：一个是意义网络；另一个是逻辑网络。科学知识具有两个根本特性：客观真理性和逻辑系统性。
1．客观真理性
真理是客观的，这是唯物主义的真理观。唯物主义者认为，存在是第一性，思维是第二性的，真理是客观事物及其规律在人的意识里的正确反映。真理，作为一种认识，其形式是主观的。它自然离不开认识主体，但是，真理之所以为真理，是因为它是一种和客观事物及其规律相符合的认识，它包含着不依赖于认识主体，不依赖于人或人类的客观内容。我们说真理是客观的，是因为它具有和客观事物及其规律相一致的内容。离开了这个客观内容，就无真理可言。举一个伽利略的故事：他在1632年出版了《关于两种世界体系对话》，反对托勒尼的地心体系，支持和发展了地动说，积极宣传哥白尼的“日心说”。第二年，罗马宗教法庭将他定为“狂热信奉异端邪说的可疑分子”，宣判将他终身监禁。在对他的判决书中说：“对于地动谬论作出如下决定：太阳是世界的中心而位置不变；地球不是世界的中心，它围绕太阳转动并且自身在不断转动的说法是荒谬的。从信仰上看应属于邪教，因为这种说法明明和圣经上的记载相反。”但是，哥白尼的“日心说”揭示了地球围绕太阳转动的客观规律，这是任何权势都不可能把它推翻的。地球围绕太阳转，已经成为小学生的常识，这个判决显得如此愚蠢可笑。1980年10月，罗马教皇也不得不公开为伽利略平反，承认300多年前对伽利略的审判是不公正的，宣布撤销给伽利略定的罪名。这一事实雄辩地说明：真理的客观性并不因权势而改变，不以人的好恶而转移。不管什么人，只要他尊重客观事实，对客观事物及其规律作出正确的反映，他就有真理。
2．逻辑系统性
“任何科学都是应用逻辑。”（列宁《哲学笔记》，第216页）科学研究的成果是概念。科学家以概念，以及概念和概念的联系所表达的思想来把握客观世界。而概念的产生，概念和概念的联系都要应用逻辑，都是逻辑学的应用。因此，概念及其系统总是同逻辑系统共生的、同一的。离开了科学概念固然没有逻辑，同样，离开了逻辑也没有科学概念。
由于科学知识具有上述特征，决定了科学知识在促进人的科学化的过程中，具有多种功能。
第一，提高学生对客观世界的认识。这是由科学知识的客观真理性决定的。学生通过掌握科学知识来认识客观世界，解决人类主体与客观世界之间的矛盾。对于青少年来说，科学知识教育，使他们的认识水平逐步接近当代人类对客观世界的认识水平的捷径，它为学生离校后在较高的起点上继续认识和改造客观世界打下坚实的基础。
第二，有助于学生形成科学世界观。马克思《资本论》中有一段饶有风趣的话：“蜘蛛的活动与织工的活动相似，蜜蜂建筑蜂房的本领使人间的许多建筑师感到惭愧。但是，最蹩脚的建筑师从一开始就比最灵巧的蜜蜂高明的地方，是他在用蜂蜡建筑蜂房以前，已经在自己的头脑中把它建成了。”（《马克思恩格斯全集》第23卷．第202页）它说明了一个道理：动物的活动是无意识的、本能的：人的活动是有意识的、自觉的。人能够认识世界，并以这种认识为指导，通过实践，有计划、有目的地去改造世界。不仅如此，人在认识客观世界的活动中，认识自己的认识活动，即认识主体和客观世界的关系，并且能够自觉地调节两者的关系，形成自己的科学世界观。人们只有掌握了科学的世界观，才能在人类已有的科学知识储存的基础上，继续开辟新的认识领域。青少年一代只有掌握了科学知识，才能为形成科学的世界观奠定坚实的基础。
第三，能促进学生智力发展。瑞士心理学家让·皮亚杰，他根据对儿童进行的实验，把儿童的思维分成几个阶段，每一阶段的主要思维方式都有其突出的特点。皮亚杰认为，教育的最高目标是具有逻辑推理能力和掌握复杂抽象概念的能力。在传统的教学中，教师向学生传授事实类型的知识，学生按照教师呈现知识的方式加以被动吸收。皮亚杰认为，这种传统的做法是不够的。他认为，教学不应该仅仅是知识的传授，更重要的是要刺激儿童心智的发展，儿童不应再是消极接受知识灌输的“容器”，而是要学会如何思维，具有客观真理性的知识中闪烁着人类智慧的光芒，比如牛顿从物理学方面来说，他创立了完整的古典力学理论体系，开创了一个“牛顿时代”。牛顿力学定律正确地反映了宏观物体低速运动的客观规律。三大运动定律迄今在科学技术上，诸如设计机器、汽车、轮船、飞机及高层建筑等方面有着广泛的应用，蕴含着丰富的智力价值。经过缜密的智力活动，获取的科学知识，必定具备相当的逻辑思维能力。科学知识的逻辑结构能提供训练青少年的思维能力，形成概念，作出合乎逻辑的判断、推理，呈现着一定的智力操作顺序，用来认识并处理自己的工作对象。学生在自觉地获取知识时，必然要对知识的逻辑结构进行操作，形成并建立自己的智力结构。
第四，能使学生具有预见性。科学知识揭示了事物发展的客观规律性、事物的内在联系和必然趋势，学生掌握了科学知识，就可以预见未来，看清事物发展方向、进程和前途。
门捷列夫元素周期律就是说明科学知识的预测功能的最好事例。在门氏发现元素周期规律以前．人们已经积累了不少关于化学元素的知识，但是，这些元素之间有什么联系呢？是否还会有新的元素有待人们去发现呢？当时人们是搞不清楚的。门捷列夫他抓住了问题的关键，他说：“一想到物质的时候，除了关于物质的原子的一切概念之外，对我来说，决不能避开两个问题：什么物质和多少物质，而这和化学元素的质量的概念也正相符合……因此使我不由得产生一种想法，以为在质量和化学元素中间必然有联系，因而物质的质量（虽然不是绝对的而是相对的）最后总要表现在原子里，那么就应该找到元素的性质和它们的原子量中间的关系。”他经过反复研究，终于发现了元素的性质和它的原子量之间的对比关系，制定出了元素周期表。由于当时还有许多元素未被发现，在周期表中不免空着许多格子，然而，门氏坚信自己确实发现了元素之间的内在联系，认为有些元素虽然尚未发现，但是一定存在着，并且预言了这些元素的性质和原子量。十多年后，他的这些预言果然一个个地应验了，而且十分准确。当他在彼得堡得知巴黎的列科克发现“镓”以后，写信告诉列科克说：“镓”就是我预言的埃卡铝，其原子量为接近68，比重在5.9上下。列科克回信说：我是用一块1／15克重的新物质测定比重的，结果得出新元素的比重为4.7。门氏回答说：不对！应该是5.9，您那物质也许不够纯。列科克复查了一下，结果证明，“镓”的比重确实是5.9。这个例子说明，人们一旦掌握了科学知识，可以作出何等准确的预测。
由于科学知识教育能提高学生对客观世界的认识，促进学生科学世界观的形成和智力的发展，具有预见性。因而，科学知识的教育是现代科学教育中的一个最基本的要素。
3．科学知识的新认识
科学知识体系内部存在一种特殊结构——球状结构，就如地球的内部结构从外向里，由地壳、地幔和地核组成。
知识结构从外向里：知识外壳——事实性知识（如变异现象、电磁波现象）是说明“是什么”；知识幔层——定律性知识（如遗传规律、自由落体定律）是说明“什么样”；知识内核——原理性知识（进化论、相对论）是说明“为什么”。
人们对某一知识领域的系统认识，通常都要遵守从事实性——定律性——原理性的发展过程，人们的探索性思维通常从科学知识的外壳部分，通过幔层向内核逼近的。因此，我们在教学中让学生理解掌握科学知识的时候，要有一个主体概念，也要从事实到定律到原理．养成他们探索思维的方法和习惯。
二、科学方法
进行科学活动，必须运用一定的方法。“方法”这个词，希腊文含义是沿着正确的道路运动。科学方法是人们在认识和改造客观世界的实践活动中，总结出来的正确的思维方式和行为方式。科学方法从本质上说就是认识世界、改造世界的方法，是人们认识和改造自然的有效工具。
科学方法有四个基本要素：研究对象、物质手段、思维的形式和方法、理论工具。
1．研究对象
它是一定研究过程所要认识的客体。客体不依赖于主体而独立存在，它的特点、本质、结构、规律在主体认识之前和之外，对于主体来说是自在之物，是必然王国。客观性使得它成为主体的研究对象。研究对象对于科学方法影响较大，它的特点规定制约了研究活动所采用的方式和方法。
2．物质手段
物质手段是指人们在科学活动、科学研究过程中使用的各种工具和仪器，具有机械、物理、化学等各种性能和作用。它们是人创造出来的工具，凝结着人类对客观世界认识的成果，是一种智力的产物，或者说是物化的智力。人们在实践中获得了某种认识，这种认识在一定条件下物化为工具；这种物化的工具又制约着、影响着人们研究的方式和方法，并推动人们获得新的研究成果。新的研究成果又物化为新的工具。这种波浪式的循环推动着科学研究的进步和发展。
物质工具的发展、变化，不断改变着人们获得经验材料以及对经验材料思维加工的方式，不断推动着科学方法的发展变化。当人们没有多少物质工具凭借的时候，自然只能进行本身器官直观、直觉的观察感觉和调查。最初的一些实验工具只是作为实验过程的一些外在因素，是一些器皿和计量工具。最初的光学望远镜和显微镜，人们使用它们的时候，用眼睛可以直接观察到研究客体。但是，以后人们在研究过程中所使用的射电望远镜、电子显微镜、高能加速器和探测器等物质工具就同物理的、化学的、电磁的变化紧密结合在一起。随着现代工业和高科技的发展，实验工具也从先前的手工工具、简单的机械工具发展为现代化仪器和设备，发展为庞大而复杂的操作系统。科学发展史表明，人们在科学活动、科学研究过程中所使用的物质手段制约着改变着人们的研究方式和方法。
3．思维加工的形式和方法
它是思维过程中所使用的概念、判断、推理这些基本的思维形式以及归纳和演绎、分析和综合、抽象和具体、类比和假设这些基本的逻辑方法。人脑对经验材料、各种半成品进行加工。从思维和理论上把握客观对象的基本形式和方法，是组成更为复杂的思维形式和方法的要素和成分。基本思维形式和方法在思维过程中不同的结合，以及每一种基本思维形式和方法，在这种结合中所占有不同地位．就形成了具有不同特点的科学方法。思维加工的形式和方法也会随着发展和演变，它们或者在原有形式中概括了新内容，或者在原有形式基础上形成新形式，显示新的认识作用。
4．理论工具
理论工具是人们在科学活动和科研研究过程中所使用的理论知识的总和。理论知识越是丰富、深厚，就越有可能在较高的起点上提出问题，向更为隐深的未知领域探索。理论知识也决定着经验材料的思维加工的水平和形式。同样的经验材料，在不同的理论知识背景和框架中就会得到不同的抽象、概括和加工，形成着不同的新知识和新理论。认识来源于实践，理性认识依赖于感性认识．就人类知识的总体说，是认识过程最简单的抽象模型。实际的认识和研究过程，都有先前的某种理论和知识的指导作用，没有任何理论和知识的指导，就不可能有真正的科学活动和研究过程。对于一个特定的科学研究过程来说，已有的理论和知识交流，发挥着认识工具的作用；通过感性器官获得的新经验和新材料则是原料，处于被加工的地位。新知识则是两者的结合。
科学方法可分为三个层次。科学方法的最高层次是哲学方法。哲学是关于世界观的学问，是理论化、系统化的方法论。当人们用它去说明世界的时候，就是世界观，当人们用它去指导认识和改造世界的活动的时候，就成为方法论。马克思主义哲学辩证唯物主义，是无产阶级的世界观和方法论。哲学的功能不在于直接回答某一具体的科学问题，而在于指示思维方向给人们引导解决问题的正确道路。爱因斯坦非常重视哲学，运用哲学方法进行研究。他认为物理学上的困难迫使物理学家们更加热心地研究哲学问题。他甚至把哲学比喻为全部科学之母。心理学家皮亚杰在论述他的结构主义思想的时候，也从马克思著作中找到了结构思想，认为辩证法的螺旋形式对于提出完整的结构是非常重要的。至于我国科学工作者从马克思主义哲学中汲取思想和得到启发、推动科学工作，科学活动和科学研究及理论创造．更有许多生动的事例。我国数学家杨乐、张广厚自觉地用唯物辩证法指导科学研究，认为对立统一是事物的根本规律，亏值和奇异方向这两个概念之间也应该是一种对立统一的关系。他们按照这种方向去研究，不仅对这两个概念分别考察，而且还联系起来考察，终于揭示了这两个概念之间对立统一的关系的数学表达式，取得了具有国际先进水平的科研成果。
马克思主义哲学作为认识论为科学研究阐明了实践和认识，感性认识和理性认识、相对真理和绝对真理的辩证关系。只有正确处理这些辩证关系，科学研究才能正确进行。