沈為慧　陳偉壁

[關(guān)鍵詞]《科學史十五講》，科學本質(zhì)，教學

[中圖分類號]G63[文獻標識碼]B[文章編號]0457—6241(2009)11—0063—04

由于對科學本質(zhì)的不甚了解，在科學史教學中，我們往往僅讓學生記住主要科學成就，其后果是：師生均無收獲，久而行之還產(chǎn)生了對科學史的厭惡，三維目標根本無法實現(xiàn)，科學史的教育功能也沒有體現(xiàn)。筆者自從拜讀了江曉原教授主編的《科學史十五講》(以下簡稱“十五講”)后漸漸地覺得：科學不再神秘，科學史教學也有路可尋。

一、更新教學觀念

“十五講”給我們帶來的最大震撼是對科學的認識方面，它糾正了我們對科學的誤解，筆者試從以下方面進行分析。

1“科學”與“正確”的關(guān)系

江教授在書中并沒有專門給“科學”概念以明確的界定。但是筆者認為談科學史，免不了要對“科學”概念進行界定。閱讀“十五講”后，我們發(fā)現(xiàn)江教授對“科學”的理解在認識意義和學科劃界上，主要側(cè)重于后一種意義上的科學。為什么做出這樣的判斷?首先，我們主要基于他對“科學”與“正確”的關(guān)系的理解；其次，書中至少花掉了一半的篇幅來講近代以前的科學。

以前我們認為，“科學的”就是“正確的”，“不正確的”就不是“科學的”。其實這是對科學的誤解。江教授強調(diào)“判斷一種學說是不是科學，不是依據(jù)它的結(jié)論，而是依據(jù)它所采用的方法、它所遵循的程序”。

江教授指出，西方天文學發(fā)展的根本思路是：在已有的實測資料基礎(chǔ)上，以數(shù)學方法構(gòu)造模型，再用演繹方法從模型中預言新的天象；如果預言的天象被新的觀測證實，就表明模型成功，否則就修改模型。從這個角度來看，托勒密的天文學說當然是科學的?！叭绻环N模型一旦被取代，就要從科學殿堂中被踢出去，那科學就將永遠只能存在于此時一瞬，它就將完全失去自身的歷史”，所以，“科學的”未必“正確”，“正確的”未必都是“科學”，比如公元2003年5月15日中午江曉原吃了餃子，這永遠是正確的，但它不是、也不可能成為科學。

一言以蔽之，“正確對于科學既不充分也非必要”，北京大學劉華杰先生如此概括了兩者關(guān)系。

2科學與宗教的關(guān)系

一直以為，宗教與科學是不相容的，宗教對科學只有阻礙作用，閱讀了“十五講”后，筆者改變了這一觀點。古希臘人按照自己的形象與性格創(chuàng)造出了神，這使得他們覺得自己生活在一個由熟悉的、可以理解的力量統(tǒng)治的世界里，因此少了一份對自然的恐懼，多了一份探索的勇氣，這無疑有利于科學的產(chǎn)生與發(fā)展。他們還創(chuàng)造出了完整的諸神譜系，這種秩序和規(guī)則的概念，反映了一套的邏輯體系，盡管還很原始但有助于理性精神的孕育。因此，不能把宗教與愚昧完全等同起來，也不能把科學與宗教根本對立起來。新教允許個人在一定程度上自由地解釋《圣經(jīng)》，這樣就在科學和宗教之間構(gòu)成了一座橋梁，從某種意義上講，有利于鼓勵人們探索自然的奧秘。近代的科學革命就是在宗教改革的背景下開始的，牛頓是這場革命中誕生的巨人，而他又是一位虔誠的基督徒。因此，不能把宗教與愚昧完全等同起來，也不能把科學與宗教根本對立起來。當然，“如果一個理論最終把人導向了神的存在，那么這個理論對于科學的發(fā)展就本質(zhì)而言一定是不利的”。

正確的科學史觀，對于科技史的教學非常重要。值得一提的是，江教授在《科學的三大誤導》(2009年2月26日《文匯報》)一文中，批判了我們從小受的教育里對科學存在三大誤導，除了剛剛提及的“科學等于正確”還有“科學技術(shù)能夠解決一切問題”以及“科學是至高無上的知識體系”的觀點。

二、充實教學內(nèi)容

閱讀了“十五講”后，我們對科學史中某些領(lǐng)域的發(fā)展情況有了整體性認識。

1古代中國的自然觀和時空觀

“十五講”認為，要了解中國古代的科學文明，首先應(yīng)對中國古人的自然觀有所了解，比如古人對人與自然關(guān)系的認識，對宇宙起源、演變的認識以及對時空問題的認識。

關(guān)于宇宙的起源，中國有“盤古開天地”的傳說，透過這一傳說可以看到，古人認為：宇宙的形成是長期演變的結(jié)果，最初它只是一團混沌不分的氣，后來陽氣上浮為天，陰氣下沉為地。在此基礎(chǔ)上，形成了關(guān)于宇宙結(jié)構(gòu)的“蓋天說”和“渾天說”。前者認為，天地是兩個平行平面，天在上，地在下，天地一樣大，日月星辰在天殼上有規(guī)律地運動；后者認為，天是圓球，天包著地，地浮水上。公元前2世紀出現(xiàn)了“渾蓋之爭”，西漢的揚雄依據(jù)觀測的結(jié)果對蓋天說提出了質(zhì)疑：為什么天上的太陽卻從地平面之下升起?東漢的王充則對渾天說提出了質(zhì)疑：太陽是個火球，如果說地浮于水上，那么火球怎能從水中出入?南宋的朱熹反對蓋天說，贊成渾天說，他的推理是：如果按蓋天說制作一個蓋天儀，其形狀如同雨傘，四周必定漏風。這場爭論延續(xù)了一千多年，促成了中國古代天文學諸多重要成就的取得，如被后人奉為歷法圭臬的《太初歷》，勾股定理以及相關(guān)的測高望遠術(shù)，天文大地測量以及大量天文儀器等。

時空問題是科學的基本問題，因為科學討論的事件都在一定的時間和空間中發(fā)生的，如果時空問題不解決，那就意味著科學在討論具體問題時，失去了其基本參照體系。歷史上重要的科學革命，很多都跟時空觀的變革有關(guān)。學習科學史，不能不關(guān)注時空問題?！肮磐駚砣沼?，四方上下日宙”。古人早已意識到了時間的流逝是連續(xù)的、不可逆的、無限的，同時又是客觀的、均勻的，并因此產(chǎn)生了“惜時”的思想。他們認為，大地是平的，因為水面也是平的，所以有“水平”一詞，背離地面則為上，反之則為下。歐洲人則認為：指向地心為下，背離地心為上。中國并不認同這種觀點，他們認為人在地球上無論立于何處，都是頭上腳下，否則必定會發(fā)生傾墜。對于時空關(guān)系，古人認為：時間在空間中流逝，空間存在于時間之中，時間流逝的快慢隨觀察者所經(jīng)歷的空間場合的變化而變化，比如，夢境中的時間流逝遠遠快于人世間，而仙境中的時間流逝又大大慢于人世間。

2從托勒密學說到牛頓的萬有引力

牛頓曾說：“如果我比別人看得遠些，那是因為我站在巨人們的肩上?！币斫膺@句話，就必須了解萬有引力發(fā)現(xiàn)以前天文學發(fā)展的歷程。

托勒密在繼承前人的基礎(chǔ)上提出，地球位于橢圓的一個焦點上，而且靜止不動——如果地球旋轉(zhuǎn)的話，地球上的東西就會移動，而不是與地球緊緊相隨。天體在橢圓圓周上做變速運動，速度變化的規(guī)律是使地球上的觀測者看來它是勻速的。在托勒密的地靜說(嚴格地說不是“地心說”)中，行星在一個較小的圓周(即“本輪”)上做勻速運動，本輪的中心又在另一個大輪(即“均輪”)上勻速運轉(zhuǎn)。哥白尼認為，天體應(yīng)該有簡單、完美的運動，他提出：太陽位于宇宙

的中心，水星、金星、地球帶著月亮、火星、木星和土星依次繞著太陽運行(哥白尼并不認為太陽是中心，他的體系不能稱為“日心說”)。弗朗西斯·培根等人反對哥白尼的地動說，而伽利略則是哥白尼學說的信仰者，開普勒、牛頓也支持這一學說。后來伽利略用望遠鏡發(fā)現(xiàn)金星是繞太陽轉(zhuǎn)動的，從而證明了托勒密體系的錯誤。而開普勒在考察了行星繞日運動的物理原因后，提出了外力作用于行星的觀點。牛頓進一步思考：行星為什么總是繞太陽作封閉曲線運動，而不作直線運動跑到外部空間去?經(jīng)過長期研究牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力。

三、變換教學視角

閱讀了“十五講”后，我們領(lǐng)悟到：科學史的重點不是“科學”，而是“歷史”。科學的萌發(fā)、科學的環(huán)境、科學的影響等才是科學史教學的重點，所以筆者建議要根據(jù)科學史特點進行教學。

1讓學生了解：科學是怎樣萌發(fā)的

講授科學的成果、學說的內(nèi)容不是歷史教師的專長，重點是讓學生知道科學成就是怎樣起源與萌發(fā)，怎樣繼承與變革，怎么傳播與發(fā)展，這些才是我們的職責。以前常用一些因演繹而失真的故事，把科學探索簡單化了，無法使學生了解科學研究的漫長，也忽視了科學家的艱辛，對于學生探究科學精神的培養(yǎng)是不利的?！笆逯v”中介紹了許多科學探索的例子。這里以“古希臘人探索大地形狀”為例進行介紹，一開始，古希臘人對大地形狀的認識是出于某種哲學信仰而提出地球?qū)W說的，例如畢達哥拉斯學派認為“球形為一切幾何立體中最完善的，所以大地、天體和整個宇宙都是球形的”而亞里士多德等人關(guān)于地圓學說的提出，是建立在長期觀測的基礎(chǔ)之上，他們發(fā)現(xiàn)：(1)帆船出海航行時，隨著船的漸行漸遠，岸上的人們所看到的現(xiàn)象是船體漸漸地消失在水中，而桅桿還顯露在水面上，船返航時情況則相反；(2)人們在地表面沿南北方向遠距離移動時，會發(fā)現(xiàn)北極星的高度在變化，向北移動時北極星升高，向南移動時降低；(3)人們在地表面沿南北方向遠距離移動時，會發(fā)現(xiàn)天上星星的分布發(fā)生變化，向南移動時，南天球原來看不到的星星會逐漸從地平線之下升起，而北天球原來看得見的星星則會逐漸消失在地平線下，向北移動的情況則相反；(4)月食時，投影在月表面上的陰影的邊緣總是圓弧狀的。據(jù)此，他們分析得出結(jié)論：大地是圓球形的。

亞里士多德注重觀測證據(jù)的信念表明：感性經(jīng)驗和必要的證明不僅優(yōu)于哲學信條而且優(yōu)于神學信條。

2讓學生認識：社會環(huán)境對科學的制約

科學的發(fā)展關(guān)系到社會的進步與人類的未來，反過來，社會的觀念尤其是國家的政策對科學的發(fā)展有著極其重要的影響。在科學史教學中，讓學生理解科學與社會環(huán)境之間的關(guān)系，十分必要，以拉瓦錫之死證明了社會環(huán)境對科學發(fā)展的重要性。

1765年，21歲的拉瓦錫在法國科學院宣讀了他的第一篇學術(shù)論文，同年他的設(shè)計被評選為城鎮(zhèn)路燈照明的最佳方案，并因此獲得了法國科學院頒發(fā)的金質(zhì)獎?wù)隆?5歲當選為法國科學院院士。大革命開始之初，他的科學研究還未受到影響。但雅各賓上臺后推行恐怖政策，法庭以“可惡的包稅人”“在人民的煙草中加水”等罪名，判處他死刑。法國科學界呼吁赦免拉瓦錫，但無濟于事。行刑前，辯護律師一次次提醒法官顧惜拉瓦錫的發(fā)明創(chuàng)造以及正在建立起來的新科學，革命法庭副長官考費那爾的回答是：“革命不需要科學，只需要正義!”

3讓學生理解：科學改變了人的觀念

科學的深刻影響在于改變了人的思想觀念，讓學生從這個角度理解科學的意義可能更有價值。牛頓的《自然哲學的數(shù)學原理》被公認是科學史上最偉大的著作之一，在此之前，人類的思想還充斥著迷信和恐懼，而牛頓宣告了科學時代的來臨。這給人類帶來了從未有過的自信，曾經(jīng)匍匐在上帝腳下的人類，終于大膽地抬起頭來，開始用自己理性的眼光打量世界，倫敦大學的米歇爾·亨特教授指出：“牛頓體系的本質(zhì)在于，地球和其他天體都按照相同規(guī)律運動，并且可以量化計算。”

達爾文的進化論也漸漸地深入到人類思想和行為的各個方面：第一，人們認識到，世界是動態(tài)的、進化的，而不是靜態(tài)的；第二，出現(xiàn)了社會達爾文主義，它認為，人類社會也像自然界一樣“弱肉強食，物競天擇，適者生存”(達爾文曾在一封信中把社會達爾文主義斥為愚蠢的)；第三，確立了包括人類在內(nèi)所有生物共同起源的原理，人類與動物的區(qū)別僅僅是程度非本質(zhì)上的，人類與其他許多物種一樣，必須經(jīng)受自然選擇，并不能以高貴的神態(tài)俯視其他物種，這預示著絕對人類中心論的滅亡；第四，進化論并不是通向一個更好種類的過程，因為變異的過程是隨機的、不定向的，成功的繁衍僅僅存在于那些具有最適合所處環(huán)境特定條件的特點的個體中，這就駁斥了把自然萬物看做是預先規(guī)定的，無法改變的宇宙目的論或自然界的預定論。

4讓學生體會：科學中的人性一面

進行科技史的教學，可以挖掘科學中富有人文內(nèi)涵的材料，從人性的角度去探討科學家面臨的艱難抉擇、心靈與身體所經(jīng)受的折磨，以及不放棄科學探索的精神?！笆逯v”中有這么一例。1632年，伽利略的《關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》一書一出版轟動了整個學術(shù)界。他的好朋友、教皇烏爾班八世在當時內(nèi)外交困和學術(shù)界的壓力下，不得不對伽利略采取措施。伽利略被傳召到羅馬宗教法庭受審，他宣布放棄對法庭所認為的異端信仰，宗教法庭感到滿意而判處他終身監(jiān)禁，傳說伽利略在公開放棄信仰之后喃喃自語說：“可是，它還是在運動呀!”此后，他對科學的熱忱仍不減當年，只是不再涉及可能引發(fā)與教會沖突的問題，于1636年完成了另一本重要的科學著作《關(guān)于兩種新科學的談話》。提供這些素材給學生之后，我們可以設(shè)計問題，諸如，“伽利略的屈服，表明他懦弱嗎?為什么當時他會屈服于羅馬教宗，你從中體會到什么?”從而幫助學生體會出“科學的革新者們要打破當時已經(jīng)被人們廣泛所接受的觀點，并得出我們今天看來是理所當然的結(jié)論，曾經(jīng)是多么困難的事情”“科學的探索”反映了“人類努力”的歷程、“科學家再偉大到底也還是人，也會害怕皮肉之苦的一面，沒必要神化”等道理。

以上只是筆者的幾點膚淺體會，更多的精華只有在反復閱讀后才能品味出來，而且不同的人從不同的學識基礎(chǔ)出發(fā)，得到的認識又會有所不同。我們相信，閱讀此書，有助于發(fā)掘科學史的內(nèi)涵，提高駕馭科學史的能力，增強科學史教學的信心。