李耀俊 黃明超

(廣西民族大學(xué)理學(xué)院物理系,廣西 南寧 530006)

·物理學(xué)家與物理學(xué)史·

我們?yōu)槭裁磿?huì)誤讀亞里士多德

李耀俊 黃明超

(廣西民族大學(xué)理學(xué)院物理系,廣西 南寧 530006)

部分師生對(duì)亞里士多德與落體運(yùn)動(dòng)認(rèn)識(shí)存在誤區(qū),具有輝格式科學(xué)史的特征．為了發(fā)揮科學(xué)史的教育功能,教師應(yīng)當(dāng)具備建構(gòu)主義科學(xué)觀,認(rèn)真選擇科學(xué)史的教學(xué)內(nèi)容,創(chuàng)新教學(xué)活動(dòng)與模式．

物理教師;亞里士多德;科學(xué)史;輝格認(rèn)知

1 被誤讀的亞里士多德與落體運(yùn)動(dòng)

落體運(yùn)動(dòng)是高中物理的重要內(nèi)容,新課標(biāo)要求學(xué)生通過(guò)史實(shí),初步了解近代科學(xué)產(chǎn)生的背景,認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)對(duì)科學(xué)發(fā)展的推動(dòng)作用．現(xiàn)有“人教版”、“滬科版”、“司南版”等教材,都結(jié)合科學(xué)史,強(qiáng)調(diào)亞里士多德觀察石頭比羽毛先落地,提出“重物下落快”的錯(cuò)誤學(xué)說(shuō),然后介紹伽利略的研究工作,突出他憑借抽象思維、科學(xué)假說(shuō)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)等方法,開(kāi)創(chuàng)近代科學(xué)的新篇章．

如果有追根究底的學(xué)生提問(wèn):為什么亞里士多德沒(méi)有把羽毛揉為一團(tuán)再進(jìn)行比較呢?為什么其后1900多年沒(méi)有其他學(xué)者嘗試簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)?zāi)?相信很多教師無(wú)法圓滿地解答這些疑惑,因?yàn)榻滩臎](méi)有過(guò)多關(guān)注亞里士多德,重點(diǎn)突出伽利略沖破傳統(tǒng)束縛,挑戰(zhàn)迷信權(quán)威的科學(xué)精神．當(dāng)教師采取快捷高效的教學(xué)活動(dòng)、簡(jiǎn)單直觀的演示實(shí)驗(yàn),歷代賢哲對(duì)物體運(yùn)動(dòng)充滿曲折的探索、不同思想進(jìn)行碰撞交鋒的過(guò)程,就會(huì)這樣輕描淡寫地一帶而過(guò)．

事實(shí)上,亞里士多德(公元前384—前322年)被譽(yù)為古希臘最淵博的學(xué)者,第一個(gè)提出完備的物理學(xué)體系．他認(rèn)為運(yùn)動(dòng)是現(xiàn)實(shí)的變化過(guò)程,以內(nèi)在運(yùn)動(dòng)來(lái)解釋自然萬(wàn)物的生成變化規(guī)律[1]．伽利略和牛頓等人開(kāi)創(chuàng)的經(jīng)典物理學(xué),運(yùn)動(dòng)特指空間方面的位移,只有機(jī)械運(yùn)動(dòng)而沒(méi)有內(nèi)在變化．亞里士多德采用“四因說(shuō)”與“自然位置”理論來(lái)描述物體運(yùn)動(dòng),把運(yùn)動(dòng)分為強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)和自然運(yùn)動(dòng),認(rèn)為強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)需要外力的推動(dòng),任何物體都有返回其天然位置而運(yùn)動(dòng)的本性．他設(shè)想在月下世界充滿輕重不同的4種元素——土、氣、水、火,氣和火由于輕的本性而向上運(yùn)動(dòng),到達(dá)其天然位置月球;土和水由于重的本性而向下運(yùn)動(dòng),到達(dá)其天然位置地心．一個(gè)物體自然向下的運(yùn)動(dòng)取決于包含重元素的多少,物體所含重元素越多則下落就越快．

對(duì)于自然下落的物體,亞里士多德說(shuō)“我們看到同一重量或者同一物體,運(yùn)動(dòng)的快慢有兩個(gè)原因: (1) 運(yùn)動(dòng)所通過(guò)的介質(zhì)不同,(2) 運(yùn)動(dòng)物體自身輕或重不同,如果運(yùn)動(dòng)的其他條件相同的話”[2]．他首先考慮介質(zhì)的影響因素,認(rèn)為介質(zhì)對(duì)運(yùn)動(dòng)有阻礙作用,物體運(yùn)動(dòng)越快則阻礙越大．同時(shí)介質(zhì)的密度越大,阻礙作用也越大．對(duì)于輕重不同物體的運(yùn)動(dòng),他說(shuō)“我們看到有較大動(dòng)勢(shì)的物體(假設(shè)結(jié)構(gòu)上的其他方面相同)通過(guò)同一距離的速度也較大,并且速度的比等于這些物體量的比”．這就是我們熟悉的、也是批判最多的“重物比輕物先落地”的最初理論來(lái)源．

愛(ài)因斯坦曾經(jīng)感慨地說(shuō):“有一個(gè)基本問(wèn)題,幾千年來(lái)都因?yàn)樗珡?fù)雜而含糊不清,這就是運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題．”人類對(duì)落體運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí),經(jīng)歷古希臘、古羅馬的自然哲學(xué)家簡(jiǎn)捷、思辨的推理,到中世紀(jì)科學(xué)家、藝術(shù)家的觀察和演繹,最后“科學(xué)之父”伽利略的實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)證明[3]． 亞里士多德的一些錯(cuò)誤結(jié)論來(lái)源于對(duì)自然的感性觀察與推理解釋,和人們?nèi)粘Ｓ^察的一些現(xiàn)象基本吻合,因此流傳長(zhǎng)久廣泛．著名科學(xué)史家托馬斯·庫(kù)恩研究發(fā)現(xiàn),由于語(yǔ)言的演變發(fā)展,亞里士多德物理學(xué)與現(xiàn)代物理學(xué)具有完全不同的思想基礎(chǔ)和理論框架,一些相同的概念也具有截然不同的內(nèi)涵,但是亞里士多德物理學(xué)沒(méi)有任何重大的錯(cuò)誤．

2 物理課程的輝格式科學(xué)史

亞里士多德堪稱古希臘百科全書(shū)式的偉大思想家,不幸的是,后世人們對(duì)他的認(rèn)識(shí)充滿了偏差．黑格爾評(píng)價(jià)說(shuō)“雖然他乃是許多世紀(jì)以來(lái)一切哲學(xué)家的老師……亞里士多德直到最近幾乎還未被認(rèn)識(shí),所流行的乃是關(guān)于他的一些最錯(cuò)誤的偏見(jiàn)．”[4]現(xiàn)行物理教材多次批駁亞里士多德的錯(cuò)誤學(xué)說(shuō),例如他提出“力是促使物體運(yùn)動(dòng)的原因”,同樣被伽利略通過(guò)斜面實(shí)驗(yàn)而推翻．這種片段化和隨意引用科學(xué)史資料,忽視對(duì)科學(xué)事件真?zhèn)闻c否的慎思明辨、對(duì)前因后果的尋蹤覓跡、對(duì)關(guān)鍵要素的窮根究源,根源在于人們對(duì)科學(xué)史的輝格認(rèn)識(shí)[5]．

1931年英國(guó)學(xué)者巴特菲爾德出版《歷史的輝格解釋》,提出輝格史的編史學(xué)概念,在西方史學(xué)界引起巨大爭(zhēng)議．所謂輝格史,就是參照今日來(lái)研究過(guò)去,贊揚(yáng)過(guò)去的進(jìn)步,是為了肯定和頌揚(yáng)今日．科學(xué)史領(lǐng)域的輝格式研究?jī)A向由來(lái)已久,就連科學(xué)史奠基人薩頓(G.Sarton)也強(qiáng)調(diào),“科學(xué)歷史是人類進(jìn)化過(guò)程中唯一清晰可辨的、明確無(wú)誤的一種進(jìn)步”[6]．按照進(jìn)步的原則,凡是有利于科學(xué)進(jìn)步的因素加以保留,凡是不利于科學(xué)進(jìn)步的因素便被忽略．

1983年在意大利帕維亞召開(kāi)“用物理學(xué)史革新物理教育”國(guó)際討論會(huì),曾任國(guó)際物理教育委員會(huì)主席的弗倫奇教授,用風(fēng)趣的筆觸寫道:“人們?cè)噲D賦予物理教學(xué)以歷史的度量時(shí),暴露出一些基本問(wèn)題,多數(shù)問(wèn)題起源于下述事實(shí),即很少把物理學(xué)和歷史當(dāng)作平等的伙伴來(lái)對(duì)待……若我們不是為了歷史自身的緣故用它,而只是把它作為達(dá)到某種目的之手段,歷史很容易被歪曲和纂改[7]．”

教師對(duì)科學(xué)史認(rèn)知有時(shí)也閃現(xiàn)輝格式的特征,他們以現(xiàn)代科學(xué)為衡量標(biāo)準(zhǔn),評(píng)價(jià)歷史事件對(duì)科學(xué)發(fā)展的貢獻(xiàn),那些沒(méi)有導(dǎo)致科學(xué)進(jìn)步的理論被視為毫無(wú)價(jià)值和錯(cuò)漏百出．物理教材涉及的一些科學(xué)史內(nèi)容,也存在如下明顯的輝格史傾向.

(1) 過(guò)分渲染科學(xué)研究的艱難曲折,試圖塑造科學(xué)家不畏艱險(xiǎn)、鍥而不舍的探索精神．或者借由科學(xué)發(fā)現(xiàn)故事,強(qiáng)調(diào)某種科學(xué)方法的價(jià)值,高度簡(jiǎn)化科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過(guò)程描述,忽視科學(xué)探究需要綜合應(yīng)用多種方法,是歷經(jīng)復(fù)雜過(guò)程和堅(jiān)持努力的結(jié)果．

(2) 輕率地推論科學(xué)家的崇高品格,科學(xué)人物表現(xiàn)出完美無(wú)缺的個(gè)性,認(rèn)為他們懷著獻(xiàn)身科學(xué)的無(wú)私精神,致力于探索自然世界的奧秘,強(qiáng)調(diào)科學(xué)發(fā)現(xiàn)帶給科學(xué)家的社會(huì)聲譽(yù)地位．

(3) 簡(jiǎn)單將科學(xué)人物劃歸為促進(jìn)科學(xué)進(jìn)步和阻礙科學(xué)發(fā)展兩類,批判科學(xué)發(fā)展的錯(cuò)誤理論學(xué)說(shuō),突出現(xiàn)代科學(xué)的真理性和絕對(duì)性．片面強(qiáng)調(diào)科學(xué)研究以固定的步驟模式進(jìn)行,忽視科學(xué)家的思想背景和社會(huì)環(huán)境,忽略對(duì)歷史成果的借鑒以及科學(xué)團(tuán)體的交流．

有學(xué)者從如下哲學(xué)層面分析了科學(xué)課程存在輝格科學(xué)史的原因[8]．

(1) 教育哲學(xué)中的知識(shí)中心主義,重知識(shí)而輕能力,重記憶而輕思維,強(qiáng)調(diào)科學(xué)史為科學(xué)知識(shí)合法性辯護(hù)的功能．

(2) 科學(xué)哲學(xué)中的樸素經(jīng)驗(yàn)論,認(rèn)為科學(xué)知識(shí)是觀察與實(shí)驗(yàn)的結(jié)晶,科學(xué)發(fā)展是線性和不斷累積的過(guò)程,科學(xué)家是客觀公正、心胸開(kāi)闊的．

(3) 歷史哲學(xué)中的移時(shí)史觀,以目前的科學(xué)知識(shí)來(lái)研究歷史,理解它的發(fā)展如何導(dǎo)致當(dāng)前的科學(xué),誤導(dǎo)對(duì)過(guò)去科學(xué)地位的評(píng)價(jià)．

3 物理學(xué)史的課程教學(xué)與反思

我國(guó)從2001年啟動(dòng)新一輪基礎(chǔ)教育改革,強(qiáng)調(diào)科學(xué)教育要提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)．科學(xué)史能夠有效溝通科學(xué)和人文之間的鴻溝,幫助學(xué)生樹(shù)立歷史感和批判精神,使他們洞悉科學(xué)思想與方法,潛移默化中滲透科學(xué)素養(yǎng)教育．由于課程標(biāo)準(zhǔn)與教材開(kāi)發(fā)、教師教育培訓(xùn)等客觀原因,不少教師對(duì)科學(xué)史的認(rèn)識(shí)還停留在較低的工具價(jià)值層面,僅將其當(dāng)做激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、活躍課堂氣氛的輔助手段,熱衷于談?wù)摽茖W(xué)家的趣聞?shì)W事,宣揚(yáng)未經(jīng)考證的野史傳說(shuō)．

為了避免對(duì)科學(xué)史的輝格式認(rèn)知,教師應(yīng)當(dāng)具備建構(gòu)主義的科學(xué)觀,將科學(xué)家置于當(dāng)時(shí)社會(huì)環(huán)境中解讀,全面理解科學(xué)的發(fā)展機(jī)制．當(dāng)教師嘗試把科學(xué)史融入課堂教學(xué),面對(duì)課程體系與內(nèi)容的限制、教材編寫和設(shè)計(jì)的規(guī)定、教學(xué)組織管理的壓力,需要思考一系列相關(guān)問(wèn)題,包括針對(duì)課題選取詳實(shí)準(zhǔn)確的科學(xué)史料,將教學(xué)課題和科學(xué)史有機(jī)結(jié)合,指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究活動(dòng)．

針對(duì)中學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展與思維特點(diǎn),科學(xué)史的選擇內(nèi)容要符合以下原則.

(1) 趣味性原則.盡量避免單純的科學(xué)事實(shí)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、科學(xué)家生平歷史的簡(jiǎn)單羅列,使用符合學(xué)生年齡特點(diǎn)的文字語(yǔ)言表述,包含色彩鮮明的圖畫．

(2) 教育性原則.揭示科學(xué)概念發(fā)展的轉(zhuǎn)變,突出科學(xué)知識(shí)具有假設(shè)性、暫時(shí)性、局限性等特征,重視科學(xué)知識(shí)的重建．

(3) 客觀性原則.幫助學(xué)生理解概念發(fā)展的內(nèi)外動(dòng)因,在歷史的脈絡(luò)中把握科學(xué)概念,還原科學(xué)家鮮活個(gè)體從事的真實(shí)活動(dòng)．

(4) 社會(huì)性原則.科學(xué)研究由許多科學(xué)家持續(xù)進(jìn)行,聚焦科學(xué)含有的人性特征,避免學(xué)生對(duì)科學(xué)形成消極刻板印象．

為了避免科學(xué)史教學(xué)中的走過(guò)場(chǎng)和作秀形式等弊端,1990年Roach.Linda.E和Wandersee.James.H開(kāi)發(fā)“互動(dòng)式科學(xué)故事”,確保教師能在有限條件下,有效組織學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)史知識(shí),思考領(lǐng)悟科學(xué)本質(zhì)[9]．他們精心設(shè)計(jì)時(shí)長(zhǎng)10～15min的科學(xué)故事,選擇科學(xué)家從事科學(xué)

圖1 “互動(dòng)式科學(xué)故事”教學(xué)模式

研究的重要事件或歷史片段．故事編制采用“二元對(duì)立”,以科學(xué)史實(shí)為基礎(chǔ)創(chuàng)造沖突,采用故事高潮處中斷的辦法以此制造懸念,激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲．故事中斷以后,學(xué)生預(yù)測(cè)故事后來(lái)的發(fā)展,教師在恰當(dāng)時(shí)機(jī)揭曉真實(shí)的歷史結(jié)局,隨后課堂討論中引導(dǎo)并修正學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的看法．“互動(dòng)式科學(xué)故事”模式具體的教學(xué)流程如圖1所示．

1 宋斌.亞里士多德物理學(xué)中的“原因”和“運(yùn)動(dòng)”概念[J].現(xiàn)代哲學(xué),2008(5):81-87.

2 亞里士多德.物理學(xué)[M]. 張竹明譯. 北京:商務(wù)印書(shū)館,1982.

3 儀德剛.人類對(duì)落體運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)及意義[J].力學(xué)與實(shí)踐,2007(1):86-88.

4 黑格爾.哲學(xué)史講演錄(二卷) [M].北京:商務(wù)印書(shū)館,1978.

5 汪明.當(dāng)前科學(xué)史教學(xué)常見(jiàn)問(wèn)題盤點(diǎn)[J].教育評(píng)論,2015(5):117-119.

6 張明雯.科學(xué)史的輝格解釋與反輝格解釋[J].自然辯證法研究,2004(11):102-105.

7 A.P.弗倫奇. 把歷史引進(jìn)物理教學(xué)的樂(lè)趣和危險(xiǎn)[J].大學(xué)物理,1986(3):36-45.

8 肖磊,徐學(xué)福.科學(xué)課程中的輝格史批判[J].教育學(xué)報(bào),2012(4):72-80.

9 Roach Linda E,Wandersee James H. Putting people back into science: Using historical vignettes. School Science and Mathe-matics,Nov.1995．

2017-03-22)

本文受2015年廣西科技開(kāi)發(fā)項(xiàng)目“數(shù)字化科普教育基地的創(chuàng)立與可持續(xù)發(fā)展”(編號(hào)2015ED31107)資助.