周金滿

[摘要]科學巨匠牛頓被一個蘋果砸中頭部后，突發(fā)靈感，從而發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律。這個故事是科學史上一個經(jīng)久不衰的傳說，甚至課本插圖也是如此形容。事實上，經(jīng)過多方考證，牛頓并沒有被蘋果砸中頭部。這種虛構(gòu)的物理學史不僅沒有起到應(yīng)有的教育作用，反而不利于培養(yǎng)學生的物理學科核心素養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]牛頓;蘋果;萬有引力;學科核心素養(yǎng)

[中圖分類號]

G633.7

[文獻標識碼] A

[文章編號] 1674-6058（2020）17-0038-02“一個蘋果掉下來，砸在牛頓頭上，促使牛頓開始思考引力，從而發(fā)現(xiàn)萬有引力?！边@個故事是物理學史上一個經(jīng)典傳說，甚至中學課本插圖（如圖1，見滬科版八年級物理教材第111頁插圖）也是如此形容的。事實上，萬有引力的發(fā)現(xiàn)過程并非那么簡單和傳奇，而是牛頓以前人的成果為基礎(chǔ)，歷經(jīng)漫長的勤奮工作和思考才發(fā)現(xiàn)的。教學中，教師應(yīng)當尊重歷史事實，合理利用這段物理學史的教育意義，培養(yǎng)學生的物理學科核心素養(yǎng)。

一、萬有引力的發(fā)現(xiàn)過程

1.歷史背景

文藝復興時期，萌發(fā)了很多自由和懷疑思想。哥白尼（1473 -1543）敢于質(zhì)疑權(quán)威，批判地心說，創(chuàng)立了日心說，認為行星（包括地球）都繞太陽做圓周運動。之后，丹麥天文學家第谷（1546-1601）連續(xù)20年觀測行星的運動，積累了大量的數(shù)據(jù)。第谷逝世前把資料贈送給了他的學生開普勒（1571-1630）。開普勒用了20年時間研究了第谷的行星觀測記錄，發(fā)現(xiàn)哥白尼的網(wǎng)軌道并不準確（火星軌道最大有8的偏離），并且最終得出，行星繞太陽的軌道，應(yīng)該是橢網(wǎng)。加上他對行星運動規(guī)律的其他發(fā)現(xiàn)，最終提出了行星運動三大定律。

當時，人們圍繞行星運動的原因提出了種種假設(shè)。開普勒提出，行星受到來自太陽的類似磁力的作用。伽利略（1564 -1642）提出，物體之所以做網(wǎng)周運動，是因為一切物體都有合并的趨勢。笛卡兒（ 1596 -1650）提出，行星之所以繞太陽運動，是因為有旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)作用在行星上。胡克（1635 -1703）等人提出，行星的運動是因為受到太陽的引力，并且證明了圓形軌道下，引力的大小與距離的二次方成反比。

2.牛頓的貢獻

牛頓（1643 -1727）在前人的基礎(chǔ)上，艱苦探索，終于取得了重大突破。

首先，牛頓論證了行星的運動必定受到一種指向太陽的引力作用。

其次，牛頓運用自己發(fā)現(xiàn)的微積分知識，進一步論證了行星沿橢網(wǎng)軌道運行時受到太陽的引力與它們之間距離的二次方成反比。

再次，牛頓根據(jù)物體間作用的相互性，認為行星受太陽的引力與太陽的質(zhì)量成正比，所以得出太陽對行星的引力與兩者質(zhì)量的乘積成正比。

最后，牛頓認為，不僅太陽與行星之間存在引力，任何物體之間都應(yīng)該存在引力，于是提出了萬有引力定律。

二、蘋果與萬有引力

1.蘋果與牛頓

蘋果的故事，源于牛頓晚年的口述，眾所周知，牛頓晚年癡迷于神學，而蘋果作為伊甸園中的智慧之果，其象征意義是不言而喻的。因此不少學者認為，牛頓在晚年放出的這個故事，意在暗示人們：他是冥冥中獲得天啟，這也讓他有了一層神話色彩。

或許牛頓晚年口述的故事確有其事，但是根據(jù)牛頓自己的敘述，當時掉下來的蘋果并沒有砸到他的頭上，而是砸在了地上[1]。由此可見，蘋果砸到牛頓頭部的故事純粹是杜撰的！

2.牛頓與萬有引力

科學研究不可能是一蹴而就的。牛頓并不是一開始就提出了“萬有引力”這個概念，而是一個一個層次的分析和概括，從離心力過渡到向心力，再到重力，最終到萬有引力。這個過程他花了整整20年。曾經(jīng)有人問他，你是怎樣發(fā)現(xiàn)萬有引力的？牛頓回答：“靠不停地思考。”[2]

萬有引力的發(fā)現(xiàn)，也離不開前人的貢獻。在給胡克的一封信里，牛頓寫道：“如果我看得更遠，那是因為站在巨人的肩上?！迸ｎD所指的巨人，并不僅僅只是伽利略和開普勒，而是中世紀以來無數(shù)從事科學研究的先驅(qū)們！如圖2[3]。

三、思考與建議

1.對課本插圖的建議

作為基礎(chǔ)教育的教科書，應(yīng)當是知識與嚴謹?shù)南笳鳌Ｕn本可以通過故事來激發(fā)學生的興趣，但絕不可忽視事實傳遞杜撰的歷史。蘋果的故事，只會讓學生把牛頓當成圣人和天才，以為他僅僅憑靈感和天才就做出了豐功偉績，覺得他遙不可及。課本用此插圖，不僅沒有傳遞正確嚴謹?shù)奈锢韺W史，也無法讓學生體會科學探究的嚴謹與艱辛。

2.教師應(yīng)當尊重歷史，培養(yǎng)學生的學科核心素養(yǎng)

作為教育工作者，我們應(yīng)當尊重歷史事實，傳遞正確嚴謹?shù)奈锢韺W史，并注重培養(yǎng)學生科學思維、科學態(tài)度等物理學科核心素養(yǎng)，引導學生在學習中善于總結(jié)、勤于思考。

[參考文獻]

[l]張達明.牛頓并未被蘋果砸中頭[J].聰明泉（情商），2010（3）：39.

[2]李東.牛頓是怎樣發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的[J].中學物理教學參考，2012（21）：39-42.

[3]郭奕玲，沈慧君.物理學史[M].2版.北京：清華大學出版社.2005.

[4]索鴻英.近代物理的輝煌[J].中學生數(shù)理化（八年級物理）（人教版）.2010（3）：37-38.

（責任編輯 易志毅）