更新观念 充实内容 变换视角

沈为慧　陈伟壁

[关键词]《科学史十五讲》，科学本质，教学

[中图分类号]G63[文献标识码]B[文章编号]0457—6241(2009)11—0063—04

由于对科学本质的不甚了解，在科学史教学中，我们往往仅让学生记住主要科学成就，其后果是：师生均无收获，久而行之还产生了对科学史的厌恶，三维目标根本无法实现，科学史的教育功能也没有体现。笔者自从拜读了江晓原教授主编的《科学史十五讲》(以下简称“十五讲”)后渐渐地觉得：科学不再神秘，科学史教学也有路可寻。

一、更新教学观念

“十五讲”给我们带来的最大震撼是对科学的认识方面，它纠正了我们对科学的误解，笔者试从以下方面进行分析。

1“科学”与“正确”的关系

江教授在书中并没有专门给“科学”概念以明确的界定。但是笔者认为谈科学史，免不了要对“科学”概念进行界定。阅读“十五讲”后，我们发现江教授对“科学”的理解在认识意义和学科划界上，主要侧重于后一种意义上的科学。为什么做出这样的判断?首先，我们主要基于他对“科学”与“正确”的关系的理解；其次，书中至少花掉了一半的篇幅来讲近代以前的科学。

以前我们认为，“科学的”就是“正确的”，“不正确的”就不是“科学的”。其实这是对科学的误解。江教授强调“判断一种学说是不是科学，不是依据它的结论，而是依据它所采用的方法、它所遵循的程序”。

江教授指出，西方天文学发展的根本思路是：在已有的实测资料基础上，以数学方法构造模型，再用演绎方法从模型中预言新的天象；如果预言的天象被新的观测证实，就表明模型成功，否则就修改模型。从这个角度来看，托勒密的天文学说当然是科学的。“如果一种模型一旦被取代，就要从科学殿堂中被踢出去，那科学就将永远只能存在于此时一瞬，它就将完全失去自身的历史”，所以，“科学的”未必“正确”，“正确的”未必都是“科学”，比如公元2003年5月15日中午江晓原吃了饺子，这永远是正确的，但它不是、也不可能成为科学。

一言以蔽之，“正确对于科学既不充分也非必要”，北京大学刘华杰先生如此概括了两者关系。

2科学与宗教的关系

一直以为，宗教与科学是不相容的，宗教对科学只有阻碍作用，阅读了“十五讲”后，笔者改变了这一观点。古希腊人按照自己的形象与性格创造出了神，这使得他们觉得自己生活在一个由熟悉的、可以理解的力量统治的世界里，因此少了一份对自然的恐惧，多了一份探索的勇气，这无疑有利于科学的产生与发展。他们还创造出了完整的诸神谱系，这种秩序和规则的概念，反映了一套的逻辑体系，尽管还很原始但有助于理性精神的孕育。因此，不能把宗教与愚昧完全等同起来，也不能把科学与宗教根本对立起来。新教允许个人在一定程度上自由地解释《圣经》，这样就在科学和宗教之间构成了一座桥梁，从某种意义上讲，有利于鼓励人们探索自然的奥秘。近代的科学革命就是在宗教改革的背景下开始的，牛顿是这场革命中诞生的巨人，而他又是一位虔诚的基督徒。因此，不能把宗教与愚昧完全等同起来，也不能把科学与宗教根本对立起来。当然，“如果一个理论最终把人导向了神的存在，那么这个理论对于科学的发展就本质而言一定是不利的”。

正确的科学史观，对于科技史的教学非常重要。值得一提的是，江教授在《科学的三大误导》(2009年2月26日《文汇报》)一文中，批判了我们从小受的教育里对科学存在三大误导，除了刚刚提及的“科学等于正确”还有“科学技术能够解决一切问题”以及“科学是至高无上的知识体系”的观点。

二、充实教学内容

阅读了“十五讲”后，我们对科学史中某些领域的发展情况有了整体性认识。

1古代中国的自然观和时空观

“十五讲”认为，要了解中国古代的科学文明，首先应对中国古人的自然观有所了解，比如古人对人与自然关系的认识，对宇宙起源、演变的认识以及对时空问题的认识。

关于宇宙的起源，中国有“盘古开天地”的传说，透过这一传说可以看到，古人认为：宇宙的形成是长期演变的结果，最初它只是一团混沌不分的气，后来阳气上浮为天，阴气下沉为地。在此基础上，形成了关于宇宙结构的“盖天说”和“浑天说”。前者认为，天地是两个平行平面，天在上，地在下，天地一样大，日月星辰在天壳上有规律地运动；后者认为，天是圆球，天包着地，地浮水上。公元前2世纪出现了“浑盖之争”，西汉的扬雄依据观测的结果对盖天说提出了质疑：为什么天上的太阳却从地平面之下升起?东汉的王充则对浑天说提出了质疑：太阳是个火球，如果说地浮于水上，那么火球怎能从水中出入?南宋的朱熹反对盖天说，赞成浑天说，他的推理是：如果按盖天说制作一个盖天仪，其形状如同雨伞，四周必定漏风。这场争论延续了一千多年，促成了中国古代天文学诸多重要成就的取得，如被后人奉为历法圭臬的《太初历》，勾股定理以及相关的测高望远术，天文大地测量以及大量天文仪器等。

时空问题是科学的基本问题，因为科学讨论的事件都在一定的时间和空间中发生的，如果时空问题不解决，那就意味着科学在讨论具体问题时，失去了其基本参照体系。历史上重要的科学革命，很多都跟时空观的变革有关。学习科学史，不能不关注时空问题。“古往今来日宇，四方上下日宙”。古人早已意识到了时间的流逝是连续的、不可逆的、无限的，同时又是客观的、均匀的，并因此产生了“惜时”的思想。他们认为，大地是平的，因为水面也是平的，所以有“水平”一词，背离地面则为上，反之则为下。欧洲人则认为：指向地心为下，背离地心为上。中国并不认同这种观点，他们认为人在地球上无论立于何处，都是头上脚下，否则必定会发生倾坠。对于时空关系，古人认为：时间在空间中流逝，空间存在于时间之中，时间流逝的快慢随观察者所经历的空间场合的变化而变化，比如，梦境中的时间流逝远远快于人世间，而仙境中的时间流逝又大大慢于人世间。

2从托勒密学说到牛顿的万有引力

牛顿曾说：“如果我比别人看得远些，那是因为我站在巨人们的肩上。”要理解这句话，就必须了解万有引力发现以前天文学发展的历程。

托勒密在继承前人的基础上提出，地球位于椭圆的一个焦点上，而且静止不动——如果地球旋转的话，地球上的东西就会移动，而不是与地球紧紧相随。天体在椭圆圆周上做变速运动，速度变化的规律是使地球上的观测者看来它是匀速的。在托勒密的地静说(严格地说不是“地心说”)中，行星在一个较小的圆周(即“本轮”)上做匀速运动，本轮的中心又在另一个大轮(即“均轮”)上匀速运转。哥白尼认为，天体应该有简单、完美的运动，他提出：太阳位于宇宙

的中心，水星、金星、地球带着月亮、火星、木星和土星依次绕着太阳运行(哥白尼并不认为太阳是中心，他的体系不能称为“日心说”)。弗朗西斯·培根等人反对哥白尼的地动说，而伽利略则是哥白尼学说的信仰者，开普勒、牛顿也支持这一学说。后来伽利略用望远镜发现金星是绕太阳转动的，从而证明了托勒密体系的错误。而开普勒在考察了行星绕日运动的物理原因后，提出了外力作用于行星的观点。牛顿进一步思考：行星为什么总是绕太阳作封闭曲线运动，而不作直线运动跑到外部空间去?经过长期研究牛顿发现了万有引力。

三、变换教学视角

阅读了“十五讲”后，我们领悟到：科学史的重点不是“科学”，而是“历史”。科学的萌发、科学的环境、科学的影响等才是科学史教学的重点，所以笔者建议要根据科学史特点进行教学。

1让学生了解：科学是怎样萌发的

讲授科学的成果、学说的内容不是历史教师的专长，重点是让学生知道科学成就是怎样起源与萌发，怎样继承与变革，怎么传播与发展，这些才是我们的职责。以前常用一些因演绎而失真的故事，把科学探索简单化了，无法使学生了解科学研究的漫长，也忽视了科学家的艰辛，对于学生探究科学精神的培养是不利的。“十五讲”中介绍了许多科学探索的例子。这里以“古希腊人探索大地形状”为例进行介绍，一开始，古希腊人对大地形状的认识是出于某种哲学信仰而提出地球学说的，例如毕达哥拉斯学派认为“球形为一切几何立体中最完善的，所以大地、天体和整个宇宙都是球形的”而亚里士多德等人关于地圆学说的提出，是建立在长期观测的基础之上，他们发现：(1)帆船出海航行时，随着船的渐行渐远，岸上的人们所看到的现象是船体渐渐地消失在水中，而桅杆还显露在水面上，船返航时情况则相反；(2)人们在地表面沿南北方向远距离移动时，会发现北极星的高度在变化，向北移动时北极星升高，向南移动时降低；(3)人们在地表面沿南北方向远距离移动时，会发现天上星星的分布发生变化，向南移动时，南天球原来看不到的星星会逐渐从地平线之下升起，而北天球原来看得见的星星则会逐渐消失在地平线下，向北移动的情况则相反；(4)月食时，投影在月表面上的阴影的边缘总是圆弧状的。据此，他们分析得出结论：大地是圆球形的。

亚里士多德注重观测证据的信念表明：感性经验和必要的证明不仅优于哲学信条而且优于神学信条。

2让学生认识：社会环境对科学的制约

科学的发展关系到社会的进步与人类的未来，反过来，社会的观念尤其是国家的政策对科学的发展有着极其重要的影响。在科学史教学中，让学生理解科学与社会环境之间的关系，十分必要，以拉瓦锡之死证明了社会环境对科学发展的重要性。

1765年，21岁的拉瓦锡在法国科学院宣读了他的第一篇学术论文，同年他的设计被评选为城镇路灯照明的最佳方案，并因此获得了法国科学院颁发的金质奖章。25岁当选为法国科学院院士。大革命开始之初，他的科学研究还未受到影响。但雅各宾上台后推行恐怖政策，法庭以“可恶的包税人”“在人民的烟草中加水”等罪名，判处他死刑。法国科学界呼吁赦免拉瓦锡，但无济于事。行刑前，辩护律师一次次提醒法官顾惜拉瓦锡的发明创造以及正在建立起来的新科学，革命法庭副长官考费那尔的回答是：“革命不需要科学，只需要正义!”

3让学生理解：科学改变了人的观念

科学的深刻影响在于改变了人的思想观念，让学生从这个角度理解科学的意义可能更有价值。牛顿的《自然哲学的数学原理》被公认是科学史上最伟大的著作之一，在此之前，人类的思想还充斥着迷信和恐惧，而牛顿宣告了科学时代的来临。这给人类带来了从未有过的自信，曾经匍匐在上帝脚下的人类，终于大胆地抬起头来，开始用自己理性的眼光打量世界，伦敦大学的米歇尔·亨特教授指出：“牛顿体系的本质在于，地球和其他天体都按照相同规律运动，并且可以量化计算。”

达尔文的进化论也渐渐地深入到人类思想和行为的各个方面：第一，人们认识到，世界是动态的、进化的，而不是静态的；第二，出现了社会达尔文主义，它认为，人类社会也像自然界一样“弱肉强食，物竞天择，适者生存”(达尔文曾在一封信中把社会达尔文主义斥为愚蠢的)；第三，确立了包括人类在内所有生物共同起源的原理，人类与动物的区别仅仅是程度非本质上的，人类与其他许多物种一样，必须经受自然选择，并不能以高贵的神态俯视其他物种，这预示着绝对人类中心论的灭亡；第四，进化论并不是通向一个更好种类的过程，因为变异的过程是随机的、不定向的，成功的繁衍仅仅存在于那些具有最适合所处环境特定条件的特点的个体中，这就驳斥了把自然万物看做是预先规定的，无法改变的宇宙目的论或自然界的预定论。

4让学生体会：科学中的人性一面

进行科技史的教学，可以挖掘科学中富有人文内涵的材料，从人性的角度去探讨科学家面临的艰难抉择、心灵与身体所经受的折磨，以及不放弃科学探索的精神。“十五讲”中有这么一例。1632年，伽利略的《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》一书一出版轰动了整个学术界。他的好朋友、教皇乌尔班八世在当时内外交困和学术界的压力下，不得不对伽利略采取措施。伽利略被传召到罗马宗教法庭受审，他宣布放弃对法庭所认为的异端信仰，宗教法庭感到满意而判处他终身监禁，传说伽利略在公开放弃信仰之后喃喃自语说：“可是，它还是在运动呀!”此后，他对科学的热忱仍不减当年，只是不再涉及可能引发与教会冲突的问题，于1636年完成了另一本重要的科学著作《关于两种新科学的谈话》。提供这些素材给学生之后，我们可以设计问题，诸如，“伽利略的屈服，表明他懦弱吗?为什么当时他会屈服于罗马教宗，你从中体会到什么?”从而帮助学生体会出“科学的革新者们要打破当时已经被人们广泛所接受的观点，并得出我们今天看来是理所当然的结论，曾经是多么困难的事情”“科学的探索”反映了“人类努力”的历程、“科学家再伟大到底也还是人，也会害怕皮肉之苦的一面，没必要神化”等道理。

以上只是笔者的几点肤浅体会，更多的精华只有在反复阅读后才能品味出来，而且不同的人从不同的学识基础出发，得到的认识又会有所不同。我们相信，阅读此书，有助于发掘科学史的内涵，提高驾驭科学史的能力，增强科学史教学的信心。