从天体运行规律发现中发掘物理学史的教育功能

敖琳春

摘 要： 物理学史是物理学知识体系中的一个重要的、必不可少的组成部分。作者以天体运行规律的发现过程中的丰富史实为例，探讨如何发掘物理学史的独特的教育功能。

关键词： 天体运行规律 物理学史 教育功能

概述：天体运行规律的发现史可以说是物理学家们追求真理的奋斗史。从远古的人们对天地宇宙的种种猜测和无数先辈的刻苦研究，到最终找到天体运行的明晰的规律，其间经历了不知多少代人的艰辛。历经曲折的两千多年，其间不断呈现思辨、矛盾或斗争，无不体现出科学家们对真理追求的执著，为科学事业的自我牺牲精神。

一、有利于培养学生坚韧不拔的意志与执著求实的精神

波兰伟大的天文学家哥白尼在17世纪初确立日心说，虽然哥白尼的学说是进步理论，但由于这个新的学说违背了统治者所谓的教义，它的传播受到了教会疯狂的阻拦；1600年，在罗马的鲜花广场上，著名的意大利学者布鲁诺因坚持真理，始终高举哥白尼旗帜而被残忍地烧死；就连被誉为近代科学之父的伽利略也因捍卫和宣传哥白尼的日心说，受到罗马教皇残酷的迫害和折磨，300年以后的1979年，罗马教廷才为他公开平反昭雪。尽管如此，反动力量的压迫永远不能真正把人类追求真理的道路堵死，许多科学家在研究和推进日心说时不畏强权，前仆后继；开普勒对哥白尼的学说产生了浓厚的兴趣与探究的热情，他在第谷的对火星的极大丰富的观测资料的基础上，致力于对火星轨道及其运行规律的研究；经过多年细致而又深入的刻苦研究，他终于发现了行星及行星的卫星运行规律——开普勒三大定律。直至这时，太阳系的空间形态才被基本澄清。

万有引力的发现过程经历了一段相当漫长的历史时期，为了研究万有引力，牛顿克服了重重困难与阻碍，历经21年的长时间跨度，期间付出了大量的心血。遗憾的是，由于引力常量极其微小，当时的大多数科学家都认为沒有测出的可能，因此在牛顿的万有引力定律被发现之后的长达一百多年的时间跨度里，这一定律都没有充分发挥价值。直到天才的卡文迪许通过其被史上称为最完美的实验装置——扭秤，才成功地测定引力常量G，使得万有引力定律定量应用得以实现。

从万有引力定律的发现中，我们可以体会到，一个科学规律的发现或一套科学理论的建立，是不可能一蹴而成的。万有引力定律的发现不是作为“苹果落地”时上帝赐予天才物理学家牛顿的“灵感”，而是物理学家在长期的科学实践中逐步摸索、积累、形成和发展起来的，是人类智慧的结晶。只有历经这样的过程后，才能找寻到具有突破性的科学思维及科学方法。物理学史中的这些感人事迹，会促使学生树立正确的人生观与价值观，也会促使学生把求真、求上、求实和造福人类作为自己的人生目标。

二、有利于培养学生科学的思维方法

在物理教学工作中，我们常有这样的体会，在学习一些新的不理解的物理概念时，若能了解这些物理概念逐步形成的历史，则有利于学生实现各学科知识间的融合与渗透，而最终形成统一的知识体系，这对学生以后在新的科学上的突破或者发现有至关重要的意义与价值。1601年第谷先生临终前将毕生心血——其夜以继日观测到的大量天文数据赠予了学生开普勒，开普勒不负恩师所托，通过大量筛选、计算，将庞大而又繁杂的数据转化为简单的数学公式，表达为清晰明了的图像曲线，于1609—1619年建立了关于行星运动的三个定律。正是因为开普勒的开创性的思维方法，才发现了开普勒三定律。开普勒行星运动定律的提出，体现了科学研究的实质，从而使近代科学的开路先锋——天文学真正成为一门精确科学；开普勒行星运动定律蕴藏伟大的万有引力定律，在其推导过程中同样体现了科学研究的精髓——严密的逻辑推理。

三、有利于鼓励学生勇于挑战权威，敢于思维创新

科学史上的任何一步进展，无不是科学家打破陈旧学说并引进新思想的结果。哥白尼研究天文学时，他所处在的时期，神学占领统治地位，为了巩固自己的统治地位，教会极力维护地心说，而不管其是否正确。哥白尼不顾教会的反对与迫害，依然坚定继续他对天文学、行星体系等问题的研究。历经长期的天文观测与不懈的探索，创立了比地心说更为科学的宇宙结构体系，他的理论体系把原有考察天体运动的参考系，从地球转换到太阳，使人们认识到清眼所见到的事物有时不一定都是真实的，并首次认识到，不仅可以从简单的直观，而且可以通过抽象的逻辑方法研究自然世界。

如果没有勇敢地抛弃落后的陈旧观念，没有创立新思维，就不会有开普勒三定律发现，也许这一发现还将推迟若干年。在开普勒的研究初期，他认为火星做匀速圆周运动，但他发现太阳的真实位置不是他所假定的圆心。他假定火星的运行轨道是偏心圆，花了大量的时间寻找这个偏心圆的圆心所在；即使做出了很大努力，也没能得到令人满意的结果。

物理教学培养的直接对象是人，而不是科学本身。只有培养出富有科学精神、热爱真理并追求真理、具有创造能力、具有顽强意识的人，科学才能得到发展。皮亚杰说过：教育的目的是要造就有创造、发明和发现能力的人，不是要培养对前人的工作的只会作出简单重复反应的人。以物理学史为衬托的物理教学并不是要使物理教学重蹈历史覆辙，而是要抽取历史中最精粹的部分，结合并对比现代科技，历史地、现实地启迪学生的思维，培养学生的能力。

综上所述，从天体运行规律的发现史中，我们可以看到并充分意识到，物理学史的教育功能的独到之处及融入史料的教学方式的优越性，这种教学方法的功效是使用其他方式用成倍的时间都无法换来的。在物理教学中，渗透这些物理学家质疑、批判、创新的物理学史，对于培养学生的质疑、批判精神和创新能力大有裨益。

参考文献：

[1]王士平.科学的争论[M].科学出版社，1998.

[2]李约瑟.中国科学技术史，第一卷第一分册[M].北京科学技术出版社，1975.

[3]钟启泉.现代教学论发展[M].教育科学出版社，1988.