如何将科技史讲出历史感——以人教版《近代物理学的重大发展》为例

江西师范大学附属中学 张鹏 万维其

如何将科技史讲出历史感
——以人教版《近代物理学的重大发展》为例

江西师范大学附属中学 张鹏 万维其

如何寻觅科技史教学的灵魂？在回答这一问题上，不少教师提出了自己的真知灼见。王晓荣老师提出近代物理学的讲授应放在人文精神视阈下解读。①王晓荣：《人文精神视阈下的“近代物理学的奠基人和革命者”教学思考》，《历史教学》（上半月）2015年第17期。李江、赵玉洁老师则认为近代科技史教学立意应放在文化史视阈中建构。②李江、赵玉洁：《文化史视阈中近代科技史教学立意建构》，《历史教学》（上半月）2015年第17期。上述几位老师对于科技史教学提出了各自不同的视角，但有一点不谋而合，即科技史教学的灵魂不是科学知识普及，而是彰显科技史背后的历史感和人文性。人教版《近代物理学的重大发展》一课，课标要求“了解经典力学的主要内容，知道相对论、量子论的主要内容，认识其在近代自然科学理论发展中的历史地位”。如果教师机械解读课标，课堂上只是在史实层面梳理近代物理学发展历程，那么这堂课则变成了物理学知识普及课，而这亦非历史老师所长。最终的结果必然是教师照本宣科，生搬硬套，课堂枯燥沉闷，历史课变成了无根之木，显得失魂落魄。如何在课堂教学中体现科技史的人文底色，笔者以对李约瑟难题的回应为切入，以西方数理科学代表人物的不同人生际遇为线索，把本堂课的主旨落在了探究科学发展与文明大传统之间的内在联系上。

整节课以李约瑟难题为中心，以难题的提出、难题的探究以及难题的现代诠释为线索，力求在科技史中讲出历史感。

一、李约瑟难题的提出

上课后，教师直接出示问题。

师：“李约瑟难题：中国古代科学领先于世界，但为什么科学和工业革命没有在近代中国发生？”

生：明清时期闭关锁国政策，自给自足的封建经济。

生：封建君主专制，统治者的文化专制。

师（过渡）：有学者认为，对于历史上没有发生的事情，我们很难去探究原因。所以与其纠结此问题，不如去探讨此问题的反面，即“近代科学何以出现在西方”。

以对李约瑟难题回应作为导入，把科技史学习与解决世纪难题联系起来，有利于激发学生的学习积极性。且李约瑟难题与本课主题密切相关，有助于学生理解科学发展与文明的互动。

二、李约瑟难题的探究———近代科学的发展历程

近代科学的特征如果用一句话加以概括，即“自然世界研究的数学化”。而这一特征不是来自于近代科学革命，而是发端于古希腊科学，被柏拉图称之为“新普罗米修斯革命”。基于此，笔者拉长历史的焦距，以《雅典学院》中两位古希腊数学家的故事为切入点，通过中西文明对待数学的不同态度，引导学生认识西方悠久的数理科学传统，理解古希腊文明与科学发展之间的内在联系。

拉斐尔在梵蒂冈使徒宫所作壁画《雅典学院》

师：一讲到西方科学史，就不禁让我们想到欧洲人的精神家园古希腊，这里涌现出了一大批伟大的哲学家、思想家、科学家。观察《雅典学院》一图，大家知道哪些古希腊贤人？

生：中央拱门下手指着上天的应是柏拉图，象征着其关注的是理念世界。

生：紧挨着柏拉图的学者应是他的学生亚里士多德。

师：同学们观察得很仔细。但今天这两位贤者还不是我们的主人翁。应该是谁呢？

学生疑惑中……

师：我们既然讲自然科学发展史，那么一切自然学科的基础学科是什么呢？

生：数学，数学是一切自然学科的基础。

师：在拉斐尔所绘的《雅典学院》中，两位古希腊数学家值得我们注意。第一位就是画面左下角红衣书写者毕达哥拉斯。毕氏学派认为“万物皆数”。对于他们而言，数并不仅仅是计算符号，还是神秘、有生命的事物。毕氏学派发现正方形的对角线和边长“不可测比”，亦即根号2不能表为自然数的分数。这对于“万物皆数”的毕氏学派而言无疑是一个大危机，教派的基本信念随时面临崩溃的危险。于是该“比例”成为了毕氏学派的最高机密，向外界泄露者等同叛徒而要被处死。危机往往引发革命，古希腊数学界的一系列危机极大地激发了学者的好奇和决心，从而触发古希腊的数学革命。其中集大成者就是《雅典学院》右下角俯身指石板者欧几里得。他的代表作《几何原本》将此前许多数学家以不同方式、不同途径所得到的推论、定理、结果，以相同结构熔铸于一炉。

师：如果我们拿西方的《几何原本》与中国的《九章算术》比较，会发现中西文明对于数学的认识有何差异？

生：中国把数学当作是一门计算技术，对于数学原理少有问津；而西方则全力推动数学理论研究以探究宇宙的奥秘。

出示板书：

1.毕达哥拉斯的苦闷

2.欧几里得的不朽之作——《几何原本》

师：西方的科学启蒙何以出现在古希腊？

生：古希腊的城邦体制；民主政体。

生：古希腊人文主义思想的发展。

师：古希腊城邦衰败之后，西欧社会进入“帝国时代”和漫长的中世纪，总体来讲这一时期数学领域没有出现跨越式发展，西方科学进入夕阳阶段。而随着文艺复兴的到来，欧洲中世纪的结束，西方科学界再次迎来了群星璀璨的时代。

出示板书：

3.伽利略的“言不由衷”

出示材料：

68岁高龄的伽利略被传唤到罗马，即使他已健康状况欠佳。1633年4月，他出现在宗教法庭上。起诉人已告知他必须“完全放弃太阳是宇宙中心的观点”，而且必须不“主张、传授或维护它”。现在伽利略事实上已无选择的余地。他必须跪下来阅读对他罪行的宽宥词，他要宣誓“放弃太阳位于宇宙中心、恒定不动，而地球不是宇宙中心的错误观点……”。有人曾经发现，当伽利略出狱时喃喃自语“毕竟地球还在转动”，并在最后的岁月中秘密出版了《关于两门新学科与数学证明的谈话》，以对话的形式总结了在落体、抛体和动力学基本规律方面的研究成果，系统描述了如何通过大量实验为新科学（材料力学和动力学）奠定基础。

——希瑟·库珀《图解天文学史》

师：请指出伽利略“言不由衷”的具体表现。

生：伽利略宣布放弃他的关于地球运动的“错误观点”，但事实上伽利略没有放弃自己的信仰，而是进一步深入地研究，并强调实验的作用。

师：是什么导致了伽利略的“言不由衷”？

生：罗马天主教会势力干涉科学发展，妄图通过宗教权力捍卫宗教权威。

师（过渡）：1642年1月伽利略逝世，教会拒绝给他荣耀的葬礼，但这丝毫不影响这位伟大的科学家的历史地位。在接下来的时光中，欧洲开始逐渐接受了他的科学观与宇宙观。一个来自于英国的性格孤僻青年接过了他的科学火炬。

出示板书：

4.孤僻青年的不世发现——牛顿经典力学体系

牛顿花费大量精力于炼金术以求窥见上帝的生化创造之功，力图从自然法则中寻找世界末日的根据，甚至甘冒天下之大不韪与革职危险来捍卫自己的信仰。

出示材料：牛顿一生的大事年表

1642年，艾斯克·牛顿出生，儿童时期生活艰苦，成年后性格孤僻。

1661年，进入剑桥大学的三一学院，该学院的教学基于亚里士多德学说。

1727年与世长辞，葬在威斯敏斯特教堂。

师：试指出牛顿人生之中最主要的贡献。

生：形成了一个以实验为基础，以数学为表达形式的牛顿力学体系。

生：确立了近代科学的范式。

师：大自然暨其规律为夜幕所掩，上帝命牛顿出世，天地遂大放光明（蒲柏所作牛顿墓志铭）。

师：发现自然规律的孤僻青年与伽利略的命运有何不同？

生：天壤之别，伽利略遭到宗教法庭审判，而牛顿却在英国享有盛誉。

师：是何原因导致了两人的命运如此迥异？

生：社会环境不同，伽利略生活的时代存在强大的宗教权威；而牛顿生活在17世纪中后期的英国，资本主义经济不断发展，光荣革命后英国确立了资产阶级民主政体，社会较为宽容；英国的航海殖民需要科学家的技术支持。

在近代科学人物中，本课之所以选择伽利略与牛顿，首先是由于他们在近代物理学革命中的不朽地位，可以用两位的生平故事引导学生认识近代科学的发展进程，尤其是理解实验与数学表达对于科学发展的重要性。其次则是伽利略受到宗教审判，而牛顿则享有盛誉，引导学生分析两人境遇迥然不同的原因，从而理解科学发展与社会环境之间的内在关系。

三、李约瑟之谜的现代诠释——科学发展需要什么土壤

他山之石，可以攻玉。以西方文明为参照，通过回顾西方自然科学发展史，引导学生分析科学发展需要什么土壤，帮助学生进一步思考李约瑟难题，从而理解科学发展与不同文明范式之间的关系。

生：重视实验；伟大的科学家的出现。

生：宽容的社会制度；自由的思想氛围。

（总结板书）：

科学外史：社会-经济制度变革（经济的迅速发展，民主制度的建立，宽松的社会环境等）

科学内史：数理科学传统的积累

理性主义思想的传统

李惠军老师认为：只有糅合了“岁月的味道”，渗入了“人文的底色”，历史课堂上的科技史才显得妙不可言！①李惠军：《灵魂的追问（7）——在历史的底色下感悟科技发展的事理》，《历史教学》（上半月）2015年第15期。基于此，笔者以科学家的科学成果与人生境遇为主线，从毕达哥拉斯的苦闷到欧几里得的豁然开朗，从伽利略的“言不由衷”到牛顿的享有盛誉，把研讨的范围从科学史本身推广到西方思想史与文化史，通过提供西方政治、经济、文化、宗教传统等一系列材料，引导学生充分理解科学发展与西方文明变迁之间的内在联系。

但本堂课的立意尚不尽于此，课堂讲授的是西方科学史，心中关怀的却是科学与中国文化之间的关系。中国古代科学领先于世界，但为什么科学革命没有在近代中国发生？中国古代科学真的领先于世界吗？科学发展需要怎样的社会环境？到底有没有一条中国特色的科学之路？李约瑟难题带来的现代诠释，依然发人深思。

（责任编辑：李月琴）

张鹏，江西师范大学附属中学一级教师（邮编330046）。万维其，江西师范大学附属中学特级教师（邮编330046）。