近代科學(xué)史的教學(xué)重點(diǎn)與策略

姚錦祥

[關(guān)鍵詞]經(jīng)典力學(xué)，進(jìn)化論，教學(xué)重點(diǎn)，教學(xué)設(shè)想

[中圖分類(lèi)號(hào)]G63[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B[文章編號(hào)]0457-6241(2009)09-0028-03

世界近現(xiàn)代科學(xué)史的內(nèi)容，專業(yè)術(shù)語(yǔ)多、知識(shí)點(diǎn)密集，從來(lái)都是教學(xué)中的一個(gè)難點(diǎn)。新課程實(shí)施以來(lái)，這一狀況不僅沒(méi)有改善還出現(xiàn)了新的問(wèn)題，亟須引起各方面的注意。

一、近代科學(xué)史內(nèi)容的教學(xué)問(wèn)題

在歷史課中，近代物理學(xué)和生物學(xué)等科學(xué)史的教學(xué)內(nèi)容怎樣選擇?是從經(jīng)典力學(xué)和進(jìn)化論的具體內(nèi)容著眼，還是從其歷史發(fā)展的進(jìn)程著眼?實(shí)際教學(xué)中的一些現(xiàn)象告訴我們，要在兩者中作出正確的選擇并不輕松。

筆者隨意從某網(wǎng)站下載了些相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)課件，其中一個(gè)課件中有關(guān)“經(jīng)典力學(xué)”的教學(xué)內(nèi)容內(nèi)容如下：

(一)經(jīng)典力學(xué)體系的創(chuàng)立和發(fā)展

1伽利略對(duì)亞里士多德力學(xué)觀的否定

亞里士多德的力學(xué)觀：必須有力作用在物體上，物體才能運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有力的作用，物體就會(huì)靜止。伽利略通過(guò)觀察、實(shí)驗(yàn)和推理，得出結(jié)論：如果運(yùn)動(dòng)物體不受阻礙，它將速度保持不變地持續(xù)運(yùn)動(dòng)下去。

教學(xué)建議：關(guān)于“亞里士多德力學(xué)觀”可以舉例做簡(jiǎn)要的說(shuō)明和分析?！巴葡渥印钡睦?略)。關(guān)于“伽利略的力學(xué)觀”的教學(xué)，可以補(bǔ)充伽利略“斜面實(shí)驗(yàn)”的動(dòng)畫(huà)演示，以利于學(xué)生形象地認(rèn)識(shí)他的觀點(diǎn)，理解伽利略對(duì)經(jīng)典力學(xué)建立的主要貢獻(xiàn)。斜面實(shí)驗(yàn)(略)。

2牛頓對(duì)前人科學(xué)理論的發(fā)展

(1)經(jīng)典力學(xué)體系的主要內(nèi)容：物理運(yùn)動(dòng)三定律，包括慣性定律、加速度定律、作用與反作用定律；萬(wàn)有引力定律。牛頓力學(xué)體系及數(shù)學(xué)、天文學(xué)方面的研究成果記載在他的科學(xué)巨著《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》。

教學(xué)建議：關(guān)于“經(jīng)典力學(xué)體系的主要內(nèi)容”的教學(xué)，可以補(bǔ)充一些動(dòng)畫(huà)資料，以利于學(xué)生的理解。慣性定律的實(shí)例；作用與反作用定律的實(shí)例：炮彈例子(略)

(2)經(jīng)典力學(xué)體系的歷史地位

理論的綜合：牛頓力學(xué)體系正確地反映了宏觀物體低速運(yùn)動(dòng)的客觀規(guī)律，對(duì)自然界的力學(xué)現(xiàn)象做出了系統(tǒng)、合理的說(shuō)明，從而完成了人類(lèi)對(duì)自然界認(rèn)識(shí)史上的第一次理論大綜合。經(jīng)典力學(xué)體系的建立標(biāo)志著近代科學(xué)的形成。

實(shí)踐的驗(yàn)證：根據(jù)萬(wàn)有引力定律，人們準(zhǔn)確地算出地球的平均密度和扁平率，正確地解釋了潮汐的成因。根據(jù)這一定律，人們還發(fā)現(xiàn)了海王星、冥王星。

但牛頓的理論仍然有缺陷，比如他的絕對(duì)時(shí)空觀，新研究的現(xiàn)象，比如，電磁波、光的傳播和快速的電子運(yùn)動(dòng)，等等，都不遵循牛頓的力學(xué)定律。也就出現(xiàn)了所謂的物理學(xué)危機(jī)。(由此引出愛(ài)因斯坦相對(duì)論內(nèi)容的教學(xué))

從比較高的點(diǎn)擊率看，很多教師可能就是以這樣的內(nèi)容和方法展開(kāi)教學(xué)的。有的老師可能會(huì)說(shuō)，這有什么奇怪的，教科書(shū)就是這樣寫(xiě)的啊，例如，某一版本教材的“牛頓及其經(jīng)典力學(xué)的主要內(nèi)容”子目中，既有萬(wàn)有引力定律的公式及其說(shuō)明，也有運(yùn)動(dòng)三定律的定義及說(shuō)明。在必修三的世界科技史專題中，多數(shù)教材也將近現(xiàn)代物理學(xué)的內(nèi)容編為一課，并以牛頓力學(xué)體系、量子力學(xué)和相對(duì)論的具體內(nèi)容作為教學(xué)要點(diǎn)。

這樣的做法也在情理之中，因?yàn)檎n程標(biāo)準(zhǔn)也是從這樣的角度提出教學(xué)要求的，如“了解經(jīng)典力學(xué)的主要內(nèi)容，認(rèn)識(shí)其在近代自然科學(xué)理論發(fā)展中的歷史地位”“知道相對(duì)論、量子論的主要內(nèi)容，認(rèn)識(shí)其意義”。既然要求從“近代自然科學(xué)理論發(fā)展”方面認(rèn)識(shí)其“歷史地位”，從物理學(xué)發(fā)展的角度作教學(xué)設(shè)計(jì)好像也沒(méi)錯(cuò)。

但若著重于科學(xué)史的內(nèi)容研究，“歷史”課的味道從何體現(xiàn)呢?教學(xué)中二者究竟應(yīng)如何取舍呢?筆者認(rèn)為，應(yīng)從科學(xué)史教學(xué)內(nèi)容的要點(diǎn)，也是學(xué)生感興趣的內(nèi)容人手。

二、近代科學(xué)史內(nèi)容的教學(xué)重點(diǎn)

科學(xué)史課程以人類(lèi)在科學(xué)技術(shù)等方面的文化成果為學(xué)習(xí)要點(diǎn)，主要包含三方面的知識(shí)內(nèi)容。一是體現(xiàn)學(xué)科發(fā)展成果的知識(shí)，如經(jīng)典力學(xué)的運(yùn)動(dòng)三定律、萬(wàn)有引力定律的具體內(nèi)容和表現(xiàn)等。它們一般以學(xué)科專業(yè)術(shù)語(yǔ)、公式和原理的方式呈現(xiàn)。二是體現(xiàn)學(xué)科發(fā)展進(jìn)程的知識(shí)。其中，有與學(xué)科發(fā)展背景相關(guān)聯(lián)的知識(shí)，如導(dǎo)致17世紀(jì)科學(xué)革命產(chǎn)生的文藝復(fù)興運(yùn)動(dòng)、歐洲的航?；顒?dòng)；有與學(xué)科發(fā)展影響相關(guān)聯(lián)的知識(shí)，如科學(xué)革命所引起的歐洲經(jīng)濟(jì)發(fā)展、思想觀念和社會(huì)生活的變革；也有與學(xué)科發(fā)展線索相關(guān)聯(lián)的知識(shí)，如從哥白尼的太陽(yáng)中心說(shuō)到伽利略和開(kāi)普勒的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，再到牛頓力學(xué)體系近代天文學(xué)的發(fā)展進(jìn)程。三是體現(xiàn)學(xué)科精神的知識(shí)。人類(lèi)科學(xué)的發(fā)展是在“猜想”與“反駁”的進(jìn)程中前進(jìn)的，既有牛頓等科學(xué)家“站在巨人肩膀上”的繼承與發(fā)展，也有愛(ài)因斯坦等人對(duì)“巨人”提出挑戰(zhàn)的勇氣和決心?？茖W(xué)發(fā)展進(jìn)程中科學(xué)家勇于探索、不斷創(chuàng)新的情感、態(tài)度和意識(shí)，就是科學(xué)史內(nèi)容的學(xué)科精神，也是培養(yǎng)學(xué)生崇尚科學(xué)精神，堅(jiān)定求真、求實(shí)和創(chuàng)新的科學(xué)態(tài)度的基本內(nèi)容。

但是，在科學(xué)史教育中，學(xué)科知識(shí)與學(xué)科精神的教育價(jià)值和教學(xué)功能有明顯的區(qū)別。體現(xiàn)學(xué)科發(fā)展成果的知識(shí)是一定歷史階段的產(chǎn)物，其對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)常常有一定的局限性。從歷史的發(fā)展實(shí)踐看，一切有形的、物質(zhì)的成果都將隨著時(shí)間的流逝而失去它的使用價(jià)值，只有那些可以表達(dá)人類(lèi)對(duì)真理的理解和追求的精神成果才是永存的。對(duì)學(xué)習(xí)者來(lái)說(shuō)，理解學(xué)科精神比掌握學(xué)科知識(shí)重要得多。學(xué)生通過(guò)學(xué)科成果獲取其文化信息只是手段，其目的是要理解和欣賞滲透在其中的審美情趣、聰明智慧和對(duì)生活的態(tài)度等無(wú)形的精神財(cái)富，如對(duì)經(jīng)典力學(xué)的學(xué)習(xí)，不只是要認(rèn)識(shí)其在“近代自然科學(xué)理論發(fā)展中的歷史地位”，還要認(rèn)識(shí)其對(duì)人類(lèi)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)、思想觀念和世界觀的歷史影響，更為重要的是傳承與發(fā)展科學(xué)家的創(chuàng)新精神和科學(xué)態(tài)度。這樣的教學(xué)目標(biāo)，只通過(guò)展現(xiàn)學(xué)科的知識(shí)是無(wú)法達(dá)到的。只有從近代科學(xué)相關(guān)聯(lián)的歷史背景和影響出發(fā)，才能理解科學(xué)革命對(duì)西歐乃至于人類(lèi)社會(huì)的歷史意義。只有明確哥白尼、伽利略、開(kāi)普勒和牛頓各自的科學(xué)發(fā)現(xiàn)及其發(fā)展過(guò)程，才能理解科學(xué)家的創(chuàng)新精神以及繼承與發(fā)展的關(guān)系，也才能對(duì)近代科學(xué)的發(fā)展做出全面的分析和評(píng)估?？梢?jiàn)，歷史課中科學(xué)史內(nèi)容選擇的著眼點(diǎn)，不是體現(xiàn)學(xué)科專業(yè)成果方面的知識(shí)而是體現(xiàn)其發(fā)展進(jìn)程的知識(shí)。其教學(xué)重點(diǎn)，不是對(duì)科學(xué)專業(yè)知識(shí)的理解和運(yùn)用，而是對(duì)引起近代科學(xué)產(chǎn)生和發(fā)展因素的分析和評(píng)價(jià)。歷史課注重從文明發(fā)展進(jìn)程中汲取精神成果，這樣才能從本質(zhì)上領(lǐng)會(huì)文化內(nèi)容的真正魅力?；诖耍瑲v史學(xué)科總是把科學(xué)技術(shù)等內(nèi)容納入文化的領(lǐng)域來(lái)加以梳理和總結(jié)。

為方便教學(xué)，高中新課程世界近現(xiàn)代科學(xué)史的內(nèi)容，可以考慮從近代科學(xué)史和現(xiàn)代科學(xué)史兩條線索展開(kāi)。近代科學(xué)史可以經(jīng)典力學(xué)和進(jìn)化論的形成過(guò)程為主要內(nèi)容，從反對(duì)宗教神學(xué)的角度確立主題和教學(xué)價(jià)值?，F(xiàn)代科學(xué)史可以量子力學(xué)和相對(duì)論的形成過(guò)程為主要內(nèi)容，從物理學(xué)的新發(fā)展及其對(duì)現(xiàn)代社會(huì)影響的角度確立主題和教學(xué)價(jià)值。

三、近代科學(xué)史內(nèi)容的教學(xué)策略

近代科學(xué)肇始于文藝復(fù)興時(shí)期的天文學(xué)革命，以經(jīng)

典力學(xué)的形成為標(biāo)志。從17世紀(jì)到19世紀(jì)，近代數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)先后形成，史家稱其為從宗教神學(xué)的束縛下獲得解放的科學(xué)革命。天文學(xué)革命、經(jīng)典力學(xué)的形成以及進(jìn)化論的產(chǎn)生，在近代科學(xué)史上具有十分重要的地位，可以作為教學(xué)的基本內(nèi)容。

1關(guān)于天文學(xué)革命內(nèi)容的教學(xué)策略

哥白尼的太陽(yáng)中心說(shuō)以及開(kāi)普勒、伽利略和牛頓的科學(xué)成就都與天文學(xué)的發(fā)展有一定的聯(lián)系。天文學(xué)革命所反對(duì)的是基督教會(huì)所支持的地球中心說(shuō)的宇宙觀。這部分內(nèi)容也就應(yīng)該成為學(xué)生認(rèn)識(shí)相關(guān)問(wèn)題的起點(diǎn)。既是起點(diǎn)，應(yīng)有簡(jiǎn)明清晰的線索。教師在簡(jiǎn)單陳述中世紀(jì)的歐洲以及宗教神學(xué)的宇宙觀后，可進(jìn)一步補(bǔ)充材料，展現(xiàn)兩千年來(lái)人們對(duì)宇宙的各種認(rèn)識(shí)。每個(gè)學(xué)生都生活在地球和宇宙之中，通過(guò)材料(或據(jù)此改編成的故事)形式所呈現(xiàn)的具體的古人對(duì)地球以及其他星球的看法容易激起其學(xué)習(xí)興趣。以此為切入點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)是不錯(cuò)的選擇。

太陽(yáng)中心說(shuō)的內(nèi)容學(xué)生比較熟悉。教師可以在補(bǔ)充哥白尼簡(jiǎn)要生平和觀測(cè)天體運(yùn)動(dòng)材料的基礎(chǔ)上，要求學(xué)生結(jié)合《天體運(yùn)行論》的相關(guān)信息和文藝復(fù)興運(yùn)動(dòng)的內(nèi)容，就哥白尼“太陽(yáng)中心說(shuō)”的形成及其歷史作用進(jìn)行評(píng)價(jià)。

日心說(shuō)與教會(huì)所支持的地心說(shuō)，其對(duì)宇宙的解釋是與事實(shí)完全相反的。這種矛盾造成的認(rèn)知沖突恰恰可以被利用引導(dǎo)學(xué)生對(duì)日心說(shuō)的歷史影響進(jìn)行評(píng)價(jià)，可以培養(yǎng)其分析問(wèn)題和歸納問(wèn)題的能力。通過(guò)引導(dǎo)，學(xué)生能夠認(rèn)識(shí)到日心說(shuō)所蘊(yùn)含的反對(duì)愚昧、崇尚理性和客觀地認(rèn)識(shí)世界的科學(xué)精神。近代科學(xué)史內(nèi)容的教學(xué)，如果一開(kāi)始就說(shuō)伽利略的自由落體定律和牛頓的三大定律，學(xué)生對(duì)近代科學(xué)的認(rèn)識(shí)缺乏依托性。先提出中世紀(jì)的宇宙觀，就為對(duì)科學(xué)革命內(nèi)容的理解找到了基點(diǎn)。16、17世紀(jì)的科學(xué)革命，其最初含義應(yīng)當(dāng)是對(duì)宗教神學(xué)的革命。哥白尼、開(kāi)普勒和伽利略的斗爭(zhēng)過(guò)程，就是科學(xué)從封建神學(xué)的束縛下解放出來(lái)的過(guò)程。

2關(guān)于經(jīng)典力學(xué)內(nèi)容的教學(xué)策略

在牛頓經(jīng)典力學(xué)的主要內(nèi)容中，有關(guān)物體運(yùn)動(dòng)三定律和萬(wàn)有引力定律的具體表現(xiàn)是物理課重點(diǎn)學(xué)習(xí)的內(nèi)容，歷史課所要學(xué)的應(yīng)當(dāng)是相關(guān)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的特點(diǎn)以及形成過(guò)程中的影響因素。這部分內(nèi)容涉及不同科學(xué)家的諸多科學(xué)活動(dòng)，信息量很大，教師應(yīng)通過(guò)對(duì)伽利略、開(kāi)普勒和牛頓的科學(xué)活動(dòng)內(nèi)容的簡(jiǎn)要補(bǔ)充，使學(xué)生從材料中歸納有效信息并進(jìn)一步思考。

關(guān)于牛頓力學(xué)體系特點(diǎn)的學(xué)習(xí)，除了運(yùn)用材料信息歸納有關(guān)內(nèi)容以外，還可以引導(dǎo)學(xué)生將其與中國(guó)古代科技進(jìn)行比較。通過(guò)研究對(duì)象、研究方法和研究結(jié)果等方面不同項(xiàng)目的對(duì)比，以明確西方近代科學(xué)的基本特點(diǎn)，并對(duì)中國(guó)古代科技發(fā)展的特點(diǎn)以及近代中國(guó)科技落后于西方的根源有更加清醒的認(rèn)識(shí)。

3關(guān)于進(jìn)化論內(nèi)容的教學(xué)策略

就像牛頓因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)了支配宇宙物體的定律而主導(dǎo)了17世紀(jì)的科學(xué)一樣，達(dá)爾文因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)了支配人類(lèi)進(jìn)化的規(guī)律而主導(dǎo)了19世紀(jì)的科學(xué)。有關(guān)人類(lèi)起源問(wèn)題內(nèi)容的學(xué)習(xí)，既要了解進(jìn)化論的主要觀點(diǎn)，也要知道“神創(chuàng)論”的說(shuō)法，只有這樣才能認(rèn)識(shí)到科學(xué)和宗教在人類(lèi)起源問(wèn)題上產(chǎn)生的分歧以及進(jìn)化論的意義。

對(duì)中國(guó)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，批判“神造人”的謬論并不困難，對(duì)進(jìn)化論觀點(diǎn)的理解也不會(huì)有多大的麻煩。教學(xué)中，可以結(jié)合達(dá)爾文環(huán)球考察的經(jīng)歷以及進(jìn)化論者與神學(xué)論者思想交鋒的內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生從時(shí)代背景的角度以及社會(huì)意義上思考相關(guān)問(wèn)題，如進(jìn)化論者與“神創(chuàng)論”者在人類(lèi)起源問(wèn)題上有何差異?達(dá)爾文進(jìn)化論的主要觀點(diǎn)是什么?他的觀點(diǎn)為什么在當(dāng)時(shí)會(huì)引起生物學(xué)、宗教和哲學(xué)甚至政治學(xué)的大爭(zhēng)論?為什么說(shuō)達(dá)爾文進(jìn)化論中“適者生存”和“生存競(jìng)爭(zhēng)”的觀點(diǎn)與時(shí)代的傾向相吻合?結(jié)合所學(xué)知識(shí)就社會(huì)達(dá)爾文主義對(duì)近代中國(guó)的歷史影響作出評(píng)價(jià)。

從生物學(xué)的進(jìn)化論到達(dá)爾文學(xué)說(shuō)在社會(huì)舞臺(tái)上的運(yùn)用，反映了進(jìn)化論對(duì)人類(lèi)社會(huì)政治和思想觀念的影響。19世紀(jì)中后期，達(dá)爾文主義被用來(lái)為殖民主義和帝國(guó)主義作辯護(hù)。近代中國(guó)的愛(ài)國(guó)知識(shí)分子則把它作為刺激國(guó)人奮發(fā)圖強(qiáng)、實(shí)行改革和發(fā)展的工具。有關(guān)達(dá)爾文主義的討論內(nèi)容，容易激活與其有聯(lián)系的其他知識(shí)，以建立起新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

4關(guān)于近代科學(xué)革命影響的教學(xué)策略

經(jīng)典力學(xué)的形成，從其在自然科學(xué)理論的歷史地位而言，是近代科學(xué)形成的標(biāo)志。從社會(huì)歷史影響而言，是一場(chǎng)思想觀念領(lǐng)域的革命，對(duì)人類(lèi)社會(huì)的現(xiàn)代化具有十分重要的作用。

史家在論述經(jīng)典力學(xué)和進(jìn)化論的歷史影響時(shí)，總是將其放在社會(huì)的大環(huán)境下認(rèn)識(shí)。所謂科學(xué)革命的說(shuō)法，絕不止于自然科學(xué)本身的變革，還包括對(duì)宗教神學(xué)的斗爭(zhēng)。教學(xué)中，可引導(dǎo)學(xué)生首先從這一方面人手思考相關(guān)問(wèn)題，如有人說(shuō)，17世紀(jì)的牛頓把造物主從無(wú)生命現(xiàn)象的研究領(lǐng)域驅(qū)逐了出去，19世紀(jì)的達(dá)爾文又把造物主從有生命現(xiàn)象的研究領(lǐng)域驅(qū)逐了出去。這種說(shuō)法有沒(méi)有道理?談?wù)勛约旱目捶ā?/p>

科學(xué)革命還對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人們的生活等方方面面產(chǎn)生了重大的影響。在19世紀(jì)結(jié)束時(shí)，科學(xué)已經(jīng)成為西方社會(huì)一個(gè)日益重要的組成部分，其影響涉及到生產(chǎn)方式、生活方式和思想方式各個(gè)領(lǐng)域。它不但深深地影響了西方，也對(duì)東方乃至于整個(gè)世界產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。教學(xué)中，可就此引導(dǎo)學(xué)生做些思考，如在歐洲近代史上，17世紀(jì)的科學(xué)革命對(duì)18世紀(jì)的政治革命和19世紀(jì)的工業(yè)革命有何影響?19世紀(jì)中后期，西方的科學(xué)技術(shù)對(duì)東方的日本和中國(guó)產(chǎn)生了怎樣的歷史影響?說(shuō)明了什么問(wèn)題?相關(guān)問(wèn)題的分析，可以在與經(jīng)濟(jì)、政治和思想文化等內(nèi)容的聯(lián)系中使科學(xué)史的內(nèi)容獲得新的意義，也可以在突出近代以來(lái)科學(xué)革命歷史意義和社會(huì)影響的過(guò)程中弘揚(yáng)科學(xué)的精神。

實(shí)際教學(xué)中，不少教師認(rèn)為科學(xué)史的教學(xué)乏善可陳，往往一帶而過(guò)，其實(shí)，只要參透了科學(xué)史的精髓，這部分就會(huì)成為教學(xué)中的一個(gè)亮點(diǎn)。