自然科學(xué)教育中的經(jīng)典研讀與創(chuàng)新思維培養(yǎng)

宋神秘，鈕衛(wèi)星

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自然科學(xué)教育中的經(jīng)典研讀與創(chuàng)新思維培養(yǎng)

宋神秘1，鈕衛(wèi)星2

（1.上海中醫(yī)藥大學(xué) 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，上海 201203；2.上海交通大學(xué) 科學(xué)史與科學(xué)文化研究院，上海 200240）

摘要：目前自然科學(xué)教育中的創(chuàng)新思維培養(yǎng)存在一種忽視歷史的缺陷，而自然科學(xué)經(jīng)典對創(chuàng)新思維現(xiàn)場的還原有利于彌補(bǔ)這一點(diǎn)；自然科學(xué)經(jīng)典主要從原料和產(chǎn)品、加工程序、精神氣質(zhì)等三方面還原創(chuàng)新思維現(xiàn)場；這一特性使得自然科學(xué)經(jīng)典區(qū)別于教科書的訓(xùn)練作用，以情境的潛移默化方式促進(jìn)創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：自然科學(xué)經(jīng)典；創(chuàng)新思維；自然科學(xué)教育；哥白尼；伽利略；牛頓

1　引言

錢學(xué)森之問“為什么我們的學(xué)?？偸桥囵B(yǎng)不出杰出人才？”，每年一度諾貝爾獎(jiǎng)評選之際中國人都要在創(chuàng)新人才培養(yǎng)上自嘆反省，這個(gè)令教育界、學(xué)術(shù)界以及其他社會各界焦手煩心的問題至今也沒能得到解決，甚至有效的解決方法也仍處于探索之中。

創(chuàng)新命題早在上個(gè)世紀(jì)就在我國提出，創(chuàng)新是我們國家和全體社會面臨的重大課題，國家要發(fā)展，社會和個(gè)人要進(jìn)步，都離不開創(chuàng)新。創(chuàng)新思維作為創(chuàng)新的一個(gè)重要內(nèi)容和目標(biāo)也成為多年來理論和實(shí)踐研究的對象。教育、哲學(xué)、科學(xué)等社會各界從體制、機(jī)制、文化、課程體系各方面進(jìn)行了探索，這些探索也取得了一定物質(zhì)、精神上的成果，如素質(zhì)教育的推廣、學(xué)術(shù)論文數(shù)量的大幅度增加、校園文化氛圍的塑造等等，但這些探索相對于創(chuàng)新的目標(biāo)來說，仍然不具有顯著的效果，表現(xiàn)為只有措施沒有成效，或者只有量的增長不見質(zhì)的提高等等。創(chuàng)新對于當(dāng)前的社會來說，仍是一個(gè)需要深入探索的命題。

當(dāng)代自然科學(xué)教育中對自然科學(xué)經(jīng)典的忽視，導(dǎo)致許多青少年，甚至他們的老師缺乏對科學(xué)歷史、科學(xué)背景的了解，而這一缺陷妨礙了學(xué)術(shù)科研中創(chuàng)新思維的有效培養(yǎng)。初看起來，自然科學(xué)經(jīng)典是歷史的過去的東西，而學(xué)術(shù)科研中的創(chuàng)新屬于未來的新生的事物，似乎這是一對矛盾體，但新事物是建立在對舊事物的理解和突破的基礎(chǔ)上的，即使是在哲學(xué)層面，重視自然科學(xué)經(jīng)典，也有利于培養(yǎng)學(xué)術(shù)創(chuàng)新思維，而且從歷史的角度，存在許多事實(shí)證據(jù)支持這一論斷，本文將對這一問題進(jìn)行深入分析和探討。

2　創(chuàng)新思維培養(yǎng)現(xiàn)狀

在培養(yǎng)創(chuàng)新思維的探索中，有的注重機(jī)制的建設(shè)，如重視大學(xué)軟硬環(huán)境的《創(chuàng)新型大學(xué)建設(shè)問題研究》［1］、《高?？蒲袆?chuàng)新能力問題與對策研究》［2］，有注重文化角度的《我國創(chuàng)新型國家建設(shè)的人文社會緯度研究》［3］，也有從哲學(xué)角度進(jìn)行探討的《科學(xué)創(chuàng)新的哲學(xué)研究》［4］，甚至是具體課程設(shè)置的《普通物理實(shí)驗(yàn)課程標(biāo)準(zhǔn)的研究》［5］等等，但這些探索都是從現(xiàn)世或未來的角度關(guān)注創(chuàng)新問題，而沒有反觀過去，尤其是歷史上堪稱創(chuàng)新典型的那些經(jīng)典著作，從這些創(chuàng)造輝煌的經(jīng)典中探索培養(yǎng)創(chuàng)新思維的新思路。

現(xiàn)代自然科學(xué)教育中，自然科學(xué)經(jīng)典被濃縮成一個(gè)個(gè)既定的科學(xué)知識被介紹給學(xué)生，教科書中少量提及的科學(xué)經(jīng)典，也只是書名、時(shí)間和作者生平的簡單羅列。這些知識在教授過程中，遠(yuǎn)非自然科學(xué)經(jīng)典的原始內(nèi)容，而是局限在當(dāng)代自然科學(xué)體系所承認(rèn)的科學(xué)方法和科學(xué)形式框架下，學(xué)生接觸到的是定理、公式、數(shù)值和解題方法。以牛頓力學(xué)三定律為例，在目前可見的大學(xué)物理教材中，筆者任意挑選了三種，《大學(xué)物理學(xué)》［6］，《普通物理學(xué)》［7］，《大學(xué)物理基礎(chǔ)》［8］，這三種出自不同出版社和編者的教科書，均按照“定律陳述——定律或公式說明——解題步驟——應(yīng)用”的編寫體例來展示牛頓力學(xué)三定律，在該部分內(nèi)容中，這些教科書著重于定律的應(yīng)用甚至就是如何解題，書中應(yīng)用大量篇幅展示例題及其解法，而定律的介紹和闡述只占據(jù)相當(dāng)小的一部分，僅有的一部分也往往與公式的演繹推導(dǎo)有關(guān)。因此，科學(xué)在學(xué)生心目中總“是一堆現(xiàn)行課本中的事實(shí)、理論和方法的總匯”［9］的形象。

這種被割裂出來的定理、公式和解題方法，由于脫離了它原始的理論體系和背景框架，老師在講授過程中，只能采用單一的或相對簡單的邏輯化體系進(jìn)行闡釋和傳播，這種闡釋和傳播方式由于以既定的理論前提作為框架，其結(jié)果往往是演繹應(yīng)用而非思維啟發(fā)。在這種知識結(jié)構(gòu)和傳授方式的訓(xùn)練與熏陶下，學(xué)生演繹應(yīng)用能力也許很強(qiáng)，但缺少聯(lián)想、整體思維能力和創(chuàng)造性，而這些恰恰是創(chuàng)新思維需具備的要素。正如錢三強(qiáng)先生在1991年所說的“我們的教師在對學(xué)生進(jìn)行教育的時(shí)候往往是應(yīng)用經(jīng)過幾次消化了的材料來講授，或者把已有的知識系統(tǒng)歸納，形成簡明扼要的理論體系，這當(dāng)然是必要的，但是這樣的教學(xué)方法，往往會使學(xué)生對科學(xué)概念的產(chǎn)生和發(fā)展引起誤解，以為什么結(jié)論都可用數(shù)學(xué)推導(dǎo)出來，失去了對觀察和實(shí)驗(yàn)的興趣?！裉煳覀兛茖W(xué)界有一個(gè)弱點(diǎn)，這就是思想不很活潑，這也許跟大家過去受的教育有一定關(guān)系?！保?0］

觀察、實(shí)驗(yàn)、歸納在目前的自然科學(xué)教育中仍被視作主要的科學(xué)方法加以廣泛、深入采用。培根的歸納主義科學(xué)方法認(rèn)為科學(xué)始于觀察，科學(xué)認(rèn)識的過程是觀察、測量和實(shí)驗(yàn)，以獲得經(jīng)驗(yàn)性的知識，然后通過歸納程序，上升到定理和理論。而波普爾的證偽主義認(rèn)為科學(xué)始于問題，通過觀察和實(shí)驗(yàn)對試探性假說不斷進(jìn)行確證與證偽，以獲得暫時(shí)正確的定理和理論?？茖W(xué)哲學(xué)關(guān)于科學(xué)方法的爭論到目前為止仍在持續(xù)中，這告誡人們這些科學(xué)方法的欠完備性，科學(xué)方法并不是唯一的，不存在任何一種萬能的科學(xué)方法，科學(xué)方法是多元的，豐富的，既有實(shí)驗(yàn)的、理性的、邏輯的方法，也有非實(shí)驗(yàn)的、非理性的、歷史的乃至系統(tǒng)思維方法。［11］在創(chuàng)新思維的培養(yǎng)過程中，學(xué)生的動手實(shí)踐能力和實(shí)驗(yàn)水平固然是一個(gè)重要途徑和方法，但這種能力必須與理論的、心理的、人文的、歷史的知識和素質(zhì)相互配合，否則培養(yǎng)出的只是機(jī)械的實(shí)驗(yàn)操作人員，而非具有深厚理論功底和卓越見識的科研人員。

而且，在自然科學(xué)課程教育的閱讀方面，美國學(xué)生的閱讀量要比中國學(xué)生大得多，它的一個(gè)基本內(nèi)容就是經(jīng)典著作的閱讀，美國學(xué)生，尤其是本科生通常都比較扎實(shí)地閱讀過許多重要的經(jīng)典原著。［12］但中國學(xué)生長期以來基本不接觸原著，而是代之以“概論”，許多學(xué)生大學(xué)四年期間從沒認(rèn)真讀過任何經(jīng)典原著。這種差別的后果是思想深刻與膚淺的差別，中國學(xué)生長期以來被認(rèn)為比較缺乏深刻思考問題的能力，就是因?yàn)闆]有親自接觸過深刻的思想，都是道聽途說的多，人云亦云，［13］反映在學(xué)術(shù)研究和創(chuàng)新中，做出來的東西也多是“山寨”和模仿。

對比中國和西方，不僅在科學(xué)的尖端領(lǐng)域，中國培育出的杰出人才不多；而且西方科學(xué)家和學(xué)者，包括那些在具體學(xué)科領(lǐng)域卓有建樹的人，他們不僅創(chuàng)造出專業(yè)學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和發(fā)明，往往還能對科學(xué)整體和人類社會及其思維的一般性問題發(fā)表高屋建瓴、具有前瞻性和指導(dǎo)性的思考和見解，例如印度裔美籍物理學(xué)家和天體物理學(xué)家錢德拉塞卡，1983年因在星體結(jié)構(gòu)和進(jìn)化的研究獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，天文學(xué)中有以他名字命名的錢德拉塞卡極限。除專業(yè)領(lǐng)域的研究外，他還在對牛頓、伽利略等具體科學(xué)發(fā)現(xiàn)的分析基礎(chǔ)上，對科學(xué)方法和科學(xué)研究進(jìn)行美學(xué)和哲學(xué)上的思考和探討，并出版《真與美——科學(xué)研究中的美學(xué)與動機(jī)》一書，詳細(xì)討論這些問題。而中國學(xué)者在本專業(yè)領(lǐng)域之外，也往往會對社會問題進(jìn)行關(guān)注，但他們大多把注意力集中在某個(gè)具體的非其專業(yè)能力所及的個(gè)別事件和領(lǐng)域內(nèi)，其言論多成為媒體的炒作之物，而不能對大眾產(chǎn)生積極的引導(dǎo)作用。這種能力和素質(zhì)不僅是創(chuàng)新思維的一個(gè)組成部分，而且也是形成創(chuàng)新思維的思想和文化前提。

3　自然科學(xué)經(jīng)典對創(chuàng)新思維現(xiàn)場的還原

自然科學(xué)經(jīng)典內(nèi)容豐富，不僅包含了被教科書收納的科學(xué)知識；也展現(xiàn)了這些自然科學(xué)知識發(fā)生或發(fā)展的過程，呈現(xiàn)出科學(xué)的本質(zhì)；同時(shí)還體現(xiàn)出人文歷史精神、寬容精神、批判精神等精神氣質(zhì)。這些內(nèi)容組成創(chuàng)新思維過程的原始現(xiàn)場。

3.1科學(xué)知識是創(chuàng)新思維的原料和產(chǎn)品

自然科學(xué)經(jīng)典中的科學(xué)知識并不像教科書以確定的方式給出，新知識必須在一定的知識和觀念背景下被闡述，對舊知識的描述是必不可少的步驟，否則新知識無法被接受，甚至是被理解。更為重要的是，這些經(jīng)典著作并不止于介紹幾個(gè)具體的公式或定理，它所要解決的是有關(guān)某個(gè)領(lǐng)域的整個(gè)理論體系或全部知識圖景，這樣具體的科學(xué)知識才有一定意義所在，這一特性幾乎在所有的科學(xué)經(jīng)典著作中都可以看到。

錢德拉塞卡在《真與美——科學(xué)研究中的美學(xué)與動機(jī)》中提及了牛頓對《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》（以下稱《原理》）一書的寫作，“他不滿足于就事論事地闡述他的發(fā)現(xiàn)。遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這樣，他似乎想要把他的發(fā)現(xiàn)置于他能建立并看作一個(gè)整體的整個(gè)科學(xué)領(lǐng)域的環(huán)節(jié)中。牛頓這種態(tài)度在他那個(gè)時(shí)代并不是例外。開普勒本來可以滿足于闡述他的行星運(yùn)動定律而不及其他，但是他卻決定寫《新天文學(xué)》。伽利略本來可以止于宣布他的偉大發(fā)現(xiàn)，但是他顯然感到迫不得已，寫了《關(guān)于兩種新科學(xué)的對話》。開普勒、伽利略和牛頓的傳統(tǒng)傳給了拉普拉斯和拉格朗日?！保?4］

牛頓的《原理》一書并不只有牛頓三大定律而已，書中還闡釋了與這幾個(gè)定理、公式相關(guān)的整個(gè)物理學(xué)甚至整個(gè)科學(xué)世界的圖景。在萬有定律的基礎(chǔ)上，地球上的所有事物及其運(yùn)動，以及太陽系內(nèi)行星及其衛(wèi)星的行為，物理學(xué)范圍的所有知識前景，都可以在這本書中找到答案。這種科學(xué)圖景不僅為創(chuàng)新思維提供了一個(gè)目標(biāo)范例，而且提供了一個(gè)宏大的視角和立足點(diǎn)，引導(dǎo)人們在最基礎(chǔ)和最深層的問題上進(jìn)行思維創(chuàng)新。

1936年赫欽斯在改革芝加哥大學(xué)教育的過程中，出版了《美國高等教育》，其設(shè)定的理想課程包括閱讀“西方世界的偉大名著”，甚至包括“數(shù)學(xué)”方面的名著，他十分推崇古典名著的教育價(jià)值，希望在名著閱讀過程中抽繹出學(xué)科發(fā)展史中的最重要問題及基本觀念，供學(xué)生理解和研討，［15］這種閱讀不僅能培養(yǎng)學(xué)生的閱讀能力，還能發(fā)展其思考能力和寫作能力。在美國大學(xué)的現(xiàn)代課程教育中，經(jīng)典閱讀同樣是一個(gè)基本內(nèi)容，哈佛大學(xué)“核心課程”的自然科學(xué)部分，不一定要求全面掌握某學(xué)科如生物學(xué)的發(fā)展歷史，但對于“進(jìn)化論”，則必須從《物種起源》中了解其發(fā)生、解決、發(fā)展的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和觀念，只有透徹了解這些觀念和知識，才能具備從事生物學(xué)研究和創(chuàng)新的知識基礎(chǔ)。

自然科學(xué)經(jīng)典包含大量的對舊科學(xué)知識和科學(xué)世界舊圖景的描繪和闡釋，哥白尼在《天體運(yùn)行論》中雖然提出了描繪宇宙體系的日心說新理論，但在具體的定量描述中，他仍運(yùn)用了地心說體系中的本輪均輪模型，此外他極力反對托勒密體系的對點(diǎn)理論，堅(jiān)持古希臘的天體勻速圓周運(yùn)動，用舊的理論模型架構(gòu)他的新理論。這種對舊科學(xué)知識的繼承和發(fā)展提示人們進(jìn)行思維創(chuàng)新時(shí)可資利用的原料。

3.2科學(xué)發(fā)現(xiàn)、發(fā)展的過程是創(chuàng)新思維的加工程序

科學(xué)發(fā)現(xiàn)、發(fā)展的過程多種多樣，大大豐富于科學(xué)哲學(xué)提煉出的那些方式方法，理性的、邏輯的和情感的、人文的思維過程均在自然科學(xué)經(jīng)典中有所體現(xiàn)。

伽利略在《關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》（《以下稱《對話》》一書中，專門設(shè)置了辛普利邱一人物，代表亞里士多德學(xué)說的維護(hù)者，與沙格列陀、薩爾維阿蒂以對話的形式進(jìn)行辯論。先由沙格列陀或薩爾維阿蒂提出問題，然后逐步進(jìn)行論證。在討論地球的周日運(yùn)動時(shí)，薩爾維阿蒂運(yùn)用了7條證據(jù)支持周日運(yùn)動，這7條證據(jù)跨越物理學(xué)和天文學(xué)的范疇，包括與著名的封閉船艙思想實(shí)驗(yàn)有關(guān)的運(yùn)動相對性原理，行星的自西向東和周日自東向西的視運(yùn)動，以及各行星運(yùn)動周期長短與軌道大小的對比等等，論據(jù)充實(shí)、論證有力。但整個(gè)論證過程并非全部以邏輯架構(gòu)，如“要知道一般都公認(rèn)，自然界能通過少數(shù)東西起作用時(shí)，就不會通過許許多多的東西來起作用?！保?6］這種帶有哲學(xué)或神學(xué)色彩的論斷也不時(shí)出現(xiàn)。

而且，辛普利邱在書中被塑造成一個(gè)愚鈍、可笑的人物，面對薩爾維阿蒂或沙格列陀的雄辯論證，總是軟弱無力，只是偶爾引出一些亞里士多德的觀點(diǎn)，以作批判的對象。大多數(shù)情況下，他只能提出“你在引用這一句話時(shí)，漏掉了一小句特別對我們目前討論極其重要的話，漏掉的一小句是‘同樣好地’。所以必須考察，這兩種假說能不能在各方面都‘同樣好地’適用。”［17］這種迂腐可笑的問題。伽利略以這種文學(xué)性的手法設(shè)置該人物的形象和對話，在氛圍和觀念上大大增強(qiáng)了其學(xué)說的力度，加強(qiáng)了其相對于亞里士多德物理學(xué)的優(yōu)越性。

同樣，以開普勒發(fā)現(xiàn)行星運(yùn)動第二定律的過程為例。開普勒為了搞清楚偏心問題，開始研究行星的運(yùn)動速度不均勻這一現(xiàn)象，他證實(shí)了行星在遠(yuǎn)日點(diǎn)和近日點(diǎn)的速度大致與行星到太陽的距離成反比，但是他把這個(gè)結(jié)論加以推廣，認(rèn)為行星的速度與離開太陽的距離成反比，而這是一個(gè)錯(cuò)誤結(jié)論，在此基礎(chǔ)上，他重新開始利用第谷的火星觀測資料研究火星運(yùn)動。

首先他需要確定任意時(shí)刻的火星位置，但當(dāng)時(shí)的數(shù)學(xué)無法解決這一問題，他采取了一種近似法。以任意一點(diǎn)為圓心，太陽在離開圓心一定距離的位置上，火星圍繞太陽在圓上作偏心圓運(yùn)動，根據(jù)上面得出的錯(cuò)誤結(jié)論，火星在圓上任意位置的速度與火星到太陽的距離成反比，因此可得出火星在圓上從一點(diǎn)運(yùn)動到另一點(diǎn)所需的時(shí)間是動徑火星到太陽距離的總和。其次根據(jù)阿基米德的定理，動徑之和就是扇形的面積，但是該結(jié)論的前提是太陽必須位于圓心位置。而開普勒卻大膽地認(rèn)為太陽在偏心的位置時(shí)該結(jié)論也成立。于是給出了動徑掃過的面積與時(shí)間的正比關(guān)系，即開普勒第二定律。從開普勒的發(fā)現(xiàn)及推導(dǎo)過程來看，這是一個(gè)從假設(shè)到推理都十分粗糙甚至存在錯(cuò)誤的過程，但卻得出了具有開創(chuàng)性意義的天文學(xué)定律。

而牛頓的《原理》則與以上兩者完全不同，它很好地繼承了古希臘的公理化體系，以定義、定律、引理、推論、命題構(gòu)架全書內(nèi)容。全書先給出8個(gè)定義，然后提出并論證了著名的三個(gè)定律，并通過42個(gè)命題解決了新物理學(xué)的一系列數(shù)學(xué)、物理、天文學(xué)問題。每個(gè)命題或推論先提出問題，然后進(jìn)行幾何、代數(shù)、物理的論證，部分情況下，針對具體事例進(jìn)行論證。如命題41，先解決“由三個(gè)給定觀測點(diǎn)求沿拋物線運(yùn)動的彗星軌道”［18］問題，再以詳盡的篇幅討論了1680年彗星的軌道問題，以詳實(shí)的觀測數(shù)據(jù)、運(yùn)算方法、證明過程給出了如何運(yùn)用牛頓物理學(xué)研究彗星軌道問題的實(shí)例。

由科學(xué)家本人撰寫的經(jīng)典著作即使并非科學(xué)發(fā)現(xiàn)或發(fā)明的原始發(fā)現(xiàn)過程，它也充分地反映了科學(xué)家本人對問題的思考過程，這些過程無疑都是創(chuàng)新性的，一方面因?yàn)樗鼈兌奸_創(chuàng)了新的領(lǐng)域，另一方面由于它們在思考問題的方式方法上都具有鮮明的特色。值得注意的是，創(chuàng)新并不一定與好的或正確的結(jié)果相聯(lián)系，而是一種狀態(tài)，科學(xué)發(fā)現(xiàn)、發(fā)明的創(chuàng)新思維是一種流動的動態(tài)發(fā)揮，科學(xué)發(fā)現(xiàn)或發(fā)明只是它的偶然的結(jié)果而已，科學(xué)的本質(zhì)更在于一種探索和思考的過程而非結(jié)果。

3.3科學(xué)精神是滲透在創(chuàng)新思維過程之中的精神氣質(zhì)

科學(xué)精神是在對科學(xué)真理探索和對科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識不斷深化的過程中，孕育出來的推動科學(xué)進(jìn)步的價(jià)值觀和心理取向。［19］科學(xué)精神包含探索精神、執(zhí)著追求的精神、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的精神等等，但滲透在自然科學(xué)經(jīng)典創(chuàng)新思維過程中的科學(xué)精神主要體現(xiàn)在人文歷史精神、批判精神和寬容精神。

表示狀態(tài)轉(zhuǎn)換概率分布，其中，T=O(s′)∩δ-1(q,q′)，O(s′)?2O表示在狀態(tài)s′觀測字母的集合，δ-1(q,q′)?Σ表示A中從狀態(tài)q到q′的輸入字母的集合；

科學(xué)與人文的分裂是近現(xiàn)代以來，尤其是19世紀(jì)末20世紀(jì)初科學(xué)飛速發(fā)展以后產(chǎn)生的問題?？茖W(xué)最早萌芽于文藝復(fù)興時(shí)期的人文主義運(yùn)動，與人文緊密相連。歷史上的科學(xué)經(jīng)典均顯示出與人文的緊密聯(lián)系。伽利略的《對話》將對話的形式、文學(xué)化的手法運(yùn)用到邏輯的敘述和論證中，就是明顯的一例。而《天體運(yùn)行論》的引言很好地反映了當(dāng)時(shí)科學(xué)與人文的關(guān)系“在人類智慧所哺育的名目繁多的文化和技術(shù)領(lǐng)域中，我認(rèn)為必須用最強(qiáng)烈的感情和極度的熱忱來促進(jìn)對最美好的、最值得了解的事物的研究……雖然一切高尚學(xué)術(shù)的目的都是誘導(dǎo)人們的心靈戒除邪惡，并把它引向更美好的事物，天文學(xué)能夠更充分地完成這一使命。這門學(xué)科還能提供非凡的心靈快樂……”［20］科學(xué)不僅提供知識和思想，還能培育人們的情感和心靈。

哥白尼的《天體運(yùn)行論》雖然是一部天文學(xué)專著，但哥白尼把宇宙的中心從地球轉(zhuǎn)移到太陽，有一個(gè)重要的思想前提，那就是古希臘的勻速圓周運(yùn)動思想，哥白尼認(rèn)為托勒密的對點(diǎn)體系違反了古希臘這一哲學(xué)傳統(tǒng)，希望將天文學(xué)引導(dǎo)到更古典的歷史上去，“現(xiàn)在我想到，天體的運(yùn)動是圓周運(yùn)動，這是因?yàn)檫m合于一個(gè)球體的運(yùn)動乃是在圓圈上旋轉(zhuǎn)。圓球正是用這樣的動作表示它具有最簡單物體的形狀，既無起點(diǎn)，也沒有終點(diǎn)，各點(diǎn)之間無所區(qū)分，而且球體本身正是旋轉(zhuǎn)造成的?！保?1］而一旦確定了宇宙的中心是太陽，那么在定性上地球和其他行星就可以圍繞同一個(gè)中心以勻速圓周運(yùn)動為基礎(chǔ)進(jìn)行運(yùn)行了。哥白尼對古希臘思想的追求充分體現(xiàn)了科學(xué)上的歷史精神。

自然科學(xué)經(jīng)典對歷史的態(tài)度不僅僅是繼承，更體現(xiàn)在批判精神上。伽利略在《對話》中并不是直接闡述自己的學(xué)說和立場，而是充分展示在當(dāng)時(shí)占主流的亞里士多德學(xué)說及其論證，包括天體是不朽的，地球是宇宙的中心，地球上的四元素和天體的第五元素，物理學(xué)上的自然運(yùn)動和強(qiáng)迫運(yùn)動等一系列觀點(diǎn)，然后利用自己的論據(jù)進(jìn)行論證，批駁其謬誤之處，確立自己的觀點(diǎn)。牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律雖然得益于開普勒的工作，但他在《原理》中直接指出了開普勒的謬誤，在于“三大行星定律對行星運(yùn)動的“真實(shí)”描述；作用在那些天體上的太陽力隨著距離的增加而減弱，而且只是在接近黃道平面處發(fā)揮作用。太陽肯定是一個(gè)巨大的磁鐵；任意運(yùn)動的物體由于其“固有的惰性”，一旦動力不再發(fā)揮作用，它就會停止運(yùn)動?！保?2］

自然科學(xué)經(jīng)典中的寬容精神，一方面表現(xiàn)在我們稱之為“科學(xué)革命”的科學(xué)發(fā)現(xiàn)并非徹底地反對它的過去或?qū)α⒚妫菍λ摹案锩鼘ο蟆庇邢喈?dāng)程度的繼承和發(fā)展，如《天體運(yùn)行論》對托勒密天文學(xué)方法的大量繼承和運(yùn)用，其中之一是本輪均輪體系的采用?！案绨啄岷退耐瞬粌H繼承了《至大論》，還繼承了許多伊斯蘭天文學(xué)家和少數(shù)歐洲天文學(xué)家的天文學(xué)成果?！保?3］另一方面，從科學(xué)的歷史來看，沒有任何一個(gè)學(xué)說、理論是長期占據(jù)主導(dǎo)地位的，而且沒有任何一次“科學(xué)革命”完全否定或拋棄了過去的知識和理論，愛因斯坦的相對論并沒有讓牛頓的物理世界全盤覆滅，在許多領(lǐng)域牛頓物理學(xué)仍然發(fā)揮著相當(dāng)重要的作用。在某種意義上來說，科學(xué)，甚至是我們的文明，無論它現(xiàn)在是怎樣的，都是非常不穩(wěn)固的。對過去的、錯(cuò)誤的、被否定的科學(xué)知識的容忍，是科學(xué)中必然且必需的精神，在科學(xué)史之父喬治·薩頓看來，“無論怎樣寬容都不過分”［24］。

雖然自然科學(xué)經(jīng)典從原料和產(chǎn)品、加工程序、精神氣質(zhì)等方面對創(chuàng)新思維現(xiàn)場進(jìn)行了完好的還原，但創(chuàng)新思維現(xiàn)場是一個(gè)整體，創(chuàng)新思維也是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)化過程，科學(xué)經(jīng)典的各方面內(nèi)容是有機(jī)地、系統(tǒng)化地、具體地交織在一起的。每部自然科學(xué)經(jīng)典還原的每一個(gè)創(chuàng)新思維現(xiàn)場具有不同的知識、邏輯和表述體系，部分現(xiàn)場甚至是無法再現(xiàn)或重塑的，我們盡力從中獲取可復(fù)制、可理論化、系統(tǒng)化的部分。但到目前為止，科學(xué)方法多種多樣，任何一種都存在弊端，我們在努力總結(jié)、學(xué)習(xí)、運(yùn)用已有科學(xué)方法的基礎(chǔ)上，還必須挖掘、創(chuàng)新新的方式方法，畢竟沒有任何一種科學(xué)方法能確?？茖W(xué)成果的獲得，科學(xué)的本質(zhì)不在于真理而在于真理的探索。

4　自然科學(xué)經(jīng)典以情境的潛移默化方式培養(yǎng)創(chuàng)新思維

自然科學(xué)經(jīng)典不同于教科書。教材編寫方式與我國迫切需要吸收近現(xiàn)代科學(xué)知識、并將其快速應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐、以改善社會生產(chǎn)生活這種現(xiàn)實(shí)需求有關(guān)，如某種《大學(xué)物理學(xué)》教科書第一版序言中就直接寫明，“本書是依據(jù)國家教委頒布的‘高等工業(yè)學(xué)校物理課程教學(xué)基本要求’，為了適應(yīng)當(dāng)前高新技術(shù)的發(fā)展，立足于培養(yǎng)跨世紀(jì)高等工程技術(shù)人才?！保?5］這種方式在將科學(xué)迅速轉(zhuǎn)化為技術(shù)、應(yīng)用于實(shí)踐方面有著積極的作用。但這種直接著眼于應(yīng)用的知識傳授和傳播方式也有其嚴(yán)重的缺陷性，如今在教育中普遍反映的知識僵化和缺乏創(chuàng)新與整體性思維等問題已追溯到教科書因素。

早在我國第八次課程改革中，大家就意識到以前的教科書以及與之結(jié)合的課程教育存在弊端，因此“要改變過去以學(xué)科為中心、知識體系為中心的課程體系，建立以促進(jìn)學(xué)生發(fā)展為中心的課程體系，這是全方位的改革，是一項(xiàng)系統(tǒng)工程?！薄靶抡n程更加關(guān)注學(xué)習(xí)的過程與方法，不僅關(guān)心學(xué)生獲得什么知識，更應(yīng)關(guān)注學(xué)生是如何獲得知識，即用什么方法獲得，知識對學(xué)生發(fā)展的價(jià)值，學(xué)生學(xué)習(xí)過程的感受。課程結(jié)構(gòu)是綜合性、選擇性的，課程標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)是彈性和有空間的，課程內(nèi)容則是精選能促進(jìn)學(xué)生終身發(fā)展的、與學(xué)生生活密切聯(lián)系的、時(shí)代性的有用知識，在教學(xué)方式上提倡動手、探究和實(shí)踐、合作，評價(jià)方式上提倡多元化，結(jié)果和過程并重，關(guān)注兒童情緒、態(tài)度和價(jià)值觀的評價(jià)?！保?6］

教科書遵循相同或類似的程式訓(xùn)練學(xué)生的思維能力，這種邏輯、步驟化、灌輸式的訓(xùn)練方式，在很大程度上讓具有不同思維層次和特點(diǎn)的學(xué)生在同一層面上進(jìn)行被動思維。對著眼于群體的教育戰(zhàn)略來說，這也許是行之有效的方式，但對每一位個(gè)體，這種團(tuán)體訓(xùn)練對于創(chuàng)新思維的培養(yǎng)具有極大的阻礙力。科學(xué)經(jīng)典雖然可以總結(jié)、抽象出上述與創(chuàng)新思維有關(guān)的要素，以資利用和發(fā)揮。但科學(xué)經(jīng)典內(nèi)容豐富，遠(yuǎn)非上述分析可以全部囊括，它們組成一個(gè)可以無盡開發(fā)的知識和智慧寶庫，后人可以從中發(fā)現(xiàn)各種對自己有利有用的資源。培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)經(jīng)典進(jìn)行研讀，可以激發(fā)主動的學(xué)習(xí)態(tài)度，彌補(bǔ)教科書教育的缺陷。

西方在實(shí)施“通識教育”的過程中，已經(jīng)將經(jīng)典研讀納入自然科學(xué)的課程教育中，成為其基本組成部分，而不是僅僅作為課外閱讀材料。洛杉磯加州大學(xué)1998-1999年修訂后的通識教育原則就包括了經(jīng)典原著學(xué)習(xí)。波士頓學(xué)院的核心課程研究小組于1991年提出的核心課程特征之一就是重視學(xué)科歷史，閱讀經(jīng)典成為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要手段。美國的通才教育實(shí)施至今，使其成為世界上的教育大國，幾乎囊括了70%以上的諾貝爾獎(jiǎng)。［27］我國多個(gè)高校目前也在進(jìn)行“通識教育”試驗(yàn)，但效果還不顯著，在內(nèi)容、方式、目標(biāo)方面都存在諸多問題和不適應(yīng)，將經(jīng)典研讀納入我國“通識教育”改革的過程中，發(fā)揮其在營造創(chuàng)新思維環(huán)境，培養(yǎng)學(xué)生的閱讀、思考、創(chuàng)造能力方面的作用，應(yīng)是一個(gè)切實(shí)可行的辦法。

來源于語文教學(xué)中的“個(gè)性化閱讀”，意味著一方面在閱讀過程中呈現(xiàn)出閱讀的個(gè)性傾向性和個(gè)性特征，另一方面通過閱讀活動構(gòu)建閱讀的個(gè)性傾向性和個(gè)性特征，實(shí)現(xiàn)閱讀個(gè)性的成長與發(fā)展。在閱讀中呈現(xiàn)并構(gòu)建知識與能力，過程和方法，情感態(tài)度和價(jià)值觀，具有自主性、創(chuàng)造性、探究性、批判性等特性。［28］這種閱讀方法同樣益于創(chuàng)新思維的潛移默化培養(yǎng)，在經(jīng)典閱讀過程中要尤其注意。自然科學(xué)經(jīng)典不僅在內(nèi)容、學(xué)科趨向上具有特性，在作者行文達(dá)意、邏輯論證方面也具有文學(xué)、邏輯、思維方面的個(gè)人特色，把握、構(gòu)建這種特性和特色，本身就是創(chuàng)新思維發(fā)揮作用的過程，在閱讀中培養(yǎng)創(chuàng)新思維，在思維創(chuàng)新中進(jìn)行閱讀，將過程培養(yǎng)和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)融為一體。

創(chuàng)新思維雖然是我們的培養(yǎng)目標(biāo)之一，但創(chuàng)新思維不是完成過程后的最終結(jié)果，它是過程行進(jìn)中逐漸形成的一種能力和素質(zhì)，經(jīng)典研讀有利于創(chuàng)新思維的行為，但不能僅僅著眼于創(chuàng)新思維，否則將一無所成。經(jīng)驗(yàn)研讀是一種閱讀、理解、思考與創(chuàng)造的綜合性過程，創(chuàng)新思維在這一過程中得到鍛煉和發(fā)展，并得到某種體現(xiàn)和發(fā)揮，因此在經(jīng)典研讀中過程培養(yǎng)重于目標(biāo)培養(yǎng)，形成在過程中鍛煉和發(fā)展能力的認(rèn)識和行為模式。

研讀自然科學(xué)經(jīng)典，我們也許并不能立即從中提煉出某種可促進(jìn)創(chuàng)新思維的方式方法，甚至教科書中簡易顯著的公式定理也要花費(fèi)大量的篇幅才能闡述清楚。但創(chuàng)新思維不是一天兩天采取某些固定的程式就可以達(dá)到的，自然科學(xué)經(jīng)典對創(chuàng)新思維的培養(yǎng)最重要的是體現(xiàn)在潛移默化上，通過背景的闡述、觀點(diǎn)的表達(dá)、論據(jù)的選擇、論證的架構(gòu)將創(chuàng)新思維的原料和產(chǎn)品、加工程序、精神氣質(zhì)這些要素滲透進(jìn)讀者的思維和情感心理中，以緩慢但卻最有力的情境方式激發(fā)創(chuàng)新思維的沖動、培養(yǎng)創(chuàng)新思維的能力和心理。

自然科學(xué)經(jīng)典對創(chuàng)新思維現(xiàn)場的還原，提供了最好的進(jìn)行創(chuàng)新思維的情境，形態(tài)各異的創(chuàng)新過程得以充分展示，身處情境中的讀者一方面不斷地接受與教科書不同的各種創(chuàng)新思維刺激，另一方面時(shí)時(shí)刻刻可以主動出擊，反復(fù)探究、體味創(chuàng)新思維的各種要素，在潛移默化中形成理解、并將理解與對自身的認(rèn)識相聯(lián)系、逐步接受、鍛煉、發(fā)展自己的創(chuàng)新思維，創(chuàng)造一種主動培養(yǎng)自身創(chuàng)新思維的慣性，促進(jìn)自身創(chuàng)新思維能力的提高。

本文分析了自然科學(xué)教育中的創(chuàng)新思維培養(yǎng)目前存在的一個(gè)缺陷——忽視科學(xué)的歷史，這一缺陷使得基于教科書基礎(chǔ)上的科學(xué)教育割裂了各種科學(xué)知識與發(fā)生背景、發(fā)展過程以及發(fā)展形式的聯(lián)系，阻礙了學(xué)生對科學(xué)發(fā)生、發(fā)展的過程以及科學(xué)本質(zhì)的理解。而歷史上的自然科學(xué)經(jīng)典從科學(xué)知識的原料和產(chǎn)品、加工過程、精神氣質(zhì)等方面對創(chuàng)新思維現(xiàn)場進(jìn)行了完好的還原：科學(xué)知識既是創(chuàng)新思維過程的原料、也是產(chǎn)品；創(chuàng)新思維不僅以理性的、邏輯的形式體現(xiàn)，也表現(xiàn)為非理性的、人文的、情感的、心理的形式；在創(chuàng)新思維過程中，人文歷史精神、批評精神、寬容精神均滲透其中。這種還原使得自然科學(xué)經(jīng)典不同于教科書的訓(xùn)練方式，以情境的潛移默化方式有效地培養(yǎng)創(chuàng)新思維。

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（責(zé)任編輯：王保寧）

Reading up Scientific Classics and Bring up Innovative Thinking in Scientific Education

SONG Shenmi1，NIU Weixing2
（1.School of Basic Medical Sciences，Shanghai University of Traditional Chinese Medicine，Shanghai 201203；2.School of School of History and Culture of Science，Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200240）

Abstract：A shortage of ignoring the science history lies in the present scientific cultivation of innovative thinking. And scientific classics can make up it by reappearance of the innovative scenes. Scientific classics reappear the scenes from three aspects: raw materials and products，proceeding and spirits. It's the very characteristic that makes the differences of training effects between scientific classics and textbooks，which makes scientific classics exert a subtle influence of context on the cultivation of innovative thinking.

Keywords：Scientific classics；Innovative thinking；Scientific education；Copernicus；Galileo； Newton

中圖分類號：G642

文獻(xiàn)標(biāo)識碼 ：A DOI∶10.3969/j.issn.1003-8256.2016.02.009

作者簡介：宋神秘（1982-），上海中醫(yī)藥大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院師資博士后，助理研究員，研究方向?yàn)樘煳膶W(xué)史、醫(yī)學(xué)史、科學(xué)技術(shù)史；鈕衛(wèi)星（1968-），上海交通大學(xué)科學(xué)史與科學(xué)文化研究院教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)樘煳膶W(xué)史。