近代科學史的教學重點與策略

姚錦祥

[關鍵詞]經典力學，進化論，教學重點，教學設想

[中圖分類號]G63[文獻標識碼]B[文章編號]0457-6241(2009)09-0028-03

世界近現代科學史的內容，專業術語多、知識點密集，從來都是教學中的一個難點。新課程實施以來，這一狀況不僅沒有改善還出現了新的問題，亟須引起各方面的注意。

一、近代科學史內容的教學問題

在歷史課中，近代物理學和生物學等科學史的教學內容怎樣選擇?是從經典力學和進化論的具體內容著眼，還是從其歷史發展的進程著眼?實際教學中的一些現象告訴我們，要在兩者中作出正確的選擇并不輕松。

筆者隨意從某網站下載了些相關內容的教學課件，其中一個課件中有關“經典力學”的教學內容內容如下：

(一)經典力學體系的創立和發展

1伽利略對亞里士多德力學觀的否定

亞里士多德的力學觀：必須有力作用在物體上，物體才能運動，沒有力的作用，物體就會靜止。伽利略通過觀察、實驗和推理，得出結論：如果運動物體不受阻礙，它將速度保持不變地持續運動下去。

教學建議：關于“亞里士多德力學觀”可以舉例做簡要的說明和分析。“推箱子”的例子(略)。關于“伽利略的力學觀”的教學，可以補充伽利略“斜面實驗”的動畫演示，以利于學生形象地認識他的觀點，理解伽利略對經典力學建立的主要貢獻。斜面實驗(略)。

2牛頓對前人科學理論的發展

(1)經典力學體系的主要內容：物理運動三定律，包括慣性定律、加速度定律、作用與反作用定律；萬有引力定律。牛頓力學體系及數學、天文學方面的研究成果記載在他的科學巨著《自然哲學的數學原理》。

教學建議：關于“經典力學體系的主要內容”的教學，可以補充一些動畫資料，以利于學生的理解。慣性定律的實例；作用與反作用定律的實例：炮彈例子(略)

(2)經典力學體系的歷史地位

理論的綜合：牛頓力學體系正確地反映了宏觀物體低速運動的客觀規律，對自然界的力學現象做出了系統、合理的說明，從而完成了人類對自然界認識史上的第一次理論大綜合。經典力學體系的建立標志著近代科學的形成。

實踐的驗證：根據萬有引力定律，人們準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。根據這一定律，人們還發現了海王星、冥王星。

但牛頓的理論仍然有缺陷，比如他的絕對時空觀，新研究的現象，比如，電磁波、光的傳播和快速的電子運動，等等，都不遵循牛頓的力學定律。也就出現了所謂的物理學危機。(由此引出愛因斯坦相對論內容的教學)

從比較高的點擊率看，很多教師可能就是以這樣的內容和方法展開教學的。有的老師可能會說，這有什么奇怪的，教科書就是這樣寫的啊，例如，某一版本教材的“牛頓及其經典力學的主要內容”子目中，既有萬有引力定律的公式及其說明，也有運動三定律的定義及說明。在必修三的世界科技史專題中，多數教材也將近現代物理學的內容編為一課，并以牛頓力學體系、量子力學和相對論的具體內容作為教學要點。

這樣的做法也在情理之中，因為課程標準也是從這樣的角度提出教學要求的，如“了解經典力學的主要內容，認識其在近代自然科學理論發展中的歷史地位”“知道相對論、量子論的主要內容，認識其意義”。既然要求從“近代自然科學理論發展”方面認識其“歷史地位”，從物理學發展的角度作教學設計好像也沒錯。

但若著重于科學史的內容研究，“歷史”課的味道從何體現呢?教學中二者究竟應如何取舍呢?筆者認為，應從科學史教學內容的要點，也是學生感興趣的內容人手。

二、近代科學史內容的教學重點

科學史課程以人類在科學技術等方面的文化成果為學習要點，主要包含三方面的知識內容。一是體現學科發展成果的知識，如經典力學的運動三定律、萬有引力定律的具體內容和表現等。它們一般以學科專業術語、公式和原理的方式呈現。二是體現學科發展進程的知識。其中，有與學科發展背景相關聯的知識，如導致17世紀科學革命產生的文藝復興運動、歐洲的航海活動；有與學科發展影響相關聯的知識，如科學革命所引起的歐洲經濟發展、思想觀念和社會生活的變革；也有與學科發展線索相關聯的知識，如從哥白尼的太陽中心說到伽利略和開普勒的科學發現，再到牛頓力學體系近代天文學的發展進程。三是體現學科精神的知識。人類科學的發展是在“猜想”與“反駁”的進程中前進的，既有牛頓等科學家“站在巨人肩膀上”的繼承與發展，也有愛因斯坦等人對“巨人”提出挑戰的勇氣和決心。科學發展進程中科學家勇于探索、不斷創新的情感、態度和意識，就是科學史內容的學科精神，也是培養學生崇尚科學精神，堅定求真、求實和創新的科學態度的基本內容。

但是，在科學史教育中，學科知識與學科精神的教育價值和教學功能有明顯的區別。體現學科發展成果的知識是一定歷史階段的產物，其對客觀世界的認識常常有一定的局限性。從歷史的發展實踐看，一切有形的、物質的成果都將隨著時間的流逝而失去它的使用價值，只有那些可以表達人類對真理的理解和追求的精神成果才是永存的。對學習者來說，理解學科精神比掌握學科知識重要得多。學生通過學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、聰明智慧和對生活的態度等無形的精神財富，如對經典力學的學習，不只是要認識其在“近代自然科學理論發展中的歷史地位”，還要認識其對人類社會的經濟、思想觀念和世界觀的歷史影響，更為重要的是傳承與發展科學家的創新精神和科學態度。這樣的教學目標，只通過展現學科的知識是無法達到的。只有從近代科學相關聯的歷史背景和影響出發，才能理解科學革命對西歐乃至于人類社會的歷史意義。只有明確哥白尼、伽利略、開普勒和牛頓各自的科學發現及其發展過程，才能理解科學家的創新精神以及繼承與發展的關系，也才能對近代科學的發展做出全面的分析和評估。可見，歷史課中科學史內容選擇的著眼點，不是體現學科專業成果方面的知識而是體現其發展進程的知識。其教學重點，不是對科學專業知識的理解和運用，而是對引起近代科學產生和發展因素的分析和評價。歷史課注重從文明發展進程中汲取精神成果，這樣才能從本質上領會文化內容的真正魅力。基于此，歷史學科總是把科學技術等內容納入文化的領域來加以梳理和總結。

為方便教學，高中新課程世界近現代科學史的內容，可以考慮從近代科學史和現代科學史兩條線索展開。近代科學史可以經典力學和進化論的形成過程為主要內容，從反對宗教神學的角度確立主題和教學價值。現代科學史可以量子力學和相對論的形成過程為主要內容，從物理學的新發展及其對現代社會影響的角度確立主題和教學價值。

三、近代科學史內容的教學策略

近代科學肇始于文藝復興時期的天文學革命，以經

典力學的形成為標志。從17世紀到19世紀，近代數學、物理學、化學和生物學先后形成，史家稱其為從宗教神學的束縛下獲得解放的科學革命。天文學革命、經典力學的形成以及進化論的產生，在近代科學史上具有十分重要的地位，可以作為教學的基本內容。

1關于天文學革命內容的教學策略

哥白尼的太陽中心說以及開普勒、伽利略和牛頓的科學成就都與天文學的發展有一定的聯系。天文學革命所反對的是基督教會所支持的地球中心說的宇宙觀。這部分內容也就應該成為學生認識相關問題的起點。既是起點，應有簡明清晰的線索。教師在簡單陳述中世紀的歐洲以及宗教神學的宇宙觀后，可進一步補充材料，展現兩千年來人們對宇宙的各種認識。每個學生都生活在地球和宇宙之中，通過材料(或據此改編成的故事)形式所呈現的具體的古人對地球以及其他星球的看法容易激起其學習興趣。以此為切入點，應當是不錯的選擇。

太陽中心說的內容學生比較熟悉。教師可以在補充哥白尼簡要生平和觀測天體運動材料的基礎上，要求學生結合《天體運行論》的相關信息和文藝復興運動的內容，就哥白尼“太陽中心說”的形成及其歷史作用進行評價。

日心說與教會所支持的地心說，其對宇宙的解釋是與事實完全相反的。這種矛盾造成的認知沖突恰恰可以被利用引導學生對日心說的歷史影響進行評價，可以培養其分析問題和歸納問題的能力。通過引導，學生能夠認識到日心說所蘊含的反對愚昧、崇尚理性和客觀地認識世界的科學精神。近代科學史內容的教學，如果一開始就說伽利略的自由落體定律和牛頓的三大定律，學生對近代科學的認識缺乏依托性。先提出中世紀的宇宙觀，就為對科學革命內容的理解找到了基點。16、17世紀的科學革命，其最初含義應當是對宗教神學的革命。哥白尼、開普勒和伽利略的斗爭過程，就是科學從封建神學的束縛下解放出來的過程。

2關于經典力學內容的教學策略

在牛頓經典力學的主要內容中，有關物體運動三定律和萬有引力定律的具體表現是物理課重點學習的內容，歷史課所要學的應當是相關科學發現的特點以及形成過程中的影響因素。這部分內容涉及不同科學家的諸多科學活動，信息量很大，教師應通過對伽利略、開普勒和牛頓的科學活動內容的簡要補充，使學生從材料中歸納有效信息并進一步思考。

關于牛頓力學體系特點的學習，除了運用材料信息歸納有關內容以外，還可以引導學生將其與中國古代科技進行比較。通過研究對象、研究方法和研究結果等方面不同項目的對比，以明確西方近代科學的基本特點，并對中國古代科技發展的特點以及近代中國科技落后于西方的根源有更加清醒的認識。

3關于進化論內容的教學策略

就像牛頓因為發現了支配宇宙物體的定律而主導了17世紀的科學一樣，達爾文因為發現了支配人類進化的規律而主導了19世紀的科學。有關人類起源問題內容的學習，既要了解進化論的主要觀點，也要知道“神創論”的說法，只有這樣才能認識到科學和宗教在人類起源問題上產生的分歧以及進化論的意義。

對中國的學生來說，批判“神造人”的謬論并不困難，對進化論觀點的理解也不會有多大的麻煩。教學中，可以結合達爾文環球考察的經歷以及進化論者與神學論者思想交鋒的內容，引導學生從時代背景的角度以及社會意義上思考相關問題，如進化論者與“神創論”者在人類起源問題上有何差異?達爾文進化論的主要觀點是什么?他的觀點為什么在當時會引起生物學、宗教和哲學甚至政治學的大爭論?為什么說達爾文進化論中“適者生存”和“生存競爭”的觀點與時代的傾向相吻合?結合所學知識就社會達爾文主義對近代中國的歷史影響作出評價。

從生物學的進化論到達爾文學說在社會舞臺上的運用，反映了進化論對人類社會政治和思想觀念的影響。19世紀中后期，達爾文主義被用來為殖民主義和帝國主義作辯護。近代中國的愛國知識分子則把它作為刺激國人奮發圖強、實行改革和發展的工具。有關達爾文主義的討論內容，容易激活與其有聯系的其他知識，以建立起新的認知結構。

4關于近代科學革命影響的教學策略

經典力學的形成，從其在自然科學理論的歷史地位而言，是近代科學形成的標志。從社會歷史影響而言，是一場思想觀念領域的革命，對人類社會的現代化具有十分重要的作用。

史家在論述經典力學和進化論的歷史影響時，總是將其放在社會的大環境下認識。所謂科學革命的說法，絕不止于自然科學本身的變革，還包括對宗教神學的斗爭。教學中，可引導學生首先從這一方面人手思考相關問題，如有人說，17世紀的牛頓把造物主從無生命現象的研究領域驅逐了出去，19世紀的達爾文又把造物主從有生命現象的研究領域驅逐了出去。這種說法有沒有道理?談談自己的看法。

科學革命還對社會經濟和人們的生活等方方面面產生了重大的影響。在19世紀結束時，科學已經成為西方社會一個日益重要的組成部分，其影響涉及到生產方式、生活方式和思想方式各個領域。它不但深深地影響了西方，也對東方乃至于整個世界產生了深遠的影響。教學中，可就此引導學生做些思考，如在歐洲近代史上，17世紀的科學革命對18世紀的政治革命和19世紀的工業革命有何影響?19世紀中后期，西方的科學技術對東方的日本和中國產生了怎樣的歷史影響?說明了什么問題?相關問題的分析，可以在與經濟、政治和思想文化等內容的聯系中使科學史的內容獲得新的意義，也可以在突出近代以來科學革命歷史意義和社會影響的過程中弘揚科學的精神。

實際教學中，不少教師認為科學史的教學乏善可陳，往往一帶而過，其實，只要參透了科學史的精髓，這部分就會成為教學中的一個亮點。