從天體運行規律發現中發掘物理學史的教育功能

敖琳春

摘 要： 物理學史是物理學知識體系中的一個重要的、必不可少的組成部分。作者以天體運行規律的發現過程中的豐富史實為例，探討如何發掘物理學史的獨特的教育功能。

關鍵詞： 天體運行規律 物理學史 教育功能

概述：天體運行規律的發現史可以說是物理學家們追求真理的奮斗史。從遠古的人們對天地宇宙的種種猜測和無數先輩的刻苦研究，到最終找到天體運行的明晰的規律，其間經歷了不知多少代人的艱辛。歷經曲折的兩千多年，其間不斷呈現思辨、矛盾或斗爭，無不體現出科學家們對真理追求的執著，為科學事業的自我犧牲精神。

一、有利于培養學生堅韌不拔的意志與執著求實的精神

波蘭偉大的天文學家哥白尼在17世紀初確立日心說，雖然哥白尼的學說是進步理論，但由于這個新的學說違背了統治者所謂的教義，它的傳播受到了教會瘋狂的阻攔；1600年，在羅馬的鮮花廣場上，著名的意大利學者布魯諾因堅持真理，始終高舉哥白尼旗幟而被殘忍地燒死；就連被譽為近代科學之父的伽利略也因捍衛和宣傳哥白尼的日心說，受到羅馬教皇殘酷的迫害和折磨，300年以后的1979年，羅馬教廷才為他公開平反昭雪。盡管如此，反動力量的壓迫永遠不能真正把人類追求真理的道路堵死，許多科學家在研究和推進日心說時不畏強權，前仆后繼；開普勒對哥白尼的學說產生了濃厚的興趣與探究的熱情，他在第谷的對火星的極大豐富的觀測資料的基礎上，致力于對火星軌道及其運行規律的研究；經過多年細致而又深入的刻苦研究，他終于發現了行星及行星的衛星運行規律——開普勒三大定律。直至這時，太陽系的空間形態才被基本澄清。

萬有引力的發現過程經歷了一段相當漫長的歷史時期，為了研究萬有引力，牛頓克服了重重困難與阻礙，歷經21年的長時間跨度，期間付出了大量的心血。遺憾的是，由于引力常量極其微小，當時的大多數科學家都認為沒有測出的可能，因此在牛頓的萬有引力定律被發現之后的長達一百多年的時間跨度里，這一定律都沒有充分發揮價值。直到天才的卡文迪許通過其被史上稱為最完美的實驗裝置——扭秤，才成功地測定引力常量G，使得萬有引力定律定量應用得以實現。

從萬有引力定律的發現中，我們可以體會到，一個科學規律的發現或一套科學理論的建立，是不可能一蹴而成的。萬有引力定律的發現不是作為“蘋果落地”時上帝賜予天才物理學家牛頓的“靈感”，而是物理學家在長期的科學實踐中逐步摸索、積累、形成和發展起來的，是人類智慧的結晶。只有歷經這樣的過程后，才能找尋到具有突破性的科學思維及科學方法。物理學史中的這些感人事跡，會促使學生樹立正確的人生觀與價值觀，也會促使學生把求真、求上、求實和造福人類作為自己的人生目標。

二、有利于培養學生科學的思維方法

在物理教學工作中，我們常有這樣的體會，在學習一些新的不理解的物理概念時，若能了解這些物理概念逐步形成的歷史，則有利于學生實現各學科知識間的融合與滲透，而最終形成統一的知識體系，這對學生以后在新的科學上的突破或者發現有至關重要的意義與價值。1601年第谷先生臨終前將畢生心血——其夜以繼日觀測到的大量天文數據贈予了學生開普勒，開普勒不負恩師所托，通過大量篩選、計算，將龐大而又繁雜的數據轉化為簡單的數學公式，表達為清晰明了的圖像曲線，于1609—1619年建立了關于行星運動的三個定律。正是因為開普勒的開創性的思維方法，才發現了開普勒三定律。開普勒行星運動定律的提出，體現了科學研究的實質，從而使近代科學的開路先鋒——天文學真正成為一門精確科學；開普勒行星運動定律蘊藏偉大的萬有引力定律，在其推導過程中同樣體現了科學研究的精髓——嚴密的邏輯推理。

三、有利于鼓勵學生勇于挑戰權威，敢于思維創新

科學史上的任何一步進展，無不是科學家打破陳舊學說并引進新思想的結果。哥白尼研究天文學時，他所處在的時期，神學占領統治地位，為了鞏固自己的統治地位，教會極力維護地心說，而不管其是否正確。哥白尼不顧教會的反對與迫害，依然堅定繼續他對天文學、行星體系等問題的研究。歷經長期的天文觀測與不懈的探索，創立了比地心說更為科學的宇宙結構體系，他的理論體系把原有考察天體運動的參考系，從地球轉換到太陽，使人們認識到清眼所見到的事物有時不一定都是真實的，并首次認識到，不僅可以從簡單的直觀，而且可以通過抽象的邏輯方法研究自然世界。

如果沒有勇敢地拋棄落后的陳舊觀念，沒有創立新思維，就不會有開普勒三定律發現，也許這一發現還將推遲若干年。在開普勒的研究初期，他認為火星做勻速圓周運動，但他發現太陽的真實位置不是他所假定的圓心。他假定火星的運行軌道是偏心圓，花了大量的時間尋找這個偏心圓的圓心所在；即使做出了很大努力，也沒能得到令人滿意的結果。

物理教學培養的直接對象是人，而不是科學本身。只有培養出富有科學精神、熱愛真理并追求真理、具有創造能力、具有頑強意識的人，科學才能得到發展。皮亞杰說過：教育的目的是要造就有創造、發明和發現能力的人，不是要培養對前人的工作的只會作出簡單重復反應的人。以物理學史為襯托的物理教學并不是要使物理教學重蹈歷史覆轍，而是要抽取歷史中最精粹的部分，結合并對比現代科技，歷史地、現實地啟迪學生的思維，培養學生的能力。

綜上所述，從天體運行規律的發現史中，我們可以看到并充分意識到，物理學史的教育功能的獨到之處及融入史料的教學方式的優越性，這種教學方法的功效是使用其他方式用成倍的時間都無法換來的。在物理教學中，滲透這些物理學家質疑、批判、創新的物理學史，對于培養學生的質疑、批判精神和創新能力大有裨益。

參考文獻：

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