對滬科版課本中一副插圖的商榷

周金滿

[摘要]科學巨匠牛頓被一個蘋果砸中頭部后，突發靈感，從而發現了萬有引力定律。這個故事是科學史上一個經久不衰的傳說，甚至課本插圖也是如此形容。事實上，經過多方考證，牛頓并沒有被蘋果砸中頭部。這種虛構的物理學史不僅沒有起到應有的教育作用，反而不利于培養學生的物理學科核心素養。

[關鍵詞]牛頓;蘋果;萬有引力;學科核心素養

[中圖分類號]

G633.7

[文獻標識碼] A

[文章編號] 1674-6058（2020）17-0038-02“一個蘋果掉下來，砸在牛頓頭上，促使牛頓開始思考引力，從而發現萬有引力。”這個故事是物理學史上一個經典傳說，甚至中學課本插圖（如圖1，見滬科版八年級物理教材第111頁插圖）也是如此形容的。事實上，萬有引力的發現過程并非那么簡單和傳奇，而是牛頓以前人的成果為基礎，歷經漫長的勤奮工作和思考才發現的。教學中，教師應當尊重歷史事實，合理利用這段物理學史的教育意義，培養學生的物理學科核心素養。

一、萬有引力的發現過程

1.歷史背景

文藝復興時期，萌發了很多自由和懷疑思想。哥白尼（1473 -1543）敢于質疑權威，批判地心說，創立了日心說，認為行星（包括地球）都繞太陽做圓周運動。之后，丹麥天文學家第谷（1546-1601）連續20年觀測行星的運動，積累了大量的數據。第谷逝世前把資料贈送給了他的學生開普勒（1571-1630）。開普勒用了20年時間研究了第谷的行星觀測記錄，發現哥白尼的網軌道并不準確（火星軌道最大有8的偏離），并且最終得出，行星繞太陽的軌道，應該是橢網。加上他對行星運動規律的其他發現，最終提出了行星運動三大定律。

當時，人們圍繞行星運動的原因提出了種種假設。開普勒提出，行星受到來自太陽的類似磁力的作用。伽利略（1564 -1642）提出，物體之所以做網周運動，是因為一切物體都有合并的趨勢。笛卡兒（ 1596 -1650）提出，行星之所以繞太陽運動，是因為有旋轉的物質作用在行星上。胡克（1635 -1703）等人提出，行星的運動是因為受到太陽的引力，并且證明了圓形軌道下，引力的大小與距離的二次方成反比。

2.牛頓的貢獻

牛頓（1643 -1727）在前人的基礎上，艱苦探索，終于取得了重大突破。

首先，牛頓論證了行星的運動必定受到一種指向太陽的引力作用。

其次，牛頓運用自己發現的微積分知識，進一步論證了行星沿橢網軌道運行時受到太陽的引力與它們之間距離的二次方成反比。

再次，牛頓根據物體間作用的相互性，認為行星受太陽的引力與太陽的質量成正比，所以得出太陽對行星的引力與兩者質量的乘積成正比。

最后，牛頓認為，不僅太陽與行星之間存在引力，任何物體之間都應該存在引力，于是提出了萬有引力定律。

二、蘋果與萬有引力

1.蘋果與牛頓

蘋果的故事，源于牛頓晚年的口述，眾所周知，牛頓晚年癡迷于神學，而蘋果作為伊甸園中的智慧之果，其象征意義是不言而喻的。因此不少學者認為，牛頓在晚年放出的這個故事，意在暗示人們：他是冥冥中獲得天啟，這也讓他有了一層神話色彩。

或許牛頓晚年口述的故事確有其事，但是根據牛頓自己的敘述，當時掉下來的蘋果并沒有砸到他的頭上，而是砸在了地上[1]。由此可見，蘋果砸到牛頓頭部的故事純粹是杜撰的！

2.牛頓與萬有引力

科學研究不可能是一蹴而就的。牛頓并不是一開始就提出了“萬有引力”這個概念，而是一個一個層次的分析和概括，從離心力過渡到向心力，再到重力，最終到萬有引力。這個過程他花了整整20年。曾經有人問他，你是怎樣發現萬有引力的？牛頓回答：“靠不停地思考。”[2]

萬有引力的發現，也離不開前人的貢獻。在給胡克的一封信里，牛頓寫道：“如果我看得更遠，那是因為站在巨人的肩上。”牛頓所指的巨人，并不僅僅只是伽利略和開普勒，而是中世紀以來無數從事科學研究的先驅們！如圖2[3]。

三、思考與建議

1.對課本插圖的建議

作為基礎教育的教科書，應當是知識與嚴謹的象征。課本可以通過故事來激發學生的興趣，但絕不可忽視事實傳遞杜撰的歷史。蘋果的故事，只會讓學生把牛頓當成圣人和天才，以為他僅僅憑靈感和天才就做出了豐功偉績，覺得他遙不可及。課本用此插圖，不僅沒有傳遞正確嚴謹的物理學史，也無法讓學生體會科學探究的嚴謹與艱辛。

2.教師應當尊重歷史，培養學生的學科核心素養

作為教育工作者，我們應當尊重歷史事實，傳遞正確嚴謹的物理學史，并注重培養學生科學思維、科學態度等物理學科核心素養，引導學生在學習中善于總結、勤于思考。

[參考文獻]

[l]張達明.牛頓并未被蘋果砸中頭[J].聰明泉（情商），2010（3）：39.

[2]李東.牛頓是怎樣發現萬有引力定律的[J].中學物理教學參考，2012（21）：39-42.

[3]郭奕玲，沈慧君.物理學史[M].2版.北京：清華大學出版社.2005.

[4]索鴻英.近代物理的輝煌[J].中學生數理化（八年級物理）（人教版）.2010（3）：37-38.

（責任編輯 易志毅）