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我们该如何利用好科学史-山大辅仁

时间: 2017-03-25 00:00:00

我们该如何利用好科学史

自从二十世纪科学史成为一门正式的学科,科学史的研究就受到很多科学家的重视。他们在向学生讲授学科专业知识的同时,也会略微提到这门学科的历史,目的是为了增强这门学科的趣味性,使枯燥的学科教学变得不那么无味。从这个角度上来讲,学科史有助于理科教学。


就拿现在物理课本来说,当中就有某某科学家的生平及相关的历史故事作为点缀,另外,老师也会将史实进行加工,使他们充满着传奇色彩。我们从小也听说过很多的传奇故事,比如:阿基米德在浴盆里发现了浮力定律,赤身裸体跑到大街上,告诉每一个人他的发现;伽利略为了证明自由落体运动规律,把同样大小的木球和铁球从比萨斜塔上扔下,结果同时着地,反驳了亚里士多德的重物先落下的理论;牛顿被苹果砸中后,打通的任督二脉,发现了万有引力定律;瓦特在外祖母家度假,偶然发现烧水壶的壶盖被蒸汽掀动,被启发后发明了蒸汽机;奥斯特、法拉第等等这些科学家都有一些传奇故事。这些故事让物理教学变的有趣。


虽然这类故事确实能够唤醒孩子对神秘的科学世界的向往,但是仅仅让孩子觉得有趣这是科学史教学的浅层意义。这些故事的意义无非就是在向学生传达这么两层意思,第一,科学发现往往是偶然的,需要机遇。第二,只要执着于科学发现就一定有所收获。这种意义对于理解严谨的科学理论往往是有害的,因为很多故事是以讹传讹,使人们忽略科学发现的真实历史条件极其极端艰苦性。如,我在讲授法拉第的故事的时候,学生就很难理解如此简单的实验现象,需要用十年的时间去发现。这就是由于我们只注重传奇而不重视事实的结果。

其实我们并没有给学生呈现当时的历史条件,如测量工具由自己制造,电源得来不容易,就连绝缘导线都没有,需要法拉第自己用布条缠绕在到线上得到。

科学史所能告诉人们的科学思想的逻辑演进,对科学的学习才更有意义。当我们开始学习物理学时,我们常常为那些与常识格格不入物理观念而苦恼,这时,如果我们了解一下物理观念的建立的历史,接受这些观念就会变得容易。他们不是一开始就古怪的思考问题,他们建立科学概念的过程很好理解,而且引人入胜。以运动为例,哲学家亚里士多德说,运动有两种,一是天然运动,一是被迫运动。轻的东西向上走,重的东西向下走,这是天然运动。一旦物体到达了自己的天然位置,就不再有运动倾向了,这时候只有外力才能迫使物体运动,地面上运动的物体都是受迫运动。外力一旦消失,受迫运动就停止了。亚里士多德的这些观念很符合常识,比如,天然运动理论可以得出重的东西下落得快,轻的东西如羽毛下落的慢。亚里士多德的理论虽然有一些错误观念,但是它是成体系的一套完整的理论,不是课本上的简单的一句话。运动观念的变革首先是伽利略做出的,伽利略没有着急做实验,他先是从逻辑上开始批评亚里士多德,做了一系列的假设,设想一个重物和一个轻物捆绑在一起,一方面,绑在一起的两个物体构成了一个新的更重的物体,按照原先理论,应该比单个物体更快。另一方面,两个物体一快一慢,快的一定被慢的物体拖慢,慢的物体也会被另一个物体拖快,进而达到一个平衡速度,这个速度应该比重物慢一点。各有各的道理,但是却相互矛盾,不能调和。解决这个矛盾的惟一途径就是下落速度与重量无关。当然,他后来又做了一系列的实验来进行验证。但是斜塔这个实验不在他的记录中,因为即使真做这个实验,结论肯定对自己不利,因为空气阻力的存在,多半是重球先落地。所以我们应该还原真实的历史,而不应该只讲传奇故事。我们初中的物理教学中的故事讲述,基本上成为鸡肋,除了增加兴趣别无他用,然后以现在学生的阅读量,恐怕孩子在小学乃至学前就已经熟悉了这些故事了,再给他们重复讲解,最后连基本的兴趣都没有了。现在的孩子都能初中之前就能讲很多段科学家的传奇故事了。

我们目前的物理教学的侧重点可以用下图简单概括

图一

图二

也就是,通过讲授或者实验,得出物理学理论,再利用物理学理论做练习题或者解释生活中的现象去巩固物理学的理论。这样就造成了,学生在经历了这样的循环之后,把物理学的现成的理论奉为绝对真理,使得物理学的这些基本理论没有了发展的可能性。


如果我们要解决这个问题,就需要在学科史上下一点功夫,做一点研究,让学生亲自经历理论建立逻辑行程。比如在讲授《怎样产生感应电流》这节课时,我先呈现一段故事,将法拉第早期研究过程讲述一番,主要是介绍法拉第十年间是怎样进行改进和操作的,且提醒学生法拉第一直把线圈静止放置在磁场中,然后学生讨论,以法拉第助手的身份给他提出建议。学生从初步的能量守恒的角度出发建议他动一动线圈,从而使学生明白了电磁感应是一种暂态效应,加深了学生对学科思想可以作为研究引领的作用的印象。在实际教学中我认为应该加入一个环节,如图2所示。使学科学习不再是如图1的死循环,而成为有源之水。


注:史实部分参考吴国盛《科学的历程》


编辑:王雪 审稿:陈钰







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