讀《科學史十五講》有感

　　《科學史十五講》(以下簡稱“十五講”)是大型多學科普及讀物——《名家通識講座書系》之一，由上海交通大學江曉原教授主編。該書不僅介紹了近代以來的西方科學成就，還用了近一半的篇幅介紹了古代希臘、古代中國、古代阿拉伯以及中世紀歐洲的科學;作者不是簡單羅列各個時期科學發(fā)展的成就，而是重點分析科學發(fā)展的歷程;書中不僅吸收了近年來科學史研究的新成果、新觀點，還為科學史的學習提供了新視角、新方法。閱讀此書使我們感到：科學不再神秘，科學史教學有路可尋。

　　一、更新教學觀念

　　“十五講”給我們帶來的最大震撼是在科學史觀方面，它糾正了我們對科學的偏見，比如：

　　1.“科學”與“正確”的關系

　　江教授在書中并沒有給“科學”一詞以明確的界定，因為他認為，“科學”是由人創(chuàng)造出來、并不斷發(fā)展的，它不是至高無上的知識體系，它可以、而且也應該被討論。透過他對“科學”與“正確”的關系的理解，有助于我們從一個側(cè)面理解“科學”的含義。

　　以前我們認為，“科學的”就是“正確的”，“不正確的”就不是“科學的”。其實這是對科學的誤解。而判斷一種學說是不是科學，不是依據(jù)它的結(jié)論，而是依據(jù)它所采用的方法、它所遵循的程序。江教授指出，西方天文學發(fā)展的根本思路是：在已有的實測資料基礎上，以數(shù)學方法構(gòu)造模型，再用演繹方法從模型中預言新的天象;如果預言的天象被新的觀測證實，就表明模型成功，否則就修改模型。從這個角度來看，托勒密的天文學說當然是科學的。另外，哥白尼的學說也不是靠“正確”獲勝的。

　　科學具有時代性，它的觀點和思想不可避免地受當時社會和歷史背景的影響;因此科學又具有暫時性，它在某一段時間內(nèi)是正確的，但未必永遠正確;科學又具有持久性，其方法可為后人借鑒。所以，“科學的”未必“正確”，“正確的”未必都是“科學”。“公元2003年5月15日中午江曉原吃了餃子”，這永遠是正確的，但它不是、也永遠不可能成為科學。

　　2.科學與宗教的關系

　　我們一直以為，宗教與科學是不相容的，宗教對科學只有阻礙作用。閱讀了“十五講”后，我們改變了自己的觀點。古希臘人按照自己的形象與性格創(chuàng)造出了神，這使得他們覺得自己生活在一個由熟悉的、可以理解的力量統(tǒng)治的世界里。因此少了一份對自然的恐懼，多了一份探索的勇氣，這無疑有利于古希臘科學的產(chǎn)生與發(fā)展。他們還創(chuàng)造出了完善的諸神譜系，這種秩序和規(guī)則的概念，反映了一種原始的邏輯體系，從而有助于理性精神的孕育。因此，不能把宗教與愚昧完全等同起來，也不能把科學與宗教根本對立起來。新教允許個人在一定程度上自由地解釋《圣經(jīng)》，這樣就在科學和宗教之間構(gòu)成了一種張力，從某種意義上講，有利于鼓勵人們探索自然的奧秘。近代的科學革命就是在宗教改革的背景下開始的，牛頓是這場革命中誕生的巨人，而他又是一位虔誠的基督徒。

　　二、充實教學內(nèi)容

　　閱讀了“十五講”后，我們對科學某些領域的發(fā)展情況有了整體性認識。比如：

　　1.古代中國的自然觀和時空觀

　　“十五講”認為，要了解中國古代的科學文明，首先應對中國古人的自然觀有所了解，比如古人對人與自然關系的認識，對宇宙起源、演變的認識以及對時空問題的認識。

　　關于宇宙的起源，中國有“盤古開天地”的傳說，透過這一傳說可以看到，古人認為：宇宙的形成是長期演變的結(jié)果，最初它只是一團渾沌不分的氣，后來陽氣上浮為天，陰氣下沉為地。在此基礎上，形成了關于宇宙結(jié)構(gòu)的蓋天說。這種理論認為，天地是兩個平行平面，天在上，地在下，天地一樣大，日月星辰在天殼上有規(guī)律地運動。但有人認為，天是圓球，天包著地，地浮水上——這就是渾天說。公元前2世紀出現(xiàn)了“渾蓋之爭”，西漢的揚雄依據(jù)觀測的結(jié)果對蓋天說提出了質(zhì)疑：為什么天上的太陽卻從地平面之下升起?東漢的王充則對渾天說提出了質(zhì)疑：太陽是個火球，如果說地浮于水上，那么火球怎能從水中出入?南宋的朱熹反對蓋天說，贊成渾天說，他的推理是：如果按蓋天說制作一個蓋天儀，其形狀如同雨傘，四周必定漏風。這場爭論延續(xù)了一千三四百年，促成了中國古代天文學諸多重要成就的取得，如：被后人奉為歷法圭臬的《太初歷》，勾股定理以及相關的測高望遠術(shù)，天文大地測量以及天文儀器等。

　　特殊的宇宙觀又產(chǎn)生了特殊的時空觀。時空問題是科學的基本問題，因為科學討論的事件都在一定的時間和空間中發(fā)生的，如果時空問題不解決，那就意味著科學在討論具體問題時，失去了其基本參照體系。歷史上重要的科學革命，很多都跟時空觀的變革有關。學習科學史，不能不關注時空問題。

　　“古往今來曰宇，四方上下曰宙”。古人早已意識到了時間的流逝是連續(xù)的、不可逆的、無限的，同時又是客觀的、均勻的，并因此產(chǎn)生了“惜時”的思想。他們認為，大地是平的(水面也是平的，所以有“水平”一詞)，背離地面則為上，反之則為下(歐洲人認為：指向地心為下，背離地心為上。中國人反對這種觀點：人在地球上無論立于何處，都是頭上腳下，必定會發(fā)生傾墜)。對于時空關系，古人認為：時間在空間中流逝，空間存在于時間之中，時間流逝的快慢隨觀察者所經(jīng)歷的空間場合的變化而變化。比如，夢境中的時間流逝遠遠快于人世間，仙境中的時間流逝又大大慢于人世間。

　　2.從托勒密學說到牛頓的萬有引力

　　牛頓曾說，“如果我比別人看得遠些，那是因為我站在巨人們的肩上。”要理解這句話，就必須了解萬有引力發(fā)現(xiàn)以前天文學發(fā)展的重大歷程。

　　托勒密在繼承前人的基礎上提出，地球位于橢圓的一個焦點上，而且靜止不動——如果地球旋轉(zhuǎn)的話，地球上的東西就會移動，而不是與地球緊緊相隨。天體在橢圓圓周上做變速運動，速度變化的規(guī)律是，使地球上的觀測者看來它是勻速的。在托勒密的地靜說(嚴格地說不是“地心說”)中，行星在一個較小的圓周(即“本輪”)上作勻速運動，本輪的中心又在另一個大輪(即“均輪”)上勻速運轉(zhuǎn)。哥白尼認為，天體應該有簡單、完美的運動，他提出：太陽位于宇宙的中心，水星、金星、地球帶著月亮、火星、木星和土星依次繞著太陽運行(哥白尼并不認為太陽是中心，他的體系不能稱為“日心說”)。弗朗西斯·培根等人反對哥白尼的地動說，而伽利略則是哥白尼學說的信仰者，開普勒、牛頓也支持這一學說。后來伽利略用望遠鏡發(fā)現(xiàn)金星是繞太陽轉(zhuǎn)動的，從而證明了托勒密體系是錯誤的。而開普勒在考察了行星繞日運動的物理原因后，提出了外力作用于行星的觀點。牛頓進一步思考：行星為什么總是繞太陽作封閉曲線運動，而不作直線運動跑到外部空間去?經(jīng)過長期研究他發(fā)現(xiàn)了萬有引力。

　　三、變換教學視角

　　閱讀了“十五講”后，我們領悟到：科學史的重點不是“科學”，而是“歷史”�？茖W的萌發(fā)、科學的環(huán)境、科學的影響等才是科學史教學的重點，比如：

　　1.讓學生了解：地圓學說是怎樣萌發(fā)的

　　講授科學的成果、學說的內(nèi)容不是歷史教師的專長，甚至有班門弄斧之嫌，讓學生知道科學成就是怎樣起源與萌發(fā)，怎樣繼承與變革，怎么傳播與發(fā)展，這些才是我們的職責。以前常用一些因演繹而失真的故事，把科學探索簡單化了，無法使學生了解科學研究的漫長，也忽視了科學家的艱辛，對于學生科學探究精神的培養(yǎng)是不利的。“十五講”中介紹了許多科學探索的例子，比如亞里士多德等人關于地圓學說的提出，就是建立在長期觀測的基礎之上的，他們發(fā)現(xiàn)：(1)帆船出海航行時，隨著船的漸行漸遠，岸上的人們所看到的現(xiàn)象是船體漸漸地消失在水中，而桅桿還顯露在水面上。船返航時情況則相反。(2)人們在地表面沿南北方向遠距離移動時，會發(fā)現(xiàn)北極星的高度在變化。向北移動時北極星升高，向南移動時降低。(3)人們在地表面沿南北方向遠距離移動時，會發(fā)現(xiàn)天上星星的分布發(fā)生變化。向南移動時，南天球原來看不到的星星會逐漸從地平線之下升起，而北天球原來看得見的星星則會逐漸消失在地平線下。向北移動的情況則相反。(4)月食時，投影在月表面上的陰影的邊緣總是圓弧狀的。據(jù)此，他們分析得出結(jié)論：大地是圓球形的。

　　2.讓學生認識：社會環(huán)境對科學的制約

　　科學的發(fā)展關系到社會的進步與人類的未來，反過來，社會的觀念尤其是國家的政策對科學的發(fā)展有著極其重要的影響。在科學史教學中，讓學生理解科學與社會環(huán)境之間的關系，十分必要。而拉瓦錫之死反證了社會環(huán)境對科學發(fā)展的重要性。

　　1765年，21歲的拉瓦錫在法國科學院宣讀了他的第一篇學術(shù)論文。同年他的設計被評選為城鎮(zhèn)路燈照明的最佳方案，并因此獲得了法國科學院頒發(fā)的金質(zhì)獎章。25歲當選為法國科學院院士。大革命開始之初，他的科學研究并未受到影響。但雅各賓上臺后推行恐怖政策，法庭以“可惡的包稅人”、“在人民的煙草中加水”等罪名，判處他死刑。法國科學界呼吁赦免拉瓦錫，無濟于事，行刑前，辯護律師一次次提醒法官顧惜拉瓦錫的發(fā)明創(chuàng)造以及正在建立起來的新科學，革命法庭副長官考費那爾的回答是：“革命不需要科學，只需要正義!”有人說，反對科學和科學家的政府必然會走向反動，從雅各賓派執(zhí)政的歷史上看，這不無道理。

　　3.讓學生理解：科學改變了人的觀念

　　科學的深刻影響在于改變了人的思想觀念，讓學生從這個角度理解科學的意義可能更有價值。牛頓的《自然哲學的數(shù)學原理》被公認是科學史上最偉大的著作，在對當時和后代思想的影響上，沒有什么別的杰作可以和它相比。倫敦大學的米歇爾•亨特教授指出：“牛頓體系的本質(zhì)在于，地球和其他天體都按照相同規(guī)律運動，并且可以量化計算。”在此之前，人類的思想還充斥著迷信和恐懼，而牛頓宣告了科學時代的來臨。如果說上帝創(chuàng)造了世界，而牛頓則發(fā)現(xiàn)了上帝創(chuàng)造世界的方法。這給人類帶來了從未有過的自信，曾經(jīng)匍匐在上帝腳下的人類，終于大膽地抬起頭來，開始用自己理性的眼光打量世界。

　　達爾文的進化論也漸漸地深入到人類思想和行為的各個方面：第一，人們認識到，世界是動態(tài)的、進化的，而不是靜態(tài)的。第二，出現(xiàn)了社會達爾文主義，它認為，人類社會也像自然界一樣“弱肉強食，物競天擇，適者生存”。第三，確立了包括人類在內(nèi)所有生物的共同起源的原理，這預示著絕對人類中心論的滅亡。第四，認為成功的繁衍僅僅存在于那些具有最適合所處環(huán)境特定條件的特點的個體中，這就駁斥了宇宙目的論或自然界的預定論。

　　以上只是筆者的幾點膚淺體會，更多的精華只有在反復閱讀后才能品味出來，而且不同的人從不同的學識基礎出發(fā)，得到的認識又會有所不同。我們相信，閱讀此書，有助于發(fā)掘科學史的內(nèi)涵，提高駕馭科學史的能力，增強科學史教學的信心。