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近代科学史的教学重点与策略
时间2021-06-18 02:07  

  世界近现代科学史的内容,专业术语多、知识点密集,从来都是教学中的一个难点。新课程实施以来,这一状况不仅没有改善还出现了新的问题,亟须引起各方面的注意。

  一、近代科学史内容的教学问题

  在历史课中,近代物理学和生物学等科学史的教学内容怎样选择?是从经典力学和进化论的具体内容着眼,还是从其历史发展的进程着眼?实际教学中的一些现象告诉我们,要在两者中作出正确的选择并不轻松。

  笔者随意从某网站下载了些相关内容的教学课件,其中一个课件中有关“经典力学”的教学内容如下:

  (一)经典力学体系的创立和发展

  1.伽利略对亚里士多德力学观的否定

  亚里士多德的力学观:必须有力作用在物体上,物体才能运动,没有力的作用,物体就会静止。伽利略通过观察、实验和推理,得出结论:如果运动物体不受阻碍,它将速度保持不变地持续运动下去。

  教学建议:关于“亚里士多德力学观”可以举例做简要的说明和分析。“推箱子”的例子(略)。关于“伽利略的力学观”的教学,可以补充伽利略“斜面实验”的动画演示,以利于学生形象地认识他的观点,理解伽利略对经典力学建立的主要贡献。斜面实验(略)。

  2.牛顿对前人科学理论的发展

  (1)经典力学体系的主要内容:物理运动三定律,包括惯性定律、加速度定律、作用与反作用定律;万有引力定律。牛顿力学体系及数学、天文学方面的研究成果记载在他的科学巨著《自然哲学的数学原理》。

  教学建议:关于“经典力学体系的主要内容”的教学,可以补充一些动画资料,以利于学生的理解。惯性定律的实例;作用与反作用定律的实例:炮弹例子(略)

  (2)经典力学体系的历史地位

  理论的综合:牛顿力学体系正确地反映了宏观物体低速运动的客观规律,对自然界的力学现象做出了系统、合理的说明,从而完成了人类对自然界认识史上的第一次理论大综合。经典力学体系的建立标志着近代科学的形成。

  实践的验证:根据万有引力定律,人们准确地算出地球的平均密度和扁平率,正确地解释了潮汐的成因。根据这一定律,人们还发现了海王星、冥王星。

  但牛顿的理论仍然有缺陷,比如他的绝对时空观,新研究的现象,比如,电磁波、光的传播和快速的电子运动,等等,都不遵循牛顿的力学定律。也就出现了所谓的物理学危机。(由此引出爱因斯坦相对论内容的教学)

  从比较高的点击率看,很多教师可能就是以这样的内容和方法展开教学的。有的老师可能会说,这有什么奇怪的,教科书就是这样写的啊,例如,某一版本教材的“牛顿及其经典力学的主要内容”子目中,既有万有引力定律的公式及其说明,也有运动三定律的定义及说明。在必修三的世界科技史专题中,多数教材也将近现代物理学的内容编为一课,并以牛顿力学体系、量子力学和相对论的具体内容作为教学要点。

  这样的做法也在情理之中,因为课程标准也是从这样的角度提出教学要求的,如“了解经典力学的主要内容,认识其在近代自然科学理论发展中的历史地位”、“知道相对论、量子论的主要内容,认识其意义”。既然要求从“近代自然科学理论发展”方面认识其“历史地位”,从物理学发展的角度作教学设计好像也没错。

  但若着重于科学史的内容研究,“历史”课的味道从何体现呢?教学中二者究竟应如何取舍呢?笔者认为,应从科学史教学内容的要点,也是学生感兴趣的内容人手。

  二、近代科学史内容的教学重点

  科学史课程以人类在科学技术等方面的文化成果为学习要点,主要包含三方面的知识内容。一是体现学科发展成果的知识,如经典力学的运动三定律、万有引力定律的具体内容和表现等。它们一般以学科专业术语、公式和原理的方式呈现。二是体现学科发展进程的知识。其中,有与学科发展背景相关联的知识,如导致17世纪科学革命产生的文艺复兴运动、欧洲的航海活动;有与学科发展影响相关联的知识,如科学革命所引起的欧洲经济发展、思想观念和社会生活的变革;也有与学科发展线索相关联的知识,如从哥白尼的太阳中心说到伽利略和开普勒的科学发现,再到牛顿力学体系近代天文学的发展进程。三是体现学科精神的知识。人类科学的发展是在“猜想”与“反驳”的进程中前进的,既有牛顿等科学家“站在巨人肩膀上”的继承与发展,也有爱因斯坦等人对“巨人”提出挑战的勇气和决心。科学发展进程中科学家勇于探索、不断创新的情感、态度和意识,就是科学史内容的学科精神,也是培养学生崇尚科学精神,坚定求真、求实和创新的科学态度的基本内容。

  但是,在科学史教育中,学科知识与学科精神的教育价值和教学功能有明显的区别。体现学科发展成果的知识是一定历史阶段的产物,其对客观世界的认识常常有一定的局限性。从历史的发展实践看,一切有形的、物质的成果都将随着时间的流逝而失去它的使用价值,只有那些可以表达人类对真理的理解和追求的精神成果才是永存的。对学习者来说,理解学科精神比掌握学科知识重要得多。学生通过学科成果获取其文化信息只是手段,其目的是要理解和欣赏渗透在其中的审美情趣、聪明智慧和对生活的态度等无形的精神财富,如对经典力学的学习,不只是要认识其在“近代自然科学理论发展中的历史地位”,还要认识其对人类社会的经济、思想观念和世界观的历史影响,更为重要的是传承与发展科学家的创新精神和科学态度。这样的教学目标,只通过展现学科的知识是无法达到的。只有从近代科学相关联的历史背景和影响出发,才能理解科学革命对西欧乃至于人类社会的历史意义。只有明确哥白尼、伽利略、开普勒和牛顿各自的科学发现及其发展过程,才能理解科学家的创新精神以及继承与发展的关系,也才能对近代科学的发展做出全面的分析和评估。可见,历史课中科学史内容选择的着眼点,不是体现学科专业成果方面的知识而是体现其发展进程的知识。其教学重点,不是对科学专业知识的理解和运用,而是对引起近代科学产生和发展因素的分析和评价。历史课注重从文明发展进程中汲取精神成果,这样才能从本质上领会文化内容的真正魅力。基于此,历史学科总是把科学技术等内容纳入文化的领域来加以梳理和总结。

  为方便教学,高中新课程世界近现代科学史的内容,可以考虑从近代科学史和现代科学史两条线索展开。近代科学史可以经典力学和进化论的形成过程为主要内容,从反对宗教神学的角度确立主题和教学价值。现代科学史可以量子力学和相对论的形成过程为主要内容,从物理学的新发展及其对现代社会影响的角度确立主题和教学价值。

  三、近代科学史内容的教学策略

  近代科学肇始于文艺复兴时期的天文学革命,以经典力学的形成为标志。从17世纪到19世纪,近代数学、物理学、化学和生物学先后形成,史家称其为从宗教神学的束缚下获得解放的科学革命。天文学革命、经典力学的形成以及进化论的产生,在近代科学史上具有十分重要的地位,可以作为教学的基本内容。

  1.关于天文学革命内容的教学策略

  哥白尼的太阳中心说以及开普勒、伽利略和牛顿的科学成就都与天文学的发展有一定的联系。天文学革命所反对的是基督教会所支持的地球中心说的宇宙观。这部分内容也就应该成为学生认识相关问题的起点。既是起点,应有简明清晰的线索。教师在简单陈述中世纪的欧洲以及宗教神学的宇宙观后,可进一步补充材料,展现两千年来人们对宇宙的各种认识。每个学生都生活在地球和宇宙之中,通过材料(或据此改编成的故事)形式所呈现的具体的古人对地球以及其他星球的看法容易激起其学习兴趣。以此为切入点,应当是不错的选择。

  太阳中心说的内容学生比较熟悉。教师可以在补充哥白尼简要生平和观测天体运动材料的基础上,要求学生结合《天体运行论》的相关信息和文艺复兴运动的内容,就哥白尼“太阳中心说”的形成及其历史作用进行评价。

  日心说与教会所支持的地心说,其对宇宙的解释是与事实完全相反的。这种矛盾造成的认知冲突恰恰可以被利用引导学生对日心说的历史影响进行评价,可以培养其分析问题和归纳问题的能力。通过引导,学生能够认识到日心说所蕴含的反对愚昧、崇尚理性和客观地认识世界的科学精神。

  近代科学史内容的教学,如果一开始就说伽利略的自由落体定律和牛顿的三大定律,学生对近代科学的认识缺乏依托性。先提出中世纪的宇宙观,就为对科学革命内容的理解找到了基点。16、17世纪的科学革命,其最初含义应当是对宗教神学的革命。哥白尼、开普勒和伽利略的斗争过程,就是科学从封建神学的束缚下解放出来的过程。

  2.关于经典力学内容的教学策略

  在牛顿经典力学的主要内容中,有关物体运动三定律和万有引力定律的具体表现是物理课重点学习的内容,历史课所要学的应当是相关科学发现的特点以及形成过程中的影响因素。这部分内容涉及不同科学家的诸多科学活动,信息量很大,教师应通过对伽利略、开普勒和牛顿的科学活动内容的简要补充,使学生从材料中归纳有效信息并进一步思考。

  关于牛顿力学体系特点的学习,除了运用材料信息归纳有关内容以外,还可以引导学生将其与中国古代科技进行比较。通过研究对象、研究方法和研究结果等方面不同项目的对比,以明确西方近代科学的基本特点,并对中国古代科技发展的特点以及近代中国科技落后于西方的根源有更加清醒的认识。

  3.关于进化论内容的教学策略

  就像牛顿因为发现了支配宇宙物体的定律而主导了17世纪的科学一样,达尔文因为发现了支配人类进化的规律而主导了19世纪的科学。有关人类起源问题内容的学习,既要了解进化论的主要观点,也要知道“神创论”的说法,只有这样才能认识到科学和宗教在人类起源问题上产生的分歧以及进化论的意义。

  对中国的学生来说,批判“神造人”的谬论并不困难,对进化论观点的理解也不会有多大的麻烦。教学中,可以结合达尔文环球考察的经历以及进化论者与神学论者思想交锋的内容,引导学生从时代背景的角度以及社会意义上思考相关问题,如进化论者与“神创论”者在人类起源问题上有何差异?达尔文进化论的主要观点是什么?他的观点为什么在当时会引起生物学、宗教和哲学甚至政治学的大争论?为什么说达尔文进化论中“适者生存”和“生存竞争”的观点与时代的倾向相吻合?结合所学知识就社会达尔文主义对近代中国的历史影响作出评价。

  从生物学的进化论到达尔文学说在社会舞台上的运用,反映了进化论对人类社会政治和思想观念的影响。19世纪中后期,达尔文主义被用来为殖民主义和帝国主义作辩护。近代中国的爱国知识分子则把它作为刺激国人奋发图强、实行改革和发展的工具。有关达尔文主义的讨论内容,容易激活与其有联系的其他知识,以建立起新的认知结构。

  4.关于近代科学革命影响的教学策略

  经典力学的形成,从其在自然科学理论的历史地位而言,是近代科学形成的标志。从社会历史影响而言,是一场思想观念领域的革命,对人类社会的现代化具有十分重要的作用。

  史家在论述经典力学和进化论的历史影响时,总是将其放在社会的大环境下认识。所谓科学革命的说法,绝不止于自然科学本身的变革,还包括对宗教神学的斗争。教学中,可引导学生首先从这一方面人手思考相关问题,如有人说,17世纪的牛顿把造物主从无生命现象的研究领域驱逐了出去,19世纪的达尔文又把造物主从有生命现象的研究领域驱逐了出去。这种说法有没有道理?谈谈自己的看法。

  科学革命还对社会经济和人们的生活等方方面面产生了重大的影响。在19世纪结束时,科学已经成为西方社会一个日益重要的组成部分,其影响涉及到生产方式、生活方式和思想方式各个领域。它不但深深地影响了西方,也对东方乃至于整个世界产生了深远的影响。教学中,可就此引导学生做些思考,如在欧洲近代史上,17世纪的科学革命对18世纪的政治革命和19世纪的工业革命有何影响?19世纪中后期,西方的科学技术对东方的日本和中国产生了怎样的历史影响?说明了什么问题?相关问题的分析,可以在与经济、政治和思想文化等内容的联系中使科学史的内容获得新的意义,也可以在突出近代以来科学革命历史意义和社会影响的过程中弘扬科学的精神。

  实际教学中,不少教师认为科学史的教学乏善可陈,往往一带而过,其实,只要参透了科学史的精髓,这部分就会成为教学中的一个亮点。

 
 
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