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1、“近代物理學(xué)的奠基人和革命者” 教學(xué)思考 “近代物理學(xué)的奠基人和革命者”教學(xué)思考 2015/10/15 《歷史教學(xué)雜志》2015年第八期 什么是人文精神？從廣義上說其基本內(nèi)涵有三個層次：一、人性，對人的幸福和尊嚴(yán)的追求，是廣義的人道主義精神；二、理性，對真理的追求，是廣義的科學(xué)精神；三、超越性，是對生活意義的追求。關(guān)心人的精神生活；尊重人的價值，尤其是尊重人作為精神存在的價值。①而從歷史教育的本質(zhì)來看，就是要對學(xué)生進行人文素質(zhì)的培養(yǎng)和人文精神的熏陶。那么，高中歷史課

2、程中的科技史主要教什么？要培養(yǎng)學(xué)生哪些方面的素養(yǎng)呢？據(jù)教學(xué)反饋，科技史教學(xué)通常有兩個難點，一是對科技術(shù)語、概念和科學(xué)原理的闡釋；二是如何以科技發(fā)展過程作為載體，來揭示科技發(fā)展與人類社會之間的互動關(guān)系，從而彰顯科技史的歷史感和人文性。教學(xué)中一些教師重前者輕后者，花較多的精力去講解科技成果本身而忽略了其產(chǎn)生的社會背景及社會影響。筆者認為有關(guān)科技具體內(nèi)容的教學(xué)只是難點而不是重點。正如鄭也夫先生所說：“科技史不是教授學(xué)生如何利用科學(xué)技術(shù)，而是教授他如何理解科技的重大發(fā)現(xiàn)對人類社會的影響。”②筆者茲以人民版“近代物理學(xué)的奠基人和革命者”一課為例，對人文精神視閾下的科技史教學(xué)作一嘗試，就教于同仁。

3、一、教學(xué)分析 1.課標(biāo)分析課標(biāo)要求“了解經(jīng)典力學(xué)的主要內(nèi)容，認識其在近代自然科學(xué)理論發(fā)展中的歷史地位。知道相對論、量子論的主要內(nèi)容，認識其意義”。據(jù)了解，一些教師把教學(xué)重點放在“了解”和“知道”科學(xué)發(fā)明的內(nèi)容上，甚至把牛頓力學(xué)的教學(xué)演示照搬到科技史教學(xué)中，而對于高中物理教師都難以解釋的相對論、量子論，就截取科教片中的視頻播放了事。教師蜻蜓點水、面面俱到的講解，學(xué)生似懂非懂，基本失去了科技史教學(xué)的特點和魅力，這種把科技史上成物理課的做法顯然是對課標(biāo)的誤讀。 2.教材分析教材的三個子目分別敘述的是經(jīng)典力學(xué)、量子論和相對論的產(chǎn)生及其意義。如果就課標(biāo)要求的“了解、認識”這些科學(xué)成果，教師只

4、需照本宣科，達成目標(biāo)似無大礙。但仔細思量，仍有需商榷之處。第一，本課標(biāo)題講的是物理學(xué)的奠基人和革命者，也就是說主角應(yīng)該是人，但教科書對科學(xué)術(shù)語、概念講得多，對人的敘述少，學(xué)生難以理解甚至?xí)械椒ξ?。因此，教學(xué)中應(yīng)該整合教學(xué)資源，調(diào)整教學(xué)的重心。建議兼容選修4《中外歷史人物評說》中的內(nèi)容進行預(yù)習(xí)，適當(dāng)補充科學(xué)家的故事，充實人文精神的教育內(nèi)容。第二，當(dāng)下幾個版本的教科書對這些重大科學(xué)發(fā)明的歷史地位和意義的表述顯得宏大且簡略，特別是對哲學(xué)方面的意義敘述學(xué)生很難明白，這就需要教師選取恰當(dāng)?shù)氖吕右躁U釋。第三，教材中的測試題、思考題略顯封閉，需要在教學(xué)過程中對問題加以修改或由學(xué)生自主創(chuàng)設(shè)更為開放的問題，

5、形成學(xué)生自由探討的條件和氛圍。 3.學(xué)情分析學(xué)生在初中物理課中對經(jīng)典力學(xué)有所了解，不必詳述；而量子論和相對論要到高三物理課中才涉及，況且這些科學(xué)概念和原理的教學(xué)難度大，師生都存在較大理解障礙，因此，不必生硬地講解，舉淺顯易懂的例子讓學(xué)生了解即可。 二、教學(xué)設(shè)計 導(dǎo)入：著名作家畢淑敏在清華大學(xué)對理工科學(xué)生演講時談到一件事情。那是正值奧姆真理教事件沸沸揚揚之時，她和日本筆會朋友交談中，日本朋友說，奧姆真理教的高級干部全都是理工科的大學(xué)生，他們?nèi)粣畚膶W(xué)，不看文學(xué)書，而愛好文學(xué)的人則比較不容易犯罪。后來畢淑敏就寫了篇文章，題目就是《愛好文學(xué)的人比較不容易犯罪》，并投給了《北京青年報

6、》。①各位同學(xué)是否贊同這種觀點？為什么？意圖：問題導(dǎo)入法意在把學(xué)生帶入對文理優(yōu)劣討論的問題情境，使學(xué)生進入“憤、悱”狀態(tài)，引起學(xué)生的探究渴望，有利于激發(fā)學(xué)生積極性。這是一個開放且與本課教學(xué)有密切聯(lián)系的問題，有助于學(xué)生辯證認識和理解科技知識與人文精神的內(nèi)涵與關(guān)系。問題1：結(jié)合所學(xué)知識簡述近代自然科學(xué)在哪些領(lǐng)域沖破了宗教神學(xué)的束縛并取得了重大成果？意圖：本問題意在使學(xué)生將天文學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)等三大領(lǐng)域的科學(xué)革命對宗教神學(xué)束縛的突破串聯(lián)起來，讓學(xué)生從宏觀上了解近代科學(xué)發(fā)展的脈絡(luò)和架構(gòu)，知道16世紀(jì)哥白尼的天文學(xué)、17世紀(jì)牛頓的經(jīng)典物理學(xué)，19世紀(jì)達爾文的生物學(xué)，這些是近代科學(xué)革命過程中一座座豐碑。

7、科學(xué)發(fā)展始終是在繼承與突破中不斷發(fā)展的。中世紀(jì)的歐洲，科學(xué)淪為了宗教神學(xué)的奴隸，所以近代科學(xué)必然首先是在破除宗教神學(xué)束縛之后產(chǎn)生。進化論的內(nèi)容于此不贅，為什么要補充天文學(xué)革命的相關(guān)知識呢？這是由于現(xiàn)有中學(xué)人教版和人民版教材中對此均未涉及，如果省略哥白尼的天文學(xué)革命，就會產(chǎn)生一些問題。首先，近代科學(xué)革命最先在什么領(lǐng)域得到突破？標(biāo)志是什么？其次，為什么近代科學(xué)首先在天文學(xué)領(lǐng)域得到突破？它在近代科學(xué)史上有何地位？哥白尼的日心說從根本上動搖了中世紀(jì)宗教神學(xué)的理論基礎(chǔ)，是自然科學(xué)爭取自身生存權(quán)的獨立宣言，是近代自然科學(xué)從神學(xué)中解脫出來的起點，這理應(yīng)成為近代科學(xué)史的重要內(nèi)容。第三，科學(xué)革命的發(fā)生難道是一個

8、個各自孤立的事件？科學(xué)史告訴我們，近代科學(xué)首先是在天文學(xué)領(lǐng)域得到突破，后來的開普勒、伽利略、牛頓和達爾文都與天文革命的發(fā)展有著一定的關(guān)系，孤立地看待科學(xué)發(fā)明與發(fā)現(xiàn)本身就不是科學(xué)的態(tài)度。對于物理學(xué)與天文學(xué)的關(guān)聯(lián)，楊振寧先生曾這樣解釋：物理學(xué)分為三個領(lǐng)域，分別是實驗領(lǐng)域、唯象理論和理論架構(gòu)。他以經(jīng)典力學(xué)作為案例“，經(jīng)典力學(xué)開始是16世紀(jì)哥白尼，他對一些行星的觀測是實驗；開普勒是理論物理學(xué)家，他是第一個發(fā)現(xiàn)行星繞太陽走，路線是橢圓，這是唯象理論的結(jié)果；牛頓的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》把它變成了理論架構(gòu)”。 ①這既是對經(jīng)典力學(xué)產(chǎn)生的通俗解讀，也是對牛頓“如果說我比別人看得遠些，那是因為站在巨人肩上的

9、緣故”這句名言的恰當(dāng)解讀。問題2：根據(jù)你的了解，牛頓在生活和科學(xué)研究中的哪些故事給你印象深刻？請概述牛頓經(jīng)典力學(xué)的主要內(nèi)容？意圖：前一個小問題意在引導(dǎo)學(xué)生多閱讀。歷史里面應(yīng)該有故事，故事應(yīng)該有蘊意。讓學(xué)生在閱讀中感知并提煉出成為科學(xué)家的一些特質(zhì)和秉賦，如人格獨立、大膽思考、敢于質(zhì)疑權(quán)威；勤奮、專注、執(zhí)著，善于觀察的品質(zhì)，等等。不過，作為科學(xué)家的牛頓，其思想也不是全都科學(xué)，如他認為“宇宙的規(guī)律是上帝創(chuàng)造的，認識規(guī)律就是認識上帝自己”。①讓學(xué)生認識，科學(xué)家也不是完美的。后一小問是基于課標(biāo)要求，使學(xué)生了解經(jīng)典力學(xué)的基本常識。不必過多闡釋。 材料1：1623年，英國議會通過了世界專利史上第一部完

10、整的成文法。該法反映了現(xiàn)代專利法的基本內(nèi)容，正是這樣一部樸素的法律在很大程度上刺激了技術(shù)的發(fā)明，使英國在古代文明的基礎(chǔ)上極其迅速地建立起了一個技術(shù)世界?！缆窗妗稓v史必修Ⅱ教師教學(xué)用書》1662年，英王查理二世頒發(fā)特許狀，成立促進自然知識的皇家學(xué)會，鼓勵并協(xié)調(diào)全國各專業(yè)成果。……1754年，“技藝、制造業(yè)及商業(yè)獎勵會”成立，該會為已被確定的成就提供金錢、獎?wù)潞推渌麍蟪??！幾运顾蚶锇⒅Z斯《全球通史》英國現(xiàn)代民主政治創(chuàng)新試驗方面的最大成就，是創(chuàng)造了一種全新的政體———立憲君主制，并以此淘汰了已成為社會發(fā)展桎梏的絕對君主制。———馬克主編《世界文明史》問題3：依據(jù)材料并結(jié)合所學(xué)知識

11、概述近代自然科學(xué)產(chǎn)生在17世紀(jì)的西歐的社會條件。意圖：為什么近代自然科學(xué)誕生在17世紀(jì)的西歐而不是別的地區(qū)和國家？這是本課的一個重要問題，也是科技史教學(xué)中如何體現(xiàn)歷史感要經(jīng)常思考的類似問題。此問意在培養(yǎng)學(xué)生的閱讀和概括能力，要求學(xué)生從材料和所學(xué)知識中歸納出英國的政治制度、立法規(guī)章，政府激勵機制和市場經(jīng)濟運作機制等對催生科學(xué)發(fā)明的作用，說明科學(xué)技術(shù)的發(fā)明總是在適合它們的環(huán)境里得到生長發(fā)展。 材料2：相對論的建立是對近代物理學(xué)理論框架的重大突破，形成了全新的時空觀、運動觀和物質(zhì)觀，是人類思想發(fā)展史中的一次根本性變革，量子力學(xué)的最終建立，是繼相對論之后對經(jīng)典物理學(xué)的一次更嚴(yán)重的打擊，它向人們提

12、供了一種全新的關(guān)于自然界的表述方法和思想方法。相對論同量子理論一起，構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的基本理論框架?！櫾粕钪骶帯妒澜缥幕贰穯栴}4：各位同學(xué)是怎樣理解量子論、相對論這兩大科學(xué)理論的？意圖：如果照課標(biāo)“知道相對論、量子論的主要內(nèi)容”的要求設(shè)問，可以斷定大部分學(xué)生會讓老師失望，因為依本學(xué)段學(xué)生的能力是難以企及的，因此，這樣的設(shè)問意義不大。那么，如何向?qū)W生講解這兩大科學(xué)成果在自然科學(xué)方面的影響呢？楊振寧先生在《美與物理學(xué)》中對量子論是這樣進行科普的：“我們不講它對于純粹物理學(xué)的貢獻，單講大家可以了解到的對于日常生活的貢獻，核能發(fā)電、核武器、激光、半導(dǎo)體元件以及今天的計算機通信工程，假如沒有量子

13、力學(xué)，所有這些工程都不可能發(fā)生?！毕嘈庞信d趣的學(xué)生在課后會思考和閱讀有關(guān)量子論的書籍。教科書上還有一段話：“廣義相對論認為，物質(zhì)存在的現(xiàn)實空間不是平坦的，而是彎曲的，空間的結(jié)構(gòu)取決于物質(zhì)的質(zhì)量及其分布情況，空間彎曲的程度體現(xiàn)為引力場強度?！边@可能會使很多教師一頭霧水。而中國科普作家協(xié)會的韓松先生則用了一個直觀的比喻：“水平伸開的一塊布是平坦的，而當(dāng)你在布上放置一個鉛球，布面就變得彎曲了，這時再放置一個小玻璃球在布上，它就會滾向中央的鉛球。同理，星球的質(zhì)量使周圍的時空彎曲，‘引力’實際上是一個時空被彎曲的現(xiàn)象?！雹诠P者以為這種貼近學(xué)生實際的、通俗的講法可能效果更好些。 材料3：1921年，

14、愛因斯坦獲得了諾貝爾獎金。這一獎來得十分不易。當(dāng)時有不少德國的諾貝爾獎獲得者威脅說，如果給相對論授獎，他們就要退回已獲的獎?wù)?，結(jié)果評選委員會找到了一個辦法，讓愛因斯坦作為光電效應(yīng)理論的建立者而得獎，相對論始終沒有獲得諾貝爾獎。———吳國盛《科學(xué)的歷程》文革期間，中國科學(xué)院曾這樣批判相對論：“愛因斯坦的相對論中的嚴(yán)重錯誤就是目前阻礙自然科學(xué)前進的最大絆腳石之一”；“相對論是地地道道的主觀主義和詭辯論，也就是唯心主義和相對主義”；“光速不變深刻反映了西方資產(chǎn)階級認為資本主義社會是人類終極社會，壟斷資本主義生產(chǎn)力不可超越，西方科學(xué)是人類科學(xué)的極限這種反動的政治觀點”；“相對論根本違犯了唯物辯證法，而

15、且也沒有得到實驗的直接驗證”?！n松《愛因斯坦的影響力》問題5：談?wù)勀銓@兩段材料的認識。意圖：此問意在引起學(xué)生的探討，引發(fā)學(xué)生的思維碰撞。在教學(xué)中確有學(xué)生提出了一些值得教師思考的問題，如“德國那些諾貝爾獎獲得者反對相對論是科學(xué)上的門戶之見，還是認為相對論確實存在問題？他們?yōu)槭裁床环磳怆娦?yīng)獲獎？”“文革時期中國科學(xué)界對相對論的批判僅僅是因為政治領(lǐng)域、意識形態(tài)的分歧，還是有其他原因？這是否與那時中國的科學(xué)水平確實較低，以至于科學(xué)家們真的不懂相對論有關(guān)？難道當(dāng)時中國科學(xué)院就沒有敢于持正確觀點的科學(xué)家嗎？”等問題。材料4：19世紀(jì)牛頓的絕對力學(xué)觀在自然科學(xué)界占據(jù)主導(dǎo)地位，因而在哲學(xué)上也確立了

16、絕對主義的哲學(xué)觀，如黑格爾的絕對理念。受此影響，人們的思維方式也是一種二重性思維方式，習(xí)慣把所有的事物區(qū)分為兩個方面，如現(xiàn)象與本質(zhì)，外和內(nèi)，表和里，變與不變，內(nèi)容和形式，感性和理性等等，這種思維方式導(dǎo)致人們鄙視現(xiàn)實，坐而論道，厭惡感性和經(jīng)驗的東西，偏愛抽象，等等。打破這種觀念和思維方式要歸功于相對論為代表的科學(xué)革命。人們的批判觀念在增強和完善，過去人們?nèi)狈ε芯瘢F(xiàn)在人們認為，任何一種科學(xué)理論都沒有達到對事物的絕對的認識，其中必然包含著錯誤的成份。愛因斯坦也明確表示，一旦他的廣義相對論經(jīng)不起實際觀察事實的檢驗，他就愿意自動放棄這一理論。他認為害怕犯錯誤是一種與科學(xué)不相容的態(tài)度，試圖避免錯誤是

17、一種可憐的愿望。 ———梁駿《科技發(fā)展與西方人的觀念》問題6：據(jù)材料說明愛因斯坦的科學(xué)理論在哲學(xué)方面產(chǎn)生的影響。意圖：當(dāng)下教育的功利性使得學(xué)生的問題意識在很大程度上缺失了，很少有學(xué)生思考相對論、量子論對哲學(xué)和人類思想方面的影響，雖然課標(biāo)和教材都有要求。筆者為了啟發(fā)學(xué)生而選取了上述材料。楊振寧先生曾講過，物理學(xué)研究到了盡頭就是哲學(xué)，因此，材料所顯示的相對論、量子論帶來的科學(xué)革命，同時也帶來了哲學(xué)和人類思想觀念的重大變化，真理不再是絕對的；權(quán)威的理論隨著時間的推移也將不再權(quán)威；一切所謂正確的理論都必然包含著錯誤的成分，等等，這對解放人們的思想，對創(chuàng)新意識的培育無疑有著重大的意義。材料5：愛因

18、斯坦大概是這個世界上被談?wù)撟疃喽钌俚娜宋镏?，?jù)說愛因斯坦擅長拉小提琴，鐘愛陀斯妥耶夫斯基，這倒使他多了幾分溫暖的氣息。他的《我的世界觀》可以看作是致世界公民的信。信中表達他主張個人自由與自主，崇尚民主政體，他對神秘世界的孩童般的好奇與追求，在今天看來，依然閃爍著自由尊嚴(yán)和智慧的光輝。愛因斯坦并沒有把自己的注意力僅僅集中在自己的研究領(lǐng)域……第一次世界大戰(zhàn)時，德國有九十三位科學(xué)—技術(shù)—文化界名流聯(lián)名發(fā)表宣言，為德國的戰(zhàn)爭罪行辯護，愛因斯坦則在僅有四人參加的反戰(zhàn)宣言上簽名。———丁建弘《德國通史》愛因斯坦對中國人民的命運始終充滿同情和關(guān)心。20年代他到過中國上海，看到社會的等級差別，他仇恨法

19、西斯政權(quán)，九一八事變后他呼吁各國經(jīng)濟制裁日本。他得知美國投下的原子彈造成平民慘重傷亡時感到痛心和遺憾。 現(xiàn)在社會越來越多的科學(xué)工作者失去了知識分子的本色。愛因斯坦是個出色的科學(xué)家，但他更是一個卓越的知識分子?！獡?jù)趙中立、許良英《紀(jì)念愛因斯坦譯文集》等資料摘編問題7：“知識分子的本色”的含義是什么？為什么說愛因斯坦是出色的科學(xué)家，但他更是一個卓越的的知識分子？作者為什么對現(xiàn)代越來越多的科學(xué)工作者失去了知識分子的本色而擔(dān)憂甚至批評？意圖：臺灣清華大學(xué)張元先生曾提出課堂教學(xué)中選取材料“應(yīng)該既重要又有趣”的原則，筆者嘗試選取能反映愛因斯坦在生活、科學(xué)、思想和人格等方面有一定代表性的材料，也許

20、這些材料并不具有典型意義，但希望對忙于應(yīng)對沉重繁多的課業(yè)負擔(dān)而貧于閱讀思考的中學(xué)生有一定的啟示，使本課的教學(xué)更多地體現(xiàn)人、體現(xiàn)科學(xué)家的人文精神。我們不妨做一些設(shè)想，當(dāng)學(xué)生們坐在科學(xué)大師跟前，欣賞著大師優(yōu)美悅耳的琴聲，分享著大師對小說中人物命運的關(guān)切，那么，材料中展現(xiàn)在學(xué)生面前的愛因斯坦便是一個有血有肉，有喜怒哀樂的活生生的人，而不是一些媒體描述的科學(xué)家通常都是一些不懂生活、總是做出有悖生活常理的科學(xué)怪人。作為科學(xué)家的愛因斯坦對藝術(shù)和文學(xué)的熱愛一定會啟迪著當(dāng)下中國對教育的反思。他不是只關(guān)心自己的實驗，他以寡敵眾的反戰(zhàn)簽名，他對專制和戰(zhàn)爭的痛恨，他對中國百姓命運的同情與關(guān)心，都彰顯出其獨立而偉大的

21、人格。他對民主的崇尚、自由的追求，“讓每一個人都作為個人而受到尊重”的呼喚，至今都閃耀著人文精神的光輝，至今都會得到人類和世界的共鳴。這就是一個卓越的知識分子的標(biāo)桿！其實，奧姆真理教的高級干部們學(xué)理工科知識并沒有錯，有些人不愛文學(xué)、不看文學(xué)書也并不是罪過。但是，科學(xué)家和科技工作者除了對科學(xué)技術(shù)的執(zhí)著和熱愛，還應(yīng)該有一種人文情懷，他們必須要辨別正義與邪惡，區(qū)分真善美與假惡丑。當(dāng)下社會有人利用高科技盜騙國家和善良百姓的財物，有人憑借專家學(xué)者身份弄虛作假，令人憎恨和痛心。筆者認為濃烈的人文精神應(yīng)該是真正的科學(xué)家在葆有科學(xué)精神的同時，更應(yīng)該擁有的靈魂。實際上不是所有學(xué)生都能夠成為科學(xué)家，但是所有學(xué)生都應(yīng)該、都能夠成為具有高尚品質(zhì)、關(guān)愛社會的人。因此，在教學(xué)中重視人文精神的培養(yǎng)才是符合社會進步的教育，才是我們對莘莘學(xué)子進行科技史教育的宗旨。