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關(guān)鍵詞：師范 天文 教學(xué)

中圖分類號(hào)：Pl-4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C

DOI：10.3969/j.issn.1672-8181.2015.03.135

天文學(xué)與數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物、地球科學(xué)并列為六大基礎(chǔ)自然學(xué)科。天文學(xué)從其誕生之初起就為人類社會(huì)提供定位、時(shí)間和歷法等服務(wù)。時(shí)至今日，天文學(xué)理論已發(fā)展成為含天體測(cè)量學(xué)、天體力學(xué)和天體物理學(xué)三大分支的完整學(xué)科體系，天文學(xué)的應(yīng)用已經(jīng)漸拓展到人類生產(chǎn)生活的方方面面。然而，中國(guó)現(xiàn)行的天文普及教育尚未形成完整體系，零散的天文學(xué)內(nèi)容通常歸并人中小學(xué)的《地理》或《科學(xué)》課程中，包括大學(xué)生在內(nèi)的大眾天文知識(shí)的缺乏正在從教育體制問題衍生成社會(huì)問題。建立大眾正確的宇宙觀和世界觀，是現(xiàn)實(shí)生活的需要，也是社會(huì)和諧發(fā)展的需要。高等院校師范生是基層科學(xué)普及工作的主要參與者和實(shí)施者，科學(xué)教育和地理教育的專業(yè)師范生成為基層天文學(xué)普及師資的主要來源，提高相關(guān)專業(yè)高校師范生的天文學(xué)素養(yǎng)成為天文普及教育工作的當(dāng)務(wù)之急。然而，傳統(tǒng)強(qiáng)調(diào)數(shù)理基礎(chǔ)和觀測(cè)實(shí)踐的天文教學(xué)，面臨著專業(yè)師資缺乏和儀器簡(jiǎn)陋等諸多現(xiàn)實(shí)問題，影響了天文學(xué)的教學(xué)和普及效果。筆者通過長(zhǎng)期面向不同層次師范生的基礎(chǔ)天文學(xué)教學(xué)實(shí)踐，系統(tǒng)探討了師范院?；A(chǔ)天文學(xué)的教學(xué)和普及經(jīng)驗(yàn)，為區(qū)域科普天文教育人才的培養(yǎng)和中小學(xué)天文教育工作的開展提供參考。

1 整合資源和營(yíng)造氛圍

天文學(xué)是研究宇宙的學(xué)科，而肉眼看到的宇宙是極其有限的，所以天文學(xué)從某種程度上是基于“望遠(yuǎn)鏡”的科學(xué)。國(guó)際天文熱喚醒了人們的天文熱情，也引發(fā)了網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)實(shí)天文教學(xué)資源的大爆發(fā)?；诂F(xiàn)代教育技術(shù)的多媒體課件設(shè)計(jì)和制作是開展天文科普教學(xué)的首選方法，多媒體手段通過圖片、動(dòng)畫、音頻和視頻等形式可真實(shí)再現(xiàn)望遠(yuǎn)鏡里的宇宙，從而縮短學(xué)生與天體之間的距離感，但多媒體手段是對(duì)宇宙空間的簡(jiǎn)化和抽象，與現(xiàn)實(shí)的宇宙尚存在距離。而綜合多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和空間觀測(cè)技術(shù)最新成果的計(jì)算機(jī)和手機(jī)星空模擬軟件（ Stellarium，StarryNight，SkyView）通過虛擬的三維數(shù)字宇宙，更是為基礎(chǔ)天文學(xué)教學(xué)提供了一個(gè)綜合性的全天候的虛擬教學(xué)平臺(tái)。學(xué)生學(xué)習(xí)過程中仿佛置身于真實(shí)的天空之下，根據(jù)需要演示即時(shí)即地的天文現(xiàn)象，并通過隨時(shí)更新的天體數(shù)據(jù)庫(kù)了解目標(biāo)天體的基本特征。基于星空模擬軟件的基礎(chǔ)天文學(xué)教學(xué)突破傳統(tǒng)的“先講授后演示”的傳統(tǒng)教學(xué)模式，使學(xué)生在現(xiàn)實(shí)中學(xué)習(xí)，在現(xiàn)實(shí)中應(yīng)用，減少不必要的教學(xué)環(huán)節(jié)，大大提高了課堂效率，更重要的是切實(shí)提高了學(xué)生對(duì)于天文學(xué)基本原理和基本方法的應(yīng)用能力，特別適合于基礎(chǔ)天文教學(xué)，值得普及和推廣。

2 熱點(diǎn)導(dǎo)入和激發(fā)興趣

激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)是基礎(chǔ)天文學(xué)教學(xué)的首要環(huán)節(jié)。國(guó)際盛行的天文熱使天文現(xiàn)象和天文事件常常見諸于報(bào)端，大眾對(duì)基本天文概念似乎都已耳熟能詳，但對(duì)于基本概念背后的天文學(xué)原理卻不得而知。教師應(yīng)即時(shí)抓住學(xué)生這種基于有限的感性認(rèn)識(shí)而引發(fā)的求知欲望，結(jié)合近期天文熱點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，導(dǎo)人理論課程內(nèi)容，使學(xué)生的學(xué)習(xí)從零散轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，從感性到理性，從被動(dòng)接受到主動(dòng)探索，這種教學(xué)模式符合人的心理認(rèn)知規(guī)律，也符合建構(gòu)主義的教學(xué)理念。如講授“太陽系”時(shí)，可結(jié)合獅子座流星雨、火星探測(cè)、冥王星的歸屬等太陽系的相關(guān)科學(xué)問題等；而講授“地月系”時(shí)，可結(jié)合日月食和月球探測(cè)等；講授“星空區(qū)劃”時(shí)，可結(jié)合國(guó)際星空區(qū)劃中的“星座神話”和中國(guó)星空區(qū)劃中的“星官”和“分野”制度等。從而使學(xué)生從天文現(xiàn)象人手，自覺邁人天文學(xué)習(xí)的殿堂。

3 側(cè)重過程和注重類比

現(xiàn)代天文學(xué)包括天體測(cè)量學(xué)、天體力學(xué)和天體物理學(xué)三大學(xué)科分支，而這也代表了天體研究由淺人深的三個(gè)層次，不同尺度天體由于觀測(cè)條件的差異研究程度自然也不盡相同，反映在天文學(xué)教材上不同尺度天體介紹的詳略不同。但傳統(tǒng)天文學(xué)教材對(duì)此并未說明，從而使初涉天文的學(xué)生往往對(duì)這種相對(duì)凌亂的知識(shí)體系準(zhǔn)備不足，對(duì)課程的重難點(diǎn)也把握不準(zhǔn)，深陷于海量的天體數(shù)據(jù)和軌道參數(shù)等天體測(cè)量學(xué)特征，無暇顧及測(cè)量學(xué)特征背后的天體力學(xué)和天體物理學(xué)原理。鑒于此，面向非天文專業(yè)學(xué)生的基礎(chǔ)天文學(xué)教學(xué)應(yīng)強(qiáng)調(diào)面向天體運(yùn)動(dòng)過程的原理解釋和現(xiàn)實(shí)意義，測(cè)量學(xué)內(nèi)容作為天體靜態(tài)特征可隨時(shí)查閱。此外，宇宙是不同天體系統(tǒng)形成的自組織結(jié)構(gòu)，不同尺度天體的形成、分類和演化具有類似的特征。實(shí)際天文學(xué)教學(xué)中在從宏觀到微觀講授天體系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)注意教學(xué)內(nèi)容前后的邏輯性和類似性，以點(diǎn)帶面，合理分配學(xué)時(shí)。如宇宙的演化、星系的演化、恒星演化、太陽系的演化的教學(xué)；再如星團(tuán)的分類、星系的分類、星云的分類等內(nèi)容均可實(shí)現(xiàn)類比，不僅有效提高了理論課堂的教學(xué)效果，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)于天文學(xué)原理的遷移能力，而且可將更多的精力放在更為重要的天文學(xué)應(yīng)用的教學(xué)中。

4 儀器演示和數(shù)字模擬

天文學(xué)相對(duì)抽象的理論內(nèi)容需要學(xué)生有豐富的空間想象能力和敏銳的邏輯思維能力，而初涉天文的學(xué)生的宇宙框架尚未完全建立，實(shí)際教學(xué)通常配合配備相當(dāng)數(shù)量的天文演示儀器輔助理論教學(xué)，加深學(xué)生對(duì)天文學(xué)原理的理解和認(rèn)識(shí)。常用天文演示儀器有天象儀、天球儀、三球儀、電子活動(dòng)星圖等等。值得注意的是，考慮到地區(qū)天文發(fā)展水平的差異，天文演示儀器的選用在經(jīng)濟(jì)條件有限的前提下應(yīng)盡量小型化、便攜化、自制化、數(shù)字化和擬人化，在保障課堂演示效果的同時(shí)，有效降低教學(xué)成本，更重要的是使學(xué)生有機(jī)會(huì)自己重復(fù)實(shí)驗(yàn)過程，便于課后鞏固和復(fù)習(xí)，也利于天文學(xué)的普及和推廣。近年來數(shù)字星空模擬軟件的成熟為這種教學(xué)思路提供的契機(jī)，該類軟件可集中展現(xiàn)天體周日視運(yùn)動(dòng)、周年視運(yùn)動(dòng)、四季星空、日月食、行星凌日、五星連珠、彗星回歸和流星雨等諸多天文演示功能，從而在有多媒體教學(xué)條件的課堂中成為最佳的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，大大提高了教學(xué)效果。

5 角色扮演和時(shí)空對(duì)應(yīng)

天文學(xué)的基礎(chǔ)教學(xué)通常不可避免的涉及到基本概念的識(shí)記和理解，也成為天文科普教學(xué)中常見的門檻。例如，星空區(qū)劃是是科普天文教學(xué)的重點(diǎn)，但其中涉及的全天88星座的記憶是實(shí)際教學(xué)中的難點(diǎn)，也是學(xué)生識(shí)別四季星空的基礎(chǔ)。實(shí)際教學(xué)中，教師按照傳統(tǒng)方法根據(jù)當(dāng)?shù)匦强盏目梢暻闆r對(duì)多星座進(jìn)行簡(jiǎn)化的同時(shí)，可將特定星座的名稱和相對(duì)位置與學(xué)生的姓名和籍貫的地理位置逐個(gè)對(duì)應(yīng)起來，每個(gè)學(xué)生扮演一個(gè)星座，地球表面的學(xué)生籍貫的相對(duì)位置也對(duì)應(yīng)星座在天球上的相對(duì)位置，而且教學(xué)時(shí)也要求“對(duì)號(hào)入座”，保持彼此間的相對(duì)位置關(guān)系，從而使教學(xué)過程中的每一次“點(diǎn)名”和“落座”都成為星空區(qū)劃知識(shí)的復(fù)習(xí)鞏固。更重要是，在課時(shí)有限的前提下，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，使學(xué)生從抽象晦澀的天文學(xué)理論中解脫出來，在輕松的氛圍中到達(dá)滿意的學(xué)習(xí)效果。

6 來源現(xiàn)實(shí)回歸現(xiàn)實(shí)

天文學(xué)是來源于現(xiàn)實(shí)的科學(xué)，與人類生產(chǎn)生活息息相關(guān)。而面向非天文專業(yè)師范生的基礎(chǔ)天文學(xué)教學(xué)的最終目的也是將有限的天文知識(shí)運(yùn)用到學(xué)生自己的專業(yè)和社會(huì)實(shí)踐中。理論課程講授要從現(xiàn)實(shí)出發(fā)，最后又回到現(xiàn)實(shí)。引導(dǎo)學(xué)生從天文現(xiàn)象的感性認(rèn)識(shí)出發(fā)，探討的天文現(xiàn)象背后的基本原理，了解研究這些基本原理涉及的基本方法，進(jìn)行總結(jié)歸納分類，然而再推而廣之。實(shí)際教學(xué)中，可針對(duì)學(xué)生不同的知識(shí)背景設(shè)計(jì)不同專題應(yīng)用內(nèi)容，如面向文科生的“天文年代學(xué)”教學(xué)，面向理科生的“天文氣候?qū)W”、“天體物理學(xué)”等專題。這種面向現(xiàn)實(shí)的基本教學(xué)理念應(yīng)滲透到天文學(xué)基本原理和方法的教學(xué)環(huán)節(jié)中，減少不必要的中間教學(xué)環(huán)節(jié)，切實(shí)提高學(xué)生對(duì)天文學(xué)基本原理和方法的實(shí)際應(yīng)用能力，而且為自己將來的教學(xué)和科普奠定基礎(chǔ)。

21世紀(jì)以來，以載人航天和空間探測(cè)為主題的天文熱開始在全球盛行，現(xiàn)代天文學(xué)進(jìn)展和各種天文現(xiàn)象開始受到越來越多的大眾關(guān)注，良好的社會(huì)氛圍為我們開展天文科普工作提供了契機(jī)。高等師范院校是區(qū)域天文科普教育的中心，提高科普天文教育人才的培養(yǎng)質(zhì)量，促進(jìn)地方天文科普事業(yè)的發(fā)展，是區(qū)域高等師范院校應(yīng)履行的社會(huì)責(zé)任。高等師范院校應(yīng)充分整合天文教學(xué)資源，靈活運(yùn)用教學(xué)方法，并結(jié)合豐富的天文實(shí)踐，使高質(zhì)量的天文科普教育通過高校輻射到基層中小學(xué)，從而使天文學(xué)真正從書本回歸社會(huì)。

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天體物理學(xué)屬于應(yīng)用物理學(xué)的范疇，是研究天體的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成、物理狀態(tài)和演化規(guī)律的天文學(xué)分支學(xué)科。由于天體物理學(xué)是一門很廣泛的學(xué)問，天文物理學(xué)家通常應(yīng)用很多不同學(xué)術(shù)領(lǐng)域的知識(shí)，包括力學(xué)、電磁學(xué)、統(tǒng)計(jì)力學(xué)、量子力學(xué)、相對(duì)論、粒子物理學(xué)等。

本書作者Leonard S Kisslinger是美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)教授，他意在使任何學(xué)科的學(xué)生對(duì)于近幾十年天體物理學(xué)取得的那些令人興奮和感到神秘的發(fā)展有一些了解。本書解釋了宇宙從早期到現(xiàn)在的演化過程，運(yùn)用通俗易懂的講述方式使任何一個(gè)擁有高等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的大學(xué)生都能夠理解。

全書由10章組成：1.天體物理學(xué)的物理概念：速度、加速度、動(dòng)量和能量的基本概念，溫度（作為一種能量形式），力和牛頓運(yùn)動(dòng)學(xué)定律；2.力和粒子：基本粒子的標(biāo)準(zhǔn)模型，原子、原子核、重子等；3.哈勃定律―宇宙膨脹：首先定義和討論了光的多普勒頻移和紅移，然后從星系中光的多普勒頻移的測(cè)量回顧了哈勃定律，最后討論了宇宙的膨脹；4.恒星、星系等：地球怎樣繞著太陽旋轉(zhuǎn)，太陽（作為一個(gè)熔爐）的特性，大質(zhì)量恒星由于引力坍塌導(dǎo)致脈沖星和黑洞形成的過程；5.中微子振蕩、對(duì)稱性和脈沖星沖擊：稱為中微子振蕩的中微子相互轉(zhuǎn)化的三種標(biāo)準(zhǔn)模型的重要屬性，怎樣利用中微子振蕩來測(cè)量宇稱性、電荷共軛和時(shí)間演化對(duì)稱性，通過中微子發(fā)射來解釋脈沖星沖擊的可能原因；6.愛因斯坦狹義和廣義相對(duì)論：狹義相對(duì)論中的重要假設(shè)，以及由此產(chǎn)生的長(zhǎng)度收縮和時(shí)間膨脹，由洛倫茲變換得到的附加速度的愛因斯坦方程與假設(shè)的相一致性，利用相對(duì)動(dòng)量和張量簡(jiǎn)單討論了廣義相對(duì)論；7.從廣義相對(duì)論得到的宇宙的半徑和溫度：宇宙的弗里德曼方程、宇宙膨脹的引力輻射和重力波，以及引力量子場(chǎng)理論；8.宇宙微波背景輻射：宇宙微波背景輻射相關(guān)的一些概念，重點(diǎn)是溫度和時(shí)間的相關(guān)性；9.電弱相變（Electroweak phase Transition）：定義了量子力學(xué)的相變和潛伏熱，重點(diǎn)討論了電弱理論和電弱相變，電弱相變和其產(chǎn)生的重力波間磁場(chǎng)的建立過程；10.量子色動(dòng)力學(xué)相變：量子色動(dòng)力學(xué)相變和銀河系和星系團(tuán)之間磁場(chǎng)的關(guān)系，由于相對(duì)論性的重離子碰撞量子色動(dòng)力的產(chǎn)生。

本書的目的是使大學(xué)生理解描述宇宙演化的基本物理概念，并基于此講述早期到現(xiàn)在宇宙演化背后的天文物理學(xué)理論。本書不要求學(xué)生有太深的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，適用于所有對(duì)科學(xué)尤其是天文科學(xué)感興趣的大學(xué)生，同時(shí)也適合于對(duì)這些話題感興趣的讀者。

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早在1915年，物理學(xué)家愛因斯坦發(fā)表了廣義相對(duì)論，此后這一直是我們理解宇宙的理論基礎(chǔ)。按照廣義相對(duì)論，宇宙只能收縮或者膨脹，不可能穩(wěn)定不變。那么宇宙究竟在收縮還是在膨脹呢？如果膨脹，其速度是否恒定？是在減慢或是還在加速呢？

上世紀(jì)20年代，美國(guó)加利福尼亞威爾遜山上，當(dāng)時(shí)世界上最大的望遠(yuǎn)鏡投入了使用，天文學(xué)家們發(fā)現(xiàn)幾乎所有星系都在遠(yuǎn)離我們而去。他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)光源遠(yuǎn)離我們而去時(shí)，光的波長(zhǎng)會(huì)被拉長(zhǎng)，而波長(zhǎng)越長(zhǎng)，它的顏色就越紅，這被稱作“紅移（redshift）”現(xiàn)象。目前對(duì)紅移現(xiàn)象的解釋為：速度造成紅移。比如，當(dāng)一輛汽車向我們奔馳而來時(shí)，它的喇叭聲尖銳刺耳，因?yàn)槠嚨母咚龠\(yùn)動(dòng)使聲波波長(zhǎng)被壓縮，波長(zhǎng)變小，聽者接收的頻率變高。相反，當(dāng)汽車離開我們飛馳而去時(shí)，它的喇叭聲則低沉幽緩，因?yàn)槠嚨碾x去使聲波波長(zhǎng)被拉長(zhǎng)，波長(zhǎng)變大，聽者接收的頻率變低，簡(jiǎn)稱多普勒效應(yīng)。20世紀(jì)初，天文學(xué)家斯里弗對(duì)旋渦星云光譜做了多年研究，發(fā)現(xiàn)了譜線紅移現(xiàn)象。在斯里弗觀測(cè)的基礎(chǔ)上，哈勃與助手赫馬森合作，對(duì)遙遠(yuǎn)星系的距離與紅移進(jìn)行了大量測(cè)量工作，發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)方星系的譜線均有紅移，而且距離越遠(yuǎn)的星系，紅移越大，于是得出重要的結(jié)論：星系看起來都在遠(yuǎn)離我們而去，且距離越遠(yuǎn)，遠(yuǎn)離的速度越高。這被稱為哈勃定律（Hubble’s law）。他認(rèn)為：整個(gè)宇宙在不斷膨脹，星系彼此之間的分離運(yùn)動(dòng)也是膨脹的一部份，而不是由于任何斥力的作用。這一發(fā)現(xiàn)直接導(dǎo)致俄裔美國(guó)天體物理學(xué)家伽莫夫的“宇宙大爆炸理論”的提出。伽莫夫認(rèn)為，我們的宇宙誕生于約137±2億年的一次大爆炸，宇宙開始于高溫、高密度的原始物質(zhì)，最初的溫度超過幾十億度，隨著溫度的繼續(xù)下降，宇宙開始膨脹。星系天體的退行原因正是這次宇宙大爆炸的沖力導(dǎo)致的。

從此之后，天體物理學(xué)界一直都認(rèn)為宇宙是在以一個(gè)恒定的速度膨脹，直到天體物理學(xué)家薩爾?波爾馬特、科學(xué)家亞當(dāng)?里斯以及物理學(xué)家布萊恩?施密特這三位科學(xué)家于1998年向外公布：宇宙的膨脹速度不是恒定的，更不是越來越慢，而是不斷加速，即越來越快。他們通過尋找太空中的標(biāo)記，研究宇宙膨脹問題。這些標(biāo)記就是爆炸的恒星――1A型超新星。由于其非常亮，超新星被用來確定距離。只要找到足夠的1A型超新星，就能測(cè)量它們的亮度。亮度較高的超新星距離比較近，亮度越來越弱的超新星，一定是離我們?cè)絹碓竭h(yuǎn)。亮度很低的超新星，距離就很遙遠(yuǎn)了。1A型超新星同時(shí)有個(gè)重要的特點(diǎn)，它們爆炸的亮度都是相同的，超新星的光度曲線普遍都具有一個(gè)相同的光度峰值，這使得它們可被用作輔助天文學(xué)上的標(biāo)準(zhǔn)燭光。這是因?yàn)樗鼈冃纬傻倪^程都一樣，每個(gè)1A型超新星都是在相同質(zhì)量時(shí)爆炸。因此，宇宙各處都有相同的亮度和可見度。三位科學(xué)家找到若干個(gè)1A型超新星，并測(cè)量它們遠(yuǎn)離我們的速度。通過比較不同時(shí)空的超新星的位置和年代，便能計(jì)算出宇宙的膨脹是否在變慢。他們得到了驚人的結(jié)果：宇宙的膨脹速度并未變慢，反而是正在加速。這一驚人的發(fā)現(xiàn)意味著，宇宙不會(huì)停止膨脹，反而在不斷加速膨脹。這可是一個(gè)石破天驚的發(fā)現(xiàn)，這個(gè)結(jié)果的出現(xiàn)直接撼動(dòng)整個(gè)天體、物理學(xué)界，根據(jù)牛頓萬有引力定律，宇宙大爆炸所產(chǎn)生的沖力在引力的作用和牽制下，星系天體的退行速度應(yīng)該漸于趨緩直至穩(wěn)定平衡，可是這三位科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)卻與牛頓萬有引力定律相互矛盾，如何解決、詮釋這二者之間的矛盾呢？物理學(xué)家們認(rèn)為只有一種可能，那就是宇宙之中存在著一種與引力作用方向相反（反引力作用力）、至今人類還沒有發(fā)現(xiàn)的神秘力量！物理學(xué)界把這種與引力作用方向相反、至今人類還未知的神秘作用力稱為“暗能量”，并且認(rèn)為，正是這種“暗能量”推動(dòng)星系天體快速膨脹退行。宇宙膨脹的這種加速度暗示，在蘊(yùn)藏于空間結(jié)構(gòu)中的某種未知能量的推動(dòng)下，宇宙正在分崩離析。這種所謂的“暗能量”占據(jù)了宇宙成分的絕大部分，含量超過70%。它的本質(zhì)仍然是謎，或許是今天的物理學(xué)面臨的最大謎題。因而現(xiàn)代天文學(xué)認(rèn)為：我們的宇宙最初的膨脹是由于最開始的大爆炸而產(chǎn)生的結(jié)果，也就是說，物體由于具有慣性，而在原始大爆炸之后繼續(xù)膨脹。后來，由于物質(zhì)之間的萬有引力的作用，這個(gè)膨脹開始變慢，可是在大約100億年前，宇宙中的“暗能量”在與萬有引力的交鋒中占據(jù)上鋒，于是宇宙的膨脹又開始加速了。

篇4

(江蘇省南京市第一中學(xué)，210 001)

一、學(xué)情分析

“對(duì)數(shù)概念”是蘇教版高中數(shù)學(xué)必修1第3章第2節(jié)《對(duì)數(shù)函數(shù)》的第1課時(shí)內(nèi)容。在此之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過函數(shù)的概念、表示方法和一般性質(zhì)，完成了分?jǐn)?shù)指數(shù)冪和指數(shù)函數(shù)的學(xué)習(xí)，掌握了研究函數(shù)的一般方法，經(jīng)歷過從特殊到一般、從具體到抽象的研究過程。對(duì)數(shù)概念的學(xué)習(xí)，是對(duì)指數(shù)概念和指數(shù)函數(shù)學(xué)習(xí)的深化，也是后續(xù)學(xué)習(xí)對(duì)數(shù)函數(shù)的基礎(chǔ)。

因此，本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)是：(1)理解對(duì)數(shù)概念，能夠進(jìn)行對(duì)數(shù)式與指數(shù)式的互化；了解常用對(duì)數(shù)和自然對(duì)數(shù)；掌握幾個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)數(shù)恒等式。(2)通過對(duì)問題的探究，體會(huì)引入對(duì)數(shù)概念的必要性和合理性。(3)感受從特殊到一般、化歸轉(zhuǎn)化的思想方法。本節(jié)課的教學(xué)重難點(diǎn)是：對(duì)數(shù)式與指數(shù)式的相互轉(zhuǎn)化，對(duì)數(shù)概念的建構(gòu)與理解。

二、教學(xué)設(shè)想

對(duì)數(shù)的發(fā)明是數(shù)學(xué)史上的偉大成就之一，作為一個(gè)困擾天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家多年的問題，高中生在面對(duì)這個(gè)抽象的概念時(shí)的認(rèn)知難度可想而知。因此，本節(jié)課充分借助數(shù)學(xué)史上與對(duì)數(shù)有關(guān)的問題和故事展開對(duì)知識(shí)的探究，通過一個(gè)數(shù)學(xué)名著中的趣題激發(fā)學(xué)生的研究興趣，啟發(fā)學(xué)生結(jié)合已有的指數(shù)知識(shí)展開認(rèn)知與建構(gòu)，從特殊到一般體會(huì)對(duì)數(shù)發(fā)明的必要性和合理性，在化歸轉(zhuǎn)化中把握指數(shù)與對(duì)數(shù)的關(guān)系，使一個(gè)看似人為編造出來的概念成為“有源之水”、“有根之木”。

本節(jié)課中另一個(gè)容易被輕視的知識(shí)點(diǎn)是常用對(duì)數(shù)與自然對(duì)數(shù)的概念，通常的做法是直接給出這兩個(gè)概念，但會(huì)使學(xué)生覺得比較突然，不利于其接受理解和準(zhǔn)確使用。筆者嘗試從數(shù)學(xué)史中找到常用對(duì)數(shù)和自然對(duì)數(shù)的由來，并以數(shù)學(xué)故事的形式讓學(xué)生感知人類在漫漫歷史長(zhǎng)河中對(duì)對(duì)數(shù)的追尋和有關(guān)概念的發(fā)明歷程，從而使數(shù)學(xué)知識(shí)不再枯燥生硬，變得生動(dòng)有趣，并把看似聯(lián)系不大的知識(shí)點(diǎn)有機(jī)地串聯(lián)起來，形成一個(gè)整體。這樣的教學(xué)，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，便于其掌握數(shù)學(xué)知識(shí)和方法，體會(huì)到數(shù)學(xué)的價(jià)值和力量。

三、教學(xué)過程

（一）創(chuàng)設(shè)情境，探索新知

首先，以中國(guó)古代數(shù)學(xué)名著中的一道趣題引入，啟發(fā)學(xué)生思考，從而了解該題的本質(zhì)是如何依據(jù)底數(shù)和冪的值求指數(shù)。（教師出示問題：今有垣厚五尺，兩鼠對(duì)穿。大鼠日一尺，小鼠亦日一尺。大鼠日自倍，小鼠日自半。問：幾何日相逢？各穿幾何？）師這是我國(guó)古代最著名的數(shù)學(xué)專著《九章算術(shù)》中的第196題，大家一起來思考一下。

在公元1世紀(jì)左右的漢朝，能得到如此近似的結(jié)果已經(jīng)是非常了不起的成就。遺憾的是，古代中國(guó)的數(shù)學(xué)家們未能再作深入研究，找出解決此類問題的方法，因而，錯(cuò)過了人類數(shù)學(xué)史上的一項(xiàng)重大成就。今天，你們掌握的數(shù)學(xué)知識(shí)已經(jīng)遠(yuǎn)超當(dāng)時(shí)數(shù)學(xué)家的一般水平，那么，大家一起來嘗試解決它。要解決一個(gè)問題，首先要搞清楚這個(gè)問題的本質(zhì)。它是什么類型的問題？你見過跟它類似的問題嗎？

生這個(gè)問題是已知底數(shù)和冪的值，要求指數(shù)。

師通過前面的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)知道，在指數(shù)式的底數(shù)、指數(shù)和冪這3個(gè)數(shù)中：已知底數(shù)和指數(shù)，通過乘方運(yùn)算可以求得冪；已知指數(shù)和冪，則通過用開方運(yùn)算或分?jǐn)?shù)指數(shù)冪運(yùn)算可以求得底數(shù)。那么，已知底數(shù)和冪，如何求指數(shù)呢？

生在有些特殊情況下可以求，比如2Z=32，根據(jù)25=32就知道x=5。不是特殊值就沒辦法了，只能求近似值。

師很好！以方程2x=5為例，怎么找出z的近似值，你能說說嗎？

生可以數(shù)形結(jié)合，轉(zhuǎn)化為求兩個(gè)函數(shù)圖像交點(diǎn)的橫坐標(biāo)．把y=2x的圖像畫出來，再作出y=5的圖像，交點(diǎn)的橫坐標(biāo)就是方程2x=5的根。

師通過他的分析，我們不難發(fā)現(xiàn)，這個(gè)方程有根，而且根據(jù)指數(shù)函數(shù)的單調(diào)性，只有一個(gè)根。雖然表達(dá)不出來，但我們可以肯定的是，這個(gè)根是由底數(shù)2和冪的值5確定的。

生可以用底數(shù)和冪來表示這個(gè)根。

師是的。在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，人們都沒有想到解決這個(gè)問題的辦法。直到1614年，蘇格蘭數(shù)學(xué)家納皮爾(1550～1617)在研究天文學(xué)的過程中，為簡(jiǎn)化計(jì)算而攻克了這個(gè)難題。他的解決方式是：發(fā)明了一個(gè)新的數(shù)學(xué)概念——對(duì)數(shù)。一般地，如果a(a>0，以≠1)的6次冪等于N，即ab=N，那么就稱6是以以為底的N的對(duì)數(shù)，記作logaN=b。開普勒首先引入符號(hào)logaN，其助手、瑞士鐘表匠比爾吉制作了世界上首張對(duì)數(shù)表。

師按照上述定義，你能寫出這個(gè)問題的答案嗎？

師同學(xué)們，今天我們認(rèn)識(shí)了對(duì)數(shù)，透過它，我們感受到科學(xué)家思考問題的奇妙歷程，也感受到數(shù)學(xué)發(fā)展推動(dòng)人類探索和認(rèn)識(shí)世界的強(qiáng)大力量。今天的課后作業(yè)是：教材第74頁的練習(xí)3、4、5、7。希望大家通過練習(xí)掌握對(duì)數(shù)的基本概念，我們明天繼續(xù)研究對(duì)數(shù)的運(yùn)算性質(zhì)，進(jìn)一步學(xué)習(xí)這個(gè)認(rèn)識(shí)世界的新工具！

四、教學(xué)反思

《普通高中數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》倡導(dǎo)，讓學(xué)生通過豐富的背景感受數(shù)學(xué)、建立數(shù)學(xué)、運(yùn)用數(shù)學(xué)；蘇教版高中數(shù)學(xué)教材的每個(gè)章節(jié)都安排了拓展、鏈接、閱讀等欄目，并鼓勵(lì)教師根據(jù)學(xué)生的不同需求為學(xué)生提供選擇的空間。本節(jié)課從教學(xué)內(nèi)容出發(fā)，補(bǔ)充了與對(duì)數(shù)研究有關(guān)的歷史名題以及對(duì)數(shù)底數(shù)的演變歷史，填補(bǔ)了概念發(fā)生的背景，使對(duì)數(shù)概念因其發(fā)展史而變得生動(dòng)，也為更多的學(xué)生認(rèn)知和理解。

當(dāng)然，由于本節(jié)課引入了大量的歷史素材，而且課始出示的問題要用到等比數(shù)列求和公式，導(dǎo)致整節(jié)課教學(xué)內(nèi)容偏多偏難，教學(xué)節(jié)奏偏快，一些學(xué)生有“囫圇吞棗”的現(xiàn)象?？梢?，運(yùn)用數(shù)學(xué)史輔助教學(xué)時(shí)，課前應(yīng)給學(xué)生發(fā)放一些閱讀材料，或者介紹一些相關(guān)網(wǎng)站、讀物等，引導(dǎo)學(xué)生拓展學(xué)習(xí)，以解決課堂容量過大或較難的問題。

參考文獻(xiàn)：

篇5

馬克斯·韋伯在分析工業(yè)資本主義在世界興起的歷史時(shí)認(rèn)為，雖然帝制時(shí)代的中國(guó)存在資本主義萌生的物質(zhì)條件（市場(chǎng)、勞動(dòng)分工、貨幣經(jīng)濟(jì)、對(duì)外貿(mào)易等），但當(dāng)時(shí)中國(guó)沒有形成追求進(jìn)步的文化及合理的制度，以及系統(tǒng)追求科學(xué)知識(shí)的體制，因此，資本主義最終只在西方出現(xiàn)。李約瑟、席文、伊懋可對(duì)中國(guó)為什么沒有進(jìn)一步產(chǎn)生近代科學(xué)做出了某種解釋。李約瑟認(rèn)為其原因在于“中國(guó)和西方對(duì)待純粹的和應(yīng)用性自然科學(xué)的態(tài)度，科學(xué)家和工程師在古代中國(guó)社會(huì)中的地位，以及哲學(xué)、宗教、法律、語言、生產(chǎn)方式和產(chǎn)品交換等方面存在顯著的差異?！保ㄗⅲ篔oseph Needham， The Grand Titration: Science and Society in East and West， London: George Allen & Unwin， 1969， p.14.李約瑟認(rèn)為中國(guó)科學(xué)的發(fā)展是一個(gè)相對(duì)平緩的上升曲線，公元2—5世紀(jì)時(shí)，就已達(dá)到很高水平。） 席文把中國(guó)科學(xué)技術(shù)衰落的原因歸于“幾個(gè)世紀(jì)的災(zāi)難性的財(cái)政及其他行政舉措，持續(xù)增長(zhǎng)的人口造成的嚴(yán)酷壓力，社會(huì)長(zhǎng)期保持穩(wěn)定和居于霸權(quán)地位的正統(tǒng)的文化意識(shí)形態(tài)沒有受到挑戰(zhàn)，而其中的創(chuàng)造性則被窒息了”（注：N.Sivin，“Science in China's Past”， in Leo A. Orleans， ed.， Science in Contemporary China， Stanford: Stanford University Press， 1980， p.3.）。伊懋可在分析中國(guó)科學(xué)技術(shù)在宋朝以后的停滯時(shí)，認(rèn)為中國(guó)陷入了“高均衡陷阱”?！巴砥趥鹘y(tǒng)中國(guó)社會(huì)陷入人口劇增，自然資源短缺的陷阱，因此，沒有必要投入以現(xiàn)代科學(xué)和工業(yè)為基礎(chǔ)的技術(shù)和資本以打破傳統(tǒng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)和水路運(yùn)輸上的水平?！保ㄗⅲ篗.Elvin，“Why China Failed to Create an Endogenous Industrial Capitalism: A Critique of Max Weber's Explanation”， Theory and Society， (13) 1984， pp.100， 106.）

20世紀(jì)80年代以來，中國(guó)學(xué)者對(duì)本文的核心問題的許多解釋說法，可以歸納為外因論、內(nèi)因論、綜合分析論和人類學(xué)的視角。本文將圍繞這四種主要視角進(jìn)一步探討近代科學(xué)未能在中國(guó)自發(fā)產(chǎn)生的問題。

一、影響中國(guó)古代科學(xué)進(jìn)步的外部原因

大多數(shù)學(xué)者在探討中國(guó)科技落后的原因時(shí)都首先從外部環(huán)境入手。這些不利的外部原因一般認(rèn)為存在于以下幾方面：

（一）科技的發(fā)展缺乏經(jīng)濟(jì)刺激　例如，陳亞蘭就認(rèn)為中國(guó)的經(jīng)濟(jì)是小農(nóng)業(yè)和家庭手工業(yè)相結(jié)合的“自然”經(jīng)濟(jì)，不需要復(fù)雜的科技。（注：陳亞蘭：《試論清前期封建社會(huì)需要與科學(xué)技術(shù)發(fā)展的關(guān)系》，自然辯證法通訊編：《科學(xué)傳統(tǒng)與文化》，陜西科學(xué)技術(shù)出版社1983年版，第172頁。）

的確，西方近代初期的科技史表明，擴(kuò)展經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，例如國(guó)際間的海上貿(mào)易、采礦業(yè)、要塞建筑及軍械生產(chǎn)等所產(chǎn)生的技術(shù)問題推動(dòng)科學(xué)家如伽利略和吉爾伯特等人從事科學(xué)研究。（注：B.M.Hessen，“The Social and Economic Roots of Newton's ‘Principia’”， in George Basalla， ed.， The Rise of Modern Science: Internal or External Factors， London: Paytheon Education Company， 1968，pp.31—39.） 然而，經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的擴(kuò)展并不能充分解釋現(xiàn)代科學(xué)的興起，12世紀(jì)的意大利城邦國(guó)家和中國(guó)的宋朝和明朝就是明顯的例子，那里擴(kuò)展的國(guó)際經(jīng)濟(jì)貿(mào)易并沒有伴隨科學(xué)的革命性發(fā)展，例如：現(xiàn)代力學(xué)和磁學(xué)的發(fā)展。

（二）重農(nóng)抑商的政策　外因論者認(rèn)為，歷朝政府對(duì)海外貿(mào)易、采礦及冶煉采取的限制政策，對(duì)重要工業(yè)的官營(yíng)，對(duì)鹽、茶、酒、礦物等重要商品的流通和買賣課重稅，阻礙了中國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，（注：林文照：《近代科學(xué)為什么沒有在中國(guó)產(chǎn)生》，自然辯證法通訊編：《科學(xué)傳統(tǒng)與文化》，第93—105頁。） 如明朝政府禁止民間開礦及海外貿(mào)易的措施。（注：《大明律例》規(guī)定“盜掘金、銀、銅、錫、水銀等項(xiàng)礦砂，每金砂一斤折錢二十貫，銀砂一斤折錢四貫，銅、錫、水銀等砂一斤折錢一貫，俱比照盜無人看守物準(zhǔn)盜竊論。若在山洞捉獲，分別輕重治罪。”參見《大明律例·盜賊條》。）清初對(duì)海外貿(mào)易嚴(yán)加控制：限制海運(yùn)貨物的重量，禁止出口兵器、火藥、銅鐵、稻米、小麥、馬匹等。（注：林文照：《近代科學(xué)為什么沒有在中國(guó)產(chǎn)生》，第102—103頁。）雍正年間，商業(yè)擴(kuò)張，朝廷卻明令限制工場(chǎng)中的雇傭工人數(shù)，甚至拆除機(jī)器。

外因論者沒有注意到，中國(guó)古代兩千年的歷史顯現(xiàn)出相當(dāng)多樣的情況。并不是所有朝代的政府都實(shí)行限制工商業(yè)的政策。五代十國(guó)時(shí)期，大多數(shù)政府都優(yōu)先發(fā)展政權(quán)間的貿(mào)易。唐、宋、元時(shí)期，政府沒有限制海外貿(mào)易，甚至在明朝，政府對(duì)海外貿(mào)易的禁止也并沒有一貫地強(qiáng)制執(zhí)行。（注：例如，明永樂朝實(shí)施的海禁在1567年松懈了，到明末又重新嚴(yán)厲起來。）1740年，明朝的法令鼓勵(lì)私人在國(guó)內(nèi)采煤礦。

（三）重文輕理的儒家思想和“八股”取士制度　外因論者認(rèn)為儒家思想傾向和“八股”取士制度使中國(guó)知識(shí)分子的心智完全集中在語言、修辭及倫理知識(shí)方面，以及與農(nóng)業(yè)社會(huì)有關(guān)的課題上，而不是自然科學(xué)知識(shí)和各種工業(yè)生產(chǎn)問題上。（注：戴念祖：《中國(guó)近代科學(xué)落后的三大原因》，自然辯證法通訊編：《科學(xué)傳統(tǒng)與文化》，第109頁。）

社會(huì)意識(shí)形態(tài)制約科技發(fā)展，（注：J.Nef，“The Genesis of Industrialism and of Modern Science”， in C. Read， Essays in Honor of Conyers Read， Chicago: The University of Chicago Press， 1953， pp.263—266.）然而，在中國(guó)，士大夫的興趣和文化觀念并不是一成不變的。某些時(shí)期，如在沈括所處時(shí)代，觀念也起了很大的變化，許多儒生士大夫開始關(guān)心以前有身份的人不屑一顧的技術(shù)性工作。（注：參見席文：《為什么科學(xué)革命沒有在中國(guó)發(fā)生——是否沒有發(fā)生》，李國(guó)豪、張孟聞、曹天欽主編：《中國(guó)科技史探索》，中華書局香港分局1986年版，第100頁。）《宋史》記載那時(shí)流行官員和庶民向朝廷獻(xiàn)呈新技術(shù)發(fā)明，（注：參見《宋史·兵志》。）朝廷常獎(jiǎng)授錢財(cái)和官位，一些發(fā)明更被政府推廣。

在探討影響中國(guó)技術(shù)發(fā)展的外部環(huán)境時(shí)，人均資源和動(dòng)力占有量是一個(gè)不可忽略的因素。工業(yè)革命前夕，歐洲人比中國(guó)人人均占有的資源（木材、煤、土地等）和動(dòng)力（馬）更多。（注：E.Jones， The European Miracle， Cambridge: Cambridge University Press， 1981.）這一點(diǎn)部分地解釋了兩個(gè)地區(qū)的相對(duì)發(fā)展水平和技術(shù)的使用，特別是節(jié)約勞動(dòng)力和消耗資源的技術(shù)。一些研究表明，資源缺乏和人口過多影響了中國(guó)的技術(shù)發(fā)展。晚清江南地區(qū)，由于勞動(dòng)力廉價(jià)而資源（木材）價(jià)格昂貴，這使人們不愿采用節(jié)約勞動(dòng)力的機(jī)器生產(chǎn)，因而導(dǎo)致生產(chǎn)技術(shù)的衰落。（注：M.Elvin， Pattern of the Chinese Past， Stanford: Stanford University Press， 1971.）

外因不能充分解釋近代科學(xué)為什么不能在中國(guó)產(chǎn)生，因?yàn)榭茖W(xué)有其自身發(fā)展的內(nèi)在動(dòng)因，古代中國(guó)技術(shù)書籍缺乏以一種（理論）科學(xué)的方式，即用法則和定理，來對(duì)技術(shù)問題進(jìn)行解釋的傳統(tǒng)，這些都有可能影響中國(guó)的科技發(fā)展。

二、制約中國(guó)古代科技發(fā)展的內(nèi)在原因

英國(guó)漢學(xué)家伊懋可就指出缺乏對(duì)機(jī)器的一種幾何透視觀影響了中國(guó)的技術(shù)進(jìn)步。對(duì)西方人而言，“機(jī)器是運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中的幾何體”。17世紀(jì)以后，正是這種能在機(jī)械中看到幾何學(xué)的影子，看到機(jī)械背后的那些抽象的線條框架和角度，并日益在技術(shù)書籍中以機(jī)械繪圖的形式加以表現(xiàn)的能力，使近代歐洲人與中國(guó)人相區(qū)別。（注：參見M.Elvin，“Skills and Resources in Late Traditional China”， in D. Perkins， ed.， China's Modern Economy in Historical Perspective， Stanford: Stanford University Press， 1983， p.111.）

我國(guó)學(xué)術(shù)界不少人也看到制約中國(guó)古代科學(xué)發(fā)展的諸多內(nèi)部原因，例如，中國(guó)科學(xué)家不注重把對(duì)自然現(xiàn)象和機(jī)械奧秘的解釋理論化，大多數(shù)科技著作僅是對(duì)當(dāng)時(shí)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的記載或?qū)ψ匀滑F(xiàn)象的描述，（注：林文照：《近代科學(xué)為什么沒有在中國(guó)產(chǎn)生》，第83頁。）臆測(cè)性的討論代替了嚴(yán)密地尋找規(guī)律的努力，（注：Jin Guantao， Fan Hongye and Liu Qingfeng，“The Evolution of Chinese Science and Technology”， in J.Fraser， N.Lawrence and F. Haber， eds.， Time， Science and Society in China and the West， Amherst: The Unversity of Massachusetts Press， 1986， p.175.）過分依賴于形而上學(xué)的冥想，而缺少以試驗(yàn)驗(yàn)證假設(shè)的傳統(tǒng)。（注：例如明王陽明對(duì)竹子的研究和清初的劉獻(xiàn)庭對(duì)磁學(xué)的討論。參見《王文成公全書·傳習(xí)錄下》和劉獻(xiàn)庭《廣陽雜記》卷一。）

中國(guó)有機(jī)自然哲學(xué)對(duì)科技發(fā)展的影響　許多學(xué)者認(rèn)為中國(guó)古代自然觀特別是陰陽五行學(xué)說妨礙科學(xué)的進(jìn)步。（注：葉曉青：《中國(guó)傳統(tǒng)自然觀與近代科學(xué)》，自然辯證法通訊編：《科學(xué)傳統(tǒng)與文化》，第159—161頁。）中國(guó)自然哲學(xué)家在解釋現(xiàn)象時(shí)，往往求助這種自然哲學(xué)，例如：電被解釋為，“陰陽相激為電”；地震被認(rèn)為是“陽伏而不能出，陰迫而不能蒸”；磁石吸鐵是“陰陽相感、隔礙相通”；氣候與溫度的變化被比喻為人類心情的變化。（注：林文照：《近代科學(xué)為什么沒有在中國(guó)產(chǎn)生》，第87頁。）這些看似合理的解釋阻礙中國(guó)自然哲學(xué)家去探究現(xiàn)象的本質(zhì)和真正動(dòng)因。

上述問題很難有定論，例如李約瑟就認(rèn)為陰陽五行學(xué)說對(duì)中國(guó)的科學(xué)思想發(fā)展有益而無害，雖然《易經(jīng)》精致的符號(hào)體系阻礙了中國(guó)科學(xué)哲學(xué)的發(fā)展，因?yàn)樗峁┝艘环N不能成其為解釋的概念框架。（注：C. Ronan， The Shorter Science and Civilization in China: Abridgement of Joseph Needham's Original Text， Cambridge: Cambridge University Press， 1978， pp. 182， 171， 187.）席文持相反觀點(diǎn)，認(rèn)為《周易》“最常用于對(duì)變化作能動(dòng)的解釋，而不是一種對(duì)靜態(tài)物質(zhì)的分類理論，此外，中國(guó)古代的科學(xué)家也缺乏建立數(shù)學(xué)公式和用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證假說的傳統(tǒng)，因此，似乎就沒有理由說這種形而上學(xué)哲學(xué)阻礙了原本不存在的趨勢(shì)?！保ㄗⅲ合模骸稙槭裁纯茖W(xué)革命沒有在中國(guó)發(fā)生——是否沒有發(fā)生》，李國(guó)豪、張孟聞、曹天欽主編：《中國(guó)科技史探索》，第105—106頁。）

然而，宇宙觀同研究方法確存在一定聯(lián)系。在西方思想中，認(rèn)為上帝根據(jù)機(jī)械和數(shù)學(xué)原理創(chuàng)造世界的觀念，（注：“伽利略、開普勒、笛卡爾……堅(jiān)持認(rèn)為上帝在他的創(chuàng)造性勞動(dòng)中是一個(gè)幾何學(xué)家，數(shù)學(xué)能夠揭示宇宙結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)……開普勒……說上帝像一位建筑師那樣創(chuàng)造了‘自然’”。參見R.Bonelli and W.Shea， eds.， Reason， Experiment and Mysticism in the Scientific Revolution， London: Macmillan Press， 1975， pp.11—12.）使現(xiàn)代早期的科學(xué)家如開普勒、伽利略和牛頓能夠把“現(xiàn)象世界”想像為具有數(shù)學(xué)和諧性，并能夠“根據(jù)機(jī)械學(xué)的原理”來解釋。（注：G. Holton， Thematic Origins of Science Thought: Kepler to Einstein， Cambridge， Mass: Harvard University Press， 1988， p.62.）換句話說，科學(xué)家能通過模仿上帝創(chuàng)世的行為揭示世界秘密。這就為研究自然，并以力學(xué)和數(shù)學(xué)的原則解釋世界提供了宗教哲學(xué)論證。中國(guó)自然哲學(xué)家認(rèn)為世界的產(chǎn)生與變化與人類相似，天人感應(yīng)。這部分地解釋了為什么他們?cè)S多人會(huì)認(rèn)為冥想和超驗(yàn)的體驗(yàn)，而不是實(shí)驗(yàn)，是揭示宇宙隱秘模式的方法。

“現(xiàn)代科學(xué)和過去所有科學(xué)體系的區(qū)別并不在于對(duì)自然的觀察，而在于觀察自然的目的和方法……以及以實(shí)驗(yàn)或受控觀察的結(jié)果作為結(jié)論的最終依據(jù)?！保ㄗⅲ篔.Nef，“The Genesis of Industrialism and of Modern Science”，p.218.）“設(shè)計(jì)”（試驗(yàn)）和“抽象化”是西方近現(xiàn)代科學(xué)研究方法論的兩個(gè)極其重要的方面。（注：R.Bonelli and W.Shea， eds.. Reason， Experiment and Mysticism in the Scientific Revolution， p.15.）一方面，必須精心設(shè)計(jì)試驗(yàn)從而使自然現(xiàn)象的過程和數(shù)據(jù)能更清楚地被觀察到，并能對(duì)實(shí)驗(yàn)前形成的理論假設(shè)或推論進(jìn)行驗(yàn)證。另一方面，實(shí)驗(yàn)前必須進(jìn)行理論的抽象化建構(gòu)，區(qū)分表象和假象、派生的和次要的以及基礎(chǔ)的和更深層次的、實(shí)在的事物及過程，從而形成科學(xué)概念和提出假說，使研究者在實(shí)驗(yàn)中做到對(duì)自然現(xiàn)象的觀察合乎理想的簡(jiǎn)單化。

作為一種解釋自然的理論，陰陽五行學(xué)說包括宇宙生成的觀念、氣的觀念和物質(zhì)的五種形態(tài)觀念等等。（注：陰陽、五行、氣是中國(guó)傳統(tǒng)科學(xué)的三大概念，各門學(xué)科都用它們來說明自己的研究對(duì)象。參見席澤宗：《科學(xué)十論》，復(fù)旦大學(xué)出版社2003年版，第99頁。）這些觀念同近代科學(xué)所認(rèn)知的宇宙的結(jié)構(gòu)、物質(zhì)的存在狀態(tài)和實(shí)體相距甚遠(yuǎn)，甚至可以說這些概念基本沒有把握住物質(zhì)世界的真正的實(shí)在和深層的聯(lián)系。依據(jù)這樣的超驗(yàn)的和不能證實(shí)的概念，作為大前提很難推論出可被證偽的實(shí)驗(yàn)科學(xué)理論。

中國(guó)古代科學(xué)理論的公理化和證偽性問題　內(nèi)因論者認(rèn)為中國(guó)哲學(xué)家對(duì)自然的解釋缺乏理論的清晰性、證偽性和公理化傳統(tǒng)阻礙了科學(xué)理論的發(fā)展。阮元對(duì)中西方科學(xué)解釋理論的評(píng)價(jià)被作為例證，阮元認(rèn)為中國(guó)的理論妙在僅僅是尋求對(duì)現(xiàn)象的描述而不解釋原因，“天道淵微，非人力所能窺測(cè)”，而應(yīng)“言其所當(dāng)然，而不復(fù)強(qiáng)求其所以然，此古人立言之慎也”，這樣，理論才能“終古無弊”。（注：阮元：《疇人傳》卷三，商務(wù)印書館1978年版，第610頁。）

“公理化”是科學(xué)理論建構(gòu)必須遵守的一個(gè)重要原則，它體現(xiàn)在作為理論出發(fā)點(diǎn)的基本概念或大前提同推論假說之間的邏輯性，所有的推論或假設(shè)應(yīng)被表述為是由一套特殊的公理推論出的定理的形式，且具有驗(yàn)證性。

中國(guó)古代“科學(xué)”理論缺乏公理化傳統(tǒng)的確顯著。以天文學(xué)理論為例，《周髀算經(jīng)》中的“蓋天說”算是例外，它表現(xiàn)出是一個(gè)公理化的幾何體系。其定理“日影千里差一寸”是從其公理和前提“天地為平行平面”推論出來的。唐開元年間的大地測(cè)量數(shù)據(jù)證明與其不符，“蓋天說”便更趨式微。出現(xiàn)于漢代的“渾天說”，長(zhǎng)期統(tǒng)治中國(guó)天文歷學(xué)界直到西方近代天文學(xué)傳人才逐漸被取代。它對(duì)地球周邊的描述大體輪廓相符，并能經(jīng)觀察驗(yàn)證，和預(yù)告日食、說明月食，對(duì)制定立法有指導(dǎo)作用。張衡的“渾天儀”幾乎是一個(gè)物化了的托勒密地心說模型。然而，托勒密的宇宙體系卻“是一個(gè)高度可證偽的，公理化的幾何體系”。（注：江曉原：《天學(xué)外史》，上海人民出版社1999年版，第135頁。）托勒密強(qiáng)調(diào)理論建構(gòu)的“幾何學(xué)”方法，并采用一種能夠把各種事實(shí)統(tǒng)一起來的最簡(jiǎn)單的假說”，（注：參見金觀濤、樊洪業(yè)、劉青峰：《文化背景與科學(xué)技術(shù)結(jié)構(gòu)的演變》，自然辯證法通訊編：《科學(xué)傳統(tǒng)與文化》，第43頁。）即環(huán)行運(yùn)動(dòng)來解釋天體運(yùn)動(dòng)。（注：亞里士多德的形式邏輯和希臘的公理化方法甚至影響了中世紀(jì)西方的理論表述，基督教的宇宙論、人類起源和四帝國(guó)的說法，都有一個(gè)理論的邏輯結(jié)構(gòu)，并意指一個(gè)可能的經(jīng)驗(yàn)世界，因而具有證偽性。）

而在張衡的理論中，“天大而地下，天表里有水，水包地，猶殼之裹黃，天地各乘氣而立，載水而浮……天轉(zhuǎn)如車轂之運(yùn)也，周旋天端……”。（注：張衡：《張衡渾儀注》，《開元占經(jīng)》卷一。）張衡的理論中存在嚴(yán)重的邏輯不一致性和與當(dāng)時(shí)的常識(shí)相左的觀念：天地為何不沉不陷？天體如何能從水中通過？西漢起，楊雄、王充、張衡、葛洪到張載圍繞日月如何出入的爭(zhēng)論也頗能說明問題。

王充質(zhì)疑像太陽這種陽性的星體如何通過被視為陰的水，晉朝葛洪提出星宿屬陽性，但如龍，因而能生活在水中，還根據(jù)《周易》中的卦象來說明天體和日月可進(jìn)入地下，“《明夷》之卦離下坤上，捆在上，以證日入于地也”，離是火代表太陽，坤是地。（注：葛洪：《晉書·天文志》，載《中國(guó)天文學(xué)史》，科學(xué)出版社1981年版，第163頁。）宋朝的張載用新的說法來克服這種理論邏輯的不相一致性，認(rèn)為地球也是在氣上漂浮著的，“太虛無形，氣之本體，其聚其散，變化之客形爾”。（注：張載：《正蒙·太和篇》。）但是，張載的修訂并沒有帶來哥白尼似的革命。這也許同中國(guó)古代宇宙論的基本概念的錯(cuò)誤性有關(guān)?！皻狻笔菍?duì)自然現(xiàn)象的膚淺認(rèn)知，它并不是像“作用力”或“原子”那樣的實(shí)在。

中國(guó)古代自然哲學(xué)家對(duì)待實(shí)驗(yàn)的態(tài)度問題　并不是所有中國(guó)古代自然哲學(xué)家都不關(guān)心實(shí)驗(yàn)。例如墨家就不是用陰陽五行學(xué)說來解釋光學(xué)和力學(xué)的，而是通過實(shí)驗(yàn)論證來提出他們對(duì)光學(xué)和力學(xué)的解釋。就“受控實(shí)驗(yàn)”而言，明朱載堉就試圖建立一個(gè)研究杭州灣漲潮模式的設(shè)施。在其他領(lǐng)域，如天文觀測(cè)儀器、沙漏時(shí)鐘、渾儀等的制作，弦的共鳴現(xiàn)象，橋梁的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，水輪聯(lián)動(dòng)擒縱機(jī)構(gòu)，織布機(jī)和火藥等的發(fā)明和發(fā)現(xiàn)應(yīng)該都是反復(fù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。（注：李約瑟稱：“中世紀(jì)的中國(guó)……在理論上已經(jīng)很接近它（受控實(shí)驗(yàn)），而且在實(shí)踐上經(jīng)常超過歐洲的成就?！眳⒁奐oseph Needham， The Grand Titration， p.50.）從漢代起就確立了以日食觀察作為檢驗(yàn)歷法的標(biāo)準(zhǔn)。蘇頌和韓公廉的水運(yùn)儀象臺(tái)里，渾儀、 渾象和報(bào)時(shí)系統(tǒng)是由同一套漏殼流出的水推動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)裝置帶動(dòng)的，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度可根據(jù)渾儀對(duì)太陽、恒星進(jìn)行觀測(cè)時(shí)的跟蹤情況來調(diào)整，從而使渾象和報(bào)時(shí)系統(tǒng)的記時(shí)工作準(zhǔn)確。（注：郭盛織編：《中國(guó)古代的記時(shí)科學(xué)》，科學(xué)出版社1988年版，第172頁。）這應(yīng)該都是建立在反復(fù)觀察和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上。然而，的確還沒有證據(jù)表明中國(guó)傳統(tǒng)的科學(xué)家發(fā)展出一套實(shí)驗(yàn)論的哲學(xué)，并充分了解探究自然秘密時(shí)實(shí)驗(yàn)的重要性。

宋以后，中國(guó)自然哲學(xué)思維出現(xiàn)重要發(fā)展。朱熹和方以智等強(qiáng)調(diào)自然現(xiàn)象背后存在可辨別的模式，“物之所在，無不有理”，（注：朱熹：《四書章句集注》，中華書局1983版，第295頁。在《朱文公文集》卷39《答陳齊仲》中，他區(qū)分了隱藏在草、木、器用中的理、天理和人性。）“理”決定植物的生長(zhǎng)、谷物收獲季節(jié)以及為什么某些植物僅適合某種類型土地等。（注：朱熹：《中庸章句注》，《四書章句集注》，第83頁。朱熹自己進(jìn)行了包括觀察和實(shí)驗(yàn)的研究。他對(duì)化石成因有正確認(rèn)識(shí)，這比達(dá)·芬奇早400年，他還比較了晶體如雪花和鹽。）方以智區(qū)分了“通幾”和“質(zhì)測(cè)”，認(rèn)為對(duì)自然現(xiàn)象的哲學(xué)思考——“通幾”應(yīng)建立在對(duì)自然現(xiàn)象的考察，即“質(zhì)測(cè)”之上。（注：方以智：《物理小識(shí)》，載《中國(guó)哲學(xué)史》，中華書局1980年版，第174頁。）王夫之同樣認(rèn)為“格物”是研究自然現(xiàn)象的活動(dòng)，揭示自然現(xiàn)象長(zhǎng)期發(fā)展的深層規(guī)律。（注：方以智：《物理小識(shí)》，第207頁。）然而，幾乎所有“人都未能再前進(jìn)一步”，（注：A. Einstein，“A Letter to J.E.Switzer of San Mateo California (1953)”， in Joseph Needham， The Grand Titration， p.43.）認(rèn)識(shí)到試驗(yàn)在發(fā)現(xiàn)自然現(xiàn)象因果聯(lián)系的重要作用，從而“主動(dòng)對(duì)自然提問”。（注：R.Bonelli and W.Shea， eds.， Reason， Experiment and Mysticism in the Scientific Revolution， p.12.）

在西方學(xué)者與工匠傳統(tǒng)的結(jié)合并逐步發(fā)展到受控實(shí)驗(yàn)是文藝復(fù)興以來西方科學(xué)的最偉大發(fā)展，而在古代中國(guó)學(xué)者與工匠傳統(tǒng)最終并沒有結(jié)合起來。

西方機(jī)械論取代有機(jī)自然觀的特殊背景　在討論中國(guó)傳統(tǒng)有機(jī)自然哲學(xué)應(yīng)在多大程度上對(duì)中國(guó)沒有自發(fā)產(chǎn)生近代科學(xué)負(fù)責(zé)時(shí)，必須注意到陰陽五行學(xué)說所代表的那種世界觀念并不是中國(guó)文化所特有的?？茖W(xué)革命前，歐洲人也傾向于用人類行為和觀念的外推來解釋自然現(xiàn)象。例如，吉爾伯特通過顯示地球本身是一個(gè)巨大的磁場(chǎng)，來解釋指南針的行為，但中世紀(jì)的科學(xué)家德拉帕特（Della Porta）卻認(rèn)為磁鐵有頭發(fā)，鐵處于醉態(tài)，同樣用諸如“同情與憎惡”這樣的情感的觀念來解釋磁性現(xiàn)象。（注：W. Gilbert， On the Magnet， London: Chiswick Press，1901，p.113.）哈維證明心臟類似一個(gè)“小型的水泵”，而早期的生理學(xué)家蓋倫（Ferneland Galen）則認(rèn)為心臟是一個(gè)“維持生命之火的爐床”，（注：W.Osller，“Harvey and His Discovery”， in C.Read，Essays in Honor of Conyers Read，p.222.）中西這樣的解釋并無本質(zhì)差異。

在西方，主要是文藝復(fù)興后出現(xiàn)的某種十分特別的思想觀念，幫助西方科學(xué)拋棄舊的有機(jī)自然哲學(xué)，并推動(dòng)一種對(duì)宇宙的新解釋方式的興起。在這些新的思想潮流中，尤為重要的是奧卡姆的威廉（1285—1349年）所提出的“本體精簡(jiǎn)論”或“概念精簡(jiǎn)化”原則，即沒有必要不得引入更多實(shí)體或概念于解釋中的原則。（注：克羅姆認(rèn)為羅杰爾·培根和奧卡姆的威廉已從舊的自然哲學(xué)概念中解脫出來了。參見A.Crombie，Robert Grosseteste and the Origins of Experimental Science，Oxford: Clarendon Press，1953，p.7.）這一原則激勵(lì)了近代早期科學(xué)家如開普勒和伽利略去探尋一種對(duì)宇宙更簡(jiǎn)單的機(jī)械論的解釋。在1607年8月1日開普勒給費(fèi)瑞休斯（Fabricius）的信中就反映出“本體精簡(jiǎn)論原則”怎樣幫助他提出了機(jī)械論的宇宙學(xué)說。（注：開普勒寫到：“當(dāng)你說不用懷疑，所有（天體）運(yùn)動(dòng)循完美圓形軌跡時(shí)，這在論據(jù)組合上是錯(cuò)誤的。實(shí)際上是運(yùn)動(dòng)使所然。按哥白尼，它們?cè)谝粋€(gè)傾斜的軌道上運(yùn)動(dòng)。但托勒密和第谷卻認(rèn)為它們呈螺旋狀曲線。但是如果說到運(yùn)動(dòng)的形成時(shí)，你就引用了一個(gè)僅在思想中而不是在現(xiàn)實(shí)中存在的東西，因?yàn)槌颂祗w相互之間，沒有任何其他東西作用于天體?！币訥.Holton，Thematic Origins of Science Thought:Kepler to Einstein，p.61.）

后來的伽利略更試圖把他的研究范圍限制在分割開的、界定清楚的領(lǐng)域，而不去尋求一種對(duì)宇宙的超驗(yàn)理論為特征。（注：R.Bonelli and W.Shea，eds.，Reason，Experiment and Mysticism in the Scientific Revolution，p.158.）培根明確地指出，實(shí)驗(yàn)可以清除那些沒有實(shí)用性的概念和幫助定義現(xiàn)象的性質(zhì)。（注：R.Harre，Great Science Experiments，Oxford:Phaidon Press，1981，p.15.）而在傳統(tǒng)中國(guó)，卻不是“奧卡姆的剃刀”或幾何式證明的形式，而是某種美學(xué)觀，甚至是非證偽性影響著直到晚清的“科學(xué)”解釋。

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三、中國(guó)近代科學(xué)落后的綜合原因分析 一些學(xué)者從外因和內(nèi)因兩方面對(duì)中國(guó)科技近代落后的原因進(jìn)行綜合探討，特別是從中西原始科學(xué)范式和宗教形態(tài)的差異入手來分析。

原始科學(xué)范式的差異　綜合論者發(fā)現(xiàn)，許多構(gòu)成近代西方科學(xué)范式的重要成分在古希臘自然哲學(xué)中已萌芽：幾何學(xué)視野下的空間觀，歐幾里得公理化傳統(tǒng)，畢達(dá)哥拉斯關(guān)于數(shù)字在理解宇宙中的重要性等等。（注：金觀濤、樊洪業(yè)、劉青峰：《文化背景與科學(xué)技術(shù)結(jié)構(gòu)的演變》，第36—37頁。）中國(guó)僅在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，《墨經(jīng)》和《考工記》所代表的學(xué)術(shù)流派重視技術(shù)后面的形而上學(xué)和從實(shí)驗(yàn)中抽象出的理論。（注：金觀濤、樊洪業(yè)、劉青峰：《文化背景與科學(xué)技術(shù)結(jié)構(gòu)的演變》，第70頁。）然而，最終儒家受到官方的支持而成為顯學(xué)，墨家那種有科學(xué)觀念萌芽和實(shí)驗(yàn)傳統(tǒng)的范式卻未能成長(zhǎng)。

中西宗教對(duì)科學(xué)的不同影響　綜合論者認(rèn)為宗教對(duì)處于萌芽狀態(tài)的科學(xué)的發(fā)展有重要影響。中國(guó)歷史上有許多時(shí)機(jī)能使更具科學(xué)之光的墨家傳統(tǒng)復(fù)活并促進(jìn)“近代科學(xué)結(jié)構(gòu)的建立”，如東漢末年，以造紙術(shù)、地震儀、渾天儀和星圖的發(fā)明為標(biāo)志的第一個(gè)科技發(fā)展；16和17 世紀(jì)以《本草綱目》、《天工開物》、《農(nóng)政全書》的編纂為標(biāo)志的對(duì)中國(guó)科學(xué)技術(shù)的總結(jié)的嘗試。那時(shí)耶穌會(huì)士引介西方的科學(xué)，徐光啟翻譯西方的科學(xué)著作，反思中國(guó)傳統(tǒng)。然而，科學(xué)的突破卻最終都未出現(xiàn)。（注：金觀濤、樊洪業(yè)、劉青峰：《文化背景與科學(xué)技術(shù)結(jié)構(gòu)的演變》，第69—81頁。）在西方，吸收了希臘科學(xué)傳統(tǒng)的基督教幫助克服了通常阻礙前現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展的障礙?；浇滩粌H普及了原始科學(xué)觀念并使科學(xué)探究成為受到主流意識(shí)形態(tài)支持的活動(dòng)。

宗教文化意識(shí)形態(tài)對(duì)科學(xué)的影響　默頓（Merton）的研究表明，宗教對(duì)近代科學(xué)的發(fā)展有強(qiáng)大影響。宗教和科學(xué)活動(dòng)都包含對(duì)世界的生成、結(jié)構(gòu)和演化的探討。中古時(shí)代，科學(xué)探索常與宗教和巫術(shù)活動(dòng)交織在一起。以信仰和教會(huì)組織為支撐的關(guān)于宇宙自然的宗教假說影響科學(xué)家的思維和實(shí)踐。中世紀(jì)后期許多科學(xué)問題是在討論神學(xué)問題中被發(fā)現(xiàn)的。（注：George Basalla，ed.， The Rise of Modern Science:Internal or External Factor，London:Paytheon Education Company， 1968，p.19.）庫(kù)恩甚至認(rèn)為17世紀(jì)科學(xué)革命部分是對(duì)基督教宇宙哲學(xué)，即亞里士多德—托勒密體系不能解釋反?，F(xiàn)象的回應(yīng)。

但是，顯然不能一般性地?cái)嘌匀褰陶軐W(xué)排斥科學(xué)。從漢儒董仲舒起，宇宙論就成為儒家哲學(xué)的重要部分。當(dāng)托馬斯·阿奎那對(duì)古典知識(shí)和基督教理論進(jìn)行綜合時(shí)，中國(guó)的理學(xué)大師如張載、周敦頤和朱熹等同樣也對(duì)中國(guó)的自然哲學(xué)知識(shí)進(jìn)行綜合。朱熹把佛道思想中形而上學(xué)的和自然科學(xué)知識(shí)融入其理論，并吸收了沈括所總結(jié)的科學(xué)知識(shí)和從張衡到張載的天文理論，他提出的地球和星體產(chǎn)生的觀念與康德的星云說極為相似。他的宇宙論比張衡的天文理論似乎更有條理性和“科學(xué)”性，李約瑟甚至認(rèn)為理學(xué)從本質(zhì)上來講是科學(xué)的。（注：C.Ronan，The Shorter Science and Civilization in China，p.247.李約瑟贊揚(yáng)朱熹是“圣托馬斯·阿奎那，但卻擁有斯賓塞的世界觀，朱熹使用一種無異于現(xiàn)代科學(xué)的觀念來思考”。見李約瑟：《中國(guó)科學(xué)史》卷二，科學(xué)出版社、上海古籍出版社1990年版，第489頁。）顯然，儒家思想似乎并不比天主教更敵視科學(xué)，朱熹提倡研究自然以完善人類的知識(shí)就是證明。“而天下之物莫不有理，惟于理未有窮，故其知有不盡也。是以《大學(xué)》始教，必使學(xué)者即凡天下之物，莫不因其已知之理而益窮之，以求至乎其極。至于用力其久，而一旦豁然貫通焉，則眾物之表里精粗無不到，而吾心之全體大用無不明矣?！保ㄗⅲ褐祆洌骸端臅戮浼ⅰ?，第6、7頁。意指自然科學(xué)的“格致之學(xué)”是從朱熹的論著獲得特殊含義的。）

分析中西文化對(duì)科學(xué)發(fā)展的影響以下兩方面的差異值得注意。第一，學(xué)術(shù)傳統(tǒng)。自古希臘，對(duì)自然的探究就具有獨(dú)立價(jià)值，甚至在中世紀(jì)，西方的大學(xué)課程中也包含自然科學(xué)知識(shí)傳授：含語法、修辭、邏輯的藝術(shù)課，以及算術(shù)、幾何、音樂和天文四門學(xué)科。（注：參見A.Crombie，Oxford's Contribution to the Origins of Modern Science，Oxford:Basil Blackwell，1954，p.11.）第二，歐洲社會(huì)的開放和文化生活的分散性。12世紀(jì)，私立學(xué)院在中國(guó)和西方興起，對(duì)科學(xué)的興趣在增長(zhǎng)。在西方如牛津大學(xué)，格萊斯特等學(xué)者認(rèn)識(shí)到希臘科學(xué)的意義并試圖去探討科學(xué)研究的方法和科學(xué)解釋的本質(zhì)。羅杰爾·培根和奧卡姆的威廉提出一套有別于經(jīng)院哲學(xué)的關(guān)于科學(xué)研究對(duì)象、意義和方法的新觀念。14和15世紀(jì)中，西方不少大學(xué)在數(shù)學(xué)、天文學(xué)、哲學(xué)領(lǐng)域中設(shè)立了教授職位。在意大利，對(duì)科學(xué)的興趣使伽利略和其他學(xué)者不顧教會(huì)的責(zé)難，而在舊的學(xué)術(shù)圈子之外建立了一個(gè)新的學(xué)術(shù)社團(tuán)去從事科學(xué)研究。

耶穌會(huì)士與明以后中國(guó)科學(xué)發(fā)展　牛津大學(xué)的克洛比認(rèn)為西方現(xiàn)代科學(xué)源于古希臘原始科學(xué)范式，后發(fā)展出新的獨(dú)創(chuàng)思想和有自我生命力的科學(xué)研究方式。（注：A.Crombie，Oxford's Contribution to the Origins of Modern Science，p.11.）這產(chǎn)生了另一個(gè)問題：如果原始科學(xué)范式，（注：科學(xué)范式是“一個(gè)時(shí)代普遍接受的科學(xué)成就，它為科學(xué)團(tuán)體提供了一個(gè)提出研究問題和解決辦法的模式。”參見Shigeru Nakayama，Academic and Scientific Traditions in China， Japan，and the West，trans.Dusenbury，Tokyo:University of Tokyo Press，1984，p.17.）即希臘科學(xué)傳統(tǒng)是促使近代科學(xué)最終在西方興起的原因，那么， 當(dāng)這一科學(xué)傳統(tǒng)由耶穌會(huì)士介紹到中國(guó)明朝后為什么沒有引起向近代科學(xué)的躍進(jìn)呢？

何兆武認(rèn)為中國(guó)“并沒有任何根本性的阻礙近代科學(xué)傳入的思想因素”，西方傳教士介紹過時(shí)的前伽利略時(shí)代的科學(xué)，中國(guó)因此未能步入近代科學(xué)。（注：《何兆武與席文教授討論科學(xué)史與思想史的一封信》，深圳大學(xué)國(guó)學(xué)研究所主編：《中國(guó)文化與中國(guó)哲學(xué)》，東方出版社1986年版，第566—567頁。）席文也說前伽利略時(shí)代的科學(xué)，處在“歐洲科學(xué)意識(shí)分水嶺”的中古那一邊，不能使中國(guó)人革新他們的自然知識(shí)。（注：N.Sivin，“Science in China's Past”，p.26.）

然而，傳教士帶來的科學(xué)知識(shí)對(duì)中國(guó)學(xué)術(shù)界產(chǎn)生了影響。從徐光啟和方以智（《物理小識(shí)》）等學(xué)者的著述既可看出。徐光啟意識(shí)到西方的科學(xué)解釋有嚴(yán)密的邏輯結(jié)構(gòu)且采用演繹法，“《幾何原本》者度數(shù)之宗……眾用所基”。（注：徐光啟：《刻幾何原本序》。）徐光啟試圖去重組中國(guó)科學(xué)知識(shí)，他主持下修定的《崇禎歷書》采用西方第谷的天體運(yùn)行體系和幾何學(xué)的計(jì)算方法。席文后來把傳教士東來后引起的中國(guó)天文歷法變化稱為“哥白尼式天文學(xué)革命”。

對(duì)西方科學(xué)的興趣延續(xù)到清初皇帝如康熙，他熱情地學(xué)習(xí)西方的數(shù)學(xué)和天文學(xué)，甚至在宮廷中組建了一個(gè)法國(guó)式的皇家學(xué)院，邀請(qǐng)歐洲的科學(xué)家做物理和化學(xué)方面的實(shí)驗(yàn)。然而，清廷后來指責(zé)耶穌會(huì)士傳播顛覆性教義并突然禁止他們的宗教活動(dòng)，對(duì)西方科學(xué)的熱情也跟著消失了?？滴跄觊g，楊光先從文化意識(shí)形態(tài)上攻擊耶穌會(huì)士制定的天文歷法與他所監(jiān)之“堯舜相傳”的立法相悖，表明中國(guó)古代宇宙觀妨礙中國(guó)吸收西方的科學(xué)知識(shí)。

四、從人類學(xué)的視角對(duì)中國(guó)近代科學(xué)落后的解釋

中國(guó)能否不采用伽利略—牛頓學(xué)說體系所代表的科學(xué)范式（注：伽利略通過把對(duì)運(yùn)動(dòng)的研究數(shù)學(xué)化，掃清了物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)新觀念出現(xiàn)的道路。在開普勒和伽利略的基礎(chǔ)上，牛頓才能推翻舊的宇宙模式，并使對(duì)空間的理解幾何學(xué)化。無論是天體還是地面物體的運(yùn)動(dòng)，才能都被視為是幾何體在抽象的空間中的運(yùn)動(dòng)。所有使用終極原因的解釋因而從科學(xué)中消失了。參見A.Koyre，“Significance of Newtonian Systems”， in George Basalla，ed.，The Rise of Modern Science:Internal or External Factors，p.99.）而發(fā)展出自己的“近代科學(xué)”形式呢？西方學(xué)者如席文認(rèn)為沒有牛頓，西方就不能發(fā)展出近代科學(xué)，因?yàn)榕ｎD力學(xué)體系始終是近代科學(xué)的核心部分。但是，一旦某種科學(xué)突破在統(tǒng)計(jì)物理學(xué)和波動(dòng)物理學(xué)這兩個(gè)領(lǐng)域其中之一發(fā)生，那么稱之為牛頓式的那種探測(cè)的路數(shù)就會(huì)遲早被發(fā)明出來。（注：《何兆武與席文教授討論科學(xué)史與思想史的一封信》，第569頁。）

對(duì)席文的觀點(diǎn)持批評(píng)態(tài)度的金春峰認(rèn)為中國(guó)的傳統(tǒng)思維模式中的時(shí)空觀使牛頓體系難于在中國(guó)產(chǎn)生。他把中國(guó)的文化思維模式稱為“月令圖式”，認(rèn)為《禮記》中的《月令》一章較好地闡述了這種思維模式。它以下面的觀念為特征：

第一，人類活動(dòng)和自然過程中存在著季節(jié)性的規(guī)律。第二，時(shí)空是主觀的，時(shí)間和空間結(jié)合形成五個(gè)區(qū)域。每一區(qū)域和五種元素之一相對(duì)應(yīng)。如東方與春季相結(jié)合，由木主持；南方與夏季相結(jié)合，由火主持。時(shí)間是循環(huán)往復(fù)的，空間不是向各個(gè)方向無限的擴(kuò)展，而是有限的，并隨時(shí)間流轉(zhuǎn)的。（注：金春峰：《“月令”圖式與中國(guó)古代思維方式的特點(diǎn)及其對(duì)科學(xué)和哲學(xué)的影響》，深圳大學(xué)國(guó)學(xué)研究所主編：《中國(guó)文化與中國(guó)哲學(xué)》，東方出版社1986年版，第128—130頁。）與這種思維方式對(duì)應(yīng)著一套探究問題的路數(shù)：例如，著眼于整體或系統(tǒng)，把握客觀對(duì)象的運(yùn)動(dòng)形態(tài)，關(guān)注物體的功能屬性，而不是結(jié)構(gòu)；把所有的事物視為有機(jī)體，強(qiáng)調(diào)物質(zhì)和能量的相互轉(zhuǎn)換，不關(guān)注建構(gòu)幾何模型和運(yùn)動(dòng)軌跡。（注：金春峰：《“月令”圖式與中國(guó)古代思維方式的特點(diǎn)及其對(duì)科學(xué)和哲學(xué)的影響》，第132頁。）

金春峰認(rèn)為《月令》模式觀念把宇宙理解為一個(gè)充滿著流動(dòng)的氣和被分隔開的時(shí)空構(gòu)成的有機(jī)體“阻礙了以機(jī)械論的哲學(xué)為特征的近代科學(xué)的出現(xiàn)。（注：金春峰：《“月令”圖式與中國(guó)古代思維方式的特點(diǎn)及其對(duì)科學(xué)和哲學(xué)的影響》，第139頁。）”

中國(guó)古代時(shí)空觀　李約瑟曾把中國(guó)古代的時(shí)空觀稱為“隔間式的時(shí)空觀”（注：Joseph Needham， The Grand Titration，p.231.）和“聯(lián)想式有機(jī)思維方式”，（注：C.Ronan，The Shorter Science and Civilization in China，p.188.）認(rèn)為是反映了中國(guó)官僚社會(huì)以“行政式的方式對(duì)待自然”。（注：C.Ronan，The Shorter Science and Civilization in China，p.188.）格朗尼特稱這種時(shí)間意識(shí)為“宗教儀式的時(shí)間觀”，因?yàn)樗^分強(qiáng)調(diào)時(shí)令、節(jié)氣、義務(wù)和機(jī)遇?！爸袊?guó)人喜歡把時(shí)間看作是由時(shí)代、節(jié)氣、新紀(jì)元”的集合體，“對(duì)時(shí)間和空間的思考從來就是與具體的事件聯(lián)系在一起”，中國(guó)人把時(shí)間分解為朝代，就像他們把空間分為方位一樣，中國(guó)人從來沒有刻意把時(shí)空想像為是可以容納抽象概念物的基體。（注：M.Granet，La Pensee' Chinoise，pp.86，88，96，113.引自Joseph Needham，The Grand Titration，pp.50，228.）

“四方上下曰宇，往古來今曰宙”，隔間式的（四方上下）空間觀似乎在這里找到文字證明。（注：尸佼：《尸子》。）的確，從《禮記·月令》中能看到時(shí)間被分解為節(jié)氣、時(shí)令、文化與宗教節(jié)日，以及與氣和陰陽五行的概念的聯(lián)系。然而中國(guó)古代時(shí)空觀并不都是“月令”模式，中國(guó)古代哲學(xué)思想中存在多樣的時(shí)空觀念?！皻v史學(xué)中的類推似的，符號(hào)化的和教誨性的時(shí)空觀，過去兩千年來天文時(shí)鐘和水利驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘所體現(xiàn)出的客觀的均勻劃分的時(shí)間，生物演化過程中的連續(xù)與斷裂的統(tǒng)一，在各種關(guān)于未來和過去的社會(huì)政治學(xué)說中的進(jìn)步與退化觀”等等。（注：引自N.Sivin，“On the Limits of Empirical Knowledge in the Traditional Chinese Science”， in J.Fraser， N.Lawrence and F. Haber， eds.， Time， Science， and Society in China and the West， p.152.）盡管這樣， 循環(huán)的時(shí)間觀和與它相聯(lián)系的自然觀似乎仍是處于中國(guó)自然哲學(xué)思想的深處，與上述時(shí)間觀交織。（注：在那個(gè)時(shí)代，循環(huán)論的觀念既不是道家的、法家的、儒家的，也不是墨家所特有的，而是所有各家共有的對(duì)自然過程的一種思維模式。參見N.Sivin，“On the Limits of Empirical Knowledge in the Traditional Chinese Science”， p.153.）例如，在歷史編寫中，循環(huán)時(shí)間觀和方位化的空間觀與連續(xù)的線性時(shí)間觀配合使用，表現(xiàn)為隨著朝代的更替，而出現(xiàn)的進(jìn)步或倒退的演化。在對(duì)自然現(xiàn)象的解釋中，陰陽五行學(xué)說和與它相結(jié)合的循環(huán)論和方位化的時(shí)空觀念構(gòu)成基本的思維框架。

中國(guó)天文學(xué)家的空間觀念展示了一幅復(fù)雜的畫面，無限宇宙觀念似乎盛行。中國(guó)三大天文學(xué)理論之一的宣夜學(xué)派以無限虛空的觀念而著稱，“天了無質(zhì)……高遠(yuǎn)無際……日月眾星，自然浮生虛空之中”。（注：《晉書·天文志》。）“渾天說”的傳播者——張衡也說天地之外是宇宙，“宇之表無極，宙之端無窮”。（注：張衡：《靈憲》。）11世紀(jì)的張載寫道，“天大無外”。（注：張載：《正蒙·太和》。）朱熹也認(rèn)為天無形，是空的。但是，這些觀念與陰陽五行學(xué)說混雜在一起，宇宙總的來說仍被視為是一個(gè)有機(jī)體，其中兩種基本相反的力量波動(dòng)互補(bǔ)。（注：“不論何時(shí)當(dāng)人們嘗試去解釋結(jié)構(gòu)和變化時(shí)，便可能使用陰陽五行學(xué)說。當(dāng)每一種性質(zhì)的科學(xué)發(fā)展完善其古典形式后，陰陽五行學(xué)說也增加了與每一研究領(lǐng)域問題相關(guān)的特殊詞匯，連同另一些技術(shù)性概念一起，就為這門‘科學(xué)’提供一種足以構(gòu)成解釋的理論話語?！眳⒁奡ivin， “Science in China's Past”， p. 15.）

中國(guó)古代時(shí)空觀和運(yùn)動(dòng)觀念對(duì)科學(xué)發(fā)展的意義　李約瑟認(rèn)為近代自然科學(xué)不能在中國(guó)自發(fā)產(chǎn)生與中國(guó)人“對(duì)時(shí)間和變化的觀點(diǎn)無關(guān)聯(lián)”，而應(yīng)主要從其他意識(shí)形態(tài)的因素，“具體的地理、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)條件”來解釋。（注：N.Sivin，“Science in China's Past”，p.xv.）弗萊澤提出相反的觀點(diǎn)，認(rèn)為近代科學(xué)的基礎(chǔ)是相信必須把“對(duì)自然的假設(shè)理論數(shù)學(xué)化，并用試驗(yàn)來驗(yàn)證這些假設(shè)”，“而這種對(duì)數(shù)字化和量度的要求起源于某些與此密切相關(guān)的關(guān)于時(shí)間的學(xué)說，這些學(xué)說是西方土生的”。弗萊澤把中國(guó)不能自發(fā)產(chǎn)生近代科學(xué)歸因于中國(guó)自然哲學(xué)家喜歡有機(jī)自然哲學(xué)。（注：J.Fraser，N.Lawrence and F.Haber，eds.，Time，Science，and Society in China and the West，p.1.）席文對(duì)此持折衷的立場(chǎng)，聲稱無法證明“循環(huán)的時(shí)間觀念以外的其他時(shí)間觀念在中國(guó)特殊的科技環(huán)境中能更有效地推進(jìn)中醫(yī)和煉丹術(shù)，甚至無法知道他們是否會(huì)被吸收?！保ㄗⅲ篘.Sivin，“On the Limits of Empirical Knowledge in the Traditional Chinese Science”，p.154.）

然而，當(dāng)我們探討為什么在中國(guó)沒有自發(fā)產(chǎn)生近代科學(xué)這一問題，并涉及到中國(guó)自然哲學(xué)對(duì)此的影響時(shí)，其中一個(gè)特別值得注意的領(lǐng)域是物理學(xué)。在此領(lǐng)域，方法論和形而上學(xué)的突破首先發(fā)生，由此開啟了西方近代科學(xué)。在中國(guó)古代科學(xué)這個(gè)領(lǐng)域中，有機(jī)自然觀以及與它相聯(lián)系的隔間式時(shí)空觀，而不是其他時(shí)空觀，例如無限虛空的觀念，被用來解釋自然現(xiàn)象及物體運(yùn)動(dòng)的原因。這一點(diǎn)很重要。

希臘的原子論者把時(shí)空理解為幾何形盒子，原子散布其中。他們相信物體所處的位置及其運(yùn)動(dòng)存在某種結(jié)構(gòu)模式。如果物質(zhì)的一個(gè)粒子在特殊的時(shí)間占據(jù)著特殊的位置，那是因?yàn)榱硪粋€(gè)粒子的推動(dòng)。（注：參見Lucretius，DeRerum Natura，translated and revised by M.Smith，Cambridge，Massachusetts:Harvard University Press，1975，pp.29—39.）這些觀念為在文藝復(fù)興時(shí)期出現(xiàn)的從幾何學(xué)的角度把運(yùn)動(dòng)理解為是在一定的時(shí)間內(nèi)位置的變化的觀念打下了基礎(chǔ)，隨后導(dǎo)致現(xiàn)代力學(xué)和現(xiàn)代早期西方科學(xué)思想中對(duì)因果關(guān)系的機(jī)械論理解的出現(xiàn)。

中國(guó)自然哲學(xué)中，“兩種時(shí)間觀念成為那些試圖區(qū)分過程的時(shí)間階段性和空間結(jié)構(gòu)的手段。互補(bǔ)的陰、陽運(yùn)用于自然過程中，代表著消失和出現(xiàn)、持久和變化、收縮和擴(kuò)張等方面；運(yùn)用于空間結(jié)構(gòu)時(shí)，則表示正面和背面，低和高，內(nèi)部和外部。”五行用于區(qū)別空間關(guān)系時(shí)，“五行中的四行常用來表示指南針的四個(gè)基本方位，每年太陽路徑的四分之一和四季相對(duì)應(yīng)，地球處于中心位置，其他行星圍繞地球旋轉(zhuǎn)?！保ㄗⅲ篘.Sivin，“Science in China's Past”，pp.14—15.）

每種事物的性質(zhì)都被認(rèn)為適合于它所占的位置，并依據(jù)與其所占的時(shí)空位置相符合的規(guī)則活動(dòng)。自然過程的規(guī)律性被想像為不是由某種機(jī)械的原則所支配，而是為適應(yīng)社會(huì)生活模式。一個(gè)物體占有其位或運(yùn)動(dòng)是其性使所然，或是像一個(gè)有機(jī)體那樣按自己的意愿行動(dòng)，或在“能量場(chǎng)”的影響下，或因共鳴，或由于感應(yīng)。（注：Joseph Needham，The Grand Titration，p.226.）這一運(yùn)動(dòng)觀念與希臘和牛頓學(xué)說中把時(shí)間和空間視為幾何形的空盒，或無限延伸的線條，其中任何事物都有一個(gè)可量度的位置的觀點(diǎn)相佐。它解釋了中國(guó)很難發(fā)展出牛頓型物理學(xué)和幾何天文學(xué)的原因。（注：中國(guó)人缺乏對(duì)天體運(yùn)動(dòng)的希臘式幾何學(xué)觀念，他們不覺得現(xiàn)象背后的原因可以從幾何學(xué)和機(jī)械論的角度去理解。在他們看來，宇宙這個(gè)大有機(jī)體中的每一個(gè)有機(jī)體都依據(jù)其本性遵道而行，它們的運(yùn)動(dòng)可以由本質(zhì)上非具象主義的代數(shù)來處理。參見C.Ronan，The Shorter Science and Civilization in China，p.221.）

中國(guó)古代科技發(fā)展的其他可能性　墨家和名家證實(shí)了中國(guó)古代科技有可能向另一方向發(fā)展。名家試圖去發(fā)展一套關(guān)于邏輯推理的法則，墨家不僅與陰陽五行學(xué)說沒多大聯(lián)系，同時(shí)提出不同的時(shí)空觀和運(yùn)動(dòng)原因觀，并有依據(jù)試驗(yàn)來闡明一般物理原則的傾向。（注：參見《墨經(jīng)》，以及C.Ronan，The Shorter Science and Civilization in China，p.340.格萊漢姆對(duì)《墨經(jīng)》這些相關(guān)段落有不同的理解和翻譯。參見A.Graham，Later Mohist Logic，Ethics and Science，Hong Kong:The Chinese University，1978，p.295(A44)，pp.435—436(B63—64).）墨家認(rèn)為在時(shí)間和空間中發(fā)生的運(yùn)動(dòng)是可測(cè)量的，并可能考慮到了運(yùn)動(dòng)的力學(xué)原因。（注：C.Ronan，The Shorter Science and Civilization in China，p.341.）墨家關(guān)于物體運(yùn)動(dòng)需要時(shí)間，空間位置可以量度，運(yùn)動(dòng)在于力學(xué)原因的觀點(diǎn)與后來西方的伽利略，甚至是“牛頓第一定律”所表述的觀點(diǎn)相似。墨家同樣探討了物體的下落運(yùn)動(dòng)、斜面運(yùn)動(dòng)和球面運(yùn)動(dòng)等。

中國(guó)古代科學(xué)思想中還含有許多可以被稱為“現(xiàn)代”的科學(xué)觀念?！袄韺W(xué)”中關(guān)于兩種基本力量的觀念，猜測(cè)到了物質(zhì)深層結(jié)構(gòu)的兩面，即后來被西方科學(xué)家稱之為“正極”和“負(fù)極”、電子和質(zhì)子。李約瑟認(rèn)為中國(guó)人“雖從未站在過牛頓所處的位置，卻接近擁有原子物理學(xué)家玻爾和盧瑟福所代表那些立場(chǎng)”。中國(guó)人關(guān)于自然以波動(dòng)的方式運(yùn)轉(zhuǎn)，自然界兩種力量中的每一種輪流升至最高點(diǎn)，然后下降讓對(duì)立面來控制場(chǎng)的觀念，“表達(dá)了我們認(rèn)為相當(dāng)合理的對(duì)波動(dòng)現(xiàn)象的一種科學(xué)的抽象”。（注：C.Ronan，The Shorter Science and Civilization in China，pp.236—237.）實(shí)際上在中國(guó)古代科學(xué)思想中還可以找到更多有近代科學(xué)水準(zhǔn)的觀念和發(fā)現(xiàn)，例如《內(nèi)經(jīng)》的血液循環(huán)理論。

盡管如此，缺少一種追求再現(xiàn)自然表象和揭示現(xiàn)象深層結(jié)構(gòu)的哲學(xué)認(rèn)識(shí)論傾向（the philosophy of presence）也許可以解釋為什么近代科學(xué)終究沒有在中國(guó)自發(fā)興起。西方認(rèn)識(shí)論的重要特征被德里達(dá)稱為“邏各斯中心主義”，它預(yù)先假定現(xiàn)象中存在秩序和結(jié)構(gòu)。這種認(rèn)識(shí)論推動(dòng)西方學(xué)者去揭示所研究事物的邏輯結(jié)構(gòu)和本質(zhì)。這種具相主義傾向是西方科學(xué)和藝術(shù)現(xiàn)代性的本質(zhì)特征。概而言之，沒有這種揭示事物結(jié)構(gòu)的愿望和努力，科學(xué)研究就不能說是現(xiàn)（近）代的。

反觀中國(guó)，居支配地位的宇宙論是建立在強(qiáng)調(diào)所謂差異性、變化性和不確定性的觀念基礎(chǔ)上，老子的宇宙論哲學(xué)體現(xiàn)了這一點(diǎn)。這種非具相主義哲學(xué)預(yù)先假定“宇宙的秘密是不可了解的”，因此對(duì)現(xiàn)象的描述和解釋也應(yīng)與此相一致。阮元關(guān)于中西宇宙論表述的差異性的言論突出反映這一觀念。前面提及的諸如中國(guó)古代科學(xué)思維缺少幾何觀以及公理化傳統(tǒng)都可以被認(rèn)為是反具相主義的表現(xiàn)。

篇6

物理學(xué)是人類社會(huì)實(shí)踐的產(chǎn)物。作為人類對(duì)物理世界客觀規(guī)律認(rèn)識(shí)的結(jié)果，物理學(xué)有一個(gè)不斷積累和發(fā)展的過程。它的每一個(gè)基本概念、基本定律和基本理論，都有一個(gè)萌芽，形成和發(fā)展演化的曲折過程。但是，在大量的物理教科書中，人類對(duì)物理學(xué)認(rèn)識(shí)的歷史痕跡被擦拭殆盡，物理學(xué)家們的曲折頑強(qiáng)的創(chuàng)作過程常常被物理學(xué)理論嚴(yán)格、精美的邏輯體系的面紗遮蓋起來，人們只能通過具體的物理定律或公式前面所具有的科學(xué)家的名字，模糊地了解那一段歷史。我國(guó)物理學(xué)前輩錢三強(qiáng)先生指出：“科學(xué)經(jīng)歷的是一條非常曲折，非常艱難的道路，然而，我們的教師在對(duì)學(xué)生進(jìn)行教育的時(shí)候往往是應(yīng)用經(jīng)過幾次消化了的材料來講授，或者經(jīng)過抽象的理論分析加以表述，把已有的知識(shí)系統(tǒng)歸納，形成簡(jiǎn)明扼要的理論體系，這當(dāng)然是必要的，但是這樣的教學(xué)方法，往往會(huì)使學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的產(chǎn)生和發(fā)展引起誤解，以為什么結(jié)論都可用數(shù)學(xué)推導(dǎo)出來，失去了對(duì)觀察和實(shí)驗(yàn)的興趣。這樣的結(jié)果使學(xué)生們不了解科學(xué)是怎樣來的。”把物理學(xué)史的內(nèi)容溶入課堂教學(xué)，可以讓學(xué)事了解物理學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣-讓學(xué)生從物理學(xué)發(fā)展的角度來理解物理知識(shí)，促進(jìn)知識(shí)的掌提；并從物理學(xué)家的事跡中感受科學(xué)精神，人文精神。

1　通過物理學(xué)史的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解學(xué)習(xí)物理的重要性，激發(fā)學(xué)生對(duì)物理學(xué)科的興趣和探究欲

物理學(xué)是研究物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、相互作用和物質(zhì)最基本的最普遍的運(yùn)動(dòng)形式及其相互轉(zhuǎn)化規(guī)律的學(xué)科，是自然科學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科和帶頭學(xué)科，它的基本原理和方法滲透到了自然科學(xué)的一切領(lǐng)域，應(yīng)用于生產(chǎn)技術(shù)的各個(gè)部門，是自然科學(xué)的許多領(lǐng)域和工程技術(shù)的基礎(chǔ)。通過學(xué)習(xí)物理學(xué)史。我們可以發(fā)現(xiàn)正是物理學(xué)的發(fā)展推動(dòng)了自然科學(xué)的其他學(xué)科，諸如化學(xué)、生物學(xué)、天文學(xué)等學(xué)科的發(fā)展與新的交叉學(xué)科的誕生，同時(shí)極大地促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。比如現(xiàn)今的尖端技術(shù)領(lǐng)域一一核能與核能技術(shù)，航天與空間技術(shù)、信息技術(shù)、激光技術(shù)，生物技術(shù)等，或是物理學(xué)本身的發(fā)展，或是植根于物理學(xué)。歷年來科技界最高獎(jiǎng)項(xiàng)——諾貝爾獎(jiǎng)的獲得者們當(dāng)中除了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的獲得者外，還有相當(dāng)一部分人是具有物理背景的，他們的成功與其物理背景的關(guān)聯(lián)甚大。

孔子曰：“知之者不如好之者，好之者不如樂之者。”濃厚的學(xué)習(xí)興趣一直被認(rèn)為是學(xué)習(xí)的“催化劑”。只有學(xué)生了解了物理學(xué)的重要性，才能激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性。而且在教學(xué)中經(jīng)常穿插一些物理學(xué)史的材料，把物理學(xué)上一些重大知識(shí)的發(fā)現(xiàn)歷程融入到教學(xué)中，就會(huì)為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個(gè)生動(dòng)活潑、自覺主動(dòng)的學(xué)習(xí)環(huán)境。物理學(xué)史向?qū)W生展示了一幅理論與實(shí)驗(yàn)交叉、失敗與成功并存、邏輯與非邏輯思維并用的豐富多彩的畫面，思想與方法的演變、物理學(xué)發(fā)展跳動(dòng)的脈搏，都可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的情緒，喚起他們強(qiáng)烈的好奇心和奮發(fā)向上的激情。引起濃厚的興趣和積極的思考。

2　通過物理學(xué)史的學(xué)習(xí)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的全面理解和掌握

物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為本的科學(xué)。而不僅僅是一門根據(jù)公式堆積起來的純理論學(xué)科。物理理論與物理實(shí)驗(yàn)就如同物理科學(xué)的兩條腿一樣使得物理學(xué)得以發(fā)展和前進(jìn)，兩者是相輔相成的?，F(xiàn)代實(shí)驗(yàn)物理大師密立根的名言：“科學(xué)是在用理論和實(shí)驗(yàn)兩只腳前進(jìn)的，有時(shí)是這只腳先邁出一步，有時(shí)是另一只腳先邁出一步，但是前進(jìn)要靠?jī)芍荒_，先建立理論然后做實(shí)驗(yàn)，或者是先在實(shí)驗(yàn)中得出了新的關(guān)系，然后再邁出理論這只腳并推動(dòng)實(shí)驗(yàn)前進(jìn)，如此不斷交替進(jìn)行。”物理學(xué)最重要的研究方法是：假說→實(shí)驗(yàn)→理論?？茖W(xué)家在研究物理問題時(shí)，一般是依據(jù)以往的觀察和實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推斷，得出初步的結(jié)論，這就是“假說”。為了進(jìn)一步檢驗(yàn)假說是否正確，需要進(jìn)一步“實(shí)驗(yàn)”，如果大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明假說是正確的。這種“假說”就上升為“理論”；否則，就要被修改或補(bǔ)充。這就是物理學(xué)發(fā)展的重要規(guī)律。

對(duì)于物理學(xué)中各個(gè)基本概念、基本原理和定律，只有了解它們?nèi)绾萎a(chǎn)生，形成和發(fā)展的過程，即了解它們是如何得來的，又如何演變發(fā)展成為現(xiàn)在這個(gè)樣的，才能真正懂得它們的本質(zhì)，在教學(xué)中也才能深入淺出，講深講透。通過物理學(xué)史的學(xué)習(xí)，有助于學(xué)生了解具體的概念、定理，定律的來龍去脈和具體的發(fā)展過程，可以使學(xué)生對(duì)該知識(shí)有更深層的理解和掌握，而不再是簡(jiǎn)單地記住一些概念、公式和定律。

3　通過物理學(xué)史的學(xué)習(xí)，使學(xué)生樹立正確的價(jià)值觀

物理學(xué)史集中體現(xiàn)了人類對(duì)物理世界的探索和逐步認(rèn)識(shí)的歷程，每個(gè)科學(xué)家的成就不是一蹴而就的。他們的事跡留給我們更多的是一種精神：探索未知，發(fā)現(xiàn)真理、獻(xiàn)身科學(xué)事業(yè)的精神。在物理學(xué)史上，有許多物理學(xué)家具有難以想象的毅力、信心和意志。他們與困難或過時(shí)傳統(tǒng)的觀念作斗爭(zhēng)，以及與科學(xué)界內(nèi)部和外部的阻力作斗爭(zhēng)，甚至還要經(jīng)受惡勢(shì)力的迫害，這需要科學(xué)家頑強(qiáng)的意志和獻(xiàn)身科學(xué)的犧牲精神。居里夫婦研究放射性元素，受放射性元素射線的危害，歷經(jīng)四十多個(gè)月艱苦勞動(dòng)，數(shù)萬次的反復(fù)提煉，才從幾噸瀝青鈾礦渣中提煉出了0.12克的氯化鐳，布魯諾為捍衛(wèi)科學(xué)真理義無反顧地走上了火刑場(chǎng)，像這樣一些生動(dòng)的事例，在物理學(xué)史上比比皆是。物理學(xué)史在培養(yǎng)學(xué)生高尚的情感、進(jìn)取的人生態(tài)度、樹立正確的價(jià)值觀方面具有不可替代的作用，運(yùn)用物理學(xué)史培養(yǎng)學(xué)生情感態(tài)度、價(jià)值觀是一種可行性途徑。

4　結(jié)語

篇7

關(guān)鍵字：數(shù)學(xué)教學(xué)；合理化；實(shí)證分析：橢圓

【中圖分類號(hào)】622 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】

1什么是數(shù)學(xué)的研究性學(xué)習(xí)

數(shù)學(xué)的研究性學(xué)習(xí)是指學(xué)生們?cè)诮鉀Q生活中遇到的實(shí)際問題，對(duì)具體問題運(yùn)用已經(jīng)學(xué)習(xí)過的基礎(chǔ)性知識(shí)來解決這些問題，在解決問題時(shí)會(huì)有或多或少的新知識(shí)在老師的指導(dǎo)、啟發(fā)下通過自己的探索、學(xué)習(xí)，來掌握這些新知識(shí)從而解決問題。這樣的學(xué)習(xí)過程就加入了同學(xué)之間的合作、交流，從根本上讓學(xué)生們發(fā)散思維的開動(dòng)腦筋，互幫互助，提升自身對(duì)數(shù)學(xué)的創(chuàng)新精神，更迅速的挖掘潛力，達(dá)到知識(shí)與能力共同進(jìn)步學(xué)習(xí)的目的。

數(shù)學(xué)的研究性學(xué)習(xí)的核心是在解決問題的同時(shí)掌握知識(shí)、開拓思維、開發(fā)潛力以及激發(fā)創(chuàng)新能力來提高自己。研究性學(xué)習(xí)具備著實(shí)踐性、獨(dú)立自主性、開放性、相互協(xié)作等特性，師生之間也可形成一種合作的關(guān)系，共同探討問題，相互交流解決方法，找出最優(yōu)化的解決辦法來解決問題。

2以橢圓為例分析數(shù)學(xué)的研究性學(xué)習(xí)

2.1橢圓的知識(shí)點(diǎn)

1） 了解橢圓的定義，掌握焦點(diǎn)、焦距的概念。

2） 熟悉橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程，能夠根據(jù)已知條件會(huì)確定橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程且繪出草圖進(jìn)一步分析。

3） 學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，能夠獨(dú)立思考，分析問題的實(shí)質(zhì)，最終解決問題。

4） 提升學(xué)生對(duì)抽象問題的邏輯思維能力及總結(jié)學(xué)習(xí)能力。

2.2引用一個(gè)關(guān)于橢圓的題目來進(jìn)行研究學(xué)習(xí)

在應(yīng)用教學(xué)中，當(dāng)我們要引入一個(gè)新的概念。比如說什么是橢圓，那么我們就可以舉一個(gè)實(shí)際問題：1997年初，中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)了一條消息，從1997年2月中旬起，海爾？波普彗星將逐漸接近地球，過4月以后，又將漸漸離去，并預(yù)測(cè)3000年后，它還將光臨地球上空1997年2月至3月間，許多人目睹了這一天文現(xiàn)象。那么天文學(xué)家是如何計(jì)算出彗星出現(xiàn)的準(zhǔn)確時(shí)間呢？原來，海爾？波普彗星運(yùn)行的軌道是一個(gè)橢圓，通過觀察它運(yùn)行中的一些有關(guān)數(shù)據(jù)，可以推算出它的運(yùn)行軌道的方程，從而算出它運(yùn)行周期及軌道的周長(zhǎng)。通過這個(gè)實(shí)際發(fā)生的且大家都關(guān)注的問題引入我們所要教學(xué)的課題中。那么就可以讓學(xué)生們自己思考：我們?cè)鯓硬拍芾L出一個(gè)橢圓呢？ 引入學(xué)生們進(jìn)入到今天的課程中。

接下來我們就要學(xué)生們自己動(dòng)手去繪出這個(gè)橢圓，由于繪圖的道具簡(jiǎn)單。故老師就可以在課前準(zhǔn)備一些工具如鉛筆、一定長(zhǎng)度的細(xì)線、畫板以及圖釘。

都準(zhǔn)備好以后，可以讓同學(xué)們自由分組，有老師指導(dǎo)怎樣去繪出今天的課題橢圓。這里簡(jiǎn)單介紹一下，用圖釘固定線的兩端，線的長(zhǎng)度大于兩圖釘間的距離，鉛筆將線慢慢拉近，筆尖在繪圖板上移動(dòng)，這樣就可以繪出一個(gè)橢圓來。在這里可以引出兩個(gè)問題來讓同學(xué)們?nèi)ニ伎迹?/p>

1） 為什么繪出來的是一個(gè)橢圓而不是其他形狀？

2） 繪圖過程中哪些量是變化的，哪些是不變的？

這期間就可以讓學(xué)生們相互討論，去發(fā)散思維的思考，在相互交流中不斷總結(jié)，得出結(jié)論即橢圓的概念。然后有老師用專業(yè)的術(shù)語復(fù)述橢圓的定義：平面內(nèi)與兩定點(diǎn)F1、F2的距離的和等于常數(shù)2a（2a>|F1F2|）的動(dòng)點(diǎn)P的軌跡叫做橢圓。其中兩定點(diǎn)F1、F2叫做橢圓的焦點(diǎn)，兩焦點(diǎn)的距離│F1F2│=2c

下面就可以組織同學(xué)們相互交流：

為什么？

1） 橢圓含義的關(guān)鍵點(diǎn)：到兩定點(diǎn)的距離的和等于常數(shù)的點(diǎn)的軌跡。

2） 對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)的理解。兩個(gè)定點(diǎn)一個(gè)動(dòng)點(diǎn)，定點(diǎn)間的距離不變，動(dòng)點(diǎn)到兩定點(diǎn)的和確定。

再一次讓學(xué)生們?nèi)プ鲆陨夏莻€(gè)繪橢圓的實(shí)驗(yàn)，這一次需要他們改變兩個(gè)定點(diǎn)的距離。然后反復(fù)理解橢圓的含義。

出現(xiàn)問題：在改變定點(diǎn)距離后，為什么圖形會(huì)由橢圓變圓形慢慢的又會(huì)由圓形變回橢圓形。最后當(dāng)定點(diǎn)距離為線長(zhǎng)是，只有線段而無軌跡了。

小組之間相互討論，怎樣才能更好的定義橢圓。上述的定義是存在問題的，是不完整的。通過這一次的反思，他們會(huì)發(fā)現(xiàn)問題的所在。對(duì)橢圓的定義需要一個(gè)界限，定點(diǎn)距離等于線長(zhǎng)時(shí)就是一條線段，大于線長(zhǎng)時(shí)就無軌跡了。這樣在不斷的提出問題解決問題，反思問題中，同學(xué)們就會(huì)更深刻的理解橢圓的概念，同時(shí)在不知不覺中掌握了基本概念，達(dá)到了教學(xué)要求。

3總結(jié)

傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)教學(xué)束縛了學(xué)生們的思想，必須去改變，尋找新的合理化路徑，從上文中我們通過橢圓的實(shí)例分析高中數(shù)學(xué)教學(xué)采用研究性學(xué)習(xí)的方法讓學(xué)生在解決問題的過程中學(xué)習(xí)解決方法。將以往死記硬背的學(xué)習(xí)改變?yōu)檠芯拷鉀Q問題的方法。不難看出這種研究性學(xué)習(xí)的方法更適用于學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握，提高學(xué)習(xí)興趣，開拓視野。

參考文獻(xiàn)

[1] 霍益萍.張人紅.我們對(duì)“研究性學(xué)習(xí)”的理解.教育發(fā)展與研究，2005，11

篇8

關(guān)鍵詞： Peirce；科學(xué)家；邏輯學(xué)家；科學(xué)；指號(hào)學(xué)；化學(xué)概念

harles Sanders Peirce（1839-1914），其一生曾作為“一個(gè)美國(guó)人的悲劇”，現(xiàn)在已經(jīng)越來越多地被認(rèn)為是他那個(gè)時(shí)代、也是美國(guó)至今產(chǎn)生的最有創(chuàng)造性、最具多才多藝的偉大思想家。論文百事通他廣博的研究涉及非常不同的知識(shí)領(lǐng)域：天文學(xué)、物理學(xué)、度量衡學(xué)、測(cè)地學(xué)、數(shù)學(xué)、邏輯學(xué)、哲學(xué)、科學(xué)理論和科學(xué)史、指號(hào)學(xué)、語言學(xué)、經(jīng)濟(jì)計(jì)量學(xué)和實(shí)驗(yàn)心理學(xué)等等。而且這里的許多領(lǐng)域，Peirce在不同程度上被視為倡導(dǎo)者、先驅(qū)甚至是“鼻祖”。Russell早就做出評(píng)價(jià)：“毫無疑問，他是十九世紀(jì)末葉最有創(chuàng)見的偉人之一，當(dāng)然是美國(guó)前所未有的最偉大的思想家?！倍?dāng)代在世哲學(xué)家H.Putnam稱他為“所有美國(guó)哲學(xué)家中高聳的巨人”。

雖然Peirce的思想具有極為廣闊的視野，但當(dāng)今學(xué)者所公認(rèn)、Peirce本人也承認(rèn)的他的兩個(gè)主要研究領(lǐng)域卻是科學(xué)和邏輯學(xué)?？茖W(xué)和邏輯學(xué)是Peirce畢生付出精力最多的兩個(gè)領(lǐng)域，也是他在大學(xué)畢業(yè)后決定他一生將做什么時(shí)曾猶豫不決的兩種選擇。但在其學(xué)術(shù)興趣上它們是他的孿生子，二者在理論聯(lián)系上常常是融為一體，成為Peirce最傾心關(guān)注的焦點(diǎn)。而且，作為科學(xué)家和邏輯學(xué)家的經(jīng)驗(yàn)是Peirce整個(gè)哲學(xué)系統(tǒng)構(gòu)建的基礎(chǔ)與出發(fā)點(diǎn)，是貫穿他一生思想發(fā)展變化的重要影響因素。實(shí)際上，科學(xué)和邏輯學(xué)的共同追求正是Peirce為自己所界定的生活目標(biāo)。把握他的這一顯著特征，我們可考察作為科學(xué)家的Peirce與作為邏輯學(xué)家的Peirce之間的某些聯(lián)系。

一、科學(xué)家職業(yè)、邏輯學(xué)家志向

從實(shí)際從事職業(yè)來看，Peirce是位科學(xué)家，包括化學(xué)家、大地測(cè)量員、物理學(xué)家、天文學(xué)家、工程師、發(fā)明家、實(shí)驗(yàn)心理學(xué)家等等；同時(shí)這也是他謀生的門路，是他最早獲得學(xué)術(shù)名聲的領(lǐng)域。

成為一名科學(xué)家，Peirce具有非常優(yōu)越的條件；同時(shí)這也是他的親戚朋友尤其是父親所期望的。Peirce出生于具有良好科學(xué)氛圍的家庭，特別是其父親Benjamin Peirce是哈佛大學(xué)天文學(xué)和數(shù)學(xué)Perkins教授，也是當(dāng)時(shí)美國(guó)最有影響的數(shù)學(xué)家。Peirce從小由其父親教授數(shù)學(xué)、物理學(xué)和天文學(xué)等學(xué)科；其聰穎智慧深得父親欣賞。而Peirce本人也深受父親影響，尤其是在父親1880年去世之后，他極想遵照父親遺愿而繼承父親的事業(yè)，從此專注于科學(xué)研究。

在Peirce十幾歲時(shí)，他已經(jīng)在家中建立了私人化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，并寫出了《化學(xué)史》；其叔叔去世后，他又繼承了他叔叔的化學(xué)和醫(yī)學(xué)圖書館。1859年從哈佛大學(xué)畢業(yè)后，他父親安排他在美國(guó)海岸測(cè)量局（后來改名為海岸和地質(zhì)測(cè)量局）野地考察隊(duì)作為臨時(shí)助手學(xué)習(xí)鍛煉了一年；而同時(shí)他私下跟隨哈佛動(dòng)物學(xué)家Louis Agassiz學(xué)習(xí)分類學(xué)方法。1862年進(jìn)入哈佛的Lawrence科學(xué)研究所，并于1863年畢業(yè)獲得化學(xué)理學(xué)士。其間于1861年他再次進(jìn)入海岸測(cè)量局，但這次是作為長(zhǎng)期助手；1884年10月至1885年2月主管度量衡辦公室；1867年父親成為海岸地質(zhì)測(cè)量局的第三任主管，Peirce于同年7月1日由助手(Aide)提為副手（Assistant），職位僅次于主管；他的這一職位上一直持續(xù)到1891年12月31日，時(shí)間達(dá)24年半之久。從1872年11月開始，他又負(fù)責(zé)鐘擺實(shí)驗(yàn)；在1873—1886年間他在歐洲、美國(guó)以及其他地方的站點(diǎn)進(jìn)行鐘擺實(shí)驗(yàn)。晚年（1896年直到1902年）主要為圣勞倫斯能量公司做顧問化學(xué)工程師。

同時(shí)，Peirce在1867年被安排在氣象臺(tái)從事觀測(cè)工作，并于1869年被任命為副手。他曾是一次日環(huán)食和兩次日全食現(xiàn)象的觀測(cè)者，還負(fù)責(zé)使用氣象臺(tái)新獲得的天體光度計(jì)。1871年其父親獲得國(guó)會(huì)授權(quán)進(jìn)行橫跨大陸的地質(zhì)測(cè)量，Peirce由此又成了職業(yè)的大地測(cè)量員和度量衡學(xué)家。

Peirce 生前雖只出版過一本科學(xué)方面的書（《光測(cè)研究》(1878)），為《the Nation》雜志撰寫的短評(píng)、書評(píng)現(xiàn)多收集在由Ketner和Cook編輯出版的《Contributions to the Nation》中；但他在海岸地測(cè)局和哈佛氣象臺(tái)的諸多貢獻(xiàn)已經(jīng)為他（也為這兩機(jī)構(gòu)）在很年輕時(shí)就贏得了國(guó)際（特別是在歐洲）聲譽(yù)（Peirce1870年、1875年、1877年、1880年和1883年先后五次接受測(cè)量局任務(wù)到歐洲考察，同歐洲的許多科學(xué)家建立了聯(lián)系，并極力主張擴(kuò)大科學(xué)界的國(guó)際聯(lián)系）。Peirce于1867年成為美國(guó)文理學(xué)院的常駐會(huì)員，1877被選為國(guó)家科學(xué)院的成員，1880年被選為倫敦?cái)?shù)學(xué)學(xué)會(huì)成員，1881年被選進(jìn)入美國(guó)科學(xué)進(jìn)步協(xié)會(huì)。而且值得一提的是，現(xiàn)在Peirce已被認(rèn)為是采用光波長(zhǎng)來測(cè)定米制長(zhǎng)的先驅(qū)。

然而，盡管他原本可以很好地專職于科學(xué)職業(yè)，并有廣闊的前景；并且事實(shí)上，他也是由化學(xué)進(jìn)入了各種各樣的科學(xué)部門，并投入了極大的興趣和精力，成為美國(guó)當(dāng)時(shí)杰出的科學(xué)家。但與邏輯學(xué)相比，它們只是他生命的第二焦點(diǎn)。

從理想志向來看，Peirce視邏輯學(xué)為其天職。早年在父親指導(dǎo)下學(xué)習(xí)《純粹理性批判》時(shí)就認(rèn)為康德的失敗主要在于其“平庸的邏輯”，要超越康德體系，必須發(fā)展一種嶄新的邏輯。他聲稱在12歲時(shí)已經(jīng)除了邏輯別無其他追求；甚至在生活潦倒、疾病纏身的困境中他依然堅(jiān)持這一工作。他建有自己的私人邏輯史圖書館，他是近代以來少有的精通古代和中世紀(jì)邏輯的一位邏輯學(xué)家。他自己說，他是自中世紀(jì)以來唯一全身心貢獻(xiàn)于邏輯學(xué)的人，并聲稱他是終生的邏輯推理學(xué)習(xí)者。1906年他在美國(guó)《WHO’S WHO》中把自己命名為一名邏輯學(xué)家，這在當(dāng)時(shí)是絕無僅有的現(xiàn)象。晚年在Milford的Arisbe，他形容自己為田園邏輯學(xué)家、邏輯學(xué)隱士。與具有美好前程的科學(xué)職業(yè)相比，Peirce之所以熱中于當(dāng)時(shí)不可能成為謀生手段的邏輯學(xué)，更多的是出于對(duì)自己既定學(xué)術(shù)目標(biāo)的追求：要發(fā)展一種有前途的邏輯。他對(duì)于邏輯的執(zhí)著和熱情，使得他在邏輯學(xué)上的貢獻(xiàn)并不亞于科學(xué)。

年僅二十幾歲時(shí)，Peirce就開始在哈佛和Lowell學(xué)院作關(guān)于邏輯學(xué)的演講；從1879年直到1884年，在保持海岸地質(zhì)測(cè)量局職位的同時(shí)，他作為Johns Hopkins大學(xué)（美國(guó)歷史上第一所研究生學(xué)院）的兼職邏輯學(xué)講師（這是他一生唯一一次獲得的大學(xué)職位），并在這期間出版了他第二本書（也是最后一本）《邏輯研究》(1883年，Peirce主編)。這本書在當(dāng)時(shí)的美國(guó)乃至整個(gè)歐洲都有較大影響。在1901年，他為Baldwin的《哲學(xué)心理學(xué)辭典》撰寫了大部分的邏輯學(xué)詞條。

雖然Peirce只有短暫的學(xué)院生活來傳播他的邏輯理論，但在他那個(gè)時(shí)代，Peirce已經(jīng)是一位國(guó)際性人物。在五次訪問歐洲期間，雖然他是作為科學(xué)家去考察，但不僅碰到了許多著名科學(xué)家，也會(huì)見了當(dāng)時(shí)知名的數(shù)學(xué)家與邏輯學(xué)家，包括De Morgan、McColl、Jevons、Clifford、Spencer等，還與Cantor、 Kempe、Jourdain、Victoria夫人等保持著通信關(guān)系。1877年英國(guó)數(shù)學(xué)家和哲學(xué)家W. K. Clifford評(píng)價(jià)“Charles Peirce. . .是最偉大的在世邏輯學(xué)家，是自Aristotle以來已經(jīng)為這一學(xué)科增加實(shí)質(zhì)內(nèi)容的第二個(gè)人，那另一個(gè)是George Boole，《思維規(guī)律》的作者?！?/p>

而在今天，Peirce學(xué)者不斷發(fā)掘出的Peirce的邏輯尤其是現(xiàn)代邏輯貢獻(xiàn)更是值得重視。一般認(rèn)為，他早期主要是作為一名布爾主義者（Boolean）從事代數(shù)邏輯方面的研究，而晚年他的貢獻(xiàn)主要集中于圖表邏輯方面，主要包括存在圖表系統(tǒng)和價(jià)分析法。1870年P(guān)eirce的“描述一種關(guān)系邏輯記法，源于對(duì)Boole邏輯演算的擴(kuò)充”是現(xiàn)代邏輯史上最重要的著作之一，因?yàn)樗谝淮卧噲D把Boole邏輯代數(shù)擴(kuò)充到關(guān)系邏輯，并在歷史上第一次引入（比Frege的 Begriffschrift 早兩年）多元關(guān)系邏輯的句法。在1883年之前他已經(jīng)發(fā)展了量化邏輯的完全的句法，與直到1910年才出現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)的Russell-Whitehed句法僅僅在特殊符號(hào)上有點(diǎn)不同。

在對(duì)于數(shù)理邏輯貢獻(xiàn)的廣泛性和獨(dú)創(chuàng)性方面，Peirce 幾乎是無與倫比。與邏輯主義學(xué)派的Frege相比，Peirce的特殊貢獻(xiàn)不在定理證明方面上，而更多的是在新穎的邏輯句法系統(tǒng)和基本邏輯概念的精制化發(fā)展上。他創(chuàng)造了十多個(gè)包括二維句法系統(tǒng)在內(nèi)的不同邏輯句法系統(tǒng)。把實(shí)質(zhì)條件句算子（在他那里的形式為“—<”）引入了邏輯學(xué)，比Shaffer早40年發(fā)展了Shaffer豎并僅僅基于這一算子發(fā)展了一完全的邏輯系統(tǒng)。還獨(dú)立地系統(tǒng)采用了真值表方法和歸謬賦值法，過早地意識(shí)到Skolem前束范式的技術(shù)。在Johns Hopkins 大學(xué)教書期間，Peirce開始研究四色圖猜想并發(fā)展了邏輯和拓?fù)鋵W(xué)特別是拓?fù)鋱D論之間的廣泛聯(lián)系。

我們看到，Peirce不僅是有著突出貢獻(xiàn)的科學(xué)家，同時(shí)也是著名的邏輯學(xué)家。然而在二者關(guān)系上，首要的一點(diǎn)是：他承認(rèn)自己熱愛科學(xué)，但坦言對(duì)于科學(xué)的研究只是為了他的邏輯；因?yàn)檫壿嫷难芯啃枰獜母鞣N特殊科學(xué)（還有數(shù)學(xué)）的實(shí)際推理方法中概括出一般的邏輯推理方法，而決不是僅僅從邏輯書籍或講課中背誦、記憶和解題；多樣化的科學(xué)研究正是為了邏輯之全面概括，由它們獲得的材料形成了邏輯學(xué)的基礎(chǔ)和工具。實(shí)際上，這種前后的“從屬關(guān)系”最突出地表現(xiàn)在他晚年常常是以作為科學(xué)家的收入來維持從事邏輯學(xué)研究的時(shí)間。

二、邏輯學(xué)作為科學(xué)

雖然上文表明邏輯學(xué)家Peirce與科學(xué)家Peirce之間有近乎目的與手段間的主從關(guān)系，但事實(shí)上并非如此簡(jiǎn)單，它們還有更為深刻的一層關(guān)系，那就是：邏輯學(xué)也是科學(xué)。很顯然，這是Peirce長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)室經(jīng)歷已經(jīng)使得他以科學(xué)的方法處理所有問題（他有時(shí)的確稱自己為“實(shí)驗(yàn)室哲學(xué)家”）包括邏輯學(xué)了。

我們首先看，科學(xué)在Peirce那里意味著什么？Peirce看到大多數(shù)人包括科學(xué)界之外的人都習(xí)慣于把科學(xué)視為特殊種類的（主要是指系統(tǒng)化的）知識(shí)，而他更愿意像古希臘人那樣把科學(xué)作為認(rèn)知的方法，但他強(qiáng)調(diào)這種方法一定要是科學(xué)探究（inquiry）的方法。知識(shí)開始于懷疑，為了尋求確定的信念我們必須要解決（settle）懷疑，一般解決懷疑的方法主要有情感方法（求助于自己的感覺傾向）、信忠團(tuán)體的方法（選擇那些最適合其社會(huì)團(tuán)體的那一信念）和尊重的方法（求助于自己對(duì)于某特別個(gè)人或機(jī)構(gòu)的尊重之感情）等；但這些方法本質(zhì)上都是自我中心的非客觀的方法，它們往往只通過懷疑者自己的行為、意愿來選擇信念，缺乏足夠的證據(jù)。而真正客觀的方法只有科學(xué)探究的方法，在這種方法指引之下，探究者從經(jīng)驗(yàn)出發(fā)基于科學(xué)共同體(community)的合作去尋求真理（TRUTH）或?qū)嵲冢≧eality），這也正是科學(xué)活動(dòng)；最終的真理性認(rèn)識(shí)可能并不是由某一實(shí)際的探究者所發(fā)現(xiàn)，但只要是遵循這種方法、運(yùn)用先前的結(jié)果，最后都必定會(huì)一致達(dá)到真理的。這正是Peirce在《通俗科學(xué)月刊》上發(fā)表的兩篇經(jīng)典性論文《信念的確定》和《如何使我們的觀念清楚明白》中所闡述的實(shí)用主義（與后來James版本的實(shí)用主義有很大不同）方法相一致的，事實(shí)上如Peirce所指出的，實(shí)用主義不是什么世界觀，本質(zhì)上是一種方法，一種科學(xué)探究的方法。而與此同時(shí)，我們看到，Peirce把邏輯學(xué)視為設(shè)計(jì)研究方法的藝術(shù)，是方法之方法，它告訴我們?nèi)绾芜M(jìn)行才能形成一個(gè)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃；邏輯就是對(duì)于解決懷疑的客觀方法的研究，是對(duì)于達(dá)到真理之方式的研究，其目的就是要幫助我們成為“科學(xué)人”。現(xiàn)代科學(xué)之優(yōu)于古代之處也正在于一個(gè)好的邏輯，健全的邏輯理論在實(shí)踐上能縮短我們獲知真理的等待時(shí)間，使得預(yù)定結(jié)果加速到來。

但是我們發(fā)現(xiàn)，他在思想更為成熟的階段是把邏輯學(xué)的科學(xué)屬性放置于指號(hào)學(xué)（Semiotics或更多的是Semieotics）的語境中來考察的，雖然這種處理與以上把邏輯學(xué)視為科學(xué)方法之研究存在著根本上的一致性。

Peirce不止一次指出，在最廣泛的意義上的邏輯學(xué)就是指號(hào)學(xué)或關(guān)于指號(hào)的理論，僅僅是指號(hào)學(xué)的另一個(gè)名字。它包括三個(gè)部門：批判邏輯學(xué)（ Critical Logic），或狹義上的邏輯學(xué)，是指號(hào)指稱其對(duì)象的一般條件的理論，也即我們一般所謂邏輯學(xué)；理論語法（Speculative Grammar），是指號(hào)具有有意義特征的一般條件的學(xué)說；理論修辭（Speculative Rhetoric），又叫方法論（methodeutic），是指號(hào)指稱其解釋項(xiàng)的一般條件的學(xué)說。這種劃分可能受中世紀(jì)大學(xué)三學(xué)科：語法、辯證法（或邏輯學(xué)）和修辭的課程設(shè)置的影響，指號(hào)學(xué)在某種程度上可視為對(duì)于中世紀(jì)后期所理解的邏輯的現(xiàn)代化版本。而我們?cè)诖诵枰獜?qiáng)調(diào)的是，Peirce把指號(hào)學(xué)視為經(jīng)驗(yàn)科學(xué)、觀察科學(xué)。推理就是對(duì)于指號(hào)的操作，觀察在其中發(fā)揮著重要作用；指號(hào)學(xué)同其它經(jīng)驗(yàn)科學(xué)的不同在于它們實(shí)驗(yàn)操作對(duì)象不一樣，在于其它科學(xué)的目的僅僅是發(fā)現(xiàn)“實(shí)際上是什么”而邏輯科學(xué)要探明“必定是什么”。但既然是經(jīng)驗(yàn)科學(xué)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)的科學(xué)人進(jìn)行邏輯推理所得到的結(jié)論就是可錯(cuò)的即準(zhǔn)必然的（事實(shí)上，任何邏輯必然都只是相對(duì)于特定推理前提而產(chǎn)生必然的特定結(jié)論）。

更進(jìn)一步，Peirce把狹義上的邏輯學(xué)(logic exact)分成假設(shè)邏輯（abductive logic）、演繹邏輯和歸納邏輯三部分。顯然這比傳統(tǒng)邏輯上演繹（必然的）、歸納（可能的）二分的做法多出了內(nèi)容。Peirce得出這樣的結(jié)論是對(duì)于Aristotle三段論基本格研究的結(jié)果，他認(rèn)為Barbara集中表現(xiàn)了演繹推理的本質(zhì)，而作為特殊的演繹三段論Baroco（把Barbara中結(jié)論的否定作前提、小前提的否定作結(jié)論）和Bocardo（把Barbara中的結(jié)論的否定作前提、大前提的否定作結(jié)論），如果把它們的結(jié)論考慮為或然性的，則分別相應(yīng)于假設(shè)推理(abductive reasoning)和歸納推理。但更重要的是，Peirce在此顯示出了邏輯學(xué)與科學(xué)的最合理的緊密聯(lián)系。在他看來，演繹邏輯也即數(shù)學(xué)的邏輯，而假設(shè)邏輯和歸納邏輯主要就是科學(xué)的邏輯。在演繹邏輯已經(jīng)得到普遍承認(rèn)的情況下，他終生的愿望就是要把歸納和假設(shè)（Abduction）同演繹一起堅(jiān)固地和永久地確立在邏輯概念之中。在科學(xué)探究過程中，假設(shè)、演繹和歸納先后組成了三個(gè)不同階段的科學(xué)方法，它們的共同作用使得科學(xué)探究能自我修正。

Peirce把假設(shè)放在首位，作為科學(xué)探究程序的第一步，目的在于發(fā)現(xiàn)和形成假說。假設(shè)是為解釋違反規(guī)律（或習(xí)慣）的意外事實(shí)而產(chǎn)生假說的過程，它能產(chǎn)生新信息，Peirce把它視為所有科學(xué)研究甚至是所有普通人的活動(dòng)的中心。但這種假設(shè)并沒有提供安全可靠的結(jié)論，假說必須要經(jīng)過檢驗(yàn)。于是，還需要演繹來解釋（explicate）和演示（demonstrate）假說即得出預(yù)言；再后由歸納回歸到經(jīng)驗(yàn)，旨在通過觀察被演繹出的結(jié)果是否成立來證實(shí)或否證那些假說，即決定假說的可信賴度。在這連續(xù)的三種推理形式中，假設(shè)是從意外事實(shí)（surprising facts）推到對(duì)事實(shí)的可能性解釋，演繹是從假說前提推到相應(yīng)結(jié)論，歸納則是從實(shí)例到一般化概括。經(jīng)過這樣的科學(xué)探究，我們?cè)诳茖W(xué)共同體中將能不斷接近真理。

三、邏輯學(xué)中的化學(xué)概念移植

為更具體地論述Peirce的科學(xué)研究與邏輯學(xué)研究之間的緊密聯(lián)系，我們?cè)诖丝烧劦絇eirce對(duì)科學(xué)中的許多概念向邏輯學(xué)研究的成功應(yīng)用，這突出表現(xiàn)在化學(xué)上。因?yàn)榛瘜W(xué)是Peirce的大學(xué)專業(yè)，也是他進(jìn)入整個(gè)經(jīng)驗(yàn)科學(xué)的入口。

邏輯學(xué)作為一門特殊的學(xué)科領(lǐng)域，事實(shí)上從近代以來，就從數(shù)學(xué)（包括代數(shù)和幾何）理論那里找到了非常有力的發(fā)展動(dòng)力和理論技術(shù)。我們?cè)诖苏劦降幕瘜W(xué)概念應(yīng)用作為整個(gè)自然科學(xué)概念推廣中的一例其實(shí)也是Peirce為發(fā)展邏輯學(xué)而提出的。

首先，Peirce晚年極為傾心的存在圖表邏輯構(gòu)想正是基于化學(xué)圖表原理（可能還有拓?fù)鋵W(xué)方法的啟發(fā)）。存在圖表是Peirce在其指號(hào)學(xué)背景下對(duì)Euler圖和Venn圖的重大發(fā)展，具有極強(qiáng)的表現(xiàn)力。其在自然、直觀、易操作上要遠(yuǎn)勝于代數(shù)方法（包括標(biāo)準(zhǔn)的Peano-Russell記法），因?yàn)槲覀冃撵`的思想過程被同構(gòu)地展現(xiàn)在推理者面前，對(duì)于圖表的操作代替了在化學(xué)（和物理）實(shí)驗(yàn)中對(duì)于實(shí)物的操作。化學(xué)家把這樣的實(shí)驗(yàn)描述為向自然（Nature）的質(zhì)疑，而現(xiàn)在邏輯學(xué)家對(duì)于圖表的實(shí)驗(yàn)就是向所關(guān)涉邏輯關(guān)系之本性（Nature）的置疑。

第二個(gè)例子，現(xiàn)代邏輯（可能從《數(shù)學(xué)原理》開始）中的一對(duì)基本概念:命題和命題函項(xiàng)（或有時(shí)稱為閉語句和開語句）原本就是來自化學(xué)中的“飽和”（Saturation或Gesättigkeit）和“未飽和”概念。Peirce用黑點(diǎn)或短線來代替語句中的“指示代詞”（即邏輯中的自變?cè)?，得到形如“——大于——”、“A大于——”這樣的形式，它們分別被稱為關(guān)系述位（relative rhema）（區(qū)別于像系詞一樣的關(guān)系詞項(xiàng)）和非關(guān)系述位，也即他那里的謂詞（謂詞是幾元的取決于我們到底如何選擇去分析命題）。他指出，述位不是命題，并坦言“述位在某種程度上與帶有未飽和鍵（unsaturated bonds）的化學(xué)原子或化學(xué)基極為相似?！比欢粺o意外，我們發(fā)現(xiàn)同時(shí)期歐洲大陸的Frege也正在獨(dú)立地從化學(xué)概念得到邏輯研究的靈感。他把諸如“……的父親”的函項(xiàng)記號(hào)稱為“未飽和的”或“不完全的”表達(dá)式，以與專有名詞相區(qū)別。

另外一個(gè)例子是Peirce提出的價(jià)分析（Valency Analysis）法。正如名字所顯示出的，它同化學(xué)中的化合價(jià)概念密切相關(guān)，Peirce所使用的詞語Valency直接源于化學(xué)中的術(shù)語Valence即化合價(jià)。價(jià)分析是Peirce在圖表化邏輯思想指引下于存在圖表（Existential Graphs）之外創(chuàng)設(shè)的另一種二維表現(xiàn)法。其中，顯然他是把思想中概念的組合與“化學(xué)離子”的組合相比擬，如他采用類似“——”這樣的結(jié)構(gòu)表示帶有“開放端（loose end）”(即黑點(diǎn)后面的橫線)的實(shí)體，即謂詞；這就是化學(xué)中離子結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單變形。由于它們的開放端導(dǎo)致的“不穩(wěn)定”（正像離子本身不穩(wěn)定一樣），開放端之間就可能連接起來形成共同“鍵”（bond）。如 “—— ”同“ ——”可形成“——”樣式的新結(jié)構(gòu)。正是利用這樣的離子組鍵技術(shù)，Peirce成功證明了其著名的化歸論題，即對(duì)于三元以上關(guān)系都可化歸到三元和三元以下的關(guān)系，但一元、二元和三元關(guān)系卻不能化歸。這一論題是他哲學(xué)思想體系中所堅(jiān)持的三分法原則的邏輯證明。

綜觀Peirce的科學(xué)家經(jīng)歷和邏輯學(xué)家志向，Peirce把邏輯學(xué)視為對(duì)于各種科學(xué)推理方法的概括，同時(shí)又把邏輯學(xué)理論指導(dǎo)、應(yīng)用于科學(xué)研究過程。二者緊密相連，互為作用。而更為突出的，他的邏輯貢獻(xiàn)大都可追溯到其多樣化的科學(xué)研究，他的邏輯獨(dú)創(chuàng)往往也是其科學(xué)研究經(jīng)驗(yàn)的啟發(fā)性建議。筆者以為，研究Peirce的這些方面，我們至少可得出以下啟示：邏輯學(xué)應(yīng)從數(shù)學(xué)和科學(xué)推理實(shí)踐中概括推理的一般本質(zhì)；邏輯學(xué)家應(yīng)盡可能學(xué)習(xí)、掌握科學(xué)（傳統(tǒng)邏輯就因?yàn)闆]有這樣做而失敗，科學(xué)家非邏輯學(xué)家或邏輯學(xué)家非科學(xué)家都不能勝任于對(duì)科學(xué)推理的分析工作），因?yàn)橥貙捵约旱目茖W(xué)研究領(lǐng)域必將能加強(qiáng)邏輯學(xué)家對(duì)于邏輯科學(xué)的貢獻(xiàn)能力；同時(shí)科學(xué)家要想更為一般地把握住推理方法也應(yīng)了解邏輯學(xué)，但是前者在當(dāng)前學(xué)術(shù)界值得特別注意。當(dāng)前處于被冷落地位的邏輯學(xué)要想擺脫這種局面，必須加快發(fā)展自己；而經(jīng)驗(yàn)科學(xué)（不再僅僅是數(shù)學(xué)）必能使得邏輯學(xué)發(fā)展獲得新的生命力，這已經(jīng)是被現(xiàn)代邏輯的發(fā)展史（特別是初創(chuàng)時(shí)期）所證實(shí)的。

參考文獻(xiàn)：

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任何一個(gè)學(xué)科都有其內(nèi)在規(guī)律，按照其規(guī)律及特點(diǎn)去學(xué)習(xí)、去探討，這就是基本的思想方法。物理學(xué)科的學(xué)習(xí)方法我想就下列幾方面談?wù)剛€(gè)人的看法。

1. 物理學(xué)科研究什么及它在社會(huì)發(fā)展、人類進(jìn)步和生產(chǎn)生活中具有什么樣的作用 物理學(xué)是自然科學(xué)中的一部分，是一門研究物質(zhì)、能量和它們相互作用的學(xué)科，它既包含了對(duì)物質(zhì)世界普遍而基本的規(guī)律的探索，又對(duì)其他自然科學(xué)以及科學(xué)技術(shù)社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展具有強(qiáng)大的推動(dòng)作用。物理學(xué)是一門基礎(chǔ)學(xué)科與其他自然科學(xué)有密切的聯(lián)系，如天文學(xué)、地理學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)等。我們學(xué)習(xí)物理不僅僅是為了認(rèn)識(shí)客觀世界，更重要是利用物理知識(shí)改造世界，為祖國(guó)的社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)服務(wù)，為人類文明做出貢獻(xiàn)。科學(xué)技術(shù)的每一次重大突破都跟物理學(xué)分不開，如果不是在19世紀(jì)中期發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，并建立起相應(yīng)的電磁理論，就不會(huì)有發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)，現(xiàn)在電氣化生產(chǎn)就不可能實(shí)現(xiàn)，也就不可能有我們現(xiàn)在的網(wǎng)校，如果沒有對(duì)氣體性質(zhì)的研究和熱學(xué)理論的建立，那么應(yīng)用機(jī)、汽車、輪船、拖拉機(jī)、機(jī)車、坦克等的內(nèi)燃機(jī)也就不會(huì)存在。如果至今沒有人類出行的交通工具，我們就真正處在封閉狀態(tài)中，探親訪友，出門旅游，將成為空想。沒有萬有引力定律的科學(xué)規(guī)律，人造衛(wèi)星、宇宙飛船、人類登月更不可能變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。進(jìn)入20世紀(jì)物理學(xué)更廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域，成為科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)。征得中科院部分專家學(xué)者的意見，新華社評(píng)出的20世紀(jì)對(duì)世界產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響的十件大事中有兩件是與物理學(xué)有關(guān)的。首件事就是物理學(xué)革命，1905年愛因斯坦提出的狹義相對(duì)論基本原理和1916年提出的廣義相對(duì)論基礎(chǔ)與普朗克提出的量子論一起改變了人們對(duì)時(shí)間、空間、物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)的概念。20世紀(jì)大多數(shù)物質(zhì)文明都是從相對(duì)論和量子論這兩個(gè)物理基礎(chǔ)學(xué)科衍生和發(fā)展起來的。

另一件是第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)的誕生與因特網(wǎng)的應(yīng)用，從目前看計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展日新月異，應(yīng)用越來越廣泛，改變了人類的生活和工作方式，促進(jìn)生產(chǎn)力發(fā)展，人類開始邁向信息社會(huì)。

基于以上看法，同學(xué)們就會(huì)明確物理學(xué)研究?jī)?nèi)容，為什么要學(xué)習(xí)物理學(xué)的問題也就解決了。大家興趣盎然，摩拳擦掌，準(zhǔn)備在物理學(xué)的知識(shí)海洋中傲游。

2. 積極主動(dòng)參與課堂演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生實(shí)驗(yàn)，可以幫助學(xué)習(xí)者加深對(duì)物理過程的認(rèn)識(shí)和對(duì)物理概念、物理規(guī)律的理解，是學(xué)好物理課的重要手段之一 實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)的基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)過程隱含了豐富的科學(xué)思想和科學(xué)方法，既包括了操作技能和處理實(shí)際問題的本領(lǐng)，又包括思辯性的猜想和假設(shè)，邏輯的思考和論證，準(zhǔn)確的測(cè)量和數(shù)據(jù)分析，嚴(yán)密的推理和清晰的表述。在科學(xué)思想的指導(dǎo)下，用科學(xué)方法學(xué)習(xí)物理自然會(huì)有較高的收益。

另外，要自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，要做參于者而不當(dāng)旁觀者，做實(shí)驗(yàn)所用到儀器性能、使用方法與物理知識(shí)有關(guān)，而實(shí)驗(yàn)原理往往就是所學(xué)的規(guī)律。還有就是在日常生活中多用心觀察各種物理現(xiàn)象。

3. 學(xué)習(xí)物理知識(shí)重要的是要掌握扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí) 要對(duì)基本物理概念、物理規(guī)律清楚弄清本質(zhì)，明白相關(guān)概念和規(guī)律之間的聯(lián)系，明白物理公式定理、定律在什么條件下應(yīng)用而不能簡(jiǎn)單地以做習(xí)題，題海戰(zhàn)術(shù)來代替，對(duì)基本概念和基本規(guī)律的學(xué)習(xí)和理解，如果概念不清做題不僅費(fèi)時(shí)間費(fèi)精力，而且遇到的矛盾或困惑就越多，久而久之產(chǎn)生畏難情緒，做習(xí)題的目的是為了鞏固基本知識(shí)，從而達(dá)到靈活運(yùn)用。不少同學(xué)總是覺得自己對(duì)概念已懂了，就是不會(huì)用，一遇到物理題就不知從何下手。這是不少同學(xué)常有的困惑。應(yīng)該怎么辦呢？首先應(yīng)對(duì)概念反復(fù)比較，找出與相近的概念和規(guī)律的區(qū)別。另外要根據(jù)題目所給的條件，搞清物理過程、物理情景建立物理模型。然后找出每個(gè)物理過程遵守什么樣的規(guī)律，各物理過程之間有什么聯(lián)系。根據(jù)所學(xué)知識(shí)列出相應(yīng)方程。做物理題的過程重要的是分析思考，分析思考的輔導(dǎo)手段是畫圖。圖就是一種很好的物理模型，這樣變抽象為具體，變虛幻為真實(shí)，解起題來就容易多了。

篇10

【關(guān)鍵詞】中美大學(xué)物理教材；分析比較；教材改革

中圖分類號(hào)：G64文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)1006-0278（2015）09-189-01

教材改革是教育改革的重要內(nèi)容。隨著我國(guó)高等教育改革的深入，許多影印或翻譯版的國(guó)外教材陸續(xù)被引入到我國(guó)的大學(xué)物理教育體系中。學(xué)習(xí)和借鑒國(guó)外教材的優(yōu)長(zhǎng)之處，結(jié)合我國(guó)物理教育的實(shí)際，編寫出具有中國(guó)特色的高質(zhì)量的大學(xué)物理教材，是當(dāng)前教材改革迫切需要解決的重要課題，也是大學(xué)物理教師和教材編寫及出版工作者的重要責(zé)任。這里簡(jiǎn)要分析一下美國(guó)的兩套大學(xué)物理教材，以期對(duì)我們國(guó)家大學(xué)物理教材的改革有所啟示和借鑒。

一、兩套美國(guó)大學(xué)物理教材的特色

蘇珊?李（Susan M.Lea）和約翰?羅伯特伯克（John Robert Burke）舍著的《物理：事物的本質(zhì)》作者蘇珊?李和約翰?羅伯特伯克是舊金山州立大學(xué)教授，蘇珊曾是劍橋大學(xué)理論物理專業(yè)碩士、加利福尼亞伯克利大學(xué)天文學(xué)博士。《物理：事物的本質(zhì)》一書是他們多年來從事物理教學(xué)研究和改革的結(jié)晶。此書的特點(diǎn)是：

1.重要概念及理論由一系列精心編排的例子引入和展開正如作者在書中所說的，大學(xué)物理學(xué)習(xí)的目的是：“使學(xué)生學(xué)會(huì)像物理學(xué)家那樣思維和解決問題，成為創(chuàng)造性問題的解決者，而不是公式的獲獵者和使用者”。為了達(dá)到這樣的目的，使學(xué)生提高運(yùn)用學(xué)到的理論知識(shí)創(chuàng)造性地分析、解決實(shí)際問題的本領(lǐng)。

2.豐富多彩的圖片展示了物理學(xué)與實(shí)際生活廣泛的聯(lián)系為了激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，書中每一章的第一頁都有一幅引人入勝的彩色圖片，該圖片引出一個(gè)與本章內(nèi)容聯(lián)系密切的實(shí)際問題，本章的知識(shí)由此而展開。例如，波動(dòng)一章前的圖片是一幅大型交響樂隊(duì)演出的照片，提示出交響樂隊(duì)每個(gè)樂手的演奏以及音樂的傳播都與這一章的物理原理有密切關(guān)系，學(xué)完這一章的整個(gè)內(nèi)容后，樂器的演奏及音樂的傳播原理就很清楚了。其他一系列圖片分別分布于實(shí)例、討論、習(xí)題中，不僅給學(xué)生以生動(dòng)活潑的感官刺激，還展示出物理原理的普遍應(yīng)用性。

3.安排不同的模塊從而實(shí)現(xiàn)不同的教學(xué)功能該教材每章都有“主要概念及目的箱”、“數(shù)學(xué)工具箱”、“論文箱”以及“章后總結(jié)”等模塊。這些模塊的設(shè)立，既歸納總結(jié)了每一章所要講述的知識(shí)內(nèi)容，又可以使教師進(jìn)行教學(xué)和學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)時(shí)方便地使用。章后小結(jié)除包括對(duì)本章主要概念、理論的復(fù)習(xí)外，還列出了若干個(gè)與現(xiàn)實(shí)生活密切相關(guān)的具體例子。

二、美國(guó)教材形象生動(dòng)，我國(guó)教材樸實(shí)嚴(yán)謹(jǐn)

美國(guó)教材中物理內(nèi)容由大量與實(shí)際生活密切相關(guān)的圖片和圖表引導(dǎo)、展示出來。從基本粒子到宇宙星際，從El常生活到高科技應(yīng)用，從自然現(xiàn)象到實(shí)驗(yàn)技術(shù)，圖片內(nèi)容極為廣泛，教材顯得更加生動(dòng)活潑，讓學(xué)生饒有興趣、愛不釋手，從而有效地激發(fā)了學(xué)生們的學(xué)習(xí)熱情。而我們國(guó)家的教材從總體上看，文字比較嚴(yán)謹(jǐn)，風(fēng)格比較樸素，缺乏生動(dòng)形象且與實(shí)際聯(lián)系密切、內(nèi)容豐富多彩的插圖。美國(guó)教材強(qiáng)調(diào)實(shí)際應(yīng)用，我國(guó)教材注重邏輯推理。美國(guó)教材無論是知識(shí)內(nèi)容還是課后習(xí)題，從總體來看與實(shí)際生活聯(lián)系比較緊密，處處體現(xiàn)出物理既來源于實(shí)際又應(yīng)用于實(shí)際的特色，而數(shù)學(xué)推導(dǎo)則比較簡(jiǎn)單，注重強(qiáng)調(diào)物理概念和實(shí)際意義。我們國(guó)家的教材大多理論推導(dǎo)占的篇幅比較大，而且理論系統(tǒng)、推理嚴(yán)密、邏輯性強(qiáng)，內(nèi)容具有一定的深度。相比較而言，教材內(nèi)容的應(yīng)用性偏少，例題和習(xí)題大多是理想化之后的抽象模型，顯得與實(shí)際脫節(jié)。美國(guó)教材形式多樣，我國(guó)教材體系單一美國(guó)教材在教材編排形式上有討論，有交談，更有用實(shí)驗(yàn)串聯(lián)起來的活動(dòng)課教學(xué)，突出了以學(xué)生為本、為學(xué)生服務(wù)的教材編寫理念。我們國(guó)家的教材體系和形式過于單一，行文多是闡述式，且大多從專家的角度以撰寫學(xué)術(shù)專著的高度和深度來編寫，缺乏親和力，容易使學(xué)生產(chǎn)生畏難和厭煩情緒，難以與學(xué)生達(dá)到共鳴。

三、我國(guó)大學(xué)物理教材改革應(yīng)把握的幾個(gè)重點(diǎn)

1.加強(qiáng)基礎(chǔ)，融合現(xiàn)代。發(fā)揚(yáng)我們國(guó)家高等教育物理教材嚴(yán)格、嚴(yán)密、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)，對(duì)重要的基本概念、基本理論給以細(xì)致的剖析和說明，給出清晰、透徹的論述和簡(jiǎn)潔的推理。同時(shí)在經(jīng)典內(nèi)容中盡可能地融人現(xiàn)代知識(shí)內(nèi)容和方法，將經(jīng)典和現(xiàn)代有機(jī)地結(jié)合在一起，注意經(jīng)典和現(xiàn)代內(nèi)容的教學(xué)相關(guān)性，找到新內(nèi)容在基礎(chǔ)層次上的“根”。這樣，才能在講授有關(guān)基礎(chǔ)內(nèi)容的時(shí)候，把新內(nèi)容輻射出去。

2.聯(lián)系實(shí)際，貼近生活。吸取美國(guó)教材中注重理論聯(lián)系實(shí)際的優(yōu)點(diǎn)，增加實(shí)際應(yīng)用的例題和習(xí)題以及內(nèi)容豐富的圖片、圖表，使學(xué)生進(jìn)一步明確物理不是深不可測(cè)或高高在上的理論空談，它是可觸可摸的，我們的生活和現(xiàn)代科技都離不開物理。

3.增加模塊，強(qiáng)化功能。增加不同功能的模塊，如數(shù)學(xué)工具、計(jì)算機(jī)程序、討論、小結(jié)等，可以考慮將實(shí)驗(yàn)也結(jié)合到理論內(nèi)容中，增加演示實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、探究實(shí)驗(yàn)等模塊。

4.增加課后習(xí)題的比重。適當(dāng)增大課后習(xí)題量。習(xí)題類型要增多。安排層次，循序漸進(jìn)，特別是要增加計(jì)算機(jī)習(xí)題，培養(yǎng)學(xué)生用計(jì)算機(jī)這個(gè)功能強(qiáng)大的工具解決問題的能力。

四、我國(guó)大學(xué)物理教材改革應(yīng)堅(jiān)持的基本方向

我們教學(xué)的對(duì)象是大學(xué)生，他們有學(xué)習(xí)的自主性和探索性特點(diǎn)，這就要求教材改革要從人本主義的學(xué)習(xí)心理出發(fā)，從大學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)出發(fā)，通過教材來培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識(shí)。與教學(xué)模式的改革相聯(lián)系，體現(xiàn)教法和學(xué)法教學(xué)模式包含了教材的傳授方式與掌握教材的學(xué)習(xí)策略，教材對(duì)教學(xué)模式的作用體現(xiàn)在教材內(nèi)容對(duì)教學(xué)的組織形式和教學(xué)方法的影響上。在教材設(shè)計(jì)過程中。要呈現(xiàn)教材的教學(xué)模式系統(tǒng)，便于師生在具體條件下選擇使用。

參考文獻(xiàn)：