我們為什么會誤讀亞里士多德

李耀俊 黃明超

(廣西民族大學理學院物理系,廣西 南寧 530006)

·物理學家與物理學史·

我們為什么會誤讀亞里士多德

李耀俊 黃明超

(廣西民族大學理學院物理系,廣西 南寧 530006)

部分師生對亞里士多德與落體運動認識存在誤區,具有輝格式科學史的特征．為了發揮科學史的教育功能,教師應當具備建構主義科學觀,認真選擇科學史的教學內容,創新教學活動與模式．

物理教師;亞里士多德;科學史;輝格認知

1 被誤讀的亞里士多德與落體運動

落體運動是高中物理的重要內容,新課標要求學生通過史實,初步了解近代科學產生的背景,認識實驗對科學發展的推動作用．現有“人教版”、“滬科版”、“司南版”等教材,都結合科學史,強調亞里士多德觀察石頭比羽毛先落地,提出“重物下落快”的錯誤學說,然后介紹伽利略的研究工作,突出他憑借抽象思維、科學假說、科學實驗等方法,開創近代科學的新篇章．

如果有追根究底的學生提問:為什么亞里士多德沒有把羽毛揉為一團再進行比較呢?為什么其后1900多年沒有其他學者嘗試簡單的實驗呢?相信很多教師無法圓滿地解答這些疑惑,因為教材沒有過多關注亞里士多德,重點突出伽利略沖破傳統束縛,挑戰迷信權威的科學精神．當教師采取快捷高效的教學活動、簡單直觀的演示實驗,歷代賢哲對物體運動充滿曲折的探索、不同思想進行碰撞交鋒的過程,就會這樣輕描淡寫地一帶而過．

事實上,亞里士多德(公元前384—前322年)被譽為古希臘最淵博的學者,第一個提出完備的物理學體系．他認為運動是現實的變化過程,以內在運動來解釋自然萬物的生成變化規律[1]．伽利略和牛頓等人開創的經典物理學,運動特指空間方面的位移,只有機械運動而沒有內在變化．亞里士多德采用“四因說”與“自然位置”理論來描述物體運動,把運動分為強制運動和自然運動,認為強制運動需要外力的推動,任何物體都有返回其天然位置而運動的本性．他設想在月下世界充滿輕重不同的4種元素——土、氣、水、火,氣和火由于輕的本性而向上運動,到達其天然位置月球;土和水由于重的本性而向下運動,到達其天然位置地心．一個物體自然向下的運動取決于包含重元素的多少,物體所含重元素越多則下落就越快．

對于自然下落的物體,亞里士多德說“我們看到同一重量或者同一物體,運動的快慢有兩個原因: (1) 運動所通過的介質不同,(2) 運動物體自身輕或重不同,如果運動的其他條件相同的話”[2]．他首先考慮介質的影響因素,認為介質對運動有阻礙作用,物體運動越快則阻礙越大．同時介質的密度越大,阻礙作用也越大．對于輕重不同物體的運動,他說“我們看到有較大動勢的物體(假設結構上的其他方面相同)通過同一距離的速度也較大,并且速度的比等于這些物體量的比”．這就是我們熟悉的、也是批判最多的“重物比輕物先落地”的最初理論來源．

愛因斯坦曾經感慨地說:“有一個基本問題,幾千年來都因為它太復雜而含糊不清,這就是運動的問題．”人類對落體運動的認識,經歷古希臘、古羅馬的自然哲學家簡捷、思辨的推理,到中世紀科學家、藝術家的觀察和演繹,最后“科學之父”伽利略的實驗和數學證明[3]． 亞里士多德的一些錯誤結論來源于對自然的感性觀察與推理解釋,和人們日常觀察的一些現象基本吻合,因此流傳長久廣泛．著名科學史家托馬斯·庫恩研究發現,由于語言的演變發展,亞里士多德物理學與現代物理學具有完全不同的思想基礎和理論框架,一些相同的概念也具有截然不同的內涵,但是亞里士多德物理學沒有任何重大的錯誤．

2 物理課程的輝格式科學史

亞里士多德堪稱古希臘百科全書式的偉大思想家,不幸的是,后世人們對他的認識充滿了偏差．黑格爾評價說“雖然他乃是許多世紀以來一切哲學家的老師……亞里士多德直到最近幾乎還未被認識,所流行的乃是關于他的一些最錯誤的偏見．”[4]現行物理教材多次批駁亞里士多德的錯誤學說,例如他提出“力是促使物體運動的原因”,同樣被伽利略通過斜面實驗而推翻．這種片段化和隨意引用科學史資料,忽視對科學事件真偽與否的慎思明辨、對前因后果的尋蹤覓跡、對關鍵要素的窮根究源,根源在于人們對科學史的輝格認識[5]．

1931年英國學者巴特菲爾德出版《歷史的輝格解釋》,提出輝格史的編史學概念,在西方史學界引起巨大爭議．所謂輝格史,就是參照今日來研究過去,贊揚過去的進步,是為了肯定和頌揚今日．科學史領域的輝格式研究傾向由來已久,就連科學史奠基人薩頓(G.Sarton)也強調,“科學歷史是人類進化過程中唯一清晰可辨的、明確無誤的一種進步”[6]．按照進步的原則,凡是有利于科學進步的因素加以保留,凡是不利于科學進步的因素便被忽略．

1983年在意大利帕維亞召開“用物理學史革新物理教育”國際討論會,曾任國際物理教育委員會主席的弗倫奇教授,用風趣的筆觸寫道:“人們試圖賦予物理教學以歷史的度量時,暴露出一些基本問題,多數問題起源于下述事實,即很少把物理學和歷史當作平等的伙伴來對待……若我們不是為了歷史自身的緣故用它,而只是把它作為達到某種目的之手段,歷史很容易被歪曲和纂改[7]．”

教師對科學史認知有時也閃現輝格式的特征,他們以現代科學為衡量標準,評價歷史事件對科學發展的貢獻,那些沒有導致科學進步的理論被視為毫無價值和錯漏百出．物理教材涉及的一些科學史內容,也存在如下明顯的輝格史傾向.

(1) 過分渲染科學研究的艱難曲折,試圖塑造科學家不畏艱險、鍥而不舍的探索精神．或者借由科學發現故事,強調某種科學方法的價值,高度簡化科學發現的過程描述,忽視科學探究需要綜合應用多種方法,是歷經復雜過程和堅持努力的結果．

(2) 輕率地推論科學家的崇高品格,科學人物表現出完美無缺的個性,認為他們懷著獻身科學的無私精神,致力于探索自然世界的奧秘,強調科學發現帶給科學家的社會聲譽地位．

(3) 簡單將科學人物劃歸為促進科學進步和阻礙科學發展兩類,批判科學發展的錯誤理論學說,突出現代科學的真理性和絕對性．片面強調科學研究以固定的步驟模式進行,忽視科學家的思想背景和社會環境,忽略對歷史成果的借鑒以及科學團體的交流．

有學者從如下哲學層面分析了科學課程存在輝格科學史的原因[8]．

(1) 教育哲學中的知識中心主義,重知識而輕能力,重記憶而輕思維,強調科學史為科學知識合法性辯護的功能．

(2) 科學哲學中的樸素經驗論,認為科學知識是觀察與實驗的結晶,科學發展是線性和不斷累積的過程,科學家是客觀公正、心胸開闊的．

(3) 歷史哲學中的移時史觀,以目前的科學知識來研究歷史,理解它的發展如何導致當前的科學,誤導對過去科學地位的評價．

3 物理學史的課程教學與反思

我國從2001年啟動新一輪基礎教育改革,強調科學教育要提高學生的科學素養．科學史能夠有效溝通科學和人文之間的鴻溝,幫助學生樹立歷史感和批判精神,使他們洞悉科學思想與方法,潛移默化中滲透科學素養教育．由于課程標準與教材開發、教師教育培訓等客觀原因,不少教師對科學史的認識還停留在較低的工具價值層面,僅將其當做激發學習興趣、活躍課堂氣氛的輔助手段,熱衷于談論科學家的趣聞軼事,宣揚未經考證的野史傳說．

為了避免對科學史的輝格式認知,教師應當具備建構主義的科學觀,將科學家置于當時社會環境中解讀,全面理解科學的發展機制．當教師嘗試把科學史融入課堂教學,面對課程體系與內容的限制、教材編寫和設計的規定、教學組織管理的壓力,需要思考一系列相關問題,包括針對課題選取詳實準確的科學史料,將教學課題和科學史有機結合,指導學生進行科學探究活動．

針對中學生的認知發展與思維特點,科學史的選擇內容要符合以下原則.

(1) 趣味性原則.盡量避免單純的科學事實、實驗數據、科學家生平歷史的簡單羅列,使用符合學生年齡特點的文字語言表述,包含色彩鮮明的圖畫．

(2) 教育性原則.揭示科學概念發展的轉變,突出科學知識具有假設性、暫時性、局限性等特征,重視科學知識的重建．

(3) 客觀性原則.幫助學生理解概念發展的內外動因,在歷史的脈絡中把握科學概念,還原科學家鮮活個體從事的真實活動．

(4) 社會性原則.科學研究由許多科學家持續進行,聚焦科學含有的人性特征,避免學生對科學形成消極刻板印象．

為了避免科學史教學中的走過場和作秀形式等弊端,1990年Roach.Linda.E和Wandersee.James.H開發“互動式科學故事”,確保教師能在有限條件下,有效組織學生學習科學史知識,思考領悟科學本質[9]．他們精心設計時長10～15min的科學故事,選擇科學家從事科學

圖1 “互動式科學故事”教學模式

研究的重要事件或歷史片段．故事編制采用“二元對立”,以科學史實為基礎創造沖突,采用故事高潮處中斷的辦法以此制造懸念,激發學生的好奇心和求知欲．故事中斷以后,學生預測故事后來的發展,教師在恰當時機揭曉真實的歷史結局,隨后課堂討論中引導并修正學生對科學本質的看法．“互動式科學故事”模式具體的教學流程如圖1所示．

1 宋斌.亞里士多德物理學中的“原因”和“運動”概念[J].現代哲學,2008(5):81-87.

2 亞里士多德.物理學[M]. 張竹明譯. 北京:商務印書館,1982.

3 儀德剛.人類對落體運動的認識及意義[J].力學與實踐,2007(1):86-88.

4 黑格爾.哲學史講演錄(二卷) [M].北京:商務印書館,1978.

5 汪明.當前科學史教學常見問題盤點[J].教育評論,2015(5):117-119.

6 張明雯.科學史的輝格解釋與反輝格解釋[J].自然辯證法研究,2004(11):102-105.

7 A.P.弗倫奇. 把歷史引進物理教學的樂趣和危險[J].大學物理,1986(3):36-45.

8 肖磊,徐學福.科學課程中的輝格史批判[J].教育學報,2012(4):72-80.

9 Roach Linda E,Wandersee James H. Putting people back into science: Using historical vignettes. School Science and Mathe-matics,Nov.1995．

2017-03-22)

本文受2015年廣西科技開發項目“數字化科普教育基地的創立與可持續發展”(編號2015ED31107)資助.