近代科學(xué)教育的興起與發(fā)展（續(xù)一）

新喬 趙曉寧 任熙俊

（接上期）

2）化解與傳統(tǒng)的矛盾沖突。近代科學(xué)教育所依托的近代科學(xué)是在對傳統(tǒng)的揚(yáng)棄中生長的，相對于傳統(tǒng)的亞里士多德自然哲學(xué)，是有本質(zhì)區(qū)別的新的科學(xué)。科學(xué)革命摧毀并取代了長期占統(tǒng)治地位的亞里士多德物理學(xué)和宇宙學(xué)，直接推動人類社會進(jìn)入一個科學(xué)的時代。

①傳統(tǒng)科學(xué)與新科學(xué)的沖突。長久以來，物質(zhì)的起源本身并沒有被人們視為一個科學(xué)方面的問題。然而，“宇宙的演化，或者說它如何獲得現(xiàn)在的輪廓及其居住者，是一個被新型望遠(yuǎn)鏡的觀測，甚至更多地是由18世紀(jì)牛頓式的物理科學(xué)家們令人印象深刻的成就所講述的論題”。哥白尼是一位“反叛的宇宙設(shè)計師”，他所引發(fā)的不僅僅是“宇宙概念結(jié)構(gòu)中的革命”，也是人的思想發(fā)展和價值體系中的一場革命。哥白尼之后，科學(xué)革命經(jīng)過開普勒、伽利略、笛卡爾等的推波助瀾，最后是牛頓使其達(dá)到頂點(diǎn)，牛頓的宇宙觀和自然哲學(xué)逐漸成為占有主導(dǎo)地位的社會和政治思想潮流。

17世紀(jì)之前，物理學(xué)史上一些最基本的問題都涉及如何解釋，如為什么一塊被拋向空中的石頭先向上作減速運(yùn)動，在似乎瞬間停滯后又加速落向地球？大概是亞里士多德最先用下面的一些術(shù)語來考慮這個問題：石頭的向上運(yùn)動為“強(qiáng)制的或非自然的運(yùn)動”，向下為“自然的運(yùn)動”，“兩種類型都隸屬于局部運(yùn)動或位置的變化這個更一般的范疇”。在亞里士多德物理學(xué)的四類變化中，與局部運(yùn)動相關(guān)的問題是物理學(xué)史上的核心問題。

位置的變化是亞里士多德對地上及月下界的變化所區(qū)分的四類變化之一，其他三類變化是實體的變化（如木頭燒成灰）、性質(zhì)的變化（如變色）和數(shù)量的增減。這三類變化是地上物理學(xué)研究的內(nèi)容，它們并不發(fā)生在月球到恒星球（表征有限球形宇宙的極限）之間，在這個區(qū)域由四種元素（土、水、氣、火）組成的普通月下物質(zhì)并不存在。

還有第五種元素為神圣的以太，其神圣表現(xiàn)在它除了運(yùn)動外，沒有任何其他類型的變化，被設(shè)想為填充這個廣闊的月上空間，所有的天體是由它組成的;天空中只有一類特殊的自然運(yùn)動，因為行星和恒星被沿光滑的圓周轉(zhuǎn)動的物理球帶動而永恒地轉(zhuǎn)動。

因此，亞里士多德明確地將宇宙分成地上或月下區(qū)域與月上或天體區(qū)域，兩個區(qū)域內(nèi)物質(zhì)的類型和行為截然不同。

注入力理論的影響一直持續(xù)到16世紀(jì)，意大利人伽利略早年在比薩大學(xué)曾熱情支持這個理論，盡管對這一看法存在分歧。伽利略在其未發(fā)表的論文《論運(yùn)動》里，力圖解釋重物的受迫向上運(yùn)動及隨后的加速下落。他采用遺留之力（residual force）來作為解釋的基礎(chǔ)。“這個觀點(diǎn)來自希帕恰斯（Hipparchus），它的描述可以在中世紀(jì)廣為人知的辛普利丘的《對亞里士多德<論天>注釋》中找到。在遺留之力的基礎(chǔ)上，伽利略加進(jìn)一個自耗的、注入的無形之力或沖力的機(jī)制，這種機(jī)制很可能來自中世紀(jì)的文獻(xiàn)。”起初，推動者將一個注入的力輸進(jìn)一塊向上拋擲的石頭，當(dāng)動力減弱時，物體逐漸放慢向上運(yùn)動的速度，直到注入的力被石頭的重量所平衡抵消，這時石頭就開始下落;開始很慢，隨著注入的力的減弱而越來越快;當(dāng)石頭重量與正在減弱的注入的力兩者之差持續(xù)增加時，加速就產(chǎn)生了。因此，在下落過程中，注入的力實際上作為阻力而起作用。從理論上考慮，如果物體下落了一個足夠長的距離，所有注入的力都將消失，這時物體將勻速下落。伽利略最終還是放棄了自耗的注入之力這個概念，而代之以一個保守的累積的沖力來解釋加速下落。

加速下落問題，在物理學(xué)歷史上曾引起很大的混亂。一個加速下落的物體，下落的時間越長，距離越長，速度顯得越大。時間和距離與下落顯得緊密相關(guān)，以至于假設(shè)速度的增大與時間或距離甚或與兩者都相關(guān)，看來是可信的。布里丹、薩克森的阿爾伯特和列奧納多·達(dá)·芬奇（Leonardo da Vinci，1452—1519，文藝復(fù)興時期意大利畫家，其代表作為《最后的晚餐》）都采用了兩個相關(guān)關(guān)系（達(dá)·芬奇用了同樣的命題來表達(dá)兩個相關(guān)關(guān)系），但并沒有認(rèn)識到兩個約定之間的矛盾性質(zhì)。晚至1604年，伽利略甚至還錯誤地假設(shè)速度直接正比于距離（v∝s），而不是像他后來所認(rèn)識到的那樣正比于時間（v∝t）。這個混亂或許部分來自這樣一個事實：直到17世紀(jì)，自由落體運(yùn)動是勻加速運(yùn)動才被廣泛接受。

有關(guān)運(yùn)動的一些最基本概念和定理，伽利略并未領(lǐng)先于他的中世紀(jì)先驅(qū)。之所以說伽利略奠定了現(xiàn)代力學(xué)科學(xué)，是因為他把有關(guān)運(yùn)動的所有重要的概念、定義、定理、推論組織成一個邏輯的、有序的整體，并且用它來研究實際物體的運(yùn)動。勻加速不再是一個純粹定義的概念，而是自然界中物體下落方式的真實描述。用這些中世紀(jì)的零散部件，他建造了一門新的力學(xué)科學(xué)，并構(gòu)成牛頓科學(xué)的一個關(guān)鍵部分。

中世紀(jì)對地球相對大小的看法主要來自亞里士多德和托勒密，他們兩人都認(rèn)為，相對于球形宇宙的巨大尺度，地球僅僅是一個點(diǎn)。亞里士多德在天文學(xué)領(lǐng)域的影響甚至比在物理學(xué)上還要突出，他帶給中世紀(jì)一個高度完整的世界結(jié)構(gòu)圖像，盡管它的這個或那個方面一再受到建立在天文學(xué)、物理學(xué)或神學(xué)基礎(chǔ)上的認(rèn)識的強(qiáng)烈沖擊，但這個圖像總體說來是令人滿意的，在16、17世紀(jì)被拋棄之前，一直占據(jù)絕對的支配地位。“它顯示了一個和諧有序的世界，這個世界不僅為大多數(shù)有識之士所易于理解和接受，其總體特征還能生動形象地為社會所有階層的人士所欣賞。再者，亞里士多德的宇宙學(xué)除了少數(shù)顯著的例外，是能夠與基督教《圣經(jīng)》和神學(xué)和睦相處的。”

直到16世紀(jì)，亞里士多德體系才遇到強(qiáng)有力的對手。哥白尼革命性的日心體系本該加速它的崩潰，但宗教改革和反宗教改革運(yùn)動又為亞里士多德物理學(xué)和宇宙學(xué)構(gòu)筑了更牢固的“防御壕溝”。新教和天主教一樣，牢牢抓住亞里士多德的宇宙學(xué)，同時猛烈攻擊哥白尼的宇宙學(xué)。哥白尼與傳統(tǒng)的分野在于他堅信地球確有一個真實的物理運(yùn)動，以及從這個深邃的信念而來的方法論意義上的理論解釋。對哥白尼來講，這兩個方面是緊密相關(guān)的。他堅定地相信，地球日轉(zhuǎn)動和年運(yùn)動的假設(shè)不僅解釋了已知的天體現(xiàn)象，而且顯示了一個更簡單因而更和諧的宇宙秩序。在此基礎(chǔ)上，他大膽聲稱，地球真的描繪了一個繞太陽的年軌道，真的繞自軸日轉(zhuǎn)動一周;太陽顯現(xiàn)的日運(yùn)動和年運(yùn)動是真實的地球運(yùn)動的純粹表象。

一直到17世紀(jì)，哥白尼的日心說體系才取代地心說的亞里士多德宇宙學(xué)，從假設(shè)的地球日運(yùn)動和年運(yùn)動推導(dǎo)出的物理結(jié)論，才一并摧毀亞里士多德物理學(xué)。中世紀(jì)晚期內(nèi)部的自我批評在后兩個世紀(jì)中被公開的反叛所取代。在物理科學(xué)和生物科學(xué)中發(fā)生一系列根本性的突破，到17世紀(jì)中葉，這一時期成立的科學(xué)學(xué)會和地方性學(xué)者團(tuán)體，較之于傳統(tǒng)的教育中心來說起到更大的作用。此時，已經(jīng)聽到對新科學(xué)或哲學(xué)的大聲疾呼，并要求取代亞里士多德學(xué)說和蓋侖派的訓(xùn)練，因為這些訓(xùn)練似乎并無用處，在精神上令人窒息，即便在神學(xué)理論上（有時）也不足以使人相信。

②古典教育與科學(xué)教育的矛盾統(tǒng)一。18世紀(jì)及至19世紀(jì)初，科學(xué)教育進(jìn)入教育教學(xué)課程仍有重重阻力，古典教育思想在教育領(lǐng)域的影響根深蒂固。直到19世紀(jì)中葉，在科學(xué)家、教育學(xué)者以及一批社會有識之士堅持不懈的努力下，科學(xué)教育的困境才得以打破。

19世紀(jì)初，圍繞古典教育還是科學(xué)教育，英國掀起一場持續(xù)近一個世紀(jì)關(guān)于教育理念的大辯論，主要代表人物為阿諾德（Thoms Arnold，l795—1842，英國教育家）和赫胥黎，分別代表古典教育和科學(xué)教育學(xué)派。阿諾德傾向于古典教育的自由教育，自由教育一度在英國教育思想中占據(jù)支配地位，對英國教育實踐曾產(chǎn)生廣泛影響。阿諾德等人這樣闡述自由教育理念：

單從語法意義上講，自由與奴性一詞相對應(yīng)。“奴工”一詞指的是體力勞動、機(jī)械勞作以及諸如此類的工作，很少需要或根本不需要心智勞動活動參與。自由教育與自由探究就是心智、理智和反思的操作活動，“自由知識本來就是立足于自己的需求，為了引起我們的思考不被后果和目的支配，既不期望補(bǔ)充，也不會被人和技藝所同化”。

阿諾德將人性一分為二：多重的、庸俗的、普通的自我和充足健全理智的、優(yōu)秀的自我。教育的目的是培育那個真實的“最優(yōu)秀的自我”，最終使全體民眾走向普通的完美。赫胥黎對此持批評態(tài)度，認(rèn)為阿諾德是“與時代不合的人，因為他盡力想回到古代雅典去”，認(rèn)為其人文古典教育過于狹隘，沒有將科學(xué)教育的內(nèi)容包括進(jìn)去。

兩派爭論的焦點(diǎn)具體反映在關(guān)于基礎(chǔ)教育階段課程內(nèi)容設(shè)置方面的不同主張。阿諾德認(rèn)為，初等教育階段課程應(yīng)注重將兒童培養(yǎng)成有文化教養(yǎng)的人，中等教育階段課程內(nèi)容應(yīng)反映時代精神，促進(jìn)中等階段的自我突破。赫胥黎認(rèn)為初等階段教育課程是訓(xùn)練兒童心智的基礎(chǔ)途徑，中等階段教育課程應(yīng)給予自然科學(xué)以合法地位，將自然科學(xué)教育作為課程不可或缺的部分。

1880年，赫胥黎在英格蘭工業(yè)中心伯明翰的喬賽亞·梅塞特科學(xué)學(xué)院的開學(xué)典禮上做了題為“科學(xué)與文化”的講演，提出時代已經(jīng)變了，自然知識開始發(fā)揮日益廣泛而重要的作用，對人們的生活有重要影響，抵制科學(xué)課程，拘泥于古典教育，是偏離時代的;“文學(xué)將不可避免地被科學(xué)所取代”，教育要為那些希望從事工商的人們提供系統(tǒng)的科學(xué)教育，通過科學(xué)課程的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生養(yǎng)成獨(dú)立思考和解決問題的能力。赫胥黎認(rèn)為，這種教育應(yīng)該是實際的，通過與實際事物接觸獲取關(guān)于事物的知識;應(yīng)提倡實物教學(xué)和實踐教學(xué)，一切自然科學(xué)的進(jìn)步都依賴于觀察或多種不同實驗的人工觀察。比如在教植物學(xué)的時候，應(yīng)讓學(xué)生親自動手去接觸那些植物及新折那些花朵;同樣，不要滿足于告訴學(xué)生磁可以吸住鐵，而且要讓他們看一看這個事實的確如此。

阿諾德對赫胥黎的主張與批判即時給予回應(yīng)，他認(rèn)為古典教育是必要的，把自然科學(xué)訓(xùn)練作為教育的主要部分，用科學(xué)教育來取代人文教育，是不受大多數(shù)人支持的。

這場世紀(jì)爭論最終達(dá)成統(tǒng)一，二人分別代表的古典教育派和科學(xué)教育派在不斷深入的爭論中逐漸認(rèn)識到，教育是國家發(fā)展的基礎(chǔ)工程，人文教育和科學(xué)教育同等重要，不可偏廢。阿諾德此時也從中等教育內(nèi)容必須符合時代要求的角度，支持在保留古典教育的基礎(chǔ)上改革中等教育課程。他贊賞和推薦法國提出的中等教育四年制課程計劃，這個計劃包括比較全面的地理、物理、化學(xué)、機(jī)械學(xué)、自然科學(xué)課程科目，還包括音樂、體育、經(jīng)濟(jì)等選修課程。他認(rèn)為英國的中等教育可以采納這個課程計劃，這個計劃體現(xiàn)了現(xiàn)代精神，應(yīng)付諸實踐，只要堅持下去，最終會流行開來。教育家的任務(wù)就是通過個體或群體的資質(zhì)，引領(lǐng)每一個個體接觸智力訓(xùn)練，從而獲得兩種類型的知識。

赫胥黎與阿諾德的爭論實際上是社會轉(zhuǎn)折時期關(guān)于教育變革的不同途徑的分歧，表現(xiàn)為是科學(xué)教育還是古典教育，但均未脫離人文主義思想理念。因此，科學(xué)教育與古典教育在爭論中最終走向融合，實現(xiàn)科學(xué)教育與人文教育的統(tǒng)一、科學(xué)與文化的統(tǒng)一。這場爭論對之后英國教育法案的改革與修訂、英國教育改革、課程內(nèi)容多樣性與靈活性特點(diǎn)的形成均產(chǎn)生重要影響，奠定了自然科學(xué)在教育中的合法地位，成為課程內(nèi)容的重要組成部分。■

（未完待續(xù)）