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[关键词]历史教学,科学精神,伽利略思想实验
[中图分类号]G63
[文献标识码]B
[文章编号]0457-6241(2010)21-0051-03
新课程“要求历史教师在教学过程中不但要研究《历史课程标准》中提出的显性目标,还要发掘和探索《历史课程标准》背后的隐性目标的实现。”关于近代科学发展的教学,“体会尊重事实、不迷信权威、勇于探索创新的科学精神”应该是课程标准的“隐性目标”。在高中科学史的教学中,教师不能简单就事论事,而使科学精神培养这一“隐性目标”缺席。为此,笔者结合自己“重演伽利略思想实验”的教学片断来对历史教学中科学精神的培养谈一点看法,以求正于方家。
伽利略被恩格斯誉为“不管有何障碍,都能不顾一切而打破旧说,创立新说的巨人之一。”高中历史必修三讲到伽利略推翻亚里斯多德“物体落下的速度和重量成比例”的学说时,人教版教科书的表述是:
据说,意大利物理学家伽利略曾经在比萨斜塔上进行了一场著名的实验。当时,他从塔顶抛出了质量不同的两个球,结果这两个球同时落地。尽管有人怀疑这个故事的真实性,但伽利略确实证明了物体的下落速度与物体的质量无关,从而否定了从古希腊以来人们关于物体大小决定了下降速度快慢的认识,为近代力学的发展奠定了基础。……开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学……
岳麓版教科书的表述是:
伽利略开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学,被誉为“近代科学之父”。1590年,伽利略在比萨斜塔上做了“两个铁球同时落地”的著名实验,从此推翻了亚里斯多德“物体落下的速度和重量成比例”的学说,纠正了这个持续了1900年之久的错误结论。
人民版教科书的表述是:
近代科学诞生后,亚里斯多德的力学不断受到质疑。意大利科学家伽利略通过观察、实验和推理,得出了惊人的结论……从面推翻了亚里斯多德的学说。
究竟伽利略是如何证明他的理论,进而否定了亚氏的学说呢?比较三个文本,我们发现:人教版教科书提供了比萨斜塔实验,但表述时用了“据说”一词,对此实验的真实性持存疑态度;岳麓版教科书提供的也是比萨斜塔实验,但表述上使用了肯定语气;人民版教科书没有提及比萨斜塔实验,而是选择了“观察”“实验”“推理”这些词汇加以说明。那么,教师如何去发掘并实现“体会尊重事实、不迷信权威、勇于探索创新的科学精神”这个“隐胜目标”呢?如果单纯复述一下教科书中“观察”“实验”“推理”这些词汇或者是讲一下那个并不可靠的比萨斜塔实验故事,学生肯定无法体验什么是科学精神。针对教科书文本表述的异同,我在备课时思考了以下两个问题:一是在教学中应该如何处理那个存在与否仍有疑问的著名实验;二是在教学中怎样使学生真正体验伽利略“尊重事实、不迷信权威、勇于探索创新”的科学精神。在以往听课中,有的老师认为那个实验非本课教学重点而一语带过;有的老师把那个实验的过程当做故事,详加描述以强调近代科学发展中“实验”的重要性;有的老师认为那个实验不真而大加批评。然而,笔者认为这些处理都没抓住此知识点有效进行科学精神培养的教育功能,有避实就虚之嫌。为此,我一直思索如何发掘此知识点在培养科学精神方面的策略,但总是不得要领。直到读了下面一段资料,思路才豁然开朗。资料摘抄如下:
亚里斯多德的理论“物体的下落速度与物体的重量成正比”统治物理学近两千年。伽里略通过一个思想实验对它提出了质疑。他假设亚氏理论成立,并设想有这样两个物体:A重B轻,按照亚氏的理论,下落时A快B慢。再设想把A、B两个物体绑在一起形成A加B,A加B显然比A重,按照亚氏理论,A加B下落比A快;A加B中原来A快B慢,在下落时慢的B拖住了快的A(即两物合成速度小于等于其中最快的那个物的速度),因此,A加B下落比A慢。结论矛盾,亚氏理论不成立。伽里略于是提出了他自己的理论:(在真空条件下)物体的下落速度与物体的重量没有关系,据说还进行了一次著名的比萨斜塔实验来验证他的理论。
从实证上看,伽利略在他晚年出版的《关于两门新科学的对话》一书中,确实详细介绍过上述思想实验。因此,这段资料从教学资源上解决了我长期面临的困惑与矛盾。于是,我毫不犹豫地在教学设计时引入这一资料,同时设置了以下问题:
问题一:假如你是伽利略,在当时亚氏学说仍占统治地位的情况下,你是否敢于向长期被教会奉为教条的亚氏学说挑战?不管是否敢于挑战这种权威学说,都请说明自己的理由。
问题二:如果不敢挑战这种权威,将会有什么样的后果?如果敢于挑战这种权威,你将如何挑战?
问题三:如果不让你们通过实验的方法来验证伽利略的观点,你们将怎样否定亚氏的学说。
基于以上预设问题,我在课堂上通过师生互动重演了伽利略的思想实验。
对于问题一,如同预设出现了两种态度,大部分学生说不敢挑战,只有少部分学生说敢于挑战。不敢挑战的学生所说的理由有以下两种。理由一大致是:“因为亚氏学说在日常的观察中是一种常识,一般人们所看到的现象确实是羽毛比石块下落的速度慢,所以不会去怀疑自己的眼睛,这样也就无从去挑战亚氏学说”。理由二大致是:“因为亚氏学说是一种被权力支持的学说,挑战的后果可能自己会像布鲁诺那样被教会烧死或者像伽利略那样被教会迫害,所以不敢去挑战”。同时,这些学生从两个层面谈到了不挑战的后果:一是从历史发展的角度看,科学的发展将可能被滞后;二是从个人发展的角度看,自己的一生将可能很平凡。可以说这些学生的“移情”分析非常符合我们的世俗想法,很具体也很真实。而敢于挑战亚氏学说的学生则认为:“发现了真理就应当表达出来,这样才能促进科学进步和历史发展,自己才能成为真正的伽利略”。我随即又问:“在科学受到神权审判的时代,你们不怕教会的迫害吗?”有一同学说:“当然怕了,但是总归要有人来做,这就是历史发展需要付出的代价,就像我们校友瞿秋白、张太雷,如果他们怕牺牲,可能就不会去革命啦!”这个回答中的生成部分,令我很意外也很感动,但是限于教学时间,当时没有就此展开,而是继续追问他们将如何去挑战亚氏学说。这些同学说他们会学习伽利略那样用实验验证亚氏学说的不正确。我肯定了他们的回答,并强调实验在近代科学发展中重大作用。同时,我用多媒体把三种教科书中有关伽利略实验的文字全部展示出来,让学生阅读时寻找三个表述有什么差异。通过对三种版本教科书表述的比勘,学生看出了文本表述之间的不一致,找到了“据说”“有人怀疑”等词汇,从而推断出比萨斜塔实验是否真实应该存疑。接下来,我提问:“如果伽利略事先没做实验,那他将如何质疑并推翻亚氏的观点呢?”听到这个问题,敢于挑战亚氏学说的同学一下子无所适从了。(对于长期习惯于从教材找 答案的学生来说,这种神情表现应在预料之中)于是,我提示他们想一想数学证明时用过哪些方法。同学们列举了演绎法、归纳法、反证法等。因为演绎法需要前提条件,归纳法从本质上仍是一种实验的思想,通过尝试他们最终选择了反证法。虽然高中生不是特别清楚逻辑上讲的“矛盾律”,但在同学间的合作下,他们最终还是通过笔头完美地重演了类如上述资料所描述的思想实验。令我惊喜的是,在重演伽利略思想实验过程中,前面不敢挑战亚氏学说的同学也积极加入了尝试,并且数理基础较好的同学在证明过程中还起到了关键作用。
课后与学生就以上教学片断进行交流,笔者发现学生对这种授课方式非常认同,认为这样学习有利于他们感受历史并促进自己的思维发展,而不是单纯地学到一些死知识。例如:有学生说:“开始我认为亚氏理论是我们日常观察的一种常识,如果处于伽利略的时代,我是不会去怀疑的,但这种不怀疑使我失去了一次挑战的机会。如果在现实生活中,我也不敢怀疑常识,可能会使我失去更多的机会。”有学生说:“最初我认为只有通过实验才能推翻亚氏学说,但是没想到老师会让我们通过思想推理来论证亚氏学说的不成立。这个过程使我感受到了论证的力量,从而明白完美的推理也可以挑战权威和捍卫思想。”令笔者最为感动的是这样一段感言:
“我之所以不敢挑战亚氏学说主要是考虑到当时教会的迫害,但当我听到同学说出‘秋白、太雷精神’时,联想到自己作文里自己不止一次写下的勇于承担责任等话,一下使我感觉自己写下的所谓责任感在历史假设中是那么不堪一击。这时,我真正理解了继承‘秋白、太雷精神’关键是思想认同和行动实践上的一致。不过后面的推理过程,我还是很自豪的,我顺利地用反证法推翻了亚氏理论,感受到挑战的快乐。这使我想到:假如我敢于挑战权威、勇于承担责任,将来的我肯定会有更多的成功。因此,我很感谢同学的感染和老师给我板书推理的机会,这堂课我收获的不仅是历史知识,更多的是一种敢于挑战权威和敢于挑战自我的精神。”
从学生的感言,笔者真正体会到“情感、态度与价值观目标”的实现是那样的具体。虽然这一内容比以往的教学要多花费些时间,但对于中学历史教学来说应该是“惟教育的目的而关心学科的内容,而不是相反”。因此,我认为花费的时间非常值得。
综上,借助重演伽利略思想实验的教学,学生从根本上理解了教材文本所提到“质疑”“推理”这些词的历史内涵,并体会到了“尊重事实、不迷信权威、勇于探索创新”的科学精神。这样,科学精神就在他们进行思想实验的推演中得到了内化。更值得关注的是学生对学生的激发,这种激发使他们进一步明白科学精神不仅是一种工具,更是一种品质。
参考文献:
[1]齐健,赵亚夫等历史教育价值论[M]北京:高等教育出版社,2003
[2]江苏省教育厅制定普通高中课程标准教学要求(历史)[S].南京:江苏教育出版社,2007.
[3]林文照.关于伽利略是否在比萨斜塔上做过落体实验的争论[J].自然辩证法通讯,1983(05)
[4]陈波.逻辑学是什么?[M],北京:北京大学出版社,2002
[5]方舟子.伽利略做过比萨斜塔实验吗?[N].经济观察报,2009-08-16
[责任编辑:侯林莉]
[中图分类号]G63
[文献标识码]B
[文章编号]0457-6241(2010)21-0051-03
新课程“要求历史教师在教学过程中不但要研究《历史课程标准》中提出的显性目标,还要发掘和探索《历史课程标准》背后的隐性目标的实现。”关于近代科学发展的教学,“体会尊重事实、不迷信权威、勇于探索创新的科学精神”应该是课程标准的“隐性目标”。在高中科学史的教学中,教师不能简单就事论事,而使科学精神培养这一“隐性目标”缺席。为此,笔者结合自己“重演伽利略思想实验”的教学片断来对历史教学中科学精神的培养谈一点看法,以求正于方家。
伽利略被恩格斯誉为“不管有何障碍,都能不顾一切而打破旧说,创立新说的巨人之一。”高中历史必修三讲到伽利略推翻亚里斯多德“物体落下的速度和重量成比例”的学说时,人教版教科书的表述是:
据说,意大利物理学家伽利略曾经在比萨斜塔上进行了一场著名的实验。当时,他从塔顶抛出了质量不同的两个球,结果这两个球同时落地。尽管有人怀疑这个故事的真实性,但伽利略确实证明了物体的下落速度与物体的质量无关,从而否定了从古希腊以来人们关于物体大小决定了下降速度快慢的认识,为近代力学的发展奠定了基础。……开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学……
岳麓版教科书的表述是:
伽利略开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学,被誉为“近代科学之父”。1590年,伽利略在比萨斜塔上做了“两个铁球同时落地”的著名实验,从此推翻了亚里斯多德“物体落下的速度和重量成比例”的学说,纠正了这个持续了1900年之久的错误结论。
人民版教科书的表述是:
近代科学诞生后,亚里斯多德的力学不断受到质疑。意大利科学家伽利略通过观察、实验和推理,得出了惊人的结论……从面推翻了亚里斯多德的学说。
究竟伽利略是如何证明他的理论,进而否定了亚氏的学说呢?比较三个文本,我们发现:人教版教科书提供了比萨斜塔实验,但表述时用了“据说”一词,对此实验的真实性持存疑态度;岳麓版教科书提供的也是比萨斜塔实验,但表述上使用了肯定语气;人民版教科书没有提及比萨斜塔实验,而是选择了“观察”“实验”“推理”这些词汇加以说明。那么,教师如何去发掘并实现“体会尊重事实、不迷信权威、勇于探索创新的科学精神”这个“隐胜目标”呢?如果单纯复述一下教科书中“观察”“实验”“推理”这些词汇或者是讲一下那个并不可靠的比萨斜塔实验故事,学生肯定无法体验什么是科学精神。针对教科书文本表述的异同,我在备课时思考了以下两个问题:一是在教学中应该如何处理那个存在与否仍有疑问的著名实验;二是在教学中怎样使学生真正体验伽利略“尊重事实、不迷信权威、勇于探索创新”的科学精神。在以往听课中,有的老师认为那个实验非本课教学重点而一语带过;有的老师把那个实验的过程当做故事,详加描述以强调近代科学发展中“实验”的重要性;有的老师认为那个实验不真而大加批评。然而,笔者认为这些处理都没抓住此知识点有效进行科学精神培养的教育功能,有避实就虚之嫌。为此,我一直思索如何发掘此知识点在培养科学精神方面的策略,但总是不得要领。直到读了下面一段资料,思路才豁然开朗。资料摘抄如下:
亚里斯多德的理论“物体的下落速度与物体的重量成正比”统治物理学近两千年。伽里略通过一个思想实验对它提出了质疑。他假设亚氏理论成立,并设想有这样两个物体:A重B轻,按照亚氏的理论,下落时A快B慢。再设想把A、B两个物体绑在一起形成A加B,A加B显然比A重,按照亚氏理论,A加B下落比A快;A加B中原来A快B慢,在下落时慢的B拖住了快的A(即两物合成速度小于等于其中最快的那个物的速度),因此,A加B下落比A慢。结论矛盾,亚氏理论不成立。伽里略于是提出了他自己的理论:(在真空条件下)物体的下落速度与物体的重量没有关系,据说还进行了一次著名的比萨斜塔实验来验证他的理论。
从实证上看,伽利略在他晚年出版的《关于两门新科学的对话》一书中,确实详细介绍过上述思想实验。因此,这段资料从教学资源上解决了我长期面临的困惑与矛盾。于是,我毫不犹豫地在教学设计时引入这一资料,同时设置了以下问题:
问题一:假如你是伽利略,在当时亚氏学说仍占统治地位的情况下,你是否敢于向长期被教会奉为教条的亚氏学说挑战?不管是否敢于挑战这种权威学说,都请说明自己的理由。
问题二:如果不敢挑战这种权威,将会有什么样的后果?如果敢于挑战这种权威,你将如何挑战?
问题三:如果不让你们通过实验的方法来验证伽利略的观点,你们将怎样否定亚氏的学说。
基于以上预设问题,我在课堂上通过师生互动重演了伽利略的思想实验。
对于问题一,如同预设出现了两种态度,大部分学生说不敢挑战,只有少部分学生说敢于挑战。不敢挑战的学生所说的理由有以下两种。理由一大致是:“因为亚氏学说在日常的观察中是一种常识,一般人们所看到的现象确实是羽毛比石块下落的速度慢,所以不会去怀疑自己的眼睛,这样也就无从去挑战亚氏学说”。理由二大致是:“因为亚氏学说是一种被权力支持的学说,挑战的后果可能自己会像布鲁诺那样被教会烧死或者像伽利略那样被教会迫害,所以不敢去挑战”。同时,这些学生从两个层面谈到了不挑战的后果:一是从历史发展的角度看,科学的发展将可能被滞后;二是从个人发展的角度看,自己的一生将可能很平凡。可以说这些学生的“移情”分析非常符合我们的世俗想法,很具体也很真实。而敢于挑战亚氏学说的学生则认为:“发现了真理就应当表达出来,这样才能促进科学进步和历史发展,自己才能成为真正的伽利略”。我随即又问:“在科学受到神权审判的时代,你们不怕教会的迫害吗?”有一同学说:“当然怕了,但是总归要有人来做,这就是历史发展需要付出的代价,就像我们校友瞿秋白、张太雷,如果他们怕牺牲,可能就不会去革命啦!”这个回答中的生成部分,令我很意外也很感动,但是限于教学时间,当时没有就此展开,而是继续追问他们将如何去挑战亚氏学说。这些同学说他们会学习伽利略那样用实验验证亚氏学说的不正确。我肯定了他们的回答,并强调实验在近代科学发展中重大作用。同时,我用多媒体把三种教科书中有关伽利略实验的文字全部展示出来,让学生阅读时寻找三个表述有什么差异。通过对三种版本教科书表述的比勘,学生看出了文本表述之间的不一致,找到了“据说”“有人怀疑”等词汇,从而推断出比萨斜塔实验是否真实应该存疑。接下来,我提问:“如果伽利略事先没做实验,那他将如何质疑并推翻亚氏的观点呢?”听到这个问题,敢于挑战亚氏学说的同学一下子无所适从了。(对于长期习惯于从教材找 答案的学生来说,这种神情表现应在预料之中)于是,我提示他们想一想数学证明时用过哪些方法。同学们列举了演绎法、归纳法、反证法等。因为演绎法需要前提条件,归纳法从本质上仍是一种实验的思想,通过尝试他们最终选择了反证法。虽然高中生不是特别清楚逻辑上讲的“矛盾律”,但在同学间的合作下,他们最终还是通过笔头完美地重演了类如上述资料所描述的思想实验。令我惊喜的是,在重演伽利略思想实验过程中,前面不敢挑战亚氏学说的同学也积极加入了尝试,并且数理基础较好的同学在证明过程中还起到了关键作用。
课后与学生就以上教学片断进行交流,笔者发现学生对这种授课方式非常认同,认为这样学习有利于他们感受历史并促进自己的思维发展,而不是单纯地学到一些死知识。例如:有学生说:“开始我认为亚氏理论是我们日常观察的一种常识,如果处于伽利略的时代,我是不会去怀疑的,但这种不怀疑使我失去了一次挑战的机会。如果在现实生活中,我也不敢怀疑常识,可能会使我失去更多的机会。”有学生说:“最初我认为只有通过实验才能推翻亚氏学说,但是没想到老师会让我们通过思想推理来论证亚氏学说的不成立。这个过程使我感受到了论证的力量,从而明白完美的推理也可以挑战权威和捍卫思想。”令笔者最为感动的是这样一段感言:
“我之所以不敢挑战亚氏学说主要是考虑到当时教会的迫害,但当我听到同学说出‘秋白、太雷精神’时,联想到自己作文里自己不止一次写下的勇于承担责任等话,一下使我感觉自己写下的所谓责任感在历史假设中是那么不堪一击。这时,我真正理解了继承‘秋白、太雷精神’关键是思想认同和行动实践上的一致。不过后面的推理过程,我还是很自豪的,我顺利地用反证法推翻了亚氏理论,感受到挑战的快乐。这使我想到:假如我敢于挑战权威、勇于承担责任,将来的我肯定会有更多的成功。因此,我很感谢同学的感染和老师给我板书推理的机会,这堂课我收获的不仅是历史知识,更多的是一种敢于挑战权威和敢于挑战自我的精神。”
从学生的感言,笔者真正体会到“情感、态度与价值观目标”的实现是那样的具体。虽然这一内容比以往的教学要多花费些时间,但对于中学历史教学来说应该是“惟教育的目的而关心学科的内容,而不是相反”。因此,我认为花费的时间非常值得。
综上,借助重演伽利略思想实验的教学,学生从根本上理解了教材文本所提到“质疑”“推理”这些词的历史内涵,并体会到了“尊重事实、不迷信权威、勇于探索创新”的科学精神。这样,科学精神就在他们进行思想实验的推演中得到了内化。更值得关注的是学生对学生的激发,这种激发使他们进一步明白科学精神不仅是一种工具,更是一种品质。
参考文献:
[1]齐健,赵亚夫等历史教育价值论[M]北京:高等教育出版社,2003
[2]江苏省教育厅制定普通高中课程标准教学要求(历史)[S].南京:江苏教育出版社,2007.
[3]林文照.关于伽利略是否在比萨斜塔上做过落体实验的争论[J].自然辩证法通讯,1983(05)
[4]陈波.逻辑学是什么?[M],北京:北京大学出版社,2002
[5]方舟子.伽利略做过比萨斜塔实验吗?[N].经济观察报,2009-08-16
[责任编辑:侯林莉]