天文學基本概念范文

導語：如何才能寫好一篇天文學基本概念，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：師范 天文 教學

中圖分類號：Pl-4

文獻標識碼：C

DOI：10.3969/j.issn.1672-8181.2015.03.135

天文學與數學、物理、化學、生物、地球科學并列為六大基礎自然學科。天文學從其誕生之初起就為人類社會提供定位、時間和歷法等服務。時至今日，天文學理論已發展成為含天體測量學、天體力學和天體物理學三大分支的完整學科體系，天文學的應用已經漸拓展到人類生產生活的方方面面。然而，中國現行的天文普及教育尚未形成完整體系，零散的天文學內容通常歸并人中小學的《地理》或《科學》課程中，包括大學生在內的大眾天文知識的缺乏正在從教育體制問題衍生成社會問題。建立大眾正確的宇宙觀和世界觀，是現實生活的需要，也是社會和諧發展的需要。高等院校師范生是基層科學普及工作的主要參與者和實施者，科學教育和地理教育的專業師范生成為基層天文學普及師資的主要來源，提高相關專業高校師范生的天文學素養成為天文普及教育工作的當務之急。然而，傳統強調數理基礎和觀測實踐的天文教學，面臨著專業師資缺乏和儀器簡陋等諸多現實問題，影響了天文學的教學和普及效果。筆者通過長期面向不同層次師范生的基礎天文學教學實踐，系統探討了師范院?；A天文學的教學和普及經驗，為區域科普天文教育人才的培養和中小學天文教育工作的開展提供參考。

1 整合資源和營造氛圍

天文學是研究宇宙的學科，而肉眼看到的宇宙是極其有限的，所以天文學從某種程度上是基于“望遠鏡”的科學。國際天文熱喚醒了人們的天文熱情，也引發了網絡和現實天文教學資源的大爆發?；诂F代教育技術的多媒體課件設計和制作是開展天文科普教學的首選方法，多媒體手段通過圖片、動畫、音頻和視頻等形式可真實再現望遠鏡里的宇宙，從而縮短學生與天體之間的距離感，但多媒體手段是對宇宙空間的簡化和抽象，與現實的宇宙尚存在距離。而綜合多媒體技術、虛擬現實技術和空間觀測技術最新成果的計算機和手機星空模擬軟件（ Stellarium，StarryNight，SkyView）通過虛擬的三維數字宇宙，更是為基礎天文學教學提供了一個綜合性的全天候的虛擬教學平臺。學生學習過程中仿佛置身于真實的天空之下，根據需要演示即時即地的天文現象，并通過隨時更新的天體數據庫了解目標天體的基本特征?；谛强漳M軟件的基礎天文學教學突破傳統的“先講授后演示”的傳統教學模式，使學生在現實中學習，在現實中應用，減少不必要的教學環節，大大提高了課堂效率，更重要的是切實提高了學生對于天文學基本原理和基本方法的應用能力，特別適合于基礎天文教學，值得普及和推廣。

2 熱點導入和激發興趣

激發學生的學習動機是基礎天文學教學的首要環節。國際盛行的天文熱使天文現象和天文事件常常見諸于報端，大眾對基本天文概念似乎都已耳熟能詳，但對于基本概念背后的天文學原理卻不得而知。教師應即時抓住學生這種基于有限的感性認識而引發的求知欲望，結合近期天文熱點，激發學生的學習動機，導人理論課程內容，使學生的學習從零散轉向系統，從感性到理性，從被動接受到主動探索，這種教學模式符合人的心理認知規律，也符合建構主義的教學理念。如講授“太陽系”時，可結合獅子座流星雨、火星探測、冥王星的歸屬等太陽系的相關科學問題等；而講授“地月系”時，可結合日月食和月球探測等；講授“星空區劃”時，可結合國際星空區劃中的“星座神話”和中國星空區劃中的“星官”和“分野”制度等。從而使學生從天文現象人手，自覺邁人天文學習的殿堂。

3 側重過程和注重類比

現代天文學包括天體測量學、天體力學和天體物理學三大學科分支，而這也代表了天體研究由淺人深的三個層次，不同尺度天體由于觀測條件的差異研究程度自然也不盡相同，反映在天文學教材上不同尺度天體介紹的詳略不同。但傳統天文學教材對此并未說明，從而使初涉天文的學生往往對這種相對凌亂的知識體系準備不足，對課程的重難點也把握不準，深陷于海量的天體數據和軌道參數等天體測量學特征，無暇顧及測量學特征背后的天體力學和天體物理學原理。鑒于此，面向非天文專業學生的基礎天文學教學應強調面向天體運動過程的原理解釋和現實意義，測量學內容作為天體靜態特征可隨時查閱。此外，宇宙是不同天體系統形成的自組織結構，不同尺度天體的形成、分類和演化具有類似的特征。實際天文學教學中在從宏觀到微觀講授天體系統時，應注意教學內容前后的邏輯性和類似性，以點帶面，合理分配學時。如宇宙的演化、星系的演化、恒星演化、太陽系的演化的教學；再如星團的分類、星系的分類、星云的分類等內容均可實現類比，不僅有效提高了理論課堂的教學效果，增強了學生對于天文學原理的遷移能力，而且可將更多的精力放在更為重要的天文學應用的教學中。

4 儀器演示和數字模擬

天文學相對抽象的理論內容需要學生有豐富的空間想象能力和敏銳的邏輯思維能力，而初涉天文的學生的宇宙框架尚未完全建立，實際教學通常配合配備相當數量的天文演示儀器輔助理論教學，加深學生對天文學原理的理解和認識。常用天文演示儀器有天象儀、天球儀、三球儀、電子活動星圖等等。值得注意的是，考慮到地區天文發展水平的差異，天文演示儀器的選用在經濟條件有限的前提下應盡量小型化、便攜化、自制化、數字化和擬人化，在保障課堂演示效果的同時，有效降低教學成本，更重要的是使學生有機會自己重復實驗過程，便于課后鞏固和復習，也利于天文學的普及和推廣。近年來數字星空模擬軟件的成熟為這種教學思路提供的契機，該類軟件可集中展現天體周日視運動、周年視運動、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條件的課堂中成為最佳的教學和實驗平臺，大大提高了教學效果。

5 角色扮演和時空對應

天文學的基礎教學通常不可避免的涉及到基本概念的識記和理解，也成為天文科普教學中常見的門檻。例如，星空區劃是是科普天文教學的重點，但其中涉及的全天88星座的記憶是實際教學中的難點，也是學生識別四季星空的基礎。實際教學中，教師按照傳統方法根據當地星空的可視情況對多星座進行簡化的同時，可將特定星座的名稱和相對位置與學生的姓名和籍貫的地理位置逐個對應起來，每個學生扮演一個星座，地球表面的學生籍貫的相對位置也對應星座在天球上的相對位置，而且教學時也要求“對號入座”，保持彼此間的相對位置關系，從而使教學過程中的每一次“點名”和“落座”都成為星空區劃知識的復習鞏固。更重要是，在課時有限的前提下，調動了學生的積極性，使學生從抽象晦澀的天文學理論中解脫出來，在輕松的氛圍中到達滿意的學習效果。

6 來源現實回歸現實

天文學是來源于現實的科學，與人類生產生活息息相關。而面向非天文專業師范生的基礎天文學教學的最終目的也是將有限的天文知識運用到學生自己的專業和社會實踐中。理論課程講授要從現實出發，最后又回到現實。引導學生從天文現象的感性認識出發，探討的天文現象背后的基本原理，了解研究這些基本原理涉及的基本方法，進行總結歸納分類，然而再推而廣之。實際教學中，可針對學生不同的知識背景設計不同專題應用內容，如面向文科生的“天文年代學”教學，面向理科生的“天文氣候學”、“天體物理學”等專題。這種面向現實的基本教學理念應滲透到天文學基本原理和方法的教學環節中，減少不必要的中間教學環節，切實提高學生對天文學基本原理和方法的實際應用能力，而且為自己將來的教學和科普奠定基礎。

21世紀以來，以載人航天和空間探測為主題的天文熱開始在全球盛行，現代天文學進展和各種天文現象開始受到越來越多的大眾關注，良好的社會氛圍為我們開展天文科普工作提供了契機。高等師范院校是區域天文科普教育的中心，提高科普天文教育人才的培養質量，促進地方天文科普事業的發展，是區域高等師范院校應履行的社會責任。高等師范院校應充分整合天文教學資源，靈活運用教學方法，并結合豐富的天文實踐，使高質量的天文科普教育通過高校輻射到基層中小學，從而使天文學真正從書本回歸社會。

參考文獻：

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天體物理學屬于應用物理學的范疇，是研究天體的形態、結構、化學組成、物理狀態和演化規律的天文學分支學科。由于天體物理學是一門很廣泛的學問，天文物理學家通常應用很多不同學術領域的知識，包括力學、電磁學、統計力學、量子力學、相對論、粒子物理學等。

本書作者Leonard S Kisslinger是美國卡內基梅隆大學教授，他意在使任何學科的學生對于近幾十年天體物理學取得的那些令人興奮和感到神秘的發展有一些了解。本書解釋了宇宙從早期到現在的演化過程，運用通俗易懂的講述方式使任何一個擁有高等數學基礎的大學生都能夠理解。

全書由10章組成：1.天體物理學的物理概念：速度、加速度、動量和能量的基本概念，溫度（作為一種能量形式），力和牛頓運動學定律；2.力和粒子：基本粒子的標準模型，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，太陽（作為一個熔爐）的特性，大質量恒星由于引力坍塌導致脈沖星和黑洞形成的過程；5.中微子振蕩、對稱性和脈沖星沖擊：稱為中微子振蕩的中微子相互轉化的三種標準模型的重要屬性，怎樣利用中微子振蕩來測量宇稱性、電荷共軛和時間演化對稱性，通過中微子發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論：狹義相對論中的重要假設，以及由此產生的長度收縮和時間膨脹，由洛倫茲變換得到的附加速度的愛因斯坦方程與假設的相一致性，利用相對動量和張量簡單討論了廣義相對論；7.從廣義相對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，以及引力量子場理論；8.宇宙微波背景輻射：宇宙微波背景輻射相關的一些概念，重點是溫度和時間的相關性；9.電弱相變（Electroweak phase Transition）：定義了量子力學的相變和潛伏熱，重點討論了電弱理論和電弱相變，電弱相變和其產生的重力波間磁場的建立過程；10.量子色動力學相變：量子色動力學相變和銀河系和星系團之間磁場的關系，由于相對論性的重離子碰撞量子色動力的產生。

本書的目的是使大學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在宇宙演化背后的天文物理學理論。本書不要求學生有太深的數學基礎，適用于所有對科學尤其是天文科學感興趣的大學生，同時也適合于對這些話題感興趣的讀者。

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早在1915年，物理學家愛因斯坦發表了廣義相對論，此后這一直是我們理解宇宙的理論基礎。按照廣義相對論，宇宙只能收縮或者膨脹，不可能穩定不變。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20年代，美國加利福尼亞威爾遜山上，當時世界上最大的望遠鏡投入了使用，天文學家們發現幾乎所有星系都在遠離我們而去。他們發現當光源遠離我們而去時，光的波長會被拉長，而波長越長，它的顏色就越紅，這被稱作“紅移（redshift）”現象。目前對紅移現象的解釋為：速度造成紅移。比如，當一輛汽車向我們奔馳而來時，它的喇叭聲尖銳刺耳，因為汽車的高速運動使聲波波長被壓縮，波長變小，聽者接收的頻率變高。相反，當汽車離開我們飛馳而去時，它的喇叭聲則低沉幽緩，因為汽車的離去使聲波波長被拉長，波長變大，聽者接收的頻率變低，簡稱多普勒效應。20世紀初，天文學家斯里弗對旋渦星云光譜做了多年研究，發現了譜線紅移現象。在斯里弗觀測的基礎上，哈勃與助手赫馬森合作，對遙遠星系的距離與紅移進行了大量測量工作，發現遠方星系的譜線均有紅移，而且距離越遠的星系，紅移越大，于是得出重要的結論：星系看起來都在遠離我們而去，且距離越遠，遠離的速度越高。這被稱為哈勃定律（Hubble’s law）。他認為：整個宇宙在不斷膨脹，星系彼此之間的分離運動也是膨脹的一部份，而不是由于任何斥力的作用。這一發現直接導致俄裔美國天體物理學家伽莫夫的“宇宙大爆炸理論”的提出。伽莫夫認為，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，最初的溫度超過幾十億度，隨著溫度的繼續下降，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致的。

從此之后，天體物理學界一直都認為宇宙是在以一個恒定的速度膨脹，直到天體物理學家薩爾?波爾馬特、科學家亞當?里斯以及物理學家布萊恩?施密特這三位科學家于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記，研究宇宙膨脹問題。這些標記就是爆炸的恒星――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，一定是離我們越來越遠。亮度很低的超新星，距離就很遙遠了。1A型超新星同時有個重要的特點，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相同的光度峰值，這使得它們可被用作輔助天文學上的標準燭光。這是因為它們形成的過程都一樣，每個1A型超新星都是在相同質量時爆炸。因此，宇宙各處都有相同的亮度和可見度。三位科學家找到若干個1A型超新星，并測量它們遠離我們的速度。通過比較不同時空的超新星的位置和年代，便能計算出宇宙的膨脹是否在變慢。他們得到了驚人的結果：宇宙的膨脹速度并未變慢，反而是正在加速。這一驚人的發現意味著，宇宙不會停止膨脹，反而在不斷加速膨脹。這可是一個石破天驚的發現，這個結果的出現直接撼動整個天體、物理學界，根據牛頓萬有引力定律，宇宙大爆炸所產生的沖力在引力的作用和牽制下，星系天體的退行速度應該漸于趨緩直至穩定平衡，可是這三位科學家的發現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？物理學家們認為只有一種可能，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）、至今人類還沒有發現的神秘力量！物理學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”，并且認為，正是這種“暗能量”推動星系天體快速膨脹退行。宇宙膨脹的這種加速度暗示，在蘊藏于空間結構中的某種未知能量的推動下，宇宙正在分崩離析。這種所謂的“暗能量”占據了宇宙成分的絕大部分，含量超過70%。它的本質仍然是謎，或許是今天的物理學面臨的最大謎題。因而現代天文學認為：我們的宇宙最初的膨脹是由于最開始的大爆炸而產生的結果，也就是說，物體由于具有慣性，而在原始大爆炸之后繼續膨脹。后來，由于物質之間的萬有引力的作用，這個膨脹開始變慢，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上鋒，于是宇宙的膨脹又開始加速了。

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(江蘇省南京市第一中學，210 001)

一、學情分析

“對數概念”是蘇教版高中數學必修1第3章第2節《對數函數》的第1課時內容。在此之前，學生已經學習過函數的概念、表示方法和一般性質，完成了分數指數冪和指數函數的學習，掌握了研究函數的一般方法，經歷過從特殊到一般、從具體到抽象的研究過程。對數概念的學習，是對指數概念和指數函數學習的深化，也是后續學習對數函數的基礎。

因此，本節課的教學目標是：(1)理解對數概念，能夠進行對數式與指數式的互化；了解常用對數和自然對數；掌握幾個簡單的對數恒等式。(2)通過對問題的探究，體會引入對數概念的必要性和合理性。(3)感受從特殊到一般、化歸轉化的思想方法。本節課的教學重難點是：對數式與指數式的相互轉化，對數概念的建構與理解。

二、教學設想

對數的發明是數學史上的偉大成就之一，作為一個困擾天文學家、數學家多年的問題，高中生在面對這個抽象的概念時的認知難度可想而知。因此，本節課充分借助數學史上與對數有關的問題和故事展開對知識的探究，通過一個數學名著中的趣題激發學生的研究興趣，啟發學生結合已有的指數知識展開認知與建構，從特殊到一般體會對數發明的必要性和合理性，在化歸轉化中把握指數與對數的關系，使一個看似人為編造出來的概念成為“有源之水”、“有根之木”。

本節課中另一個容易被輕視的知識點是常用對數與自然對數的概念，通常的做法是直接給出這兩個概念，但會使學生覺得比較突然，不利于其接受理解和準確使用。筆者嘗試從數學史中找到常用對數和自然對數的由來，并以數學故事的形式讓學生感知人類在漫漫歷史長河中對對數的追尋和有關概念的發明歷程，從而使數學知識不再枯燥生硬，變得生動有趣，并把看似聯系不大的知識點有機地串聯起來，形成一個整體。這樣的教學，符合學生的認知規律，便于其掌握數學知識和方法，體會到數學的價值和力量。

三、教學過程

（一）創設情境，探索新知

首先，以中國古代數學名著中的一道趣題引入，啟發學生思考，從而了解該題的本質是如何依據底數和冪的值求指數。（教師出示問題：今有垣厚五尺，兩鼠對穿。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？）師這是我國古代最著名的數學專著《九章算術》中的第196題，大家一起來思考一下。

在公元1世紀左右的漢朝，能得到如此近似的結果已經是非常了不起的成就。遺憾的是，古代中國的數學家們未能再作深入研究，找出解決此類問題的方法，因而，錯過了人類數學史上的一項重大成就。今天，你們掌握的數學知識已經遠超當時數學家的一般水平，那么，大家一起來嘗試解決它。要解決一個問題，首先要搞清楚這個問題的本質。它是什么類型的問題？你見過跟它類似的問題嗎？

生這個問題是已知底數和冪的值，要求指數。

師通過前面的學習，我們已經知道，在指數式的底數、指數和冪這3個數中：已知底數和指數，通過乘方運算可以求得冪；已知指數和冪，則通過用開方運算或分數指數冪運算可以求得底數。那么，已知底數和冪，如何求指數呢？

生在有些特殊情況下可以求，比如2Z=32，根據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？

生可以數形結合，轉化為求兩個函數圖像交點的橫坐標．把y=2x的圖像畫出來，再作出y=5的圖像，交點的橫坐標就是方程2x=5的根。

師通過他的分析，我們不難發現，這個方程有根，而且根據指數函數的單調性，只有一個根。雖然表達不出來，但我們可以肯定的是，這個根是由底數2和冪的值5確定的。

生可以用底數和冪來表示這個根。

師是的。在很長一段時間里，人們都沒有想到解決這個問題的辦法。直到1614年，蘇格蘭數學家納皮爾(1550～1617)在研究天文學的過程中，為簡化計算而攻克了這個難題。他的解決方式是：發明了一個新的數學概念——對數。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的對數，記作logaN=b。開普勒首先引入符號logaN，其助手、瑞士鐘表匠比爾吉制作了世界上首張對數表。

師按照上述定義，你能寫出這個問題的答案嗎？

師同學們，今天我們認識了對數，透過它，我們感受到科學家思考問題的奇妙歷程，也感受到數學發展推動人類探索和認識世界的強大力量。今天的課后作業是：教材第74頁的練習3、4、5、7。希望大家通過練習掌握對數的基本概念，我們明天繼續研究對數的運算性質，進一步學習這個認識世界的新工具！

四、教學反思

《普通高中數學課程標準（實驗）》倡導，讓學生通過豐富的背景感受數學、建立數學、運用數學；蘇教版高中數學教材的每個章節都安排了拓展、鏈接、閱讀等欄目，并鼓勵教師根據學生的不同需求為學生提供選擇的空間。本節課從教學內容出發，補充了與對數研究有關的歷史名題以及對數底數的演變歷史，填補了概念發生的背景，使對數概念因其發展史而變得生動，也為更多的學生認知和理解。

當然，由于本節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列求和公式，導致整節課教學內容偏多偏難，教學節奏偏快，一些學生有“囫圇吞棗”的現象。可見，運用數學史輔助教學時，課前應給學生發放一些閱讀材料，或者介紹一些相關網站、讀物等，引導學生拓展學習，以解決課堂容量過大或較難的問題。

參考文獻：

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馬克斯·韋伯在分析工業資本主義在世界興起的歷史時認為，雖然帝制時代的中國存在資本主義萌生的物質條件（市場、勞動分工、貨幣經濟、對外貿易等），但當時中國沒有形成追求進步的文化及合理的制度，以及系統追求科學知識的體制，因此，資本主義最終只在西方出現。李約瑟、席文、伊懋可對中國為什么沒有進一步產生近代科學做出了某種解釋。李約瑟認為其原因在于“中國和西方對待純粹的和應用性自然科學的態度，科學家和工程師在古代中國社會中的地位，以及哲學、宗教、法律、語言、生產方式和產品交換等方面存在顯著的差異。”（注：Joseph Needham， The Grand Titration: Science and Society in East and West， London: George Allen & Unwin， 1969， p.14.李約瑟認為中國科學的發展是一個相對平緩的上升曲線，公元2—5世紀時，就已達到很高水平。） 席文把中國科學技術衰落的原因歸于“幾個世紀的災難性的財政及其他行政舉措，持續增長的人口造成的嚴酷壓力，社會長期保持穩定和居于霸權地位的正統的文化意識形態沒有受到挑戰，而其中的創造性則被窒息了”（注：N.Sivin，“Science in China's Past”， in Leo A. Orleans， ed.， Science in Contemporary China， Stanford: Stanford University Press， 1980， p.3.）。伊懋可在分析中國科學技術在宋朝以后的停滯時，認為中國陷入了“高均衡陷阱”。“晚期傳統中國社會陷入人口劇增，自然資源短缺的陷阱，因此，沒有必要投入以現代科學和工業為基礎的技術和資本以打破傳統技術在農業和水路運輸上的水平?！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80年代以來，中國學者對本文的核心問題的許多解釋說法，可以歸納為外因論、內因論、綜合分析論和人類學的視角。本文將圍繞這四種主要視角進一步探討近代科學未能在中國自發產生的問題。

一、影響中國古代科學進步的外部原因

大多數學者在探討中國科技落后的原因時都首先從外部環境入手。這些不利的外部原因一般認為存在于以下幾方面：

（一）科技的發展缺乏經濟刺激　例如，陳亞蘭就認為中國的經濟是小農業和家庭手工業相結合的“自然”經濟，不需要復雜的科技。（注：陳亞蘭：《試論清前期封建社會需要與科學技術發展的關系》，自然辯證法通訊編：《科學傳統與文化》，陜西科學技術出版社1983年版，第172頁。）

的確，西方近代初期的科技史表明，擴展經濟活動，例如國際間的海上貿易、采礦業、要塞建筑及軍械生產等所產生的技術問題推動科學家如伽利略和吉爾伯特等人從事科學研究。（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，經濟活動的擴展并不能充分解釋現代科學的興起，12世紀的意大利城邦國家和中國的宋朝和明朝就是明顯的例子，那里擴展的國際經濟貿易并沒有伴隨科學的革命性發展，例如：現代力學和磁學的發展。

（二）重農抑商的政策　外因論者認為，歷朝政府對海外貿易、采礦及冶煉采取的限制政策，對重要工業的官營，對鹽、茶、酒、礦物等重要商品的流通和買賣課重稅，阻礙了中國科學技術的發展，（注：林文照：《近代科學為什么沒有在中國產生》，自然辯證法通訊編：《科學傳統與文化》，第93—105頁。） 如明朝政府禁止民間開礦及海外貿易的措施。（注：《大明律例》規定“盜掘金、銀、銅、錫、水銀等項礦砂，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》。）清初對海外貿易嚴加控制：限制海運貨物的重量，禁止出口兵器、火藥、銅鐵、稻米、小麥、馬匹等。（注：林文照：《近代科學為什么沒有在中國產生》，第102—103頁。）雍正年間，商業擴張，朝廷卻明令限制工場中的雇傭工人數，甚至拆除機器。

外因論者沒有注意到，中國古代兩千年的歷史顯現出相當多樣的情況。并不是所有朝代的政府都實行限制工商業的政策。五代十國時期，大多數政府都優先發展政權間的貿易。唐、宋、元時期，政府沒有限制海外貿易，甚至在明朝，政府對海外貿易的禁止也并沒有一貫地強制執行。（注：例如，明永樂朝實施的海禁在1567年松懈了，到明末又重新嚴厲起來。）1740年，明朝的法令鼓勵私人在國內采煤礦。

（三）重文輕理的儒家思想和“八股”取士制度　外因論者認為儒家思想傾向和“八股”取士制度使中國知識分子的心智完全集中在語言、修辭及倫理知識方面，以及與農業社會有關的課題上，而不是自然科學知識和各種工業生產問題上。（注：戴念祖：《中國近代科學落后的三大原因》，自然辯證法通訊編：《科學傳統與文化》，第109頁。）

社會意識形態制約科技發展，（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，士大夫的興趣和文化觀念并不是一成不變的。某些時期，如在沈括所處時代，觀念也起了很大的變化，許多儒生士大夫開始關心以前有身份的人不屑一顧的技術性工作。（注：參見席文：《為什么科學革命沒有在中國發生——是否沒有發生》，李國豪、張孟聞、曹天欽主編：《中國科技史探索》，中華書局香港分局1986年版，第100頁。）《宋史》記載那時流行官員和庶民向朝廷獻呈新技術發明，（注：參見《宋史·兵志》。）朝廷常獎授錢財和官位，一些發明更被政府推廣。

在探討影響中國技術發展的外部環境時，人均資源和動力占有量是一個不可忽略的因素。工業革命前夕，歐洲人比中國人人均占有的資源（木材、煤、土地等）和動力（馬）更多。（注：E.Jones， The European Miracle， Cambridge: Cambridge University Press， 1981.）這一點部分地解釋了兩個地區的相對發展水平和技術的使用，特別是節約勞動力和消耗資源的技術。一些研究表明，資源缺乏和人口過多影響了中國的技術發展。晚清江南地區，由于勞動力廉價而資源（木材）價格昂貴，這使人們不愿采用節約勞動力的機器生產，因而導致生產技術的衰落。（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為什么不能在中國產生，因為科學有其自身發展的內在動因，古代中國技術書籍缺乏以一種（理論）科學的方式，即用法則和定理，來對技術問題進行解釋的傳統，這些都有可能影響中國的科技發展。

二、制約中國古代科技發展的內在原因

英國漢學家伊懋可就指出缺乏對機器的一種幾何透視觀影響了中國的技術進步。對西方人而言，“機器是運動狀態中的幾何體”。17世紀以后，正是這種能在機械中看到幾何學的影子，看到機械背后的那些抽象的線條框架和角度，并日益在技術書籍中以機械繪圖的形式加以表現的能力，使近代歐洲人與中國人相區別。（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.）

我國學術界不少人也看到制約中國古代科學發展的諸多內部原因，例如，中國科學家不注重把對自然現象和機械奧秘的解釋理論化，大多數科技著作僅是對當時生產經驗的記載或對自然現象的描述，（注：林文照：《近代科學為什么沒有在中國產生》，第83頁。）臆測性的討論代替了嚴密地尋找規律的努力，（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的冥想，而缺少以試驗驗證假設的傳統。（注：例如明王陽明對竹子的研究和清初的劉獻庭對磁學的討論。參見《王文成公全書·傳習錄下》和劉獻庭《廣陽雜記》卷一。）

中國有機自然哲學對科技發展的影響　許多學者認為中國古代自然觀特別是陰陽五行學說妨礙科學的進步。（注：葉曉青：《中國傳統自然觀與近代科學》，自然辯證法通訊編：《科學傳統與文化》，第159—161頁。）中國自然哲學家在解釋現象時，往往求助這種自然哲學，例如：電被解釋為，“陰陽相激為電”；地震被認為是“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：《近代科學為什么沒有在中國產生》，第87頁。）這些看似合理的解釋阻礙中國自然哲學家去探究現象的本質和真正動因。

上述問題很難有定論，例如李約瑟就認為陰陽五行學說對中國的科學思想發展有益而無害，雖然《易經》精致的符號體系阻礙了中國科學哲學的發展，因為它提供了一種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，認為《周易》“最常用于對變化作能動的解釋，而不是一種對靜態物質的分類理論，此外，中國古代的科學家也缺乏建立數學公式和用實驗來驗證假說的傳統，因此，似乎就沒有理由說這種形而上學哲學阻礙了原本不存在的趨勢?！保ㄗⅲ合模骸稙槭裁纯茖W革命沒有在中國發生——是否沒有發生》，李國豪、張孟聞、曹天欽主編：《中國科技史探索》，第105—106頁。）

然而，宇宙觀同研究方法確存在一定聯系。在西方思想中，認為上帝根據機械和數學原理創造世界的觀念，（注：“伽利略、開普勒、笛卡爾……堅持認為上帝在他的創造性勞動中是一個幾何學家，數學能夠揭示宇宙結構基礎……開普勒……說上帝像一位建筑師那樣創造了‘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.）使現代早期的科學家如開普勒、伽利略和牛頓能夠把“現象世界”想像為具有數學和諧性，并能夠“根據機械學的原理”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，科學家能通過模仿上帝創世的行為揭示世界秘密。這就為研究自然，并以力學和數學的原則解釋世界提供了宗教哲學論證。中國自然哲學家認為世界的產生與變化與人類相似，天人感應。這部分地解釋了為什么他們許多人會認為冥想和超驗的體驗，而不是實驗，是揭示宇宙隱秘模式的方法。

“現代科學和過去所有科學體系的區別并不在于對自然的觀察，而在于觀察自然的目的和方法……以及以實驗或受控觀察的結果作為結論的最終依據?！保ㄗⅲ篔.Nef，“The Genesis of Industrialism and of Modern Science”，p.218.）“設計”（試驗）和“抽象化”是西方近現代科學研究方法論的兩個極其重要的方面。（注：R.Bonelli and W.Shea， eds.. Reason， Experiment and Mysticism in the Scientific Revolution， p.15.）一方面，必須精心設計試驗從而使自然現象的過程和數據能更清楚地被觀察到，并能對實驗前形成的理論假設或推論進行驗證。另一方面，實驗前必須進行理論的抽象化建構，區分表象和假象、派生的和次要的以及基礎的和更深層次的、實在的事物及過程，從而形成科學概念和提出假說，使研究者在實驗中做到對自然現象的觀察合乎理想的簡單化。

作為一種解釋自然的理論，陰陽五行學說包括宇宙生成的觀念、氣的觀念和物質的五種形態觀念等等。（注：陰陽、五行、氣是中國傳統科學的三大概念，各門學科都用它們來說明自己的研究對象。參見席澤宗：《科學十論》，復旦大學出版社2003年版，第99頁。）這些觀念同近代科學所認知的宇宙的結構、物質的存在狀態和實體相距甚遠，甚至可以說這些概念基本沒有把握住物質世界的真正的實在和深層的聯系。依據這樣的超驗的和不能證實的概念，作為大前提很難推論出可被證偽的實驗科學理論。

中國古代科學理論的公理化和證偽性問題　內因論者認為中國哲學家對自然的解釋缺乏理論的清晰性、證偽性和公理化傳統阻礙了科學理論的發展。阮元對中西方科學解釋理論的評價被作為例證，阮元認為中國的理論妙在僅僅是尋求對現象的描述而不解釋原因，“天道淵微，非人力所能窺測”，而應“言其所當然，而不復強求其所以然，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，商務印書館1978年版，第610頁。）

“公理化”是科學理論建構必須遵守的一個重要原則，它體現在作為理論出發點的基本概念或大前提同推論假說之間的邏輯性，所有的推論或假設應被表述為是由一套特殊的公理推論出的定理的形式，且具有驗證性。

中國古代“科學”理論缺乏公理化傳統的確顯著。以天文學理論為例，《周髀算經》中的“蓋天說”算是例外，它表現出是一個公理化的幾何體系。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量數據證明與其不符，“蓋天說”便更趨式微。出現于漢代的“渾天說”，長期統治中國天文歷學界直到西方近代天文學傳人才逐漸被取代。它對地球周邊的描述大體輪廓相符，并能經觀察驗證，和預告日食、說明月食，對制定立法有指導作用。張衡的“渾天儀”幾乎是一個物化了的托勒密地心說模型。然而，托勒密的宇宙體系卻“是一個高度可證偽的，公理化的幾何體系”。（注：江曉原：《天學外史》，上海人民出版社1999年版，第135頁。）托勒密強調理論建構的“幾何學”方法，并采用一種能夠把各種事實統一起來的最簡單的假說”，（注：參見金觀濤、樊洪業、劉青峰：《文化背景與科學技術結構的演變》，自然辯證法通訊編：《科學傳統與文化》，第43頁。）即環行運動來解釋天體運動。（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西方的理論表述，基督教的宇宙論、人類起源和四帝國的說法，都有一個理論的邏輯結構，并意指一個可能的經驗世界，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……天轉如車轂之運也，周旋天端……”。（注：張衡：《張衡渾儀注》，《開元占經》卷一。）張衡的理論中存在嚴重的邏輯不一致性和與當時的常識相左的觀念：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論也頗能說明問題。

王充質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《周易》中的卦象來說明天體和日月可進入地下，“《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《中國天文學史》，科學出版社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。這也許同中國古代宇宙論的基本概念的錯誤性有關。“氣”是對自然現象的膚淺認知，它并不是像“作用力”或“原子”那樣的實在。

中國古代自然哲學家對待實驗的態度問題　并不是所有中國古代自然哲學家都不關心實驗。例如墨家就不是用陰陽五行學說來解釋光學和力學的，而是通過實驗論證來提出他們對光學和力學的解釋。就“受控實驗”而言，明朱載堉就試圖建立一個研究杭州灣漲潮模式的設施。在其他領域，如天文觀測儀器、沙漏時鐘、渾儀等的制作，弦的共鳴現象，橋梁的結構強度，水輪聯動擒縱機構，織布機和火藥等的發明和發現應該都是反復實驗的結果。（注：李約瑟稱：“中世紀的中國……在理論上已經很接近它（受控實驗），而且在實踐上經常超過歐洲的成就?！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歷法的標準。蘇頌和韓公廉的水運儀象臺里，渾儀、 渾象和報時系統是由同一套漏殼流出的水推動機械傳動裝置帶動的，機械傳動系統的運轉速度可根據渾儀對太陽、恒星進行觀測時的跟蹤情況來調整，從而使渾象和報時系統的記時工作準確。（注：郭盛織編：《中國古代的記時科學》，科學出版社1988年版，第172頁。）這應該都是建立在反復觀察和實驗的基礎上。然而，的確還沒有證據表明中國傳統的科學家發展出一套實驗論的哲學，并充分了解探究自然秘密時實驗的重要性。

宋以后，中國自然哲學思維出現重要發展。朱熹和方以智等強調自然現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、谷物收獲季節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。朱熹自己進行了包括觀察和實驗的研究。他對化石成因有正確認識，這比達·芬奇早400年，他還比較了晶體如雪花和鹽。）方以智區分了“通幾”和“質測”，認為對自然現象的哲學思考——“通幾”應建立在對自然現象的考察，即“質測”之上。（注：方以智：《物理小識》，載《中國哲學史》，中華書局1980年版，第174頁。）王夫之同樣認為“格物”是研究自然現象的活動，揭示自然現象長期發展的深層規律。（注：方以智：《物理小識》，第207頁。）然而，幾乎所有“人都未能再前進一步”，（注：A. Einstein，“A Letter to J.E.Switzer of San Mateo California (1953)”， in Joseph Needham， The Grand Titration， p.43.）認識到試驗在發現自然現象因果聯系的重要作用，從而“主動對自然提問”。（注：R.Bonelli and W.Shea， eds.， Reason， Experiment and Mysticism in the Scientific Revolution， p.12.）

在西方學者與工匠傳統的結合并逐步發展到受控實驗是文藝復興以來西方科學的最偉大發展，而在古代中國學者與工匠傳統最終并沒有結合起來。

西方機械論取代有機自然觀的特殊背景　在討論中國傳統有機自然哲學應在多大程度上對中國沒有自發產生近代科學負責時，必須注意到陰陽五行學說所代表的那種世界觀念并不是中國文化所特有的。科學革命前，歐洲人也傾向于用人類行為和觀念的外推來解釋自然現象。例如，吉爾伯特通過顯示地球本身是一個巨大的磁場，來解釋指南針的行為，但中世紀的科學家德拉帕特（Della Porta）卻認為磁鐵有頭發，鐵處于醉態，同樣用諸如“同情與憎惡”這樣的情感的觀念來解釋磁性現象。（注：W. Gilbert， On the Magnet， London: Chiswick Press，1901，p.113.）哈維證明心臟類似一個“小型的水泵”，而早期的生理學家蓋倫（Ferneland Galen）則認為心臟是一個“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差異。

在西方，主要是文藝復興后出現的某種十分特別的思想觀念，幫助西方科學拋棄舊的有機自然哲學，并推動一種對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“本體精簡論”或“概念精簡化”原則，即沒有必要不得引入更多實體或概念于解釋中的原則。（注：克羅姆認為羅杰爾·培根和奧卡姆的威廉已從舊的自然哲學概念中解脫出來了。參見A.Crombie，Robert Grosseteste and the Origins of Experimental Science，Oxford: Clarendon Press，1953，p.7.）這一原則激勵了近代早期科學家如開普勒和伽利略去探尋一種對宇宙更簡單的機械論的解釋。在1607年8月1日開普勒給費瑞休斯（Fabricius）的信中就反映出“本體精簡論原則”怎樣幫助他提出了機械論的宇宙學說。（注：開普勒寫到：“當你說不用懷疑，所有（天體）運動循完美圓形軌跡時，這在論據組合上是錯誤的。實際上是運動使所然。按哥白尼，它們在一個傾斜的軌道上運動。但托勒密和第谷卻認為它們呈螺旋狀曲線。但是如果說到運動的形成時，你就引用了一個僅在思想中而不是在現實中存在的東西，因為除了天體相互之間，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、界定清楚的領域，而不去尋求一種對宇宙的超驗理論為特征。（注：R.Bonelli and W.Shea，eds.，Reason，Experiment and Mysticism in the Scientific Revolution，p.158.）培根明確地指出，實驗可以清除那些沒有實用性的概念和幫助定義現象的性質。（注：R.Harre，Great Science Experiments，Oxford:Phaidon Press，1981，p.15.）而在傳統中國，卻不是“奧卡姆的剃刀”或幾何式證明的形式，而是某種美學觀，甚至是非證偽性影響著直到晚清的“科學”解釋。

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三、中國近代科學落后的綜合原因分析 一些學者從外因和內因兩方面對中國科技近代落后的原因進行綜合探討，特別是從中西原始科學范式和宗教形態的差異入手來分析。

原始科學范式的差異　綜合論者發現，許多構成近代西方科學范式的重要成分在古希臘自然哲學中已萌芽：幾何學視野下的空間觀，歐幾里得公理化傳統，畢達哥拉斯關于數字在理解宇宙中的重要性等等。（注：金觀濤、樊洪業、劉青峰：《文化背景與科學技術結構的演變》，第36—37頁。）中國僅在春秋戰國時期，《墨經》和《考工記》所代表的學術流派重視技術后面的形而上學和從實驗中抽象出的理論。（注：金觀濤、樊洪業、劉青峰：《文化背景與科學技術結構的演變》，第70頁。）然而，最終儒家受到官方的支持而成為顯學，墨家那種有科學觀念萌芽和實驗傳統的范式卻未能成長。

中西宗教對科學的不同影響　綜合論者認為宗教對處于萌芽狀態的科學的發展有重要影響。中國歷史上有許多時機能使更具科學之光的墨家傳統復活并促進“近代科學結構的建立”，如東漢末年，以造紙術、地震儀、渾天儀和星圖的發明為標志的第一個科技發展；16和17 世紀以《本草綱目》、《天工開物》、《農政全書》的編纂為標志的對中國科學技術的總結的嘗試。那時耶穌會士引介西方的科學，徐光啟翻譯西方的科學著作，反思中國傳統。然而，科學的突破卻最終都未出現。（注：金觀濤、樊洪業、劉青峰：《文化背景與科學技術結構的演變》，第69—81頁。）在西方，吸收了希臘科學傳統的基督教幫助克服了通常阻礙前現代科學發展的障礙?；浇滩粌H普及了原始科學觀念并使科學探究成為受到主流意識形態支持的活動。

宗教文化意識形態對科學的影響　默頓（Merton）的研究表明，宗教對近代科學的發展有強大影響。宗教和科學活動都包含對世界的生成、結構和演化的探討。中古時代，科學探索常與宗教和巫術活動交織在一起。以信仰和教會組織為支撐的關于宇宙自然的宗教假說影響科學家的思維和實踐。中世紀后期許多科學問題是在討論神學問題中被發現的。（注：George Basalla，ed.， The Rise of Modern Science:Internal or External Factor，London:Paytheon Education Company， 1968，p.19.）庫恩甚至認為17世紀科學革命部分是對基督教宇宙哲學，即亞里士多德—托勒密體系不能解釋反?，F象的回應。

但是，顯然不能一般性地斷言儒教哲學排斥科學。從漢儒董仲舒起，宇宙論就成為儒家哲學的重要部分。當托馬斯·阿奎那對古典知識和基督教理論進行綜合時，中國的理學大師如張載、周敦頤和朱熹等同樣也對中國的自然哲學知識進行綜合。朱熹把佛道思想中形而上學的和自然科學知識融入其理論，并吸收了沈括所總結的科學知識和從張衡到張載的天文理論，他提出的地球和星體產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”性，李約瑟甚至認為理學從本質上來講是科學的。（注：C.Ronan，The Shorter Science and Civilization in China，p.247.李約瑟贊揚朱熹是“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代科學的觀念來思考”。見李約瑟：《中國科學史》卷二，科學出版社、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，朱熹提倡研究自然以完善人類的知識就是證明?！岸煜轮锬挥欣?，惟于理未有窮，故其知有不盡也。是以《大學》始教，必使學者即凡天下之物，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。意指自然科學的“格致之學”是從朱熹的論著獲得特殊含義的。）

分析中西文化對科學發展的影響以下兩方面的差異值得注意。第一，學術傳統。自古希臘，對自然的探究就具有獨立價值，甚至在中世紀，西方的大學課程中也包含自然科學知識傳授：含語法、修辭、邏輯的藝術課，以及算術、幾何、音樂和天文四門學科。（注：參見A.Crombie，Oxford's Contribution to the Origins of Modern Science，Oxford:Basil Blackwell，1954，p.11.）第二，歐洲社會的開放和文化生活的分散性。12世紀，私立學院在中國和西方興起，對科學的興趣在增長。在西方如牛津大學，格萊斯特等學者認識到希臘科學的意義并試圖去探討科學研究的方法和科學解釋的本質。羅杰爾·培根和奧卡姆的威廉提出一套有別于經院哲學的關于科學研究對象、意義和方法的新觀念。14和15世紀中，西方不少大學在數學、天文學、哲學領域中設立了教授職位。在意大利，對科學的興趣使伽利略和其他學者不顧教會的責難，而在舊的學術圈子之外建立了一個新的學術社團去從事科學研究。

耶穌會士與明以后中國科學發展　牛津大學的克洛比認為西方現代科學源于古希臘原始科學范式，后發展出新的獨創思想和有自我生命力的科學研究方式。（注：A.Crombie，Oxford's Contribution to the Origins of Modern Science，p.11.）這產生了另一個問題：如果原始科學范式，（注：科學范式是“一個時代普遍接受的科學成就，它為科學團體提供了一個提出研究問題和解決辦法的模式?！眳⒁奡higeru Nakayama，Academic and Scientific Traditions in China， Japan，and the West，trans.Dusenbury，Tokyo:University of Tokyo Press，1984，p.17.）即希臘科學傳統是促使近代科學最終在西方興起的原因，那么， 當這一科學傳統由耶穌會士介紹到中國明朝后為什么沒有引起向近代科學的躍進呢？

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

然而，傳教士帶來的科學知識對中國學術界產生了影響。從徐光啟和方以智（《物理小識》）等學者的著述既可看出。徐光啟意識到西方的科學解釋有嚴密的邏輯結構且采用演繹法，“《幾何原本》者度數之宗……眾用所基”。（注：徐光啟：《刻幾何原本序》。）徐光啟試圖去重組中國科學知識，他主持下修定的《崇禎歷書》采用西方第谷的天體運行體系和幾何學的計算方法。席文后來把傳教士東來后引起的中國天文歷法變化稱為“哥白尼式天文學革命”。

對西方科學的興趣延續到清初皇帝如康熙，他熱情地學習西方的數學和天文學，甚至在宮廷中組建了一個法國式的皇家學院，邀請歐洲的科學家做物理和化學方面的實驗。然而，清廷后來指責耶穌會士傳播顛覆性教義并突然禁止他們的宗教活動，對西方科學的熱情也跟著消失了?？滴跄觊g，楊光先從文化意識形態上攻擊耶穌會士制定的天文歷法與他所監之“堯舜相傳”的立法相悖，表明中國古代宇宙觀妨礙中國吸收西方的科學知識。

四、從人類學的視角對中國近代科學落后的解釋

中國能否不采用伽利略—牛頓學說體系所代表的科學范式（注：伽利略通過把對運動的研究數學化，掃清了物質和運動新觀念出現的道路。在開普勒和伽利略的基礎上，牛頓才能推翻舊的宇宙模式，并使對空間的理解幾何學化。無論是天體還是地面物體的運動，才能都被視為是幾何體在抽象的空間中的運動。所有使用終極原因的解釋因而從科學中消失了。參見A.Koyre，“Significance of Newtonian Systems”， in George Basalla，ed.，The Rise of Modern Science:Internal or External Factors，p.99.）而發展出自己的“近代科學”形式呢？西方學者如席文認為沒有牛頓，西方就不能發展出近代科學，因為牛頓力學體系始終是近代科學的核心部分。但是，一旦某種科學突破在統計物理學和波動物理學這兩個領域其中之一發生，那么稱之為牛頓式的那種探測的路數就會遲早被發明出來。（注：《何兆武與席文教授討論科學史與思想史的一封信》，第569頁。）

對席文的觀點持批評態度的金春峰認為中國的傳統思維模式中的時空觀使牛頓體系難于在中國產生。他把中國的文化思維模式稱為“月令圖式”，認為《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，人類活動和自然過程中存在著季節性的規律。第二，時空是主觀的，時間和空間結合形成五個區域。每一區域和五種元素之一相對應。如東方與春季相結合，由木主持；南方與夏季相結合，由火主持。時間是循環往復的，空間不是向各個方向無限的擴展，而是有限的，并隨時間流轉的。（注：金春峰：《“月令”圖式與中國古代思維方式的特點及其對科學和哲學的影響》，深圳大學國學研究所主編：《中國文化與中國哲學》，東方出版社1986年版，第128—130頁。）與這種思維方式對應著一套探究問題的路數：例如，著眼于整體或系統，把握客觀對象的運動形態，關注物體的功能屬性，而不是結構；把所有的事物視為有機體，強調物質和能量的相互轉換，不關注建構幾何模型和運動軌跡。（注：金春峰：《“月令”圖式與中國古代思維方式的特點及其對科學和哲學的影響》，第132頁。）

金春峰認為《月令》模式觀念把宇宙理解為一個充滿著流動的氣和被分隔開的時空構成的有機體“阻礙了以機械論的哲學為特征的近代科學的出現。（注：金春峰：《“月令”圖式與中國古代思維方式的特點及其對科學和哲學的影響》，第139頁。）”

中國古代時空觀　李約瑟曾把中國古代的時空觀稱為“隔間式的時空觀”（注：Joseph Needham， The Grand Titration，p.231.）和“聯想式有機思維方式”，（注：C.Ronan，The Shorter Science and Civilization in China，p.188.）認為是反映了中國官僚社會以“行政式的方式對待自然”。（注：C.Ronan，The Shorter Science and Civilization in China，p.188.）格朗尼特稱這種時間意識為“宗教儀式的時間觀”，因為它過分強調時令、節氣、義務和機遇?！爸袊讼矚g把時間看作是由時代、節氣、新紀元”的集合體，“對時間和空間的思考從來就是與具體的事件聯系在一起”，中國人把時間分解為朝代，就像他們把空間分為方位一樣，中國人從來沒有刻意把時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》中能看到時間被分解為節氣、時令、文化與宗教節日，以及與氣和陰陽五行的概念的聯系。然而中國古代時空觀并不都是“月令”模式，中國古代哲學思想中存在多樣的時空觀念?！皻v史學中的類推似的，符號化的和教誨性的時空觀，過去兩千年來天文時鐘和水利驅動時鐘所體現出的客觀的均勻劃分的時間，生物演化過程中的連續與斷裂的統一，在各種關于未來和過去的社會政治學說中的進步與退化觀”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， 循環的時間觀和與它相聯系的自然觀似乎仍是處于中國自然哲學思想的深處，與上述時間觀交織。（注：在那個時代，循環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，循環時間觀和方位化的空間觀與連續的線性時間觀配合使用，表現為隨著朝代的更替，而出現的進步或倒退的演化。在對自然現象的解釋中，陰陽五行學說和與它相結合的循環論和方位化的時空觀念構成基本的思維框架。

中國天文學家的空間觀念展示了一幅復雜的畫面，無限宇宙觀念似乎盛行。中國三大天文學理論之一的宣夜學派以無限虛空的觀念而著稱，“天了無質……高遠無際……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世紀的張載寫道，“天大無外”。（注：張載：《正蒙·太和》。）朱熹也認為天無形，是空的。但是，這些觀念與陰陽五行學說混雜在一起，宇宙總的來說仍被視為是一個有機體，其中兩種基本相反的力量波動互補。（注：“不論何時當人們嘗試去解釋結構和變化時，便可能使用陰陽五行學說。當每一種性質的科學發展完善其古典形式后，陰陽五行學說也增加了與每一研究領域問題相關的特殊詞匯，連同另一些技術性概念一起，就為這門‘科學’提供一種足以構成解釋的理論話語?！眳⒁奡ivin， “Science in China's Past”， p. 15.）

中國古代時空觀和運動觀念對科學發展的意義　李約瑟認為近代自然科學不能在中國自發產生與中國人“對時間和變化的觀點無關聯”，而應主要從其他意識形態的因素，“具體的地理、社會、經濟條件”來解釋。（注：N.Sivin，“Science in China's Past”，p.xv.）弗萊澤提出相反的觀點，認為近代科學的基礎是相信必須把“對自然的假設理論數學化，并用試驗來驗證這些假設”，“而這種對數字化和量度的要求起源于某些與此密切相關的關于時間的學說，這些學說是西方土生的”。弗萊澤把中國不能自發產生近代科學歸因于中國自然哲學家喜歡有機自然哲學。（注：J.Fraser，N.Lawrence and F.Haber，eds.，Time，Science，and Society in China and the West，p.1.）席文對此持折衷的立場，聲稱無法證明“循環的時間觀念以外的其他時間觀念在中國特殊的科技環境中能更有效地推進中醫和煉丹術，甚至無法知道他們是否會被吸收。”（注：N.Sivin，“On the Limits of Empirical Knowledge in the Traditional Chinese Science”，p.154.）

然而，當我們探討為什么在中國沒有自發產生近代科學這一問題，并涉及到中國自然哲學對此的影響時，其中一個特別值得注意的領域是物理學。在此領域，方法論和形而上學的突破首先發生，由此開啟了西方近代科學。在中國古代科學這個領域中，有機自然觀以及與它相聯系的隔間式時空觀，而不是其他時空觀，例如無限虛空的觀念，被用來解釋自然現象及物體運動的原因。這一點很重要。

希臘的原子論者把時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動存在某種結構模式。如果物質的一個粒子在特殊的時間占據著特殊的位置，那是因為另一個粒子的推動。（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興時期出現的從幾何學的角度把運動理解為是在一定的時間內位置的變化的觀念打下了基礎，隨后導致現代力學和現代早期西方科學思想中對因果關系的機械論理解的出現。

中國自然哲學中，“兩種時間觀念成為那些試圖區分過程的時間階段性和空間結構的手段。互補的陰、陽運用于自然過程中，代表著消失和出現、持久和變化、收縮和擴張等方面；運用于空間結構時，則表示正面和背面，低和高，內部和外部?！蔽逍杏糜趨^別空間關系時，“五行中的四行常用來表示指南針的四個基本方位，每年太陽路徑的四分之一和四季相對應，地球處于中心位置，其他行星圍繞地球旋轉。”（注：N.Sivin，“Science in China's Past”，pp.14—15.）

每種事物的性質都被認為適合于它所占的位置，并依據與其所占的時空位置相符合的規則活動。自然過程的規律性被想像為不是由某種機械的原則所支配，而是為適應社會生活模式。一個物體占有其位或運動是其性使所然，或是像一個有機體那樣按自己的意愿行動，或在“能量場”的影響下，或因共鳴，或由于感應。（注：Joseph Needham，The Grand Titration，p.226.）這一運動觀念與希臘和牛頓學說中把時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可量度的位置的觀點相佐。它解釋了中國很難發展出牛頓型物理學和幾何天文學的原因。（注：中國人缺乏對天體運動的希臘式幾何學觀念，他們不覺得現象背后的原因可以從幾何學和機械論的角度去理解。在他們看來，宇宙這個大有機體中的每一個有機體都依據其本性遵道而行，它們的運動可以由本質上非具象主義的代數來處理。參見C.Ronan，The Shorter Science and Civilization in China，p.221.）

中國古代科技發展的其他可能性　墨家和名家證實了中國古代科技有可能向另一方向發展。名家試圖去發展一套關于邏輯推理的法則，墨家不僅與陰陽五行學說沒多大聯系，同時提出不同的時空觀和運動原因觀，并有依據試驗來闡明一般物理原則的傾向。（注：參見《墨經》，以及C.Ronan，The Shorter Science and Civilization in China，p.340.格萊漢姆對《墨經》這些相關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).）墨家認為在時間和空間中發生的運動是可測量的，并可能考慮到了運動的力學原因。（注：C.Ronan，The Shorter Science and Civilization in China，p.341.）墨家關于物體運動需要時間，空間位置可以量度，運動在于力學原因的觀點與后來西方的伽利略，甚至是“牛頓第一定律”所表述的觀點相似。墨家同樣探討了物體的下落運動、斜面運動和球面運動等。

中國古代科學思想中還含有許多可以被稱為“現代”的科學觀念。“理學”中關于兩種基本力量的觀念，猜測到了物質深層結構的兩面，即后來被西方科學家稱之為“正極”和“負極”、電子和質子。李約瑟認為中國人“雖從未站在過牛頓所處的位置，卻接近擁有原子物理學家玻爾和盧瑟福所代表那些立場”。中國人關于自然以波動的方式運轉，自然界兩種力量中的每一種輪流升至最高點，然后下降讓對立面來控制場的觀念，“表達了我們認為相當合理的對波動現象的一種科學的抽象”。（注：C.Ronan，The Shorter Science and Civilization in China，pp.236—237.）實際上在中國古代科學思想中還可以找到更多有近代科學水準的觀念和發現，例如《內經》的血液循環理論。

盡管如此，缺少一種追求再現自然表象和揭示現象深層結構的哲學認識論傾向（the philosophy of presence）也許可以解釋為什么近代科學終究沒有在中國自發興起。西方認識論的重要特征被德里達稱為“邏各斯中心主義”，它預先假定現象中存在秩序和結構。這種認識論推動西方學者去揭示所研究事物的邏輯結構和本質。這種具相主義傾向是西方科學和藝術現代性的本質特征。概而言之，沒有這種揭示事物結構的愿望和努力，科學研究就不能說是現（近）代的。

反觀中國，居支配地位的宇宙論是建立在強調所謂差異性、變化性和不確定性的觀念基礎上，老子的宇宙論哲學體現了這一點。這種非具相主義哲學預先假定“宇宙的秘密是不可了解的”，因此對現象的描述和解釋也應與此相一致。阮元關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古代科學思維缺少幾何觀以及公理化傳統都可以被認為是反具相主義的表現。

篇6

物理學是人類社會實踐的產物。作為人類對物理世界客觀規律認識的結果，物理學有一個不斷積累和發展的過程。它的每一個基本概念、基本定律和基本理論，都有一個萌芽，形成和發展演化的曲折過程。但是，在大量的物理教科書中，人類對物理學認識的歷史痕跡被擦拭殆盡，物理學家們的曲折頑強的創作過程常常被物理學理論嚴格、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家的名字，模糊地了解那一段歷史。我國物理學前輩錢三強先生指出：“科學經歷的是一條非常曲折，非常艱難的道路，然而，我們的教師在對學生進行教育的時候往往是應用經過幾次消化了的材料來講授，或者經過抽象的理論分析加以表述，把已有的知識系統歸納，形成簡明扼要的理論體系，這當然是必要的，但是這樣的教學方法，往往會使學生對科學概念的產生和發展引起誤解，以為什么結論都可用數學推導出來，失去了對觀察和實驗的興趣。這樣的結果使學生們不了解科學是怎樣來的。”把物理學史的內容溶入課堂教學，可以讓學事了解物理學的學科特點，激發學生學習物理的興趣-讓學生從物理學發展的角度來理解物理知識，促進知識的掌提；并從物理學家的事跡中感受科學精神，人文精神。

1　通過物理學史的學習，使學生了解學習物理的重要性，激發學生對物理學科的興趣和探究欲

物理學是研究物質的基本結構、相互作用和物質最基本的最普遍的運動形式及其相互轉化規律的學科，是自然科學的基礎學科和帶頭學科，它的基本原理和方法滲透到了自然科學的一切領域，應用于生產技術的各個部門，是自然科學的許多領域和工程技術的基礎。通過學習物理學史。我們可以發現正是物理學的發展推動了自然科學的其他學科，諸如化學、生物學、天文學等學科的發展與新的交叉學科的誕生，同時極大地促進了科學技術的發展。比如現今的尖端技術領域一一核能與核能技術，航天與空間技術、信息技術、激光技術，生物技術等，或是物理學本身的發展，或是植根于物理學。歷年來科技界最高獎項——諾貝爾獎的獲得者們當中除了諾貝爾物理學獎的獲得者外，還有相當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聯甚大。

孔子曰：“知之者不如好之者，好之者不如樂之者。”濃厚的學習興趣一直被認為是學習的“催化劑”。只有學生了解了物理學的重要性，才能激發學習的興趣，從而調動學生學習物理的積極性。而且在教學中經常穿插一些物理學史的材料，把物理學上一些重大知識的發現歷程融入到教學中，就會為學生創設一個生動活潑、自覺主動的學習環境。物理學史向學生展示了一幅理論與實驗交叉、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、物理學發展跳動的脈搏，都可以調動學生的情緒，喚起他們強烈的好奇心和奮發向上的激情。引起濃厚的興趣和積極的思考。

2　通過物理學史的學習，增強學生對物理知識的全面理解和掌握

物理學是以實驗為本的科學。而不僅僅是一門根據公式堆積起來的純理論學科。物理理論與物理實驗就如同物理科學的兩條腿一樣使得物理學得以發展和前進，兩者是相輔相成的?，F代實驗物理大師密立根的名言：“科學是在用理論和實驗兩只腳前進的，有時是這只腳先邁出一步，有時是另一只腳先邁出一步，但是前進要靠兩只腳，先建立理論然后做實驗，或者是先在實驗中得出了新的關系，然后再邁出理論這只腳并推動實驗前進，如此不斷交替進行。”物理學最重要的研究方法是：假說→實驗→理論。科學家在研究物理問題時，一般是依據以往的觀察和實驗經驗進行推斷，得出初步的結論，這就是“假說”。為了進一步檢驗假說是否正確，需要進一步“實驗”，如果大量的實驗結果證明假說是正確的。這種“假說”就上升為“理論”；否則，就要被修改或補充。這就是物理學發展的重要規律。

對于物理學中各個基本概念、基本原理和定律，只有了解它們如何產生，形成和發展的過程，即了解它們是如何得來的，又如何演變發展成為現在這個樣的，才能真正懂得它們的本質，在教學中也才能深入淺出，講深講透。通過物理學史的學習，有助于學生了解具體的概念、定理，定律的來龍去脈和具體的發展過程，可以使學生對該知識有更深層的理解和掌握，而不再是簡單地記住一些概念、公式和定律。

3　通過物理學史的學習，使學生樹立正確的價值觀

物理學史集中體現了人類對物理世界的探索和逐步認識的歷程，每個科學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，發現真理、獻身科學事業的精神。在物理學史上，有許多物理學家具有難以想象的毅力、信心和意志。他們與困難或過時傳統的觀念作斗爭，以及與科學界內部和外部的阻力作斗爭，甚至還要經受惡勢力的迫害，這需要科學家頑強的意志和獻身科學的犧牲精神。居里夫婦研究放射性元素，受放射性元素射線的危害，歷經四十多個月艱苦勞動，數萬次的反復提煉，才從幾噸瀝青鈾礦渣中提煉出了0.12克的氯化鐳，布魯諾為捍衛科學真理義無反顧地走上了火刑場，像這樣一些生動的事例，在物理學史上比比皆是。物理學史在培養學生高尚的情感、進取的人生態度、樹立正確的價值觀方面具有不可替代的作用，運用物理學史培養學生情感態度、價值觀是一種可行性途徑。

4　結語

篇7

關鍵字：數學教學；合理化；實證分析：橢圓

【中圖分類號】622 【文獻標識碼】A 【文章編號】

1什么是數學的研究性學習

數學的研究性學習是指學生們在解決生活中遇到的實際問題，對具體問題運用已經學習過的基礎性知識來解決這些問題，在解決問題時會有或多或少的新知識在老師的指導、啟發下通過自己的探索、學習，來掌握這些新知識從而解決問題。這樣的學習過程就加入了同學之間的合作、交流，從根本上讓學生們發散思維的開動腦筋，互幫互助，提升自身對數學的創新精神，更迅速的挖掘潛力，達到知識與能力共同進步學習的目的。

數學的研究性學習的核心是在解決問題的同時掌握知識、開拓思維、開發潛力以及激發創新能力來提高自己。研究性學習具備著實踐性、獨立自主性、開放性、相互協作等特性，師生之間也可形成一種合作的關系，共同探討問題，相互交流解決方法，找出最優化的解決辦法來解決問題。

2以橢圓為例分析數學的研究性學習

2.1橢圓的知識點

1） 了解橢圓的定義，掌握焦點、焦距的概念。

2） 熟悉橢圓的標準方程，能夠根據已知條件會確定橢圓的標準方程且繪出草圖進一步分析。

3） 學生發現問題，能夠獨立思考，分析問題的實質，最終解決問題。

4） 提升學生對抽象問題的邏輯思維能力及總結學習能力。

2.2引用一個關于橢圓的題目來進行研究學習

在應用教學中，當我們要引入一個新的概念。比如說什么是橢圓，那么我們就可以舉一個實際問題：1997年初，中國科學院紫金山天文臺了一條消息，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，并預測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象。那么天文學家是如何計算出彗星出現的準確時間呢？原來，海爾？波普彗星運行的軌道是一個橢圓，通過觀察它運行中的一些有關數據，可以推算出它的運行軌道的方程，從而算出它運行周期及軌道的周長。通過這個實際發生的且大家都關注的問題引入我們所要教學的課題中。那么就可以讓學生們自己思考：我們怎樣才能繪出一個橢圓呢？ 引入學生們進入到今天的課程中。

接下來我們就要學生們自己動手去繪出這個橢圓，由于繪圖的道具簡單。故老師就可以在課前準備一些工具如鉛筆、一定長度的細線、畫板以及圖釘。

都準備好以后，可以讓同學們自由分組，有老師指導怎樣去繪出今天的課題橢圓。這里簡單介紹一下，用圖釘固定線的兩端，線的長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，這樣就可以繪出一個橢圓來。在這里可以引出兩個問題來讓同學們去思考：

1） 為什么繪出來的是一個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？

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

下面就可以組織同學們相互交流：

為什么？

1） 橢圓含義的關鍵點：到兩定點的距離的和等于常數的點的軌跡。

2） 對關鍵點的理解。兩個定點一個動點，定點間的距離不變，動點到兩定點的和確定。

再一次讓學生們去做以上那個繪橢圓的實驗，這一次需要他們改變兩個定點的距離。然后反復理解橢圓的含義。

出現問題：在改變定點距離后，為什么圖形會由橢圓變圓形慢慢的又會由圓形變回橢圓形。最后當定點距離為線長是，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，他們會發現問題的所在。對橢圓的定義需要一個界限，定點距離等于線長時就是一條線段，大于線長時就無軌跡了。這樣在不斷的提出問題解決問題，反思問題中，同學們就會更深刻的理解橢圓的概念，同時在不知不覺中掌握了基本概念，達到了教學要求。

3總結

傳統的數學教學束縛了學生們的思想，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例分析高中數學教學采用研究性學習的方法讓學生在解決問題的過程中學習解決方法。將以往死記硬背的學習改變為研究解決問題的方法。不難看出這種研究性學習的方法更適用于學生對知識的掌握，提高學習興趣，開拓視野。

參考文獻

[1] 霍益萍.張人紅.我們對“研究性學習”的理解.教育發展與研究，2005，11

篇8

關鍵詞： Peirce；科學家；邏輯學家；科學；指號學；化學概念

harles Sanders Peirce（1839-1914），其一生曾作為“一個美國人的悲劇”，現在已經越來越多地被認為是他那個時代、也是美國至今產生的最有創造性、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領域：天文學、物理學、度量衡學、測地學、數學、邏輯學、哲學、科學理論和科學史、指號學、語言學、經濟計量學和實驗心理學等等。而且這里的許多領域，Peirce在不同程度上被視為倡導者、先驅甚至是“鼻祖”。Russell早就做出評價：“毫無疑問，他是十九世紀末葉最有創見的偉人之一，當然是美國前所未有的最偉大的思想家?！倍敶谑勒軐W家H.Putnam稱他為“所有美國哲學家中高聳的巨人”。

雖然Peirce的思想具有極為廣闊的視野，但當今學者所公認、Peirce本人也承認的他的兩個主要研究領域卻是科學和邏輯學?？茖W和邏輯學是Peirce畢生付出精力最多的兩個領域，也是他在大學畢業后決定他一生將做什么時曾猶豫不決的兩種選擇。但在其學術興趣上它們是他的孿生子，二者在理論聯系上常常是融為一體，成為Peirce最傾心關注的焦點。而且，作為科學家和邏輯學家的經驗是Peirce整個哲學系統構建的基礎與出發點，是貫穿他一生思想發展變化的重要影響因素。實際上，科學和邏輯學的共同追求正是Peirce為自己所界定的生活目標。把握他的這一顯著特征，我們可考察作為科學家的Peirce與作為邏輯學家的Peirce之間的某些聯系。

一、科學家職業、邏輯學家志向

從實際從事職業來看，Peirce是位科學家，包括化學家、大地測量員、物理學家、天文學家、工程師、發明家、實驗心理學家等等；同時這也是他謀生的門路，是他最早獲得學術名聲的領域。

成為一名科學家，Peirce具有非常優越的條件；同時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氛圍的家庭，特別是其父親Benjamin Peirce是哈佛大學天文學和數學Perkins教授，也是當時美國最有影響的數學家。Peirce從小由其父親教授數學、物理學和天文學等學科；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，從此專注于科學研究。

在Peirce十幾歲時，他已經在家中建立了私人化學實驗室，并寫出了《化學史》；其叔叔去世后，他又繼承了他叔叔的化學和醫學圖書館。1859年從哈佛大學畢業后，他父親安排他在美國海岸測量局（后來改名為海岸和地質測量局）野地考察隊作為臨時助手學習鍛煉了一年；而同時他私下跟隨哈佛動物學家Louis Agassiz學習分類學方法。1862年進入哈佛的Lawrence科學研究所，并于1863年畢業獲得化學理學士。其間于1861年他再次進入海岸測量局，但這次是作為長期助手；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測量局的第三任主管，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到1891年12月31日，時間達24年半之久。從1872年11月開始，他又負責鐘擺實驗；在1873—1886年間他在歐洲、美國以及其他地方的站點進行鐘擺實驗。晚年（1896年直到1902年）主要為圣勞倫斯能量公司做顧問化學工程師。

同時，Peirce在1867年被安排在氣象臺從事觀測工作，并于1869年被任命為副手。他曾是一次日環食和兩次日全食現象的觀測者，還負責使用氣象臺新獲得的天體光度計。1871年其父親獲得國會授權進行橫跨大陸的地質測量，Peirce由此又成了職業的大地測量員和度量衡學家。

Peirce 生前雖只出版過一本科學方面的書（《光測研究》(1878)），為《the Nation》雜志撰寫的短評、書評現多收集在由Ketner和Cook編輯出版的《Contributions to the Nation》中；但他在海岸地測局和哈佛氣象臺的諸多貢獻已經為他（也為這兩機構）在很年輕時就贏得了國際（特別是在歐洲）聲譽（Peirce1870年、1875年、1877年、1880年和1883年先后五次接受測量局任務到歐洲考察，同歐洲的許多科學家建立了聯系，并極力主張擴大科學界的國際聯系）。Peirce于1867年成為美國文理學院的常駐會員，1877被選為國家科學院的成員，1880年被選為倫敦數學學會成員，1881年被選進入美國科學進步協會。而且值得一提的是，現在Peirce已被認為是采用光波長來測定米制長的先驅。

然而，盡管他原本可以很好地專職于科學職業，并有廣闊的前景；并且事實上，他也是由化學進入了各種各樣的科學部門，并投入了極大的興趣和精力，成為美國當時杰出的科學家。但與邏輯學相比，它們只是他生命的第二焦點。

從理想志向來看，Peirce視邏輯學為其天職。早年在父親指導下學習《純粹理性批判》時就認為康德的失敗主要在于其“平庸的邏輯”，要超越康德體系，必須發展一種嶄新的邏輯。他聲稱在12歲時已經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邏輯的一位邏輯學家。他自己說，他是自中世紀以來唯一全身心貢獻于邏輯學的人，并聲稱他是終生的邏輯推理學習者。1906年他在美國《WHO’S WHO》中把自己命名為一名邏輯學家，這在當時是絕無僅有的現象。晚年在Milford的Arisbe，他形容自己為田園邏輯學家、邏輯學隱士。與具有美好前程的科學職業相比，Peirce之所以熱中于當時不可能成為謀生手段的邏輯學，更多的是出于對自己既定學術目標的追求：要發展一種有前途的邏輯。他對于邏輯的執著和熱情，使得他在邏輯學上的貢獻并不亞于科學。

年僅二十幾歲時，Peirce就開始在哈佛和Lowell學院作關于邏輯學的演講；從1879年直到1884年，在保持海岸地質測量局職位的同時，他作為Johns Hopkins大學（美國歷史上第一所研究生學院）的兼職邏輯學講師（這是他一生唯一一次獲得的大學職位），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)。這本書在當時的美國乃至整個歐洲都有較大影響。在1901年，他為Baldwin的《哲學心理學辭典》撰寫了大部分的邏輯學詞條。

雖然Peirce只有短暫的學院生活來傳播他的邏輯理論，但在他那個時代，Peirce已經是一位國際性人物。在五次訪問歐洲期間，雖然他是作為科學家去考察，但不僅碰到了許多著名科學家，也會見了當時知名的數學家與邏輯學家，包括De Morgan、McColl、Jevons、Clifford、Spencer等，還與Cantor、 Kempe、Jourdain、Victoria夫人等保持著通信關系。1877年英國數學家和哲學家W. K. Clifford評價“Charles Peirce. . .是最偉大的在世邏輯學家，是自Aristotle以來已經為這一學科增加實質內容的第二個人，那另一個是George Boole，《思維規律》的作者。”

而在今天，Peirce學者不斷發掘出的Peirce的邏輯尤其是現代邏輯貢獻更是值得重視。一般認為，他早期主要是作為一名布爾主義者（Boolean）從事代數邏輯方面的研究，而晚年他的貢獻主要集中于圖表邏輯方面，主要包括存在圖表系統和價分析法。1870年Peirce的“描述一種關系邏輯記法，源于對Boole邏輯演算的擴充”是現代邏輯史上最重要的著作之一，因為它第一次試圖把Boole邏輯代數擴充到關系邏輯，并在歷史上第一次引入（比Frege的 Begriffschrift 早兩年）多元關系邏輯的句法。在1883年之前他已經發展了量化邏輯的完全的句法，與直到1910年才出現的標準的Russell-Whitehed句法僅僅在特殊符號上有點不同。

在對于數理邏輯貢獻的廣泛性和獨創性方面，Peirce 幾乎是無與倫比。與邏輯主義學派的Frege相比，Peirce的特殊貢獻不在定理證明方面上，而更多的是在新穎的邏輯句法系統和基本邏輯概念的精制化發展上。他創造了十多個包括二維句法系統在內的不同邏輯句法系統。把實質條件句算子（在他那里的形式為“—<”）引入了邏輯學，比Shaffer早40年發展了Shaffer豎并僅僅基于這一算子發展了一完全的邏輯系統。還獨立地系統采用了真值表方法和歸謬賦值法，過早地意識到Skolem前束范式的技術。在Johns Hopkins 大學教書期間，Peirce開始研究四色圖猜想并發展了邏輯和拓撲學特別是拓撲圖論之間的廣泛聯系。

我們看到，Peirce不僅是有著突出貢獻的科學家，同時也是著名的邏輯學家。然而在二者關系上，首要的一點是：他承認自己熱愛科學，但坦言對于科學的研究只是為了他的邏輯；因為邏輯的研究需要從各種特殊科學（還有數學）的實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的基礎和工具。實際上，這種前后的“從屬關系”最突出地表現在他晚年常常是以作為科學家的收入來維持從事邏輯學研究的時間。

二、邏輯學作為科學

雖然上文表明邏輯學家Peirce與科學家Peirce之間有近乎目的與手段間的主從關系，但事實上并非如此簡單，它們還有更為深刻的一層關系，那就是：邏輯學也是科學。很顯然，這是Peirce長期的實驗室經歷已經使得他以科學的方法處理所有問題（他有時的確稱自己為“實驗室哲學家”）包括邏輯學了。

我們首先看，科學在Peirce那里意味著什么？Peirce看到大多數人包括科學界之外的人都習慣于把科學視為特殊種類的（主要是指系統化的）知識，而他更愿意像古希臘人那樣把科學作為認知的方法，但他強調這種方法一定要是科學探究（inquiry）的方法。知識開始于懷疑，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）、信忠團體的方法（選擇那些最適合其社會團體的那一信念）和尊重的方法（求助于自己對于某特別個人或機構的尊重之感情）等；但這些方法本質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。而真正客觀的方法只有科學探究的方法，在這種方法指引之下，探究者從經驗出發基于科學共同體(community)的合作去尋求真理（TRUTH）或實在（Reality），這也正是科學活動；最終的真理性認識可能并不是由某一實際的探究者所發現，但只要是遵循這種方法、運用先前的結果，最后都必定會一致達到真理的。這正是Peirce在《通俗科學月刊》上發表的兩篇經典性論文《信念的確定》和《如何使我們的觀念清楚明白》中所闡述的實用主義（與后來James版本的實用主義有很大不同）方法相一致的，事實上如Peirce所指出的，實用主義不是什么世界觀，本質上是一種方法，一種科學探究的方法。而與此同時，我們看到，Peirce把邏輯學視為設計研究方法的藝術，是方法之方法，它告訴我們如何進行才能形成一個實驗計劃；邏輯就是對于解決懷疑的客觀方法的研究，是對于達到真理之方式的研究，其目的就是要幫助我們成為“科學人”?，F代科學之優于古代之處也正在于一個好的邏輯，健全的邏輯理論在實踐上能縮短我們獲知真理的等待時間，使得預定結果加速到來。

但是我們發現，他在思想更為成熟的階段是把邏輯學的科學屬性放置于指號學（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視為科學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就是指號學或關于指號的理論，僅僅是指號學的另一個名字。它包括三個部門：批判邏輯學（ Critical Logic），或狹義上的邏輯學，是指號指稱其對象的一般條件的理論，也即我們一般所謂邏輯學；理論語法（Speculative Grammar），是指號具有有意義特征的一般條件的學說；理論修辭（Speculative Rhetoric），又叫方法論（methodeutic），是指號指稱其解釋項的一般條件的學說。這種劃分可能受中世紀大學三學科：語法、辯證法（或邏輯學）和修辭的課程設置的影響，指號學在某種程度上可視為對于中世紀后期所理解的邏輯的現代化版本。而我們在此需要強調的是，Peirce把指號學視為經驗科學、觀察科學。推理就是對于指號的操作，觀察在其中發揮著重要作用；指號學同其它經驗科學的不同在于它們實驗操作對象不一樣，在于其它科學的目的僅僅是發現“實際上是什么”而邏輯科學要探明“必定是什么”。但既然是經驗科學，根據經驗學習的科學人進行邏輯推理所得到的結論就是可錯的即準必然的（事實上，任何邏輯必然都只是相對于特定推理前提而產生必然的特定結論）。

更進一步，Peirce把狹義上的邏輯學(logic exact)分成假設邏輯（abductive logic）、演繹邏輯和歸納邏輯三部分。顯然這比傳統邏輯上演繹（必然的）、歸納（可能的）二分的做法多出了內容。Peirce得出這樣的結論是對于Aristotle三段論基本格研究的結果，他認為Barbara集中表現了演繹推理的本質，而作為特殊的演繹三段論Baroco（把Barbara中結論的否定作前提、小前提的否定作結論）和Bocardo（把Barbara中的結論的否定作前提、大前提的否定作結論），如果把它們的結論考慮為或然性的，則分別相應于假設推理(abductive reasoning)和歸納推理。但更重要的是，Peirce在此顯示出了邏輯學與科學的最合理的緊密聯系。在他看來，演繹邏輯也即數學的邏輯，而假設邏輯和歸納邏輯主要就是科學的邏輯。在演繹邏輯已經得到普遍承認的情況下，他終生的愿望就是要把歸納和假設（Abduction）同演繹一起堅固地和永久地確立在邏輯概念之中。在科學探究過程中，假設、演繹和歸納先后組成了三個不同階段的科學方法，它們的共同作用使得科學探究能自我修正。

Peirce把假設放在首位，作為科學探究程序的第一步，目的在于發現和形成假說。假設是為解釋違反規律（或習慣）的意外事實而產生假說的過程，它能產生新信息，Peirce把它視為所有科學研究甚至是所有普通人的活動的中心。但這種假設并沒有提供安全可靠的結論，假說必須要經過檢驗。于是，還需要演繹來解釋（explicate）和演示（demonstrate）假說即得出預言；再后由歸納回歸到經驗，旨在通過觀察被演繹出的結果是否成立來證實或否證那些假說，即決定假說的可信賴度。在這連續的三種推理形式中，假設是從意外事實（surprising facts）推到對事實的可能性解釋，演繹是從假說前提推到相應結論，歸納則是從實例到一般化概括。經過這樣的科學探究，我們在科學共同體中將能不斷接近真理。

三、邏輯學中的化學概念移植

為更具體地論述Peirce的科學研究與邏輯學研究之間的緊密聯系，我們在此可談到Peirce對科學中的許多概念向邏輯學研究的成功應用，這突出表現在化學上。因為化學是Peirce的大學專業，也是他進入整個經驗科學的入口。

邏輯學作為一門特殊的學科領域，事實上從近代以來，就從數學（包括代數和幾何）理論那里找到了非常有力的發展動力和理論技術。我們在此談到的化學概念應用作為整個自然科學概念推廣中的一例其實也是Peirce為發展邏輯學而提出的。

首先，Peirce晚年極為傾心的存在圖表邏輯構想正是基于化學圖表原理（可能還有拓撲學方法的啟發）。存在圖表是Peirce在其指號學背景下對Euler圖和Venn圖的重大發展，具有極強的表現力。其在自然、直觀、易操作上要遠勝于代數方法（包括標準的Peano-Russell記法），因為我們心靈的思想過程被同構地展現在推理者面前，對于圖表的操作代替了在化學（和物理）實驗中對于實物的操作?；瘜W家把這樣的實驗描述為向自然（Nature）的質疑，而現在邏輯學家對于圖表的實驗就是向所關涉邏輯關系之本性（Nature）的置疑。

第二個例子，現代邏輯（可能從《數學原理》開始）中的一對基本概念:命題和命題函項（或有時稱為閉語句和開語句）原本就是來自化學中的“飽和”（Saturation或Gesättigkeit）和“未飽和”概念。Peirce用黑點或短線來代替語句中的“指示代詞”（即邏輯中的自變元），得到形如“——大于——”、“A大于——”這樣的形式，它們分別被稱為關系述位（relative rhema）（區別于像系詞一樣的關系詞項）和非關系述位，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）的化學原子或化學基極為相似?！比欢粺o意外，我們發現同時期歐洲大陸的Frege也正在獨立地從化學概念得到邏輯研究的靈感。他把諸如“……的父親”的函項記號稱為“未飽和的”或“不完全的”表達式，以與專有名詞相區別。

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

綜觀Peirce的科學家經歷和邏輯學家志向，Peirce把邏輯學視為對于各種科學推理方法的概括，同時又把邏輯學理論指導、應用于科學研究過程。二者緊密相連，互為作用。而更為突出的，他的邏輯貢獻大都可追溯到其多樣化的科學研究，他的邏輯獨創往往也是其科學研究經驗的啟發性建議。筆者以為，研究Peirce的這些方面，我們至少可得出以下啟示：邏輯學應從數學和科學推理實踐中概括推理的一般本質；邏輯學家應盡可能學習、掌握科學（傳統邏輯就因為沒有這樣做而失敗，科學家非邏輯學家或邏輯學家非科學家都不能勝任于對科學推理的分析工作），因為拓寬自己的科學研究領域必將能加強邏輯學家對于邏輯科學的貢獻能力；同時科學家要想更為一般地把握住推理方法也應了解邏輯學，但是前者在當前學術界值得特別注意。當前處于被冷落地位的邏輯學要想擺脫這種局面，必須加快發展自己；而經驗科學（不再僅僅是數學）必能使得邏輯學發展獲得新的生命力，這已經是被現代邏輯的發展史（特別是初創時期）所證實的。

參考文獻：

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任何一個學科都有其內在規律，按照其規律及特點去學習、去探討，這就是基本的思想方法。物理學科的學習方法我想就下列幾方面談談個人的看法。

1. 物理學科研究什么及它在社會發展、人類進步和生產生活中具有什么樣的作用 物理學是自然科學中的一部分，是一門研究物質、能量和它們相互作用的學科，它既包含了對物質世界普遍而基本的規律的探索，又對其他自然科學以及科學技術社會生產力的發展具有強大的推動作用。物理學是一門基礎學科與其他自然科學有密切的聯系，如天文學、地理學、生物學、化學等。我們學習物理不僅僅是為了認識客觀世界，更重要是利用物理知識改造世界，為祖國的社會主義現代化建設服務，為人類文明做出貢獻?？茖W技術的每一次重大突破都跟物理學分不開，如果不是在19世紀中期發現了電磁感應現象，并建立起相應的電磁理論，就不會有發電機、電動機，現在電氣化生產就不可能實現，也就不可能有我們現在的網校，如果沒有對氣體性質的研究和熱學理論的建立，那么應用機、汽車、輪船、拖拉機、機車、坦克等的內燃機也就不會存在。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規律，人造衛星、宇宙飛船、人類登月更不可能變為現實。進入20世紀物理學更廣泛應用于工農業生產和科學技術的各個領域，成為科學技術的基礎。征得中科院部分專家學者的意見，新華社評出的20世紀對世界產生深遠影響的十件大事中有兩件是與物理學有關的。首件事就是物理學革命，1905年愛因斯坦提出的狹義相對論基本原理和1916年提出的廣義相對論基礎與普朗克提出的量子論一起改變了人們對時間、空間、物質和運動的概念。20世紀大多數物質文明都是從相對論和量子論這兩個物理基礎學科衍生和發展起來的。

另一件是第一臺電子計算機的誕生與因特網的應用，從目前看計算機技術發展日新月異，應用越來越廣泛，改變了人類的生活和工作方式，促進生產力發展，人類開始邁向信息社會。

基于以上看法，同學們就會明確物理學研究內容，為什么要學習物理學的問題也就解決了。大家興趣盎然，摩拳擦掌，準備在物理學的知識海洋中傲游。

2. 積極主動參與課堂演示實驗和學生實驗，可以幫助學習者加深對物理過程的認識和對物理概念、物理規律的理解，是學好物理課的重要手段之一 實驗是物理學的基礎，實驗過程隱含了豐富的科學思想和科學方法，既包括了操作技能和處理實際問題的本領，又包括思辯性的猜想和假設，邏輯的思考和論證，準確的測量和數據分析，嚴密的推理和清晰的表述。在科學思想的指導下，用科學方法學習物理自然會有較高的收益。

另外，要自己動手做實驗，要做參于者而不當旁觀者，做實驗所用到儀器性能、使用方法與物理知識有關，而實驗原理往往就是所學的規律。還有就是在日常生活中多用心觀察各種物理現象。

3. 學習物理知識重要的是要掌握扎實的基礎知識 要對基本物理概念、物理規律清楚弄清本質，明白相關概念和規律之間的聯系，明白物理公式定理、定律在什么條件下應用而不能簡單地以做習題，題海戰術來代替，對基本概念和基本規律的學習和理解，如果概念不清做題不僅費時間費精力，而且遇到的矛盾或困惑就越多，久而久之產生畏難情緒，做習題的目的是為了鞏固基本知識，從而達到靈活運用。不少同學總是覺得自己對概念已懂了，就是不會用，一遇到物理題就不知從何下手。這是不少同學常有的困惑。應該怎么辦呢？首先應對概念反復比較，找出與相近的概念和規律的區別。另外要根據題目所給的條件，搞清物理過程、物理情景建立物理模型。然后找出每個物理過程遵守什么樣的規律，各物理過程之間有什么聯系。根據所學知識列出相應方程。做物理題的過程重要的是分析思考，分析思考的輔導手段是畫圖。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，解起題來就容易多了。

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【關鍵詞】中美大學物理教材；分析比較；教材改革

中圖分類號：G64文獻標識碼A文章編號1006-0278（2015）09-189-01

教材改革是教育改革的重要內容。隨著我國高等教育改革的深入，許多影印或翻譯版的國外教材陸續被引入到我國的大學物理教育體系中。學習和借鑒國外教材的優長之處，結合我國物理教育的實際，編寫出具有中國特色的高質量的大學物理教材，是當前教材改革迫切需要解決的重要課題，也是大學物理教師和教材編寫及出版工作者的重要責任。這里簡要分析一下美國的兩套大學物理教材，以期對我們國家大學物理教材的改革有所啟示和借鑒。

一、兩套美國大學物理教材的特色

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》作者蘇珊?李和約翰?羅伯特伯克是舊金山州立大學教授，蘇珊曾是劍橋大學理論物理專業碩士、加利福尼亞伯克利大學天文學博士。《物理：事物的本質》一書是他們多年來從事物理教學研究和改革的結晶。此書的特點是：

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，大學物理學習的目的是：“使學生學會像物理學家那樣思維和解決問題，成為創造性問題的解決者，而不是公式的獲獵者和使用者”。為了達到這樣的目的，使學生提高運用學到的理論知識創造性地分析、解決實際問題的本領。

2.豐富多彩的圖片展示了物理學與實際生活廣泛的聯系為了激發學生學習物理的興趣，書中每一章的第一頁都有一幅引人入勝的彩色圖片，該圖片引出一個與本章內容聯系密切的實際問題，本章的知識由此而展開。例如，波動一章前的圖片是一幅大型交響樂隊演出的照片，提示出交響樂隊每個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系，學完這一章的整個內容后，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例、討論、習題中，不僅給學生以生動活潑的感官刺激，還展示出物理原理的普遍應用性。

3.安排不同的模塊從而實現不同的教學功能該教材每章都有“主要概念及目的箱”、“數學工具箱”、“論文箱”以及“章后總結”等模塊。這些模塊的設立，既歸納總結了每一章所要講述的知識內容，又可以使教師進行教學和學生進行學習時方便地使用。章后小結除包括對本章主要概念、理論的復習外，還列出了若干個與現實生活密切相關的具體例子。

二、美國教材形象生動，我國教材樸實嚴謹

美國教材中物理內容由大量與實際生活密切相關的圖片和圖表引導、展示出來。從基本粒子到宇宙星際，從El常生活到高科技應用，從自然現象到實驗技術，圖片內容極為廣泛，教材顯得更加生動活潑，讓學生饒有興趣、愛不釋手，從而有效地激發了學生們的學習熱情。而我們國家的教材從總體上看，文字比較嚴謹，風格比較樸素，缺乏生動形象且與實際聯系密切、內容豐富多彩的插圖。美國教材強調實際應用，我國教材注重邏輯推理。美國教材無論是知識內容還是課后習題，從總體來看與實際生活聯系比較緊密，處處體現出物理既來源于實際又應用于實際的特色，而數學推導則比較簡單，注重強調物理概念和實際意義。我們國家的教材大多理論推導占的篇幅比較大，而且理論系統、推理嚴密、邏輯性強，內容具有一定的深度。相比較而言，教材內容的應用性偏少，例題和習題大多是理想化之后的抽象模型，顯得與實際脫節。美國教材形式多樣，我國教材體系單一美國教材在教材編排形式上有討論，有交談，更有用實驗串聯起來的活動課教學，突出了以學生為本、為學生服務的教材編寫理念。我們國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術專著的高度和深度來編寫，缺乏親和力，容易使學生產生畏難和厭煩情緒，難以與學生達到共鳴。

三、我國大學物理教材改革應把握的幾個重點

1.加強基礎，融合現代。發揚我們國家高等教育物理教材嚴格、嚴密、嚴謹的作風，對重要的基本概念、基本理論給以細致的剖析和說明，給出清晰、透徹的論述和簡潔的推理。同時在經典內容中盡可能地融人現代知識內容和方法，將經典和現代有機地結合在一起，注意經典和現代內容的教學相關性，找到新內容在基礎層次上的“根”。這樣，才能在講授有關基礎內容的時候，把新內容輻射出去。

2.聯系實際，貼近生活。吸取美國教材中注重理論聯系實際的優點，增加實際應用的例題和習題以及內容豐富的圖片、圖表，使學生進一步明確物理不是深不可測或高高在上的理論空談，它是可觸可摸的，我們的生活和現代科技都離不開物理。

3.增加模塊，強化功能。增加不同功能的模塊，如數學工具、計算機程序、討論、小結等，可以考慮將實驗也結合到理論內容中，增加演示實驗、驗證實驗、探究實驗等模塊。

4.增加課后習題的比重。適當增大課后習題量。習題類型要增多。安排層次，循序漸進，特別是要增加計算機習題，培養學生用計算機這個功能強大的工具解決問題的能力。

四、我國大學物理教材改革應堅持的基本方向

我們教學的對象是大學生，他們有學習的自主性和探索性特點，這就要求教材改革要從人本主義的學習心理出發，從大學生學習特點出發，通過教材來培養學生自主學習意識。與教學模式的改革相聯系，體現教法和學法教學模式包含了教材的傳授方式與掌握教材的學習策略，教材對教學模式的作用體現在教材內容對教學的組織形式和教學方法的影響上。在教材設計過程中。要呈現教材的教學模式系統，便于師生在具體條件下選擇使用。

參考文獻：