天文学基本概念范文

导语：如何才能写好一篇天文学基本概念，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：师范 天文 教学

中图分类号：Pl-4

文献标识码：C

DOI：10.3969/j.issn.1672-8181.2015.03.135

天文学与数学、物理、化学、生物、地球科学并列为六大基础自然学科。天文学从其诞生之初起就为人类社会提供定位、时间和历法等服务。时至今日，天文学理论已发展成为含天体测量学、天体力学和天体物理学三大分支的完整学科体系，天文学的应用已经渐拓展到人类生产生活的方方面面。然而，中国现行的天文普及教育尚未形成完整体系，零散的天文学内容通常归并人中小学的《地理》或《科学》课程中，包括大学生在内的大众天文知识的缺乏正在从教育体制问题衍生成社会问题。建立大众正确的宇宙观和世界观，是现实生活的需要，也是社会和谐发展的需要。高等院校师范生是基层科学普及工作的主要参与者和实施者，科学教育和地理教育的专业师范生成为基层天文学普及师资的主要来源，提高相关专业高校师范生的天文学素养成为天文普及教育工作的当务之急。然而，传统强调数理基础和观测实践的天文教学，面临着专业师资缺乏和仪器简陋等诸多现实问题，影响了天文学的教学和普及效果。笔者通过长期面向不同层次师范生的基础天文学教学实践，系统探讨了师范院校基础天文学的教学和普及经验，为区域科普天文教育人才的培养和中小学天文教育工作的开展提供参考。

1 整合资源和营造氛围

天文学是研究宇宙的学科，而肉眼看到的宇宙是极其有限的，所以天文学从某种程度上是基于“望远镜”的科学。国际天文热唤醒了人们的天文热情，也引发了网络和现实天文教学资源的大爆发。基于现代教育技术的多媒体课件设计和制作是开展天文科普教学的首选方法，多媒体手段通过图片、动画、音频和视频等形式可真实再现望远镜里的宇宙，从而缩短学生与天体之间的距离感，但多媒体手段是对宇宙空间的简化和抽象，与现实的宇宙尚存在距离。而综合多媒体技术、虚拟现实技术和空间观测技术最新成果的计算机和手机星空模拟软件（ Stellarium，StarryNight，SkyView）通过虚拟的三维数字宇宙，更是为基础天文学教学提供了一个综合性的全天候的虚拟教学平台。学生学习过程中仿佛置身于真实的天空之下，根据需要演示即时即地的天文现象，并通过随时更新的天体数据库了解目标天体的基本特征。基于星空模拟软件的基础天文学教学突破传统的“先讲授后演示”的传统教学模式，使学生在现实中学习，在现实中应用，减少不必要的教学环节，大大提高了课堂效率，更重要的是切实提高了学生对于天文学基本原理和基本方法的应用能力，特别适合于基础天文教学，值得普及和推广。

2 热点导入和激发兴趣

激发学生的学习动机是基础天文学教学的首要环节。国际盛行的天文热使天文现象和天文事件常常见诸于报端，大众对基本天文概念似乎都已耳熟能详，但对于基本概念背后的天文学原理却不得而知。教师应即时抓住学生这种基于有限的感性认识而引发的求知欲望，结合近期天文热点，激发学生的学习动机，导人理论课程内容，使学生的学习从零散转向系统，从感性到理性，从被动接受到主动探索，这种教学模式符合人的心理认知规律，也符合建构主义的教学理念。如讲授“太阳系”时，可结合狮子座流星雨、火星探测、冥王星的归属等太阳系的相关科学问题等；而讲授“地月系”时，可结合日月食和月球探测等；讲授“星空区划”时，可结合国际星空区划中的“星座神话”和中国星空区划中的“星官”和“分野”制度等。从而使学生从天文现象人手，自觉迈人天文学习的殿堂。

3 侧重过程和注重类比

现代天文学包括天体测量学、天体力学和天体物理学三大学科分支，而这也代表了天体研究由浅人深的三个层次，不同尺度天体由于观测条件的差异研究程度自然也不尽相同，反映在天文学教材上不同尺度天体介绍的详略不同。但传统天文学教材对此并未说明，从而使初涉天文的学生往往对这种相对凌乱的知识体系准备不足，对课程的重难点也把握不准，深陷于海量的天体数据和轨道参数等天体测量学特征，无暇顾及测量学特征背后的天体力学和天体物理学原理。鉴于此，面向非天文专业学生的基础天文学教学应强调面向天体运动过程的原理解释和现实意义，测量学内容作为天体静态特征可随时查阅。此外，宇宙是不同天体系统形成的自组织结构，不同尺度天体的形成、分类和演化具有类似的特征。实际天文学教学中在从宏观到微观讲授天体系统时，应注意教学内容前后的逻辑性和类似性，以点带面，合理分配学时。如宇宙的演化、星系的演化、恒星演化、太阳系的演化的教学；再如星团的分类、星系的分类、星云的分类等内容均可实现类比，不仅有效提高了理论课堂的教学效果，增强了学生对于天文学原理的迁移能力，而且可将更多的精力放在更为重要的天文学应用的教学中。

4 仪器演示和数字模拟

天文学相对抽象的理论内容需要学生有丰富的空间想象能力和敏锐的逻辑思维能力，而初涉天文的学生的宇宙框架尚未完全建立，实际教学通常配合配备相当数量的天文演示仪器辅助理论教学，加深学生对天文学原理的理解和认识。常用天文演示仪器有天象仪、天球仪、三球仪、电子活动星图等等。值得注意的是，考虑到地区天文发展水平的差异，天文演示仪器的选用在经济条件有限的前提下应尽量小型化、便携化、自制化、数字化和拟人化，在保障课堂演示效果的同时，有效降低教学成本，更重要的是使学生有机会自己重复实验过程，便于课后巩固和复习，也利于天文学的普及和推广。近年来数字星空模拟软件的成熟为这种教学思路提供的契机，该类软件可集中展现天体周日视运动、周年视运动、四季星空、日月食、行星凌日、五星连珠、彗星回归和流星雨等诸多天文演示功能，从而在有多媒体教学条件的课堂中成为最佳的教学和实验平台，大大提高了教学效果。

5 角色扮演和时空对应

天文学的基础教学通常不可避免的涉及到基本概念的识记和理解，也成为天文科普教学中常见的门槛。例如，星空区划是是科普天文教学的重点，但其中涉及的全天88星座的记忆是实际教学中的难点，也是学生识别四季星空的基础。实际教学中，教师按照传统方法根据当地星空的可视情况对多星座进行简化的同时，可将特定星座的名称和相对位置与学生的姓名和籍贯的地理位置逐个对应起来，每个学生扮演一个星座，地球表面的学生籍贯的相对位置也对应星座在天球上的相对位置，而且教学时也要求“对号入座”，保持彼此间的相对位置关系，从而使教学过程中的每一次“点名”和“落座”都成为星空区划知识的复习巩固。更重要是，在课时有限的前提下，调动了学生的积极性，使学生从抽象晦涩的天文学理论中解脱出来，在轻松的氛围中到达满意的学习效果。

6 来源现实回归现实

天文学是来源于现实的科学，与人类生产生活息息相关。而面向非天文专业师范生的基础天文学教学的最终目的也是将有限的天文知识运用到学生自己的专业和社会实践中。理论课程讲授要从现实出发，最后又回到现实。引导学生从天文现象的感性认识出发，探讨的天文现象背后的基本原理，了解研究这些基本原理涉及的基本方法，进行总结归纳分类，然而再推而广之。实际教学中，可针对学生不同的知识背景设计不同专题应用内容，如面向文科生的“天文年代学”教学，面向理科生的“天文气候学”、“天体物理学”等专题。这种面向现实的基本教学理念应渗透到天文学基本原理和方法的教学环节中，减少不必要的中间教学环节，切实提高学生对天文学基本原理和方法的实际应用能力，而且为自己将来的教学和科普奠定基础。

21世纪以来，以载人航天和空间探测为主题的天文热开始在全球盛行，现代天文学进展和各种天文现象开始受到越来越多的大众关注，良好的社会氛围为我们开展天文科普工作提供了契机。高等师范院校是区域天文科普教育的中心，提高科普天文教育人才的培养质量，促进地方天文科普事业的发展，是区域高等师范院校应履行的社会责任。高等师范院校应充分整合天文教学资源，灵活运用教学方法，并结合丰富的天文实践，使高质量的天文科普教育通过高校辐射到基层中小学，从而使天文学真正从书本回归社会。

参考文献：

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【2】余明.简明天文学教程（第二版）【M】.高等教育出版社，2007.

【3】金祖孟，陈自悟.地球概论（第三版）【M】.高等教育出版社，1997.

【4】朱慈.天文学教程（第二版）下册【M】.高等教育出版社，2003.

【5】苏宜.天文学新概论（第三版）【M】.华中科技大学出版社，2005.

【6】胡中为.普通天文学【M】.南京大学出版社，2003.

【7】刘学富.基础天文学【M】.高等教育出版社，2004.

【8】袁启荣.高校天文选修课教学实践中的困难和挑战【J】.北京师范大学学报（自然科学版），2005，（3）：233-235.

【9】王志刚，王庆禄.如何在理论力学课中加强天文教学【J】.北京师范大学学报（自然科学版），2005，（3）：255-257.

【10】毕雄伟，朱肇瑞，张雄.云南师范大学天文学教育的发展与展望【J】.北京师范大学学报（自然科学版），2005，（3）：249-251.【11】孙艳春.天文专业基础课的教学改革和全校天文公选课的设想【J】.北京师范大学学报（自然科学版），2005，（3）：241-243.

【12】苏宜.以人为本说理而不说教学生评书不为应试为修身【J】.北京师范大学学报（自然科学版），2005，（3）：252-254.

【13】张燕平，杨静，杜升云，刘学富，张同杰.多媒体教学手段在天文教育中的应用――天文教学系列软件“探索宇宙”简介【J】.北京师范大学学报（自然科学版），2005，（3）：297-299.

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天体物理学属于应用物理学的范畴，是研究天体的形态、结构、化学组成、物理状态和演化规律的天文学分支学科。由于天体物理学是一门很广泛的学问，天文物理学家通常应用很多不同学术领域的知识，包括力学、电磁学、统计力学、量子力学、相对论、粒子物理学等。

本书作者Leonard S Kisslinger是美国卡内基梅隆大学教授，他意在使任何学科的学生对于近几十年天体物理学取得的那些令人兴奋和感到神秘的发展有一些了解。本书解释了宇宙从早期到现在的演化过程，运用通俗易懂的讲述方式使任何一个拥有高等数学基础的大学生都能够理解。

全书由10章组成：1.天体物理学的物理概念：速度、加速度、动量和能量的基本概念，温度（作为一种能量形式），力和牛顿运动学定律；2.力和粒子：基本粒子的标准模型，原子、原子核、重子等；3.哈勃定律―宇宙膨胀：首先定义和讨论了光的多普勒频移和红移，然后从星系中光的多普勒频移的测量回顾了哈勃定律，最后讨论了宇宙的膨胀；4.恒星、星系等：地球怎样绕着太阳旋转，太阳（作为一个熔炉）的特性，大质量恒星由于引力坍塌导致脉冲星和黑洞形成的过程；5.中微子振荡、对称性和脉冲星冲击：称为中微子振荡的中微子相互转化的三种标准模型的重要属性，怎样利用中微子振荡来测量宇称性、电荷共轭和时间演化对称性，通过中微子发射来解释脉冲星冲击的可能原因；6.爱因斯坦狭义和广义相对论：狭义相对论中的重要假设，以及由此产生的长度收缩和时间膨胀，由洛伦兹变换得到的附加速度的爱因斯坦方程与假设的相一致性，利用相对动量和张量简单讨论了广义相对论；7.从广义相对论得到的宇宙的半径和温度：宇宙的弗里德曼方程、宇宙膨胀的引力辐射和重力波，以及引力量子场理论；8.宇宙微波背景辐射：宇宙微波背景辐射相关的一些概念，重点是温度和时间的相关性；9.电弱相变（Electroweak phase Transition）：定义了量子力学的相变和潜伏热，重点讨论了电弱理论和电弱相变，电弱相变和其产生的重力波间磁场的建立过程；10.量子色动力学相变：量子色动力学相变和银河系和星系团之间磁场的关系，由于相对论性的重离子碰撞量子色动力的产生。

本书的目的是使大学生理解描述宇宙演化的基本物理概念，并基于此讲述早期到现在宇宙演化背后的天文物理学理论。本书不要求学生有太深的数学基础，适用于所有对科学尤其是天文科学感兴趣的大学生，同时也适合于对这些话题感兴趣的读者。

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早在1915年，物理学家爱因斯坦发表了广义相对论，此后这一直是我们理解宇宙的理论基础。按照广义相对论，宇宙只能收缩或者膨胀，不可能稳定不变。那么宇宙究竟在收缩还是在膨胀呢？如果膨胀，其速度是否恒定？是在减慢或是还在加速呢？

上世纪20年代，美国加利福尼亚威尔逊山上，当时世界上最大的望远镜投入了使用，天文学家们发现几乎所有星系都在远离我们而去。他们发现当光源远离我们而去时，光的波长会被拉长，而波长越长，它的颜色就越红，这被称作“红移（redshift）”现象。目前对红移现象的解释为：速度造成红移。比如，当一辆汽车向我们奔驰而来时，它的喇叭声尖锐刺耳，因为汽车的高速运动使声波波长被压缩，波长变小，听者接收的频率变高。相反，当汽车离开我们飞驰而去时，它的喇叭声则低沉幽缓，因为汽车的离去使声波波长被拉长，波长变大，听者接收的频率变低，简称多普勒效应。20世纪初，天文学家斯里弗对旋涡星云光谱做了多年研究，发现了谱线红移现象。在斯里弗观测的基础上，哈勃与助手赫马森合作，对遥远星系的距离与红移进行了大量测量工作，发现远方星系的谱线均有红移，而且距离越远的星系，红移越大，于是得出重要的结论：星系看起来都在远离我们而去，且距离越远，远离的速度越高。这被称为哈勃定律（Hubble’s law）。他认为：整个宇宙在不断膨胀，星系彼此之间的分离运动也是膨胀的一部份，而不是由于任何斥力的作用。这一发现直接导致俄裔美国天体物理学家伽莫夫的“宇宙大爆炸理论”的提出。伽莫夫认为，我们的宇宙诞生于约137±2亿年的一次大爆炸，宇宙开始于高温、高密度的原始物质，最初的温度超过几十亿度，随着温度的继续下降，宇宙开始膨胀。星系天体的退行原因正是这次宇宙大爆炸的冲力导致的。

从此之后，天体物理学界一直都认为宇宙是在以一个恒定的速度膨胀，直到天体物理学家萨尔・波尔马特、科学家亚当・里斯以及物理学家布莱恩・施密特这三位科学家于1998年向外公布：宇宙的膨胀速度不是恒定的，更不是越来越慢，而是不断加速，即越来越快。他们通过寻找太空中的标记，研究宇宙膨胀问题。这些标记就是爆炸的恒星――1A型超新星。由于其非常亮，超新星被用来确定距离。只要找到足够的1A型超新星，就能测量它们的亮度。亮度较高的超新星距离比较近，亮度越来越弱的超新星，一定是离我们越来越远。亮度很低的超新星，距离就很遥远了。1A型超新星同时有个重要的特点，它们爆炸的亮度都是相同的，超新星的光度曲线普遍都具有一个相同的光度峰值，这使得它们可被用作辅助天文学上的标准烛光。这是因为它们形成的过程都一样，每个1A型超新星都是在相同质量时爆炸。因此，宇宙各处都有相同的亮度和可见度。三位科学家找到若干个1A型超新星，并测量它们远离我们的速度。通过比较不同时空的超新星的位置和年代，便能计算出宇宙的膨胀是否在变慢。他们得到了惊人的结果：宇宙的膨胀速度并未变慢，反而是正在加速。这一惊人的发现意味着，宇宙不会停止膨胀，反而在不断加速膨胀。这可是一个石破天惊的发现，这个结果的出现直接撼动整个天体、物理学界，根据牛顿万有引力定律，宇宙大爆炸所产生的冲力在引力的作用和牵制下，星系天体的退行速度应该渐于趋缓直至稳定平衡，可是这三位科学家的发现却与牛顿万有引力定律相互矛盾，如何解决、诠释这二者之间的矛盾呢？物理学家们认为只有一种可能，那就是宇宙之中存在着一种与引力作用方向相反（反引力作用力）、至今人类还没有发现的神秘力量！物理学界把这种与引力作用方向相反、至今人类还未知的神秘作用力称为“暗能量”，并且认为，正是这种“暗能量”推动星系天体快速膨胀退行。宇宙膨胀的这种加速度暗示，在蕴藏于空间结构中的某种未知能量的推动下，宇宙正在分崩离析。这种所谓的“暗能量”占据了宇宙成分的绝大部分，含量超过70%。它的本质仍然是谜，或许是今天的物理学面临的最大谜题。因而现代天文学认为：我们的宇宙最初的膨胀是由于最开始的大爆炸而产生的结果，也就是说，物体由于具有惯性，而在原始大爆炸之后继续膨胀。后来，由于物质之间的万有引力的作用，这个膨胀开始变慢，可是在大约100亿年前，宇宙中的“暗能量”在与万有引力的交锋中占据上锋，于是宇宙的膨胀又开始加速了。

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(江苏省南京市第一中学，210 001)

一、学情分析

“对数概念”是苏教版高中数学必修1第3章第2节《对数函数》的第1课时内容。在此之前，学生已经学习过函数的概念、表示方法和一般性质，完成了分数指数幂和指数函数的学习，掌握了研究函数的一般方法，经历过从特殊到一般、从具体到抽象的研究过程。对数概念的学习，是对指数概念和指数函数学习的深化，也是后续学习对数函数的基础。

因此，本节课的教学目标是：(1)理解对数概念，能够进行对数式与指数式的互化；了解常用对数和自然对数；掌握几个简单的对数恒等式。(2)通过对问题的探究，体会引入对数概念的必要性和合理性。(3)感受从特殊到一般、化归转化的思想方法。本节课的教学重难点是：对数式与指数式的相互转化，对数概念的建构与理解。

二、教学设想

对数的发明是数学史上的伟大成就之一，作为一个困扰天文学家、数学家多年的问题，高中生在面对这个抽象的概念时的认知难度可想而知。因此，本节课充分借助数学史上与对数有关的问题和故事展开对知识的探究，通过一个数学名著中的趣题激发学生的研究兴趣，启发学生结合已有的指数知识展开认知与建构，从特殊到一般体会对数发明的必要性和合理性，在化归转化中把握指数与对数的关系，使一个看似人为编造出来的概念成为“有源之水”、“有根之木”。

本节课中另一个容易被轻视的知识点是常用对数与自然对数的概念，通常的做法是直接给出这两个概念，但会使学生觉得比较突然，不利于其接受理解和准确使用。笔者尝试从数学史中找到常用对数和自然对数的由来，并以数学故事的形式让学生感知人类在漫漫历史长河中对对数的追寻和有关概念的发明历程，从而使数学知识不再枯燥生硬，变得生动有趣，并把看似联系不大的知识点有机地串联起来，形成一个整体。这样的教学，符合学生的认知规律，便于其掌握数学知识和方法，体会到数学的价值和力量。

三、教学过程

（一）创设情境，探索新知

首先，以中国古代数学名著中的一道趣题引入，启发学生思考，从而了解该题的本质是如何依据底数和幂的值求指数。（教师出示问题：今有垣厚五尺，两鼠对穿。大鼠日一尺，小鼠亦日一尺。大鼠日自倍，小鼠日自半。问：几何日相逢？各穿几何？）师这是我国古代最著名的数学专著《九章算术》中的第196题，大家一起来思考一下。

在公元1世纪左右的汉朝，能得到如此近似的结果已经是非常了不起的成就。遗憾的是，古代中国的数学家们未能再作深入研究，找出解决此类问题的方法，因而，错过了人类数学史上的一项重大成就。今天，你们掌握的数学知识已经远超当时数学家的一般水平，那么，大家一起来尝试解决它。要解决一个问题，首先要搞清楚这个问题的本质。它是什么类型的问题？你见过跟它类似的问题吗？

生这个问题是已知底数和幂的值，要求指数。

师通过前面的学习，我们已经知道，在指数式的底数、指数和幂这3个数中：已知底数和指数，通过乘方运算可以求得幂；已知指数和幂，则通过用开方运算或分数指数幂运算可以求得底数。那么，已知底数和幂，如何求指数呢？

生在有些特殊情况下可以求，比如2Z=32，根据25=32就知道x=5。不是特殊值就没办法了，只能求近似值。

师很好！以方程2x=5为例，怎么找出z的近似值，你能说说吗？

生可以数形结合，转化为求两个函数图像交点的横坐标．把y=2x的图像画出来，再作出y=5的图像，交点的横坐标就是方程2x=5的根。

师通过他的分析，我们不难发现，这个方程有根，而且根据指数函数的单调性，只有一个根。虽然表达不出来，但我们可以肯定的是，这个根是由底数2和幂的值5确定的。

生可以用底数和幂来表示这个根。

师是的。在很长一段时间里，人们都没有想到解决这个问题的办法。直到1614年，苏格兰数学家纳皮尔(1550～1617)在研究天文学的过程中，为简化计算而攻克了这个难题。他的解决方式是：发明了一个新的数学概念——对数。一般地，如果a(a>0，以≠1)的6次幂等于N，即ab=N，那么就称6是以以为底的N的对数，记作logaN=b。开普勒首先引入符号logaN，其助手、瑞士钟表匠比尔吉制作了世界上首张对数表。

师按照上述定义，你能写出这个问题的答案吗？

师同学们，今天我们认识了对数，透过它，我们感受到科学家思考问题的奇妙历程，也感受到数学发展推动人类探索和认识世界的强大力量。今天的课后作业是：教材第74页的练习3、4、5、7。希望大家通过练习掌握对数的基本概念，我们明天继续研究对数的运算性质，进一步学习这个认识世界的新工具！

四、教学反思

《普通高中数学课程标准（实验）》倡导，让学生通过丰富的背景感受数学、建立数学、运用数学；苏教版高中数学教材的每个章节都安排了拓展、链接、阅读等栏目，并鼓励教师根据学生的不同需求为学生提供选择的空间。本节课从教学内容出发，补充了与对数研究有关的历史名题以及对数底数的演变历史，填补了概念发生的背景，使对数概念因其发展史而变得生动，也为更多的学生认知和理解。

当然，由于本节课引入了大量的历史素材，而且课始出示的问题要用到等比数列求和公式，导致整节课教学内容偏多偏难，教学节奏偏快，一些学生有“囫囵吞枣”的现象。可见，运用数学史辅助教学时，课前应给学生发放一些阅读材料，或者介绍一些相关网站、读物等，引导学生拓展学习，以解决课堂容量过大或较难的问题。

参考文献：

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马克斯·韦伯在分析工业资本主义在世界兴起的历史时认为，虽然帝制时代的中国存在资本主义萌生的物质条件（市场、劳动分工、货币经济、对外贸易等），但当时中国没有形成追求进步的文化及合理的制度，以及系统追求科学知识的体制，因此，资本主义最终只在西方出现。李约瑟、席文、伊懋可对中国为什么没有进一步产生近代科学做出了某种解释。李约瑟认为其原因在于“中国和西方对待纯粹的和应用性自然科学的态度，科学家和工程师在古代中国社会中的地位，以及哲学、宗教、法律、语言、生产方式和产品交换等方面存在显著的差异。”（注：Joseph Needham， The Grand Titration: Science and Society in East and West， London: George Allen & Unwin， 1969， p.14.李约瑟认为中国科学的发展是一个相对平缓的上升曲线，公元2—5世纪时，就已达到很高水平。） 席文把中国科学技术衰落的原因归于“几个世纪的灾难性的财政及其他行政举措，持续增长的人口造成的严酷压力，社会长期保持稳定和居于霸权地位的正统的文化意识形态没有受到挑战，而其中的创造性则被窒息了”（注：N.Sivin，“Science in China's Past”， in Leo A. Orleans， ed.， Science in Contemporary China， Stanford: Stanford University Press， 1980， p.3.）。伊懋可在分析中国科学技术在宋朝以后的停滞时，认为中国陷入了“高均衡陷阱”。“晚期传统中国社会陷入人口剧增，自然资源短缺的陷阱，因此，没有必要投入以现代科学和工业为基础的技术和资本以打破传统技术在农业和水路运输上的水平。”（注：M.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世纪80年代以来，中国学者对本文的核心问题的许多解释说法，可以归纳为外因论、内因论、综合分析论和人类学的视角。本文将围绕这四种主要视角进一步探讨近代科学未能在中国自发产生的问题。

一、影响中国古代科学进步的外部原因

大多数学者在探讨中国科技落后的原因时都首先从外部环境入手。这些不利的外部原因一般认为存在于以下几方面：

（一）科技的发展缺乏经济刺激　例如，陈亚兰就认为中国的经济是小农业和家庭手工业相结合的“自然”经济，不需要复杂的科技。（注：陈亚兰：《试论清前期封建社会需要与科学技术发展的关系》，自然辩证法通讯编：《科学传统与文化》，陕西科学技术出版社1983年版，第172页。）

的确，西方近代初期的科技史表明，扩展经济活动，例如国际间的海上贸易、采矿业、要塞建筑及军械生产等所产生的技术问题推动科学家如伽利略和吉尔伯特等人从事科学研究。（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，经济活动的扩展并不能充分解释现代科学的兴起，12世纪的意大利城邦国家和中国的宋朝和明朝就是明显的例子，那里扩展的国际经济贸易并没有伴随科学的革命性发展，例如：现代力学和磁学的发展。

（二）重农抑商的政策　外因论者认为，历朝政府对海外贸易、采矿及冶炼采取的限制政策，对重要工业的官营，对盐、茶、酒、矿物等重要商品的流通和买卖课重税，阻碍了中国科学技术的发展，（注：林文照：《近代科学为什么没有在中国产生》，自然辩证法通讯编：《科学传统与文化》，第93—105页。） 如明朝政府禁止民间开矿及海外贸易的措施。（注：《大明律例》规定“盗掘金、银、铜、锡、水银等项矿砂，每金砂一斤折钱二十贯，银砂一斤折钱四贯，铜、锡、水银等砂一斤折钱一贯，俱比照盗无人看守物准盗窃论。若在山洞捉获，分别轻重治罪。”参见《大明律例·盗贼条》。）清初对海外贸易严加控制：限制海运货物的重量，禁止出口兵器、火药、铜铁、稻米、小麦、马匹等。（注：林文照：《近代科学为什么没有在中国产生》，第102—103页。）雍正年间，商业扩张，朝廷却明令限制工场中的雇佣工人数，甚至拆除机器。

外因论者没有注意到，中国古代两千年的历史显现出相当多样的情况。并不是所有朝代的政府都实行限制工商业的政策。五代十国时期，大多数政府都优先发展政权间的贸易。唐、宋、元时期，政府没有限制海外贸易，甚至在明朝，政府对海外贸易的禁止也并没有一贯地强制执行。（注：例如，明永乐朝实施的海禁在1567年松懈了，到明末又重新严厉起来。）1740年，明朝的法令鼓励私人在国内采煤矿。

（三）重文轻理的儒家思想和“八股”取士制度　外因论者认为儒家思想倾向和“八股”取士制度使中国知识分子的心智完全集中在语言、修辞及伦理知识方面，以及与农业社会有关的课题上，而不是自然科学知识和各种工业生产问题上。（注：戴念祖：《中国近代科学落后的三大原因》，自然辩证法通讯编：《科学传统与文化》，第109页。）

社会意识形态制约科技发展，（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，在中国，士大夫的兴趣和文化观念并不是一成不变的。某些时期，如在沈括所处时代，观念也起了很大的变化，许多儒生士大夫开始关心以前有身份的人不屑一顾的技术性工作。（注：参见席文：《为什么科学革命没有在中国发生——是否没有发生》，李国豪、张孟闻、曹天钦主编：《中国科技史探索》，中华书局香港分局1986年版，第100页。）《宋史》记载那时流行官员和庶民向朝廷献呈新技术发明，（注：参见《宋史·兵志》。）朝廷常奖授钱财和官位，一些发明更被政府推广。

在探讨影响中国技术发展的外部环境时，人均资源和动力占有量是一个不可忽略的因素。工业革命前夕，欧洲人比中国人人均占有的资源（木材、煤、土地等）和动力（马）更多。（注：E.Jones， The European Miracle， Cambridge: Cambridge University Press， 1981.）这一点部分地解释了两个地区的相对发展水平和技术的使用，特别是节约劳动力和消耗资源的技术。一些研究表明，资源缺乏和人口过多影响了中国的技术发展。晚清江南地区，由于劳动力廉价而资源（木材）价格昂贵，这使人们不愿采用节约劳动力的机器生产，因而导致生产技术的衰落。（注：M.Elvin， Pattern of the Chinese Past， Stanford: Stanford University Press， 1971.）

外因不能充分解释近代科学为什么不能在中国产生，因为科学有其自身发展的内在动因，古代中国技术书籍缺乏以一种（理论）科学的方式，即用法则和定理，来对技术问题进行解释的传统，这些都有可能影响中国的科技发展。

二、制约中国古代科技发展的内在原因

英国汉学家伊懋可就指出缺乏对机器的一种几何透视观影响了中国的技术进步。对西方人而言，“机器是运动状态中的几何体”。17世纪以后，正是这种能在机械中看到几何学的影子，看到机械背后的那些抽象的线条框架和角度，并日益在技术书籍中以机械绘图的形式加以表现的能力，使近代欧洲人与中国人相区别。（注：参见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.）

我国学术界不少人也看到制约中国古代科学发展的诸多内部原因，例如，中国科学家不注重把对自然现象和机械奥秘的解释理论化，大多数科技著作仅是对当时生产经验的记载或对自然现象的描述，（注：林文照：《近代科学为什么没有在中国产生》，第83页。）臆测性的讨论代替了严密地寻找规律的努力，（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.）过分依赖于形而上学的冥想，而缺少以试验验证假设的传统。（注：例如明王阳明对竹子的研究和清初的刘献庭对磁学的讨论。参见《王文成公全书·传习录下》和刘献庭《广阳杂记》卷一。）

中国有机自然哲学对科技发展的影响　许多学者认为中国古代自然观特别是阴阳五行学说妨碍科学的进步。（注：叶晓青：《中国传统自然观与近代科学》，自然辩证法通讯编：《科学传统与文化》，第159—161页。）中国自然哲学家在解释现象时，往往求助这种自然哲学，例如：电被解释为，“阴阳相激为电”；地震被认为是“阳伏而不能出，阴迫而不能蒸”；磁石吸铁是“阴阳相感、隔碍相通”；气候与温度的变化被比喻为人类心情的变化。（注：林文照：《近代科学为什么没有在中国产生》，第87页。）这些看似合理的解释阻碍中国自然哲学家去探究现象的本质和真正动因。

上述问题很难有定论，例如李约瑟就认为阴阳五行学说对中国的科学思想发展有益而无害，虽然《易经》精致的符号体系阻碍了中国科学哲学的发展，因为它提供了一种不能成其为解释的概念框架。（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.）席文持相反观点，认为《周易》“最常用于对变化作能动的解释，而不是一种对静态物质的分类理论，此外，中国古代的科学家也缺乏建立数学公式和用实验来验证假说的传统，因此，似乎就没有理由说这种形而上学哲学阻碍了原本不存在的趋势。”（注：席文：《为什么科学革命没有在中国发生——是否没有发生》，李国豪、张孟闻、曹天钦主编：《中国科技史探索》，第105—106页。）

然而，宇宙观同研究方法确存在一定联系。在西方思想中，认为上帝根据机械和数学原理创造世界的观念，（注：“伽利略、开普勒、笛卡尔……坚持认为上帝在他的创造性劳动中是一个几何学家，数学能够揭示宇宙结构基础……开普勒……说上帝像一位建筑师那样创造了‘自然’”。参见R.Bonelli and W.Shea， eds.， Reason， Experiment and Mysticism in the Scientific Revolution， London: Macmillan Press， 1975， pp.11—12.）使现代早期的科学家如开普勒、伽利略和牛顿能够把“现象世界”想像为具有数学和谐性，并能够“根据机械学的原理”来解释。（注：G. Holton， Thematic Origins of Science Thought: Kepler to Einstein， Cambridge， Mass: Harvard University Press， 1988， p.62.）换句话说，科学家能通过模仿上帝创世的行为揭示世界秘密。这就为研究自然，并以力学和数学的原则解释世界提供了宗教哲学论证。中国自然哲学家认为世界的产生与变化与人类相似，天人感应。这部分地解释了为什么他们许多人会认为冥想和超验的体验，而不是实验，是揭示宇宙隐秘模式的方法。

“现代科学和过去所有科学体系的区别并不在于对自然的观察，而在于观察自然的目的和方法……以及以实验或受控观察的结果作为结论的最终依据。”（注：J.Nef，“The Genesis of Industrialism and of Modern Science”，p.218.）“设计”（试验）和“抽象化”是西方近现代科学研究方法论的两个极其重要的方面。（注：R.Bonelli and W.Shea， eds.. Reason， Experiment and Mysticism in the Scientific Revolution， p.15.）一方面，必须精心设计试验从而使自然现象的过程和数据能更清楚地被观察到，并能对实验前形成的理论假设或推论进行验证。另一方面，实验前必须进行理论的抽象化建构，区分表象和假象、派生的和次要的以及基础的和更深层次的、实在的事物及过程，从而形成科学概念和提出假说，使研究者在实验中做到对自然现象的观察合乎理想的简单化。

作为一种解释自然的理论，阴阳五行学说包括宇宙生成的观念、气的观念和物质的五种形态观念等等。（注：阴阳、五行、气是中国传统科学的三大概念，各门学科都用它们来说明自己的研究对象。参见席泽宗：《科学十论》，复旦大学出版社2003年版，第99页。）这些观念同近代科学所认知的宇宙的结构、物质的存在状态和实体相距甚远，甚至可以说这些概念基本没有把握住物质世界的真正的实在和深层的联系。依据这样的超验的和不能证实的概念，作为大前提很难推论出可被证伪的实验科学理论。

中国古代科学理论的公理化和证伪性问题　内因论者认为中国哲学家对自然的解释缺乏理论的清晰性、证伪性和公理化传统阻碍了科学理论的发展。阮元对中西方科学解释理论的评价被作为例证，阮元认为中国的理论妙在仅仅是寻求对现象的描述而不解释原因，“天道渊微，非人力所能窥测”，而应“言其所当然，而不复强求其所以然，此古人立言之慎也”，这样，理论才能“终古无弊”。（注：阮元：《畴人传》卷三，商务印书馆1978年版，第610页。）

“公理化”是科学理论建构必须遵守的一个重要原则，它体现在作为理论出发点的基本概念或大前提同推论假说之间的逻辑性，所有的推论或假设应被表述为是由一套特殊的公理推论出的定理的形式，且具有验证性。

中国古代“科学”理论缺乏公理化传统的确显著。以天文学理论为例，《周髀算经》中的“盖天说”算是例外，它表现出是一个公理化的几何体系。其定理“日影千里差一寸”是从其公理和前提“天地为平行平面”推论出来的。唐开元年间的大地测量数据证明与其不符，“盖天说”便更趋式微。出现于汉代的“浑天说”，长期统治中国天文历学界直到西方近代天文学传人才逐渐被取代。它对地球周边的描述大体轮廓相符，并能经观察验证，和预告日食、说明月食，对制定立法有指导作用。张衡的“浑天仪”几乎是一个物化了的托勒密地心说模型。然而，托勒密的宇宙体系却“是一个高度可证伪的，公理化的几何体系”。（注：江晓原：《天学外史》，上海人民出版社1999年版，第135页。）托勒密强调理论建构的“几何学”方法，并采用一种能够把各种事实统一起来的最简单的假说”，（注：参见金观涛、樊洪业、刘青峰：《文化背景与科学技术结构的演变》，自然辩证法通讯编：《科学传统与文化》，第43页。）即环行运动来解释天体运动。（注：亚里士多德的形式逻辑和希腊的公理化方法甚至影响了中世纪西方的理论表述，基督教的宇宙论、人类起源和四帝国的说法，都有一个理论的逻辑结构，并意指一个可能的经验世界，因而具有证伪性。）

而在张衡的理论中，“天大而地下，天表里有水，水包地，犹壳之裹黄，天地各乘气而立，载水而浮……天转如车毂之运也，周旋天端……”。（注：张衡：《张衡浑仪注》，《开元占经》卷一。）张衡的理论中存在严重的逻辑不一致性和与当时的常识相左的观念：天地为何不沉不陷？天体如何能从水中通过？西汉起，杨雄、王充、张衡、葛洪到张载围绕日月如何出入的争论也颇能说明问题。

王充质疑像太阳这种阳性的星体如何通过被视为阴的水，晋朝葛洪提出星宿属阳性，但如龙，因而能生活在水中，还根据《周易》中的卦象来说明天体和日月可进入地下，“《明夷》之卦离下坤上，捆在上，以证日入于地也”，离是火代表太阳，坤是地。（注：葛洪：《晋书·天文志》，载《中国天文学史》，科学出版社1981年版，第163页。）宋朝的张载用新的说法来克服这种理论逻辑的不相一致性，认为地球也是在气上漂浮着的，“太虚无形，气之本体，其聚其散，变化之客形尔”。（注：张载：《正蒙·太和篇》。）但是，张载的修订并没有带来哥白尼似的革命。这也许同中国古代宇宙论的基本概念的错误性有关。“气”是对自然现象的肤浅认知，它并不是像“作用力”或“原子”那样的实在。

中国古代自然哲学家对待实验的态度问题　并不是所有中国古代自然哲学家都不关心实验。例如墨家就不是用阴阳五行学说来解释光学和力学的，而是通过实验论证来提出他们对光学和力学的解释。就“受控实验”而言，明朱载堉就试图建立一个研究杭州湾涨潮模式的设施。在其他领域，如天文观测仪器、沙漏时钟、浑仪等的制作，弦的共鸣现象，桥梁的结构强度，水轮联动擒纵机构，织布机和火药等的发明和发现应该都是反复实验的结果。（注：李约瑟称：“中世纪的中国……在理论上已经很接近它（受控实验），而且在实践上经常超过欧洲的成就。”参见Joseph Needham， The Grand Titration， p.50.）从汉代起就确立了以日食观察作为检验历法的标准。苏颂和韩公廉的水运仪象台里，浑仪、 浑象和报时系统是由同一套漏壳流出的水推动机械传动装置带动的，机械传动系统的运转速度可根据浑仪对太阳、恒星进行观测时的跟踪情况来调整，从而使浑象和报时系统的记时工作准确。（注：郭盛织编：《中国古代的记时科学》，科学出版社1988年版，第172页。）这应该都是建立在反复观察和实验的基础上。然而，的确还没有证据表明中国传统的科学家发展出一套实验论的哲学，并充分了解探究自然秘密时实验的重要性。

宋以后，中国自然哲学思维出现重要发展。朱熹和方以智等强调自然现象背后存在可辨别的模式，“物之所在，无不有理”，（注：朱熹：《四书章句集注》，中华书局1983版，第295页。在《朱文公文集》卷39《答陈齐仲》中，他区分了隐藏在草、木、器用中的理、天理和人性。）“理”决定植物的生长、谷物收获季节以及为什么某些植物仅适合某种类型土地等。（注：朱熹：《中庸章句注》，《四书章句集注》，第83页。朱熹自己进行了包括观察和实验的研究。他对化石成因有正确认识，这比达·芬奇早400年，他还比较了晶体如雪花和盐。）方以智区分了“通几”和“质测”，认为对自然现象的哲学思考——“通几”应建立在对自然现象的考察，即“质测”之上。（注：方以智：《物理小识》，载《中国哲学史》，中华书局1980年版，第174页。）王夫之同样认为“格物”是研究自然现象的活动，揭示自然现象长期发展的深层规律。（注：方以智：《物理小识》，第207页。）然而，几乎所有“人都未能再前进一步”，（注：A. Einstein，“A Letter to J.E.Switzer of San Mateo California (1953)”， in Joseph Needham， The Grand Titration， p.43.）认识到试验在发现自然现象因果联系的重要作用，从而“主动对自然提问”。（注：R.Bonelli and W.Shea， eds.， Reason， Experiment and Mysticism in the Scientific Revolution， p.12.）

在西方学者与工匠传统的结合并逐步发展到受控实验是文艺复兴以来西方科学的最伟大发展，而在古代中国学者与工匠传统最终并没有结合起来。

西方机械论取代有机自然观的特殊背景　在讨论中国传统有机自然哲学应在多大程度上对中国没有自发产生近代科学负责时，必须注意到阴阳五行学说所代表的那种世界观念并不是中国文化所特有的。科学革命前，欧洲人也倾向于用人类行为和观念的外推来解释自然现象。例如，吉尔伯特通过显示地球本身是一个巨大的磁场，来解释指南针的行为，但中世纪的科学家德拉帕特（Della Porta）却认为磁铁有头发，铁处于醉态，同样用诸如“同情与憎恶”这样的情感的观念来解释磁性现象。（注：W. Gilbert， On the Magnet， London: Chiswick Press，1901，p.113.）哈维证明心脏类似一个“小型的水泵”，而早期的生理学家盖伦（Ferneland Galen）则认为心脏是一个“维持生命之火的炉床”，（注：W.Osller，“Harvey and His Discovery”， in C.Read，Essays in Honor of Conyers Read，p.222.）中西这样的解释并无本质差异。

在西方，主要是文艺复兴后出现的某种十分特别的思想观念，帮助西方科学抛弃旧的有机自然哲学，并推动一种对宇宙的新解释方式的兴起。在这些新的思想潮流中，尤为重要的是奥卡姆的威廉（1285—1349年）所提出的“本体精简论”或“概念精简化”原则，即没有必要不得引入更多实体或概念于解释中的原则。（注：克罗姆认为罗杰尔·培根和奥卡姆的威廉已从旧的自然哲学概念中解脱出来了。参见A.Crombie，Robert Grosseteste and the Origins of Experimental Science，Oxford: Clarendon Press，1953，p.7.）这一原则激励了近代早期科学家如开普勒和伽利略去探寻一种对宇宙更简单的机械论的解释。在1607年8月1日开普勒给费瑞休斯（Fabricius）的信中就反映出“本体精简论原则”怎样帮助他提出了机械论的宇宙学说。（注：开普勒写到：“当你说不用怀疑，所有（天体）运动循完美圆形轨迹时，这在论据组合上是错误的。实际上是运动使所然。按哥白尼，它们在一个倾斜的轨道上运动。但托勒密和第谷却认为它们呈螺旋状曲线。但是如果说到运动的形成时，你就引用了一个仅在思想中而不是在现实中存在的东西，因为除了天体相互之间，没有任何其他东西作用于天体。”引自G.Holton，Thematic Origins of Science Thought:Kepler to Einstein，p.61.）

后来的伽利略更试图把他的研究范围限制在分割开的、界定清楚的领域，而不去寻求一种对宇宙的超验理论为特征。（注：R.Bonelli and W.Shea，eds.，Reason，Experiment and Mysticism in the Scientific Revolution，p.158.）培根明确地指出，实验可以清除那些没有实用性的概念和帮助定义现象的性质。（注：R.Harre，Great Science Experiments，Oxford:Phaidon Press，1981，p.15.）而在传统中国，却不是“奥卡姆的剃刀”或几何式证明的形式，而是某种美学观，甚至是非证伪性影响着直到晚清的“科学”解释。

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三、中国近代科学落后的综合原因分析 一些学者从外因和内因两方面对中国科技近代落后的原因进行综合探讨，特别是从中西原始科学范式和宗教形态的差异入手来分析。

原始科学范式的差异　综合论者发现，许多构成近代西方科学范式的重要成分在古希腊自然哲学中已萌芽：几何学视野下的空间观，欧几里得公理化传统，毕达哥拉斯关于数字在理解宇宙中的重要性等等。（注：金观涛、樊洪业、刘青峰：《文化背景与科学技术结构的演变》，第36—37页。）中国仅在春秋战国时期，《墨经》和《考工记》所代表的学术流派重视技术后面的形而上学和从实验中抽象出的理论。（注：金观涛、樊洪业、刘青峰：《文化背景与科学技术结构的演变》，第70页。）然而，最终儒家受到官方的支持而成为显学，墨家那种有科学观念萌芽和实验传统的范式却未能成长。

中西宗教对科学的不同影响　综合论者认为宗教对处于萌芽状态的科学的发展有重要影响。中国历史上有许多时机能使更具科学之光的墨家传统复活并促进“近代科学结构的建立”，如东汉末年，以造纸术、地震仪、浑天仪和星图的发明为标志的第一个科技发展；16和17 世纪以《本草纲目》、《天工开物》、《农政全书》的编纂为标志的对中国科学技术的总结的尝试。那时耶稣会士引介西方的科学，徐光启翻译西方的科学著作，反思中国传统。然而，科学的突破却最终都未出现。（注：金观涛、樊洪业、刘青峰：《文化背景与科学技术结构的演变》，第69—81页。）在西方，吸收了希腊科学传统的基督教帮助克服了通常阻碍前现代科学发展的障碍。基督教不仅普及了原始科学观念并使科学探究成为受到主流意识形态支持的活动。

宗教文化意识形态对科学的影响　默顿（Merton）的研究表明，宗教对近代科学的发展有强大影响。宗教和科学活动都包含对世界的生成、结构和演化的探讨。中古时代，科学探索常与宗教和巫术活动交织在一起。以信仰和教会组织为支撑的关于宇宙自然的宗教假说影响科学家的思维和实践。中世纪后期许多科学问题是在讨论神学问题中被发现的。（注：George Basalla，ed.， The Rise of Modern Science:Internal or External Factor，London:Paytheon Education Company， 1968，p.19.）库恩甚至认为17世纪科学革命部分是对基督教宇宙哲学，即亚里士多德—托勒密体系不能解释反常现象的回应。

但是，显然不能一般性地断言儒教哲学排斥科学。从汉儒董仲舒起，宇宙论就成为儒家哲学的重要部分。当托马斯·阿奎那对古典知识和基督教理论进行综合时，中国的理学大师如张载、周敦颐和朱熹等同样也对中国的自然哲学知识进行综合。朱熹把佛道思想中形而上学的和自然科学知识融入其理论，并吸收了沈括所总结的科学知识和从张衡到张载的天文理论，他提出的地球和星体产生的观念与康德的星云说极为相似。他的宇宙论比张衡的天文理论似乎更有条理性和“科学”性，李约瑟甚至认为理学从本质上来讲是科学的。（注：C.Ronan，The Shorter Science and Civilization in China，p.247.李约瑟赞扬朱熹是“圣托马斯·阿奎那，但却拥有斯宾塞的世界观，朱熹使用一种无异于现代科学的观念来思考”。见李约瑟：《中国科学史》卷二，科学出版社、上海古籍出版社1990年版，第489页。）显然，儒家思想似乎并不比天主教更敌视科学，朱熹提倡研究自然以完善人类的知识就是证明。“而天下之物莫不有理，惟于理未有穷，故其知有不尽也。是以《大学》始教，必使学者即凡天下之物，莫不因其已知之理而益穷之，以求至乎其极。至于用力其久，而一旦豁然贯通焉，则众物之表里精粗无不到，而吾心之全体大用无不明矣。”（注：朱熹：《四书章句集注》，第6、7页。意指自然科学的“格致之学”是从朱熹的论著获得特殊含义的。）

分析中西文化对科学发展的影响以下两方面的差异值得注意。第一，学术传统。自古希腊，对自然的探究就具有独立价值，甚至在中世纪，西方的大学课程中也包含自然科学知识传授：含语法、修辞、逻辑的艺术课，以及算术、几何、音乐和天文四门学科。（注：参见A.Crombie，Oxford's Contribution to the Origins of Modern Science，Oxford:Basil Blackwell，1954，p.11.）第二，欧洲社会的开放和文化生活的分散性。12世纪，私立学院在中国和西方兴起，对科学的兴趣在增长。在西方如牛津大学，格莱斯特等学者认识到希腊科学的意义并试图去探讨科学研究的方法和科学解释的本质。罗杰尔·培根和奥卡姆的威廉提出一套有别于经院哲学的关于科学研究对象、意义和方法的新观念。14和15世纪中，西方不少大学在数学、天文学、哲学领域中设立了教授职位。在意大利，对科学的兴趣使伽利略和其他学者不顾教会的责难，而在旧的学术圈子之外建立了一个新的学术社团去从事科学研究。

耶稣会士与明以后中国科学发展　牛津大学的克洛比认为西方现代科学源于古希腊原始科学范式，后发展出新的独创思想和有自我生命力的科学研究方式。（注：A.Crombie，Oxford's Contribution to the Origins of Modern Science，p.11.）这产生了另一个问题：如果原始科学范式，（注：科学范式是“一个时代普遍接受的科学成就，它为科学团体提供了一个提出研究问题和解决办法的模式。”参见Shigeru Nakayama，Academic and Scientific Traditions in China， Japan，and the West，trans.Dusenbury，Tokyo:University of Tokyo Press，1984，p.17.）即希腊科学传统是促使近代科学最终在西方兴起的原因，那么， 当这一科学传统由耶稣会士介绍到中国明朝后为什么没有引起向近代科学的跃进呢？

何兆武认为中国“并没有任何根本性的阻碍近代科学传入的思想因素”，西方传教士介绍过时的前伽利略时代的科学，中国因此未能步入近代科学。（注：《何兆武与席文教授讨论科学史与思想史的一封信》，深圳大学国学研究所主编：《中国文化与中国哲学》，东方出版社1986年版，第566—567页。）席文也说前伽利略时代的科学，处在“欧洲科学意识分水岭”的中古那一边，不能使中国人革新他们的自然知识。（注：N.Sivin，“Science in China's Past”，p.26.）

然而，传教士带来的科学知识对中国学术界产生了影响。从徐光启和方以智（《物理小识》）等学者的著述既可看出。徐光启意识到西方的科学解释有严密的逻辑结构且采用演绎法，“《几何原本》者度数之宗……众用所基”。（注：徐光启：《刻几何原本序》。）徐光启试图去重组中国科学知识，他主持下修定的《崇祯历书》采用西方第谷的天体运行体系和几何学的计算方法。席文后来把传教士东来后引起的中国天文历法变化称为“哥白尼式天文学革命”。

对西方科学的兴趣延续到清初皇帝如康熙，他热情地学习西方的数学和天文学，甚至在宫廷中组建了一个法国式的皇家学院，邀请欧洲的科学家做物理和化学方面的实验。然而，清廷后来指责耶稣会士传播颠覆性教义并突然禁止他们的宗教活动，对西方科学的热情也跟着消失了。康熙年间，杨光先从文化意识形态上攻击耶稣会士制定的天文历法与他所监之“尧舜相传”的立法相悖，表明中国古代宇宙观妨碍中国吸收西方的科学知识。

四、从人类学的视角对中国近代科学落后的解释

中国能否不采用伽利略—牛顿学说体系所代表的科学范式（注：伽利略通过把对运动的研究数学化，扫清了物质和运动新观念出现的道路。在开普勒和伽利略的基础上，牛顿才能推翻旧的宇宙模式，并使对空间的理解几何学化。无论是天体还是地面物体的运动，才能都被视为是几何体在抽象的空间中的运动。所有使用终极原因的解释因而从科学中消失了。参见A.Koyre，“Significance of Newtonian Systems”， in George Basalla，ed.，The Rise of Modern Science:Internal or External Factors，p.99.）而发展出自己的“近代科学”形式呢？西方学者如席文认为没有牛顿，西方就不能发展出近代科学，因为牛顿力学体系始终是近代科学的核心部分。但是，一旦某种科学突破在统计物理学和波动物理学这两个领域其中之一发生，那么称之为牛顿式的那种探测的路数就会迟早被发明出来。（注：《何兆武与席文教授讨论科学史与思想史的一封信》，第569页。）

对席文的观点持批评态度的金春峰认为中国的传统思维模式中的时空观使牛顿体系难于在中国产生。他把中国的文化思维模式称为“月令图式”，认为《礼记》中的《月令》一章较好地阐述了这种思维模式。它以下面的观念为特征：

第一，人类活动和自然过程中存在着季节性的规律。第二，时空是主观的，时间和空间结合形成五个区域。每一区域和五种元素之一相对应。如东方与春季相结合，由木主持；南方与夏季相结合，由火主持。时间是循环往复的，空间不是向各个方向无限的扩展，而是有限的，并随时间流转的。（注：金春峰：《“月令”图式与中国古代思维方式的特点及其对科学和哲学的影响》，深圳大学国学研究所主编：《中国文化与中国哲学》，东方出版社1986年版，第128—130页。）与这种思维方式对应着一套探究问题的路数：例如，着眼于整体或系统，把握客观对象的运动形态，关注物体的功能属性，而不是结构；把所有的事物视为有机体，强调物质和能量的相互转换，不关注建构几何模型和运动轨迹。（注：金春峰：《“月令”图式与中国古代思维方式的特点及其对科学和哲学的影响》，第132页。）

金春峰认为《月令》模式观念把宇宙理解为一个充满着流动的气和被分隔开的时空构成的有机体“阻碍了以机械论的哲学为特征的近代科学的出现。（注：金春峰：《“月令”图式与中国古代思维方式的特点及其对科学和哲学的影响》，第139页。）”

中国古代时空观　李约瑟曾把中国古代的时空观称为“隔间式的时空观”（注：Joseph Needham， The Grand Titration，p.231.）和“联想式有机思维方式”，（注：C.Ronan，The Shorter Science and Civilization in China，p.188.）认为是反映了中国官僚社会以“行政式的方式对待自然”。（注：C.Ronan，The Shorter Science and Civilization in China，p.188.）格朗尼特称这种时间意识为“宗教仪式的时间观”，因为它过分强调时令、节气、义务和机遇。“中国人喜欢把时间看作是由时代、节气、新纪元”的集合体，“对时间和空间的思考从来就是与具体的事件联系在一起”，中国人把时间分解为朝代，就像他们把空间分为方位一样，中国人从来没有刻意把时空想像为是可以容纳抽象概念物的基体。（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，往古来今曰宙”，隔间式的（四方上下）空间观似乎在这里找到文字证明。（注：尸佼：《尸子》。）的确，从《礼记·月令》中能看到时间被分解为节气、时令、文化与宗教节日，以及与气和阴阳五行的概念的联系。然而中国古代时空观并不都是“月令”模式，中国古代哲学思想中存在多样的时空观念。“历史学中的类推似的，符号化的和教诲性的时空观，过去两千年来天文时钟和水利驱动时钟所体现出的客观的均匀划分的时间，生物演化过程中的连续与断裂的统一，在各种关于未来和过去的社会政治学说中的进步与退化观”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.）尽管这样， 循环的时间观和与它相联系的自然观似乎仍是处于中国自然哲学思想的深处，与上述时间观交织。（注：在那个时代，循环论的观念既不是道家的、法家的、儒家的，也不是墨家所特有的，而是所有各家共有的对自然过程的一种思维模式。参见N.Sivin，“On the Limits of Empirical Knowledge in the Traditional Chinese Science”， p.153.）例如，在历史编写中，循环时间观和方位化的空间观与连续的线性时间观配合使用，表现为随着朝代的更替，而出现的进步或倒退的演化。在对自然现象的解释中，阴阳五行学说和与它相结合的循环论和方位化的时空观念构成基本的思维框架。

中国天文学家的空间观念展示了一幅复杂的画面，无限宇宙观念似乎盛行。中国三大天文学理论之一的宣夜学派以无限虚空的观念而著称，“天了无质……高远无际……日月众星，自然浮生虚空之中”。（注：《晋书·天文志》。）“浑天说”的传播者——张衡也说天地之外是宇宙，“宇之表无极，宙之端无穷”。（注：张衡：《灵宪》。）11世纪的张载写道，“天大无外”。（注：张载：《正蒙·太和》。）朱熹也认为天无形，是空的。但是，这些观念与阴阳五行学说混杂在一起，宇宙总的来说仍被视为是一个有机体，其中两种基本相反的力量波动互补。（注：“不论何时当人们尝试去解释结构和变化时，便可能使用阴阳五行学说。当每一种性质的科学发展完善其古典形式后，阴阳五行学说也增加了与每一研究领域问题相关的特殊词汇，连同另一些技术性概念一起，就为这门‘科学’提供一种足以构成解释的理论话语。”参见Sivin， “Science in China's Past”， p. 15.）

中国古代时空观和运动观念对科学发展的意义　李约瑟认为近代自然科学不能在中国自发产生与中国人“对时间和变化的观点无关联”，而应主要从其他意识形态的因素，“具体的地理、社会、经济条件”来解释。（注：N.Sivin，“Science in China's Past”，p.xv.）弗莱泽提出相反的观点，认为近代科学的基础是相信必须把“对自然的假设理论数学化，并用试验来验证这些假设”，“而这种对数字化和量度的要求起源于某些与此密切相关的关于时间的学说，这些学说是西方土生的”。弗莱泽把中国不能自发产生近代科学归因于中国自然哲学家喜欢有机自然哲学。（注：J.Fraser，N.Lawrence and F.Haber，eds.，Time，Science，and Society in China and the West，p.1.）席文对此持折衷的立场，声称无法证明“循环的时间观念以外的其他时间观念在中国特殊的科技环境中能更有效地推进中医和炼丹术，甚至无法知道他们是否会被吸收。”（注：N.Sivin，“On the Limits of Empirical Knowledge in the Traditional Chinese Science”，p.154.）

然而，当我们探讨为什么在中国没有自发产生近代科学这一问题，并涉及到中国自然哲学对此的影响时，其中一个特别值得注意的领域是物理学。在此领域，方法论和形而上学的突破首先发生，由此开启了西方近代科学。在中国古代科学这个领域中，有机自然观以及与它相联系的隔间式时空观，而不是其他时空观，例如无限虚空的观念，被用来解释自然现象及物体运动的原因。这一点很重要。

希腊的原子论者把时空理解为几何形盒子，原子散布其中。他们相信物体所处的位置及其运动存在某种结构模式。如果物质的一个粒子在特殊的时间占据着特殊的位置，那是因为另一个粒子的推动。（注：参见Lucretius，DeRerum Natura，translated and revised by M.Smith，Cambridge，Massachusetts:Harvard University Press，1975，pp.29—39.）这些观念为在文艺复兴时期出现的从几何学的角度把运动理解为是在一定的时间内位置的变化的观念打下了基础，随后导致现代力学和现代早期西方科学思想中对因果关系的机械论理解的出现。

中国自然哲学中，“两种时间观念成为那些试图区分过程的时间阶段性和空间结构的手段。互补的阴、阳运用于自然过程中，代表着消失和出现、持久和变化、收缩和扩张等方面；运用于空间结构时，则表示正面和背面，低和高，内部和外部。”五行用于区别空间关系时，“五行中的四行常用来表示指南针的四个基本方位，每年太阳路径的四分之一和四季相对应，地球处于中心位置，其他行星围绕地球旋转。”（注：N.Sivin，“Science in China's Past”，pp.14—15.）

每种事物的性质都被认为适合于它所占的位置，并依据与其所占的时空位置相符合的规则活动。自然过程的规律性被想像为不是由某种机械的原则所支配，而是为适应社会生活模式。一个物体占有其位或运动是其性使所然，或是像一个有机体那样按自己的意愿行动，或在“能量场”的影响下，或因共鸣，或由于感应。（注：Joseph Needham，The Grand Titration，p.226.）这一运动观念与希腊和牛顿学说中把时间和空间视为几何形的空盒，或无限延伸的线条，其中任何事物都有一个可量度的位置的观点相佐。它解释了中国很难发展出牛顿型物理学和几何天文学的原因。（注：中国人缺乏对天体运动的希腊式几何学观念，他们不觉得现象背后的原因可以从几何学和机械论的角度去理解。在他们看来，宇宙这个大有机体中的每一个有机体都依据其本性遵道而行，它们的运动可以由本质上非具象主义的代数来处理。参见C.Ronan，The Shorter Science and Civilization in China，p.221.）

中国古代科技发展的其他可能性　墨家和名家证实了中国古代科技有可能向另一方向发展。名家试图去发展一套关于逻辑推理的法则，墨家不仅与阴阳五行学说没多大联系，同时提出不同的时空观和运动原因观，并有依据试验来阐明一般物理原则的倾向。（注：参见《墨经》，以及C.Ronan，The Shorter Science and Civilization in China，p.340.格莱汉姆对《墨经》这些相关段落有不同的理解和翻译。参见A.Graham，Later Mohist Logic，Ethics and Science，Hong Kong:The Chinese University，1978，p.295(A44)，pp.435—436(B63—64).）墨家认为在时间和空间中发生的运动是可测量的，并可能考虑到了运动的力学原因。（注：C.Ronan，The Shorter Science and Civilization in China，p.341.）墨家关于物体运动需要时间，空间位置可以量度，运动在于力学原因的观点与后来西方的伽利略，甚至是“牛顿第一定律”所表述的观点相似。墨家同样探讨了物体的下落运动、斜面运动和球面运动等。

中国古代科学思想中还含有许多可以被称为“现代”的科学观念。“理学”中关于两种基本力量的观念，猜测到了物质深层结构的两面，即后来被西方科学家称之为“正极”和“负极”、电子和质子。李约瑟认为中国人“虽从未站在过牛顿所处的位置，却接近拥有原子物理学家玻尔和卢瑟福所代表那些立场”。中国人关于自然以波动的方式运转，自然界两种力量中的每一种轮流升至最高点，然后下降让对立面来控制场的观念，“表达了我们认为相当合理的对波动现象的一种科学的抽象”。（注：C.Ronan，The Shorter Science and Civilization in China，pp.236—237.）实际上在中国古代科学思想中还可以找到更多有近代科学水准的观念和发现，例如《内经》的血液循环理论。

尽管如此，缺少一种追求再现自然表象和揭示现象深层结构的哲学认识论倾向（the philosophy of presence）也许可以解释为什么近代科学终究没有在中国自发兴起。西方认识论的重要特征被德里达称为“逻各斯中心主义”，它预先假定现象中存在秩序和结构。这种认识论推动西方学者去揭示所研究事物的逻辑结构和本质。这种具相主义倾向是西方科学和艺术现代性的本质特征。概而言之，没有这种揭示事物结构的愿望和努力，科学研究就不能说是现（近）代的。

反观中国，居支配地位的宇宙论是建立在强调所谓差异性、变化性和不确定性的观念基础上，老子的宇宙论哲学体现了这一点。这种非具相主义哲学预先假定“宇宙的秘密是不可了解的”，因此对现象的描述和解释也应与此相一致。阮元关于中西宇宙论表述的差异性的言论突出反映这一观念。前面提及的诸如中国古代科学思维缺少几何观以及公理化传统都可以被认为是反具相主义的表现。

篇6

物理学是人类社会实践的产物。作为人类对物理世界客观规律认识的结果，物理学有一个不断积累和发展的过程。它的每一个基本概念、基本定律和基本理论，都有一个萌芽，形成和发展演化的曲折过程。但是，在大量的物理教科书中，人类对物理学认识的历史痕迹被擦拭殆尽，物理学家们的曲折顽强的创作过程常常被物理学理论严格、精美的逻辑体系的面纱遮盖起来，人们只能通过具体的物理定律或公式前面所具有的科学家的名字，模糊地了解那一段历史。我国物理学前辈钱三强先生指出：“科学经历的是一条非常曲折，非常艰难的道路，然而，我们的教师在对学生进行教育的时候往往是应用经过几次消化了的材料来讲授，或者经过抽象的理论分析加以表述，把已有的知识系统归纳，形成简明扼要的理论体系，这当然是必要的，但是这样的教学方法，往往会使学生对科学概念的产生和发展引起误解，以为什么结论都可用数学推导出来，失去了对观察和实验的兴趣。这样的结果使学生们不了解科学是怎样来的。”把物理学史的内容溶入课堂教学，可以让学事了解物理学的学科特点，激发学生学习物理的兴趣-让学生从物理学发展的角度来理解物理知识，促进知识的掌提；并从物理学家的事迹中感受科学精神，人文精神。

1　通过物理学史的学习，使学生了解学习物理的重要性，激发学生对物理学科的兴趣和探究欲

物理学是研究物质的基本结构、相互作用和物质最基本的最普遍的运动形式及其相互转化规律的学科，是自然科学的基础学科和带头学科，它的基本原理和方法渗透到了自然科学的一切领域，应用于生产技术的各个部门，是自然科学的许多领域和工程技术的基础。通过学习物理学史。我们可以发现正是物理学的发展推动了自然科学的其他学科，诸如化学、生物学、天文学等学科的发展与新的交叉学科的诞生，同时极大地促进了科学技术的发展。比如现今的尖端技术领域一一核能与核能技术，航天与空间技术、信息技术、激光技术，生物技术等，或是物理学本身的发展，或是植根于物理学。历年来科技界最高奖项——诺贝尔奖的获得者们当中除了诺贝尔物理学奖的获得者外，还有相当一部分人是具有物理背景的，他们的成功与其物理背景的关联甚大。

孔子曰：“知之者不如好之者，好之者不如乐之者。”浓厚的学习兴趣一直被认为是学习的“催化剂”。只有学生了解了物理学的重要性，才能激发学习的兴趣，从而调动学生学习物理的积极性。而且在教学中经常穿插一些物理学史的材料，把物理学上一些重大知识的发现历程融入到教学中，就会为学生创设一个生动活泼、自觉主动的学习环境。物理学史向学生展示了一幅理论与实验交叉、失败与成功并存、逻辑与非逻辑思维并用的丰富多彩的画面，思想与方法的演变、物理学发展跳动的脉搏，都可以调动学生的情绪，唤起他们强烈的好奇心和奋发向上的激情。引起浓厚的兴趣和积极的思考。

2　通过物理学史的学习，增强学生对物理知识的全面理解和掌握

物理学是以实验为本的科学。而不仅仅是一门根据公式堆积起来的纯理论学科。物理理论与物理实验就如同物理科学的两条腿一样使得物理学得以发展和前进，两者是相辅相成的。现代实验物理大师密立根的名言：“科学是在用理论和实验两只脚前进的，有时是这只脚先迈出一步，有时是另一只脚先迈出一步，但是前进要靠两只脚，先建立理论然后做实验，或者是先在实验中得出了新的关系，然后再迈出理论这只脚并推动实验前进，如此不断交替进行。”物理学最重要的研究方法是：假说→实验→理论。科学家在研究物理问题时，一般是依据以往的观察和实验经验进行推断，得出初步的结论，这就是“假说”。为了进一步检验假说是否正确，需要进一步“实验”，如果大量的实验结果证明假说是正确的。这种“假说”就上升为“理论”；否则，就要被修改或补充。这就是物理学发展的重要规律。

对于物理学中各个基本概念、基本原理和定律，只有了解它们如何产生，形成和发展的过程，即了解它们是如何得来的，又如何演变发展成为现在这个样的，才能真正懂得它们的本质，在教学中也才能深入浅出，讲深讲透。通过物理学史的学习，有助于学生了解具体的概念、定理，定律的来龙去脉和具体的发展过程，可以使学生对该知识有更深层的理解和掌握，而不再是简单地记住一些概念、公式和定律。

3　通过物理学史的学习，使学生树立正确的价值观

物理学史集中体现了人类对物理世界的探索和逐步认识的历程，每个科学家的成就不是一蹴而就的。他们的事迹留给我们更多的是一种精神：探索未知，发现真理、献身科学事业的精神。在物理学史上，有许多物理学家具有难以想象的毅力、信心和意志。他们与困难或过时传统的观念作斗争，以及与科学界内部和外部的阻力作斗争，甚至还要经受恶势力的迫害，这需要科学家顽强的意志和献身科学的牺牲精神。居里夫妇研究放射性元素，受放射性元素射线的危害，历经四十多个月艰苦劳动，数万次的反复提炼，才从几吨沥青铀矿渣中提炼出了0.12克的氯化镭，布鲁诺为捍卫科学真理义无反顾地走上了火刑场，像这样一些生动的事例，在物理学史上比比皆是。物理学史在培养学生高尚的情感、进取的人生态度、树立正确的价值观方面具有不可替代的作用，运用物理学史培养学生情感态度、价值观是一种可行性途径。

4　结语

篇7

关键字：数学教学；合理化；实证分析：椭圆

【中图分类号】622 【文献标识码】A 【文章编号】

1什么是数学的研究性学习

数学的研究性学习是指学生们在解决生活中遇到的实际问题，对具体问题运用已经学习过的基础性知识来解决这些问题，在解决问题时会有或多或少的新知识在老师的指导、启发下通过自己的探索、学习，来掌握这些新知识从而解决问题。这样的学习过程就加入了同学之间的合作、交流，从根本上让学生们发散思维的开动脑筋，互帮互助，提升自身对数学的创新精神，更迅速的挖掘潜力，达到知识与能力共同进步学习的目的。

数学的研究性学习的核心是在解决问题的同时掌握知识、开拓思维、开发潜力以及激发创新能力来提高自己。研究性学习具备着实践性、独立自主性、开放性、相互协作等特性，师生之间也可形成一种合作的关系，共同探讨问题，相互交流解决方法，找出最优化的解决办法来解决问题。

2以椭圆为例分析数学的研究性学习

2.1椭圆的知识点

1） 了解椭圆的定义，掌握焦点、焦距的概念。

2） 熟悉椭圆的标准方程，能够根据已知条件会确定椭圆的标准方程且绘出草图进一步分析。

3） 学生发现问题，能够独立思考，分析问题的实质，最终解决问题。

4） 提升学生对抽象问题的逻辑思维能力及总结学习能力。

2.2引用一个关于椭圆的题目来进行研究学习

在应用教学中，当我们要引入一个新的概念。比如说什么是椭圆，那么我们就可以举一个实际问题：1997年初，中国科学院紫金山天文台了一条消息，从1997年2月中旬起，海尔？波普彗星将逐渐接近地球，过4月以后，又将渐渐离去，并预测3000年后，它还将光临地球上空1997年2月至3月间，许多人目睹了这一天文现象。那么天文学家是如何计算出彗星出现的准确时间呢？原来，海尔？波普彗星运行的轨道是一个椭圆，通过观察它运行中的一些有关数据，可以推算出它的运行轨道的方程，从而算出它运行周期及轨道的周长。通过这个实际发生的且大家都关注的问题引入我们所要教学的课题中。那么就可以让学生们自己思考：我们怎样才能绘出一个椭圆呢？ 引入学生们进入到今天的课程中。

接下来我们就要学生们自己动手去绘出这个椭圆，由于绘图的道具简单。故老师就可以在课前准备一些工具如铅笔、一定长度的细线、画板以及图钉。

都准备好以后，可以让同学们自由分组，有老师指导怎样去绘出今天的课题椭圆。这里简单介绍一下，用图钉固定线的两端，线的长度大于两图钉间的距离，铅笔将线慢慢拉近，笔尖在绘图板上移动，这样就可以绘出一个椭圆来。在这里可以引出两个问题来让同学们去思考：

1） 为什么绘出来的是一个椭圆而不是其他形状？

2） 绘图过程中哪些量是变化的，哪些是不变的？

这期间就可以让学生们相互讨论，去发散思维的思考，在相互交流中不断总结，得出结论即椭圆的概念。然后有老师用专业的术语复述椭圆的定义：平面内与两定点F1、F2的距离的和等于常数2a（2a>|F1F2|）的动点P的轨迹叫做椭圆。其中两定点F1、F2叫做椭圆的焦点，两焦点的距离│F1F2│=2c

下面就可以组织同学们相互交流：

为什么？

1） 椭圆含义的关键点：到两定点的距离的和等于常数的点的轨迹。

2） 对关键点的理解。两个定点一个动点，定点间的距离不变，动点到两定点的和确定。

再一次让学生们去做以上那个绘椭圆的实验，这一次需要他们改变两个定点的距离。然后反复理解椭圆的含义。

出现问题：在改变定点距离后，为什么图形会由椭圆变圆形慢慢的又会由圆形变回椭圆形。最后当定点距离为线长是，只有线段而无轨迹了。

小组之间相互讨论，怎样才能更好的定义椭圆。上述的定义是存在问题的，是不完整的。通过这一次的反思，他们会发现问题的所在。对椭圆的定义需要一个界限，定点距离等于线长时就是一条线段，大于线长时就无轨迹了。这样在不断的提出问题解决问题，反思问题中，同学们就会更深刻的理解椭圆的概念，同时在不知不觉中掌握了基本概念，达到了教学要求。

3总结

传统的数学教学束缚了学生们的思想，必须去改变，寻找新的合理化路径，从上文中我们通过椭圆的实例分析高中数学教学采用研究性学习的方法让学生在解决问题的过程中学习解决方法。将以往死记硬背的学习改变为研究解决问题的方法。不难看出这种研究性学习的方法更适用于学生对知识的掌握，提高学习兴趣，开拓视野。

参考文献

[1] 霍益萍.张人红.我们对“研究性学习”的理解.教育发展与研究，2005，11

篇8

关键词： Peirce；科学家；逻辑学家；科学；指号学；化学概念

harles Sanders Peirce（1839-1914），其一生曾作为“一个美国人的悲剧”，现在已经越来越多地被认为是他那个时代、也是美国至今产生的最有创造性、最具多才多艺的伟大思想家。论文百事通他广博的研究涉及非常不同的知识领域：天文学、物理学、度量衡学、测地学、数学、逻辑学、哲学、科学理论和科学史、指号学、语言学、经济计量学和实验心理学等等。而且这里的许多领域，Peirce在不同程度上被视为倡导者、先驱甚至是“鼻祖”。Russell早就做出评价：“毫无疑问，他是十九世纪末叶最有创见的伟人之一，当然是美国前所未有的最伟大的思想家。”而当代在世哲学家H.Putnam称他为“所有美国哲学家中高耸的巨人”。

虽然Peirce的思想具有极为广阔的视野，但当今学者所公认、Peirce本人也承认的他的两个主要研究领域却是科学和逻辑学。科学和逻辑学是Peirce毕生付出精力最多的两个领域，也是他在大学毕业后决定他一生将做什么时曾犹豫不决的两种选择。但在其学术兴趣上它们是他的孪生子，二者在理论联系上常常是融为一体，成为Peirce最倾心关注的焦点。而且，作为科学家和逻辑学家的经验是Peirce整个哲学系统构建的基础与出发点，是贯穿他一生思想发展变化的重要影响因素。实际上，科学和逻辑学的共同追求正是Peirce为自己所界定的生活目标。把握他的这一显著特征，我们可考察作为科学家的Peirce与作为逻辑学家的Peirce之间的某些联系。

一、科学家职业、逻辑学家志向

从实际从事职业来看，Peirce是位科学家，包括化学家、大地测量员、物理学家、天文学家、工程师、发明家、实验心理学家等等；同时这也是他谋生的门路，是他最早获得学术名声的领域。

成为一名科学家，Peirce具有非常优越的条件；同时这也是他的亲戚朋友尤其是父亲所期望的。Peirce出生于具有良好科学氛围的家庭，特别是其父亲Benjamin Peirce是哈佛大学天文学和数学Perkins教授，也是当时美国最有影响的数学家。Peirce从小由其父亲教授数学、物理学和天文学等学科；其聪颖智慧深得父亲欣赏。而Peirce本人也深受父亲影响，尤其是在父亲1880年去世之后，他极想遵照父亲遗愿而继承父亲的事业，从此专注于科学研究。

在Peirce十几岁时，他已经在家中建立了私人化学实验室，并写出了《化学史》；其叔叔去世后，他又继承了他叔叔的化学和医学图书馆。1859年从哈佛大学毕业后，他父亲安排他在美国海岸测量局（后来改名为海岸和地质测量局）野地考察队作为临时助手学习锻炼了一年；而同时他私下跟随哈佛动物学家Louis Agassiz学习分类学方法。1862年进入哈佛的Lawrence科学研究所，并于1863年毕业获得化学理学士。其间于1861年他再次进入海岸测量局，但这次是作为长期助手；1884年10月至1885年2月主管度量衡办公室；1867年父亲成为海岸地质测量局的第三任主管，Peirce于同年7月1日由助手(Aide)提为副手（Assistant），职位仅次于主管；他的这一职位上一直持续到1891年12月31日，时间达24年半之久。从1872年11月开始，他又负责钟摆实验；在1873—1886年间他在欧洲、美国以及其他地方的站点进行钟摆实验。晚年（1896年直到1902年）主要为圣劳伦斯能量公司做顾问化学工程师。

同时，Peirce在1867年被安排在气象台从事观测工作，并于1869年被任命为副手。他曾是一次日环食和两次日全食现象的观测者，还负责使用气象台新获得的天体光度计。1871年其父亲获得国会授权进行横跨大陆的地质测量，Peirce由此又成了职业的大地测量员和度量衡学家。

Peirce 生前虽只出版过一本科学方面的书（《光测研究》(1878)），为《the Nation》杂志撰写的短评、书评现多收集在由Ketner和Cook编辑出版的《Contributions to the Nation》中；但他在海岸地测局和哈佛气象台的诸多贡献已经为他（也为这两机构）在很年轻时就赢得了国际（特别是在欧洲）声誉（Peirce1870年、1875年、1877年、1880年和1883年先后五次接受测量局任务到欧洲考察，同欧洲的许多科学家建立了联系，并极力主张扩大科学界的国际联系）。Peirce于1867年成为美国文理学院的常驻会员，1877被选为国家科学院的成员，1880年被选为伦敦数学学会成员，1881年被选进入美国科学进步协会。而且值得一提的是，现在Peirce已被认为是采用光波长来测定米制长的先驱。

然而，尽管他原本可以很好地专职于科学职业，并有广阔的前景；并且事实上，他也是由化学进入了各种各样的科学部门，并投入了极大的兴趣和精力，成为美国当时杰出的科学家。但与逻辑学相比，它们只是他生命的第二焦点。

从理想志向来看，Peirce视逻辑学为其天职。早年在父亲指导下学习《纯粹理性批判》时就认为康德的失败主要在于其“平庸的逻辑”，要超越康德体系，必须发展一种崭新的逻辑。他声称在12岁时已经除了逻辑别无其他追求；甚至在生活潦倒、疾病缠身的困境中他依然坚持这一工作。他建有自己的私人逻辑史图书馆，他是近代以来少有的精通古代和中世纪逻辑的一位逻辑学家。他自己说，他是自中世纪以来唯一全身心贡献于逻辑学的人，并声称他是终生的逻辑推理学习者。1906年他在美国《WHO’S WHO》中把自己命名为一名逻辑学家，这在当时是绝无仅有的现象。晚年在Milford的Arisbe，他形容自己为田园逻辑学家、逻辑学隐士。与具有美好前程的科学职业相比，Peirce之所以热中于当时不可能成为谋生手段的逻辑学，更多的是出于对自己既定学术目标的追求：要发展一种有前途的逻辑。他对于逻辑的执著和热情，使得他在逻辑学上的贡献并不亚于科学。

年仅二十几岁时，Peirce就开始在哈佛和Lowell学院作关于逻辑学的演讲；从1879年直到1884年，在保持海岸地质测量局职位的同时，他作为Johns Hopkins大学（美国历史上第一所研究生学院）的兼职逻辑学讲师（这是他一生唯一一次获得的大学职位），并在这期间出版了他第二本书（也是最后一本）《逻辑研究》(1883年，Peirce主编)。这本书在当时的美国乃至整个欧洲都有较大影响。在1901年，他为Baldwin的《哲学心理学辞典》撰写了大部分的逻辑学词条。

虽然Peirce只有短暂的学院生活来传播他的逻辑理论，但在他那个时代，Peirce已经是一位国际性人物。在五次访问欧洲期间，虽然他是作为科学家去考察，但不仅碰到了许多著名科学家，也会见了当时知名的数学家与逻辑学家，包括De Morgan、McColl、Jevons、Clifford、Spencer等，还与Cantor、 Kempe、Jourdain、Victoria夫人等保持着通信关系。1877年英国数学家和哲学家W. K. Clifford评价“Charles Peirce. . .是最伟大的在世逻辑学家，是自Aristotle以来已经为这一学科增加实质内容的第二个人，那另一个是George Boole，《思维规律》的作者。”

而在今天，Peirce学者不断发掘出的Peirce的逻辑尤其是现代逻辑贡献更是值得重视。一般认为，他早期主要是作为一名布尔主义者（Boolean）从事代数逻辑方面的研究，而晚年他的贡献主要集中于图表逻辑方面，主要包括存在图表系统和价分析法。1870年Peirce的“描述一种关系逻辑记法，源于对Boole逻辑演算的扩充”是现代逻辑史上最重要的著作之一，因为它第一次试图把Boole逻辑代数扩充到关系逻辑，并在历史上第一次引入（比Frege的 Begriffschrift 早两年）多元关系逻辑的句法。在1883年之前他已经发展了量化逻辑的完全的句法，与直到1910年才出现的标准的Russell-Whitehed句法仅仅在特殊符号上有点不同。

在对于数理逻辑贡献的广泛性和独创性方面，Peirce 几乎是无与伦比。与逻辑主义学派的Frege相比，Peirce的特殊贡献不在定理证明方面上，而更多的是在新颖的逻辑句法系统和基本逻辑概念的精制化发展上。他创造了十多个包括二维句法系统在内的不同逻辑句法系统。把实质条件句算子（在他那里的形式为“—<”）引入了逻辑学，比Shaffer早40年发展了Shaffer竖并仅仅基于这一算子发展了一完全的逻辑系统。还独立地系统采用了真值表方法和归谬赋值法，过早地意识到Skolem前束范式的技术。在Johns Hopkins 大学教书期间，Peirce开始研究四色图猜想并发展了逻辑和拓扑学特别是拓扑图论之间的广泛联系。

我们看到，Peirce不仅是有着突出贡献的科学家，同时也是著名的逻辑学家。然而在二者关系上，首要的一点是：他承认自己热爱科学，但坦言对于科学的研究只是为了他的逻辑；因为逻辑的研究需要从各种特殊科学（还有数学）的实际推理方法中概括出一般的逻辑推理方法，而决不是仅仅从逻辑书籍或讲课中背诵、记忆和解题；多样化的科学研究正是为了逻辑之全面概括，由它们获得的材料形成了逻辑学的基础和工具。实际上，这种前后的“从属关系”最突出地表现在他晚年常常是以作为科学家的收入来维持从事逻辑学研究的时间。

二、逻辑学作为科学

虽然上文表明逻辑学家Peirce与科学家Peirce之间有近乎目的与手段间的主从关系，但事实上并非如此简单，它们还有更为深刻的一层关系，那就是：逻辑学也是科学。很显然，这是Peirce长期的实验室经历已经使得他以科学的方法处理所有问题（他有时的确称自己为“实验室哲学家”）包括逻辑学了。

我们首先看，科学在Peirce那里意味着什么？Peirce看到大多数人包括科学界之外的人都习惯于把科学视为特殊种类的（主要是指系统化的）知识，而他更愿意像古希腊人那样把科学作为认知的方法，但他强调这种方法一定要是科学探究（inquiry）的方法。知识开始于怀疑，为了寻求确定的信念我们必须要解决（settle）怀疑，一般解决怀疑的方法主要有情感方法（求助于自己的感觉倾向）、信忠团体的方法（选择那些最适合其社会团体的那一信念）和尊重的方法（求助于自己对于某特别个人或机构的尊重之感情）等；但这些方法本质上都是自我中心的非客观的方法，它们往往只通过怀疑者自己的行为、意愿来选择信念，缺乏足够的证据。而真正客观的方法只有科学探究的方法，在这种方法指引之下，探究者从经验出发基于科学共同体(community)的合作去寻求真理（TRUTH）或实在（Reality），这也正是科学活动；最终的真理性认识可能并不是由某一实际的探究者所发现，但只要是遵循这种方法、运用先前的结果，最后都必定会一致达到真理的。这正是Peirce在《通俗科学月刊》上发表的两篇经典性论文《信念的确定》和《如何使我们的观念清楚明白》中所阐述的实用主义（与后来James版本的实用主义有很大不同）方法相一致的，事实上如Peirce所指出的，实用主义不是什么世界观，本质上是一种方法，一种科学探究的方法。而与此同时，我们看到，Peirce把逻辑学视为设计研究方法的艺术，是方法之方法，它告诉我们如何进行才能形成一个实验计划；逻辑就是对于解决怀疑的客观方法的研究，是对于达到真理之方式的研究，其目的就是要帮助我们成为“科学人”。现代科学之优于古代之处也正在于一个好的逻辑，健全的逻辑理论在实践上能缩短我们获知真理的等待时间，使得预定结果加速到来。

但是我们发现，他在思想更为成熟的阶段是把逻辑学的科学属性放置于指号学（Semiotics或更多的是Semieotics）的语境中来考察的，虽然这种处理与以上把逻辑学视为科学方法之研究存在着根本上的一致性。

Peirce不止一次指出，在最广泛的意义上的逻辑学就是指号学或关于指号的理论，仅仅是指号学的另一个名字。它包括三个部门：批判逻辑学（ Critical Logic），或狭义上的逻辑学，是指号指称其对象的一般条件的理论，也即我们一般所谓逻辑学；理论语法（Speculative Grammar），是指号具有有意义特征的一般条件的学说；理论修辞（Speculative Rhetoric），又叫方法论（methodeutic），是指号指称其解释项的一般条件的学说。这种划分可能受中世纪大学三学科：语法、辩证法（或逻辑学）和修辞的课程设置的影响，指号学在某种程度上可视为对于中世纪后期所理解的逻辑的现代化版本。而我们在此需要强调的是，Peirce把指号学视为经验科学、观察科学。推理就是对于指号的操作，观察在其中发挥着重要作用；指号学同其它经验科学的不同在于它们实验操作对象不一样，在于其它科学的目的仅仅是发现“实际上是什么”而逻辑科学要探明“必定是什么”。但既然是经验科学，根据经验学习的科学人进行逻辑推理所得到的结论就是可错的即准必然的（事实上，任何逻辑必然都只是相对于特定推理前提而产生必然的特定结论）。

更进一步，Peirce把狭义上的逻辑学(logic exact)分成假设逻辑（abductive logic）、演绎逻辑和归纳逻辑三部分。显然这比传统逻辑上演绎（必然的）、归纳（可能的）二分的做法多出了内容。Peirce得出这样的结论是对于Aristotle三段论基本格研究的结果，他认为Barbara集中表现了演绎推理的本质，而作为特殊的演绎三段论Baroco（把Barbara中结论的否定作前提、小前提的否定作结论）和Bocardo（把Barbara中的结论的否定作前提、大前提的否定作结论），如果把它们的结论考虑为或然性的，则分别相应于假设推理(abductive reasoning)和归纳推理。但更重要的是，Peirce在此显示出了逻辑学与科学的最合理的紧密联系。在他看来，演绎逻辑也即数学的逻辑，而假设逻辑和归纳逻辑主要就是科学的逻辑。在演绎逻辑已经得到普遍承认的情况下，他终生的愿望就是要把归纳和假设（Abduction）同演绎一起坚固地和永久地确立在逻辑概念之中。在科学探究过程中，假设、演绎和归纳先后组成了三个不同阶段的科学方法，它们的共同作用使得科学探究能自我修正。

Peirce把假设放在首位，作为科学探究程序的第一步，目的在于发现和形成假说。假设是为解释违反规律（或习惯）的意外事实而产生假说的过程，它能产生新信息，Peirce把它视为所有科学研究甚至是所有普通人的活动的中心。但这种假设并没有提供安全可靠的结论，假说必须要经过检验。于是，还需要演绎来解释（explicate）和演示（demonstrate）假说即得出预言；再后由归纳回归到经验，旨在通过观察被演绎出的结果是否成立来证实或否证那些假说，即决定假说的可信赖度。在这连续的三种推理形式中，假设是从意外事实（surprising facts）推到对事实的可能性解释，演绎是从假说前提推到相应结论，归纳则是从实例到一般化概括。经过这样的科学探究，我们在科学共同体中将能不断接近真理。

三、逻辑学中的化学概念移植

为更具体地论述Peirce的科学研究与逻辑学研究之间的紧密联系，我们在此可谈到Peirce对科学中的许多概念向逻辑学研究的成功应用，这突出表现在化学上。因为化学是Peirce的大学专业，也是他进入整个经验科学的入口。

逻辑学作为一门特殊的学科领域，事实上从近代以来，就从数学（包括代数和几何）理论那里找到了非常有力的发展动力和理论技术。我们在此谈到的化学概念应用作为整个自然科学概念推广中的一例其实也是Peirce为发展逻辑学而提出的。

首先，Peirce晚年极为倾心的存在图表逻辑构想正是基于化学图表原理（可能还有拓扑学方法的启发）。存在图表是Peirce在其指号学背景下对Euler图和Venn图的重大发展，具有极强的表现力。其在自然、直观、易操作上要远胜于代数方法（包括标准的Peano-Russell记法），因为我们心灵的思想过程被同构地展现在推理者面前，对于图表的操作代替了在化学（和物理）实验中对于实物的操作。化学家把这样的实验描述为向自然（Nature）的质疑，而现在逻辑学家对于图表的实验就是向所关涉逻辑关系之本性（Nature）的置疑。

第二个例子，现代逻辑（可能从《数学原理》开始）中的一对基本概念:命题和命题函项（或有时称为闭语句和开语句）原本就是来自化学中的“饱和”（Saturation或Gesättigkeit）和“未饱和”概念。Peirce用黑点或短线来代替语句中的“指示代词”（即逻辑中的自变元），得到形如“——大于——”、“A大于——”这样的形式，它们分别被称为关系述位（relative rhema）（区别于像系词一样的关系词项）和非关系述位，也即他那里的谓词（谓词是几元的取决于我们到底如何选择去分析命题）。他指出，述位不是命题，并坦言“述位在某种程度上与带有未饱和键（unsaturated bonds）的化学原子或化学基极为相似。”然而不无意外，我们发现同时期欧洲大陆的Frege也正在独立地从化学概念得到逻辑研究的灵感。他把诸如“……的父亲”的函项记号称为“未饱和的”或“不完全的”表达式，以与专有名词相区别。

另外一个例子是Peirce提出的价分析（Valency Analysis）法。正如名字所显示出的，它同化学中的化合价概念密切相关，Peirce所使用的词语Valency直接源于化学中的术语Valence即化合价。价分析是Peirce在图表化逻辑思想指引下于存在图表（Existential Graphs）之外创设的另一种二维表现法。其中，显然他是把思想中概念的组合与“化学离子”的组合相比拟，如他采用类似“——”这样的结构表示带有“开放端（loose end）”(即黑点后面的横线)的实体，即谓词；这就是化学中离子结构的简单变形。由于它们的开放端导致的“不稳定”（正像离子本身不稳定一样），开放端之间就可能连接起来形成共同“键”（bond）。如 “—— ”同“ ——”可形成“——”样式的新结构。正是利用这样的离子组键技术，Peirce成功证明了其著名的化归论题，即对于三元以上关系都可化归到三元和三元以下的关系，但一元、二元和三元关系却不能化归。这一论题是他哲学思想体系中所坚持的三分法原则的逻辑证明。

综观Peirce的科学家经历和逻辑学家志向，Peirce把逻辑学视为对于各种科学推理方法的概括，同时又把逻辑学理论指导、应用于科学研究过程。二者紧密相连，互为作用。而更为突出的，他的逻辑贡献大都可追溯到其多样化的科学研究，他的逻辑独创往往也是其科学研究经验的启发性建议。笔者以为，研究Peirce的这些方面，我们至少可得出以下启示：逻辑学应从数学和科学推理实践中概括推理的一般本质；逻辑学家应尽可能学习、掌握科学（传统逻辑就因为没有这样做而失败，科学家非逻辑学家或逻辑学家非科学家都不能胜任于对科学推理的分析工作），因为拓宽自己的科学研究领域必将能加强逻辑学家对于逻辑科学的贡献能力；同时科学家要想更为一般地把握住推理方法也应了解逻辑学，但是前者在当前学术界值得特别注意。当前处于被冷落地位的逻辑学要想摆脱这种局面，必须加快发展自己；而经验科学（不再仅仅是数学）必能使得逻辑学发展获得新的生命力，这已经是被现代逻辑的发展史（特别是初创时期）所证实的。

参考文献：

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任何一个学科都有其内在规律，按照其规律及特点去学习、去探讨，这就是基本的思想方法。物理学科的学习方法我想就下列几方面谈谈个人的看法。

1. 物理学科研究什么及它在社会发展、人类进步和生产生活中具有什么样的作用 物理学是自然科学中的一部分，是一门研究物质、能量和它们相互作用的学科，它既包含了对物质世界普遍而基本的规律的探索，又对其他自然科学以及科学技术社会生产力的发展具有强大的推动作用。物理学是一门基础学科与其他自然科学有密切的联系，如天文学、地理学、生物学、化学等。我们学习物理不仅仅是为了认识客观世界，更重要是利用物理知识改造世界，为祖国的社会主义现代化建设服务，为人类文明做出贡献。科学技术的每一次重大突破都跟物理学分不开，如果不是在19世纪中期发现了电磁感应现象，并建立起相应的电磁理论，就不会有发电机、电动机，现在电气化生产就不可能实现，也就不可能有我们现在的网校，如果没有对气体性质的研究和热学理论的建立，那么应用机、汽车、轮船、拖拉机、机车、坦克等的内燃机也就不会存在。如果至今没有人类出行的交通工具，我们就真正处在封闭状态中，探亲访友，出门旅游，将成为空想。没有万有引力定律的科学规律，人造卫星、宇宙飞船、人类登月更不可能变为现实。进入20世纪物理学更广泛应用于工农业生产和科学技术的各个领域，成为科学技术的基础。征得中科院部分专家学者的意见，新华社评出的20世纪对世界产生深远影响的十件大事中有两件是与物理学有关的。首件事就是物理学革命，1905年爱因斯坦提出的狭义相对论基本原理和1916年提出的广义相对论基础与普朗克提出的量子论一起改变了人们对时间、空间、物质和运动的概念。20世纪大多数物质文明都是从相对论和量子论这两个物理基础学科衍生和发展起来的。

另一件是第一台电子计算机的诞生与因特网的应用，从目前看计算机技术发展日新月异，应用越来越广泛，改变了人类的生活和工作方式，促进生产力发展，人类开始迈向信息社会。

基于以上看法，同学们就会明确物理学研究内容，为什么要学习物理学的问题也就解决了。大家兴趣盎然，摩拳擦掌，准备在物理学的知识海洋中傲游。

2. 积极主动参与课堂演示实验和学生实验，可以帮助学习者加深对物理过程的认识和对物理概念、物理规律的理解，是学好物理课的重要手段之一 实验是物理学的基础，实验过程隐含了丰富的科学思想和科学方法，既包括了操作技能和处理实际问题的本领，又包括思辩性的猜想和假设，逻辑的思考和论证，准确的测量和数据分析，严密的推理和清晰的表述。在科学思想的指导下，用科学方法学习物理自然会有较高的收益。

另外，要自己动手做实验，要做参于者而不当旁观者，做实验所用到仪器性能、使用方法与物理知识有关，而实验原理往往就是所学的规律。还有就是在日常生活中多用心观察各种物理现象。

3. 学习物理知识重要的是要掌握扎实的基础知识 要对基本物理概念、物理规律清楚弄清本质，明白相关概念和规律之间的联系，明白物理公式定理、定律在什么条件下应用而不能简单地以做习题，题海战术来代替，对基本概念和基本规律的学习和理解，如果概念不清做题不仅费时间费精力，而且遇到的矛盾或困惑就越多，久而久之产生畏难情绪，做习题的目的是为了巩固基本知识，从而达到灵活运用。不少同学总是觉得自己对概念已懂了，就是不会用，一遇到物理题就不知从何下手。这是不少同学常有的困惑。应该怎么办呢？首先应对概念反复比较，找出与相近的概念和规律的区别。另外要根据题目所给的条件，搞清物理过程、物理情景建立物理模型。然后找出每个物理过程遵守什么样的规律，各物理过程之间有什么联系。根据所学知识列出相应方程。做物理题的过程重要的是分析思考，分析思考的辅导手段是画图。图就是一种很好的物理模型，这样变抽象为具体，变虚幻为真实，解起题来就容易多了。

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【关键词】中美大学物理教材；分析比较；教材改革

中图分类号：G64文献标识码A文章编号1006-0278（2015）09-189-01

教材改革是教育改革的重要内容。随着我国高等教育改革的深入，许多影印或翻译版的国外教材陆续被引入到我国的大学物理教育体系中。学习和借鉴国外教材的优长之处，结合我国物理教育的实际，编写出具有中国特色的高质量的大学物理教材，是当前教材改革迫切需要解决的重要课题，也是大学物理教师和教材编写及出版工作者的重要责任。这里简要分析一下美国的两套大学物理教材，以期对我们国家大学物理教材的改革有所启示和借鉴。

一、两套美国大学物理教材的特色

苏珊・李（Susan M.Lea）和约翰・罗伯特伯克（John Robert Burke）舍著的《物理：事物的本质》作者苏珊・李和约翰・罗伯特伯克是旧金山州立大学教授，苏珊曾是剑桥大学理论物理专业硕士、加利福尼亚伯克利大学天文学博士。《物理：事物的本质》一书是他们多年来从事物理教学研究和改革的结晶。此书的特点是：

1.重要概念及理论由一系列精心编排的例子引入和展开正如作者在书中所说的，大学物理学习的目的是：“使学生学会像物理学家那样思维和解决问题，成为创造性问题的解决者，而不是公式的获猎者和使用者”。为了达到这样的目的，使学生提高运用学到的理论知识创造性地分析、解决实际问题的本领。

2.丰富多彩的图片展示了物理学与实际生活广泛的联系为了激发学生学习物理的兴趣，书中每一章的第一页都有一幅引人入胜的彩色图片，该图片引出一个与本章内容联系密切的实际问题，本章的知识由此而展开。例如，波动一章前的图片是一幅大型交响乐队演出的照片，提示出交响乐队每个乐手的演奏以及音乐的传播都与这一章的物理原理有密切关系，学完这一章的整个内容后，乐器的演奏及音乐的传播原理就很清楚了。其他一系列图片分别分布于实例、讨论、习题中，不仅给学生以生动活泼的感官刺激，还展示出物理原理的普遍应用性。

3.安排不同的模块从而实现不同的教学功能该教材每章都有“主要概念及目的箱”、“数学工具箱”、“论文箱”以及“章后总结”等模块。这些模块的设立，既归纳总结了每一章所要讲述的知识内容，又可以使教师进行教学和学生进行学习时方便地使用。章后小结除包括对本章主要概念、理论的复习外，还列出了若干个与现实生活密切相关的具体例子。

二、美国教材形象生动，我国教材朴实严谨

美国教材中物理内容由大量与实际生活密切相关的图片和图表引导、展示出来。从基本粒子到宇宙星际，从El常生活到高科技应用，从自然现象到实验技术，图片内容极为广泛，教材显得更加生动活泼，让学生饶有兴趣、爱不释手，从而有效地激发了学生们的学习热情。而我们国家的教材从总体上看，文字比较严谨，风格比较朴素，缺乏生动形象且与实际联系密切、内容丰富多彩的插图。美国教材强调实际应用，我国教材注重逻辑推理。美国教材无论是知识内容还是课后习题，从总体来看与实际生活联系比较紧密，处处体现出物理既来源于实际又应用于实际的特色，而数学推导则比较简单，注重强调物理概念和实际意义。我们国家的教材大多理论推导占的篇幅比较大，而且理论系统、推理严密、逻辑性强，内容具有一定的深度。相比较而言，教材内容的应用性偏少，例题和习题大多是理想化之后的抽象模型，显得与实际脱节。美国教材形式多样，我国教材体系单一美国教材在教材编排形式上有讨论，有交谈，更有用实验串联起来的活动课教学，突出了以学生为本、为学生服务的教材编写理念。我们国家的教材体系和形式过于单一，行文多是阐述式，且大多从专家的角度以撰写学术专著的高度和深度来编写，缺乏亲和力，容易使学生产生畏难和厌烦情绪，难以与学生达到共鸣。

三、我国大学物理教材改革应把握的几个重点

1.加强基础，融合现代。发扬我们国家高等教育物理教材严格、严密、严谨的作风，对重要的基本概念、基本理论给以细致的剖析和说明，给出清晰、透彻的论述和简洁的推理。同时在经典内容中尽可能地融人现代知识内容和方法，将经典和现代有机地结合在一起，注意经典和现代内容的教学相关性，找到新内容在基础层次上的“根”。这样，才能在讲授有关基础内容的时候，把新内容辐射出去。

2.联系实际，贴近生活。吸取美国教材中注重理论联系实际的优点，增加实际应用的例题和习题以及内容丰富的图片、图表，使学生进一步明确物理不是深不可测或高高在上的理论空谈，它是可触可摸的，我们的生活和现代科技都离不开物理。

3.增加模块，强化功能。增加不同功能的模块，如数学工具、计算机程序、讨论、小结等，可以考虑将实验也结合到理论内容中，增加演示实验、验证实验、探究实验等模块。

4.增加课后习题的比重。适当增大课后习题量。习题类型要增多。安排层次，循序渐进，特别是要增加计算机习题，培养学生用计算机这个功能强大的工具解决问题的能力。

四、我国大学物理教材改革应坚持的基本方向

我们教学的对象是大学生，他们有学习的自主性和探索性特点，这就要求教材改革要从人本主义的学习心理出发，从大学生学习特点出发，通过教材来培养学生自主学习意识。与教学模式的改革相联系，体现教法和学法教学模式包含了教材的传授方式与掌握教材的学习策略，教材对教学模式的作用体现在教材内容对教学的组织形式和教学方法的影响上。在教材设计过程中。要呈现教材的教学模式系统，便于师生在具体条件下选择使用。

参考文献：