科学思想史教学手段与方法改革研究，本文主要内容关键词为：教学手段论文,思想史论文,科学论文,方法论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
科学思想史与其他课程一样，面临着教学改革问题。科学思想史教学手段与方法的改革，要围绕着以下三个方面的目的与要求展开；而实际上要达到这三个方面的目的与要求，其本身也要求改革教学的手段与方法。
1.把史教活
据对学生近年来的调查了解，学生普遍反映他们在大学里学了许多课程，但对各科产生、发展的历史状况和思想渊源，各科之间的联系，各种科学概念产生的思想依据和思想方法，都知道不多，了解甚微。因此，学习和掌握科学思想史十分必要。科学思想史作为历史学的一种课程，其教学功能的发挥及诱人喜爱的魅力之所在，就是不把史讲“死”，而把史教“活”。教学改革，必须在这上面下硬功夫。从历史的与逻辑的统一的观点出发，各门科学，各种科学概念、科学成果，都有它产生和发展的来龙去脉，都有它产生、发展的思想依据和思想方法，人们通过细致认真的研究，合乎逻辑地把它们之间的内在联系依历史的真实面目勾画出来，成为一代留传一代、一代深入一代的宝贵知识。历史材料不是死的，而是生动活泼的信息载体。科学思想史课把史教活，触类旁通，可以带动学生把相关的学科知识学活。这里，以变分法的产生为例对此进行剖析。
17世纪末，瑞士数学家约翰·伯努利提出这样一个问题：“设在垂直平面内有任意两点，一个质点受地心引力的作用，自较高点下滑至较低点，不计摩擦，问沿什么曲线，时间最短？”这就是著名的“最速降线问题”。它的难处在于要求一个未知函数来满足所给的条件。这个难度很大的问题吸引了许多著名的科学家对之进行探讨，结果牛顿、莱布尼茨、雅各·伯努利、洛必塔等人都得出漂亮的解答，欧拉和拉格朗日还从解决这类问题中寻得了普遍解法，这一过程和解决等周问题（在一切具有定长的平面闭曲线中，求一曲线使所围的面积为最大），以及光的传播等问题，导致了崭新的数学学科——变分法的产生。科学思想史教学沿着这条线路展开讲解，把微积分学中求极值的方法的发展讲深讲透讲活，很自然地就可以过渡到对定义在某一函数集上的某种积分的极值问题的研究，而这就正确地奠定了力学和物理学中变分原理的数学基础，准确地把握住变分法的基本思想。把史教活的客观原因就在于史本身就是“活”的，而不是“死”的。社会在发展，历史在前进，在人类科学发展的历史中，总有许多东西被淘汰掉，有许多东西被汲取，这种吐故纳新本身就是一种活力。把史教活的主观要求实际上是本着“历史的与逻辑的统一”精神去实践教学的。然而，研究历史应当提倡反思。在考察科学发展历史的过程中有必要想一想，科学在它发展的历史中，究竟淘汰了哪些东西？汲取了哪些东西？哪些是被永远淘汰的？哪些是被暂时淘汰的？被淘汰掉的东西是不是一直没有价值了？被汲取的东西是不是一直包含着进步的因素？……把逻辑上产生出的这么一些显然需要后人进一步探索的问题或者思想，跟历史本身的实际情况相结合，就是激发史变“活”的内在机制。因而，把史教活的关键是教育者要有创造性思维。
2.把史学精
众所周知，史书文献，卷帙浩繁，汗牛充栋，内容丰富，绚丽多采。学习科学思想史的一个基本要求就是把史学精。要通过对大量史料的介绍，透彻了解那些对问题研究有价值的内容精髓，将之进行疏理，提炼升华，把握其要领实质。
比如，19世纪上半叶开始，世界上有许多化学家对元素周期律进行研究，1829年，德国化学家德贝莱纳提出了“三元素组”的分类法，到了50年代之后，美国化学家库克、法国化学家杜马和德国化学家冷生都进一步发展了这种方法。1862年，法国人尚古多则提出了关于元素的性质就是数的变化的论点，并画了一个“螺旋图”，把62个元素按原子量的大小顺序标记在绕着圆柱体上升的螺旋线上。1864年，英国上奥德林又进一步修改了他自己在1857年发表过的以当量为基础的《元素表》。同年，德国化学家迈尔也列出了“六元素表”。1865年，英国化学家纽兰兹还提出“八音律”。可以看出，自原子学说创立以来，人们就开始从事将各种庞杂的元素进行总结和归纳的工作，并且发觉到元素的性质具有周期性重复出现的规律。俄国著名化学家门捷列夫认真考察和总结了前人的研究工作，并紧紧抓住原子量这个元素的基本特性，进一步探讨原子量与元素的性质之间的相互关系。1869年2月， 门捷列夫发表了一份关于元素周期律的图表，同年3月， 还委托朋友门舒特金宣读了题为《元素属性和原子量的关系》的论文，正式阐述了元素周期律。这样，“按照原子量的大小排列起来的元素，在性质上呈现明显的周期性”的化学元素周期律被正确揭示了。这个规律是自然科学的一个基本定律。门捷列夫发现了元素周期律，并据此预言了一些尚未发现的元素及其性质，这些都为以后的发现所证实。学习元素周期律发现的历史，就必须集中精力对门捷列夫和迈尔的工作进行详尽的考察，而把德贝莱纳、库克、杜马、冷生、尚古多、奥德林、纽兰兹等人的工作作为背景材料加以了解，这样，才能抓住原子量这个关键，通过对各种元素之间的内在联系达到本质性的认识，真正把握元素周期律。同样地，拓朴学的发展亦十分富有哲理。拓扑学可以说基本上是20世纪的产物，它是本世纪最丰富多采的一个数学分支，一个时期甚至发展成为主流，人们称“不懂拓扑学就不能懂得现代数学”。自从康托开创点集论之后，数学家们就认为许多点集彼此之间是有某种关连的，这种关连被引到函数之间，就有了弗雷歇的所谓函数空间。为了建立抽象空间的完整理论，豪斯道夫巧妙地使用了点集的领域的概念，连续、同胚、连通、维数等一系列概念也由此而生，从而基本上构成了点集拓扑的框架。另外，著名数学家彭加勒则提出许多关于组合拓朴的概念以及重要的数学猜想，这些猜想成为许多数家主攻的方向。直觉主义学派的著名人物布劳威尔巧妙地证明了从n维单形到它自身的连续变换至少有一个不动点， 从而为组合不变量和不动点理论开辟了新途径，而且，其结果还可以广泛地运用到微分方程、非线性分析中去。这些都体现了许多数学家的辛苦、繁杂的劳动。但繁杂并非无章。只要将这些纷然杂陈的史实进行科学的梳理，就会发现其中有两个非常清晰的线条：一条是人们将几何图形看成是点的集合，再把集合看作一个用某规律连结其中元素的空间；另一条是把几何图形看作是由一些基本构件所组成，用代数工具组合这些构件（实际上这也是所谓的“几何代数化”方法），并研究图形在微分同胚变换下的不变性质。前者提炼出点集拓扑的思想精髓，后者提炼出组合拓扑的思想精髓。拓扑学正是由于有点集拓扑和组合拓扑（包括代数拓扑和微分拓扑）这两种思想体系的汇集，才使其内容丰富多采，生命力永盛不衰。因此，把史学精，既懂得了科学知识的内容，又学到了科学思想和科学方法，可谓举一反三。
“读史使人明智”，成功的科学思想史教学，应当体现出这一点。明智也叫明哲，指洞察事理。《尚书·说命》曰：“知之曰明哲，明哲实作则。”《左传》孔颖达疏曰：“知事则为明智，明智则能制作法则。”也就是说，学史首先要“知之”、“知事”，只有透彻了解其内容精髓，把握其要领实质，弄清事实和道理，才能明智。而明智了就能“制作法则”，即做到创造性思维。成功的科学思想史的教学改革，不但要提倡教育者注重创造性思维，而且也要提倡受教育者注重创造性思维。这样，读史才会使人明智。
3.把史用灵
读史贵在应用。一部科学思想史，记载着世世代代、古今中外珍贵的科学思想，是人类文明的宝藏。人们在实践中运用历史上精辟的科学思想去分析问题、判断问题、处理问题和解决问题，则将受益匪浅；或者从中得到启发，创造出新的科学思想和科学方法，有所发明，有所发现，则更是有益于人类。历史上就有许多优秀的科学家，运用先人精辟的科学思想，做出了杰出贡献。DNA双螺旋结构的分子模型的发现， 就是很好的例证。
1953年，美国生物学家沃森和英国物理学家克里克发表了《核酸的分子结构》，标志着分子生物学的正式诞生。沃森、克里克在科学上的杰出贡献，是受到薛定谔《生命是什么？》这本书的影响的。薛定谔不但在物理学、化学领域贡献卓越，而且在生物学上造诣不浅。1944年，薛定谔在英国出版《生命是什么？》一书，其副标题是“活细胞的物理观”。在这本书中，薛定谔用量子力学的观点论证基因的稳定性和突变发生的可能性，并且提出一个很有科学价值的预测，即认为必定有一种由同分异构的连续体构成非周期性晶体，其中含有巨大数量的排列组合，构成遗传密码的稿本。该书还流露出生命物质的运动必然服从于已知的物理学定律的思想，指出用物理学的方法去探讨生命物质的运动的途径，这给人们以极大的启发。沃森和克里克读了薛定谔的《生命是什么？》这本书后，决心把物理学的知识用于生命科学的研究。他们俩人在剑桥大学相遇，情投意合，从1951年11月至1953年4月， 共同合作研究DNA的分子结构。他们一致认为，打开遗传之谜的关键是解决DNA的分子结构问题，并且终于建立了DNA双螺旋结构的分子模型。这一发现， 成了分子生物学诞生的标志。又如，树立现代数理逻辑学的新的里程碑的美国著名科学家哥德尔，他获得谓词演算的完全性的证明，就是认真读了《理论逻辑纲要》，从中受到启发，从而出色地完成了这项了不起的工作。希尔伯特和阿克曼合著的《理论逻辑纲要》一书于1928年出版。在此书中，数理逻辑知识被阐述得十分系统、清晰，理论概括性强，论述的风格也特别简明畅快。它不仅叙述了狭义谓词演算的完全性，对此加以定义，而且把它作为未解决的问题提出来。哥德尔抓住这个问题，进行了他科研生涯中第一次漂亮的冲刺。
为了把史用灵，首先当然是要了解历史、熟悉历史，然后在精通于史的基础上，注意把握事物之间的普遍联系。历史都是相互联系的。我们提倡用动态的观点学习科学思想史、应用科学思想史。上述杰出科学家把史用灵的事实说明：进行科学移植，互补原理的拓广应用，将对象放在特定系统中作多相多维的考察，合理修改模型，等等，都可作为有效的借鉴。
科学思想史教学改革应当围绕上述三个方面的目的和要求进行，而在实施的过程中，还应讲究手段和方法。手段和方法是多种多样的，这里着重强调以下二点。
1.史论结合
论，即议论，评论，辩论。如《吕氏春秋·应言》曰：“入与不入之时，不可不熟论也。”《注》曰：“论，辩也。”刘勰《文心雕龙·论说》曰：“论也者，弥纶群言，而研一理者也。”这里，把论作为文体的一种，如当今所说的论文，有专门研究一种道理（理论）的意思。学习和研究科学思想史，有史而不论，史就不能变“活”，无法升华、提高；论而脱离史，其论就会成为空洞的议论，无任何实际价值和科学理论价值。史论结合给科学思想史教育者以展示才能的广阔的用武之地，史论结合得好，课堂教学必然生气勃勃，教师论述问题有史料作依据，左右逢源，学生听得津津有味，掌握知识、探索问题的兴趣也油然激发。教学也正是在这种有授、有听、有想的氛围熏陶之下，使学生分析问题、解决问题的能力得到提高。
以炼丹术为例。炼丹术是古人想从普通药物中炼制出长生不老药的方术。中国的炼丹术，渊源于战国至秦汉之际，在公元前3～4世纪，就有关于方士和求“不死之药”的记载。秦始皇统一中国之后，“悉召文学方术士甚众，欲以兴太平。方士欲炼以求其药”〔1〕。 特别是汉武帝之后，炼丹方士更加受到重视。司马迁在他的《史记·封禅书》中，载有汉武帝极端宠信方士的事实。当时的炼丹家李少君向汉武帝刘彻说：“祠灶则致物（招致鬼物），致物而丹砂可化黄金，黄金成，以为饮食器则益寿，益寿而海中蓬莱仙者可见，见之以封禅（祭天地）则不死，黄帝是也。”妄想“长生久视”的汉武帝听了之后，就“新祠灶，遣方士入海求蓬莱安期生之属，而事化丹砂、诸药齐（剂）为黄金矣”〔2〕。从此之后，炼丹的风气就在中国封建统治阶级中开始盛行。 东汉之后，炼丹术又与道教相结合，历代都出现许多炼制“长生不老”药的方士，并且也有专门阐述炼丹的著作。炼丹术在中国封建社会官府和民间中都产生了影响，时间长达1000多年，一直到16世纪，才最后走向灭亡。在讲授炼丹史的同时，恰当地进行史论结合，可以收到事半功倍的教学效果。可以这样讲述：炼丹术不管是其所追求的目的或所依据的理论，都是荒诞的。虽经1000多年的辛苦努力，谁也没炼出“长生不老”药，谁也没能成功地“点石成金”。应当说，炼丹家的炼丹实践精神是可敬的，他们大多苦居深山老林，终年累月被毒气所熏，最后都以失败告终。1000多年的炼丹活动虽然没有炼出什么“仙丹”或制出“长生不老药”，但他们的汗水并没有白流。从化学的角度来看，炼丹家通过炼丹实践，确实炼得了真功夫：他们积累了丰富的化学知识；搞了许多化学实验；完成了不少化学转化；甚至也得到了一些化学发现。他们的工作，体现了化学处在原始状态时期的水平，为化学初期发展阶段作出了不可磨灭的贡献。这样，就可以勾起学生许许多多的联想。比如，炼丹术是不是错误的，为什么？为什么科学史上一些错误的实践（或理论）也会在某种程度上推动科学向前发展？应当如何看待科学史上一些错误的实践（或理论）？等等。这样，我们所提倡的启发式的教学方法，也就体现在其中了。至此，还可以继续引导，并作进一步的论述：中国古代的炼丹术，既然是荒诞的，那么它为什么会延续1000多年之久呢？历代的炼丹术士都没有炼制出长生不老药，那么他们为什么不趁早收摊，却还是一意孤行地搞下去？难道历代那么多的炼丹家，他们都认为自己的目标会达到才这么干吗？是不是也有那么一些炼丹家，他们明知目标是不可能达到，但仍坚持这么干呢？他们的思想不是很笨拙吗？对这些问题的讨论，不能简单化。中国炼丹家那么热衷地从事炼丹活动，原因是多种的（例如封建统治者的需要，一些道士向最高统治者邀宠、固宠的政治需要）。这里，应当特别指出，炼丹家所进行的炼丹活动的思想追求有两个方面：想制得长生不老药；试图认识物质和改变物质。应当说，炼丹的最早思想是发端于前者。在科学知识和认识能力不是很发达的古代，人们想长生不老是很自然的，得长生不老药的念头是有很大诱惑力的。在这种朴素的想法和巨大诱惑力的驱使下，炼丹家的思想可贵之处就在于将它化为对知识的追求，并且把这种追求引向科学的探索。妄想制得长生不老药，一定要通过认识物质和改变物质的手段去达到。炼丹活动一旦带有科学探索的成分，那么试图认识物质和改变物质的思想追求就在炼丹家的头脑中占有一定的地位，并且他们每天所做的正是这方面的工作。1000多年的炼丹实践所得到的成果，在认识物质、改变物质方面所取得的成就，积累和掌握到的许多化学知识和化学操作技术，使得他们在精神上的追求得到了某种程度的满足。在科学探索的道路上，他们毕竟在化学领域中揭开了一些奥秘，哪怕炼制长生不老药的最终目标不能实现，炼丹活动还是会继续下去的。那么，炼丹活动最后为什么又会消失了呢？这是由于经过1000多年的时间，许多封建统治者服丹药以求长生不老的梦想都破灭了，其中一些人还因服丹药枉送了性命，所以，这项活动在社会上再也得不到应有的支撑力，只能走向灭亡。封建社会给予炼丹活动的支撑力，是看在长生不老药上，而不是看在化学成果上。剖析若能入木三分，体会自然深刻。
学习和掌握科学思想史必须史论结合。有史无论，史就显得没有朝气，无法升华；但论不以史为根据，那样的论也是空中楼阁，没有实际价值。史论结合得好，是要下一番功夫的。既然史是论的基础，那么，科学思想史教学对史的要求尽量要以第一手史料为主。第一手史料是最原始的材料，一般较能反映实际情况；如果史料有错误，因为它是第一手的，也比较容易检查和订正。刘勰在《文心雕龙·史传篇》中这样写道：“传闻而欲伟其事，录远而欲详其迹，于是弃同即异，穿凿傍说，旧史所无，我书则博。此讹滥之本源；而述远之巨蠹也。”他早已看出第一手材料的重要和二道手材料的弊病。但是，在没有第一手材料的情况下，也只得搜集二道手材料，不过要更为慎重。要使完备的材料能说明问题的本质，还得讲究史料搜集工作的博以求精。刘知几在《史通·叙事》中说：“饵巨鱼者，垂其千钓，而得之在于一筌；捕高鸟者，张其万罡，而获之由于一目。夫叙事者，或虚益散辞，广加闲说，必取其所需，不过一言一句耳。”科学思想史要取史料之精华，才能说明问题。既要取其精华，首先要保证史料丰富，要博。若无十分丰富的史料，自然也就无从摘取精华了。当然，也不是无限度地博，博要以能够解决问题的主要资料完备为标准。科学思想史料讲求的是它的真实性，而不是它的奇特性；它要求的是史料的科学价值，而不是追求孤本秘籍。这样的史对论是十分必要的，它为进一步的论提供了可靠的基础。论既然是史的升华，因而对论的要求第一要能“画龙点睛”，第二要探讨史的现代价值。从科学思想史料到科学思想史理论，本身就是个画龙点睛的过程。科学思想史教学要正确、准确地刻划科学产生和发展的思想依据和思想方法，要刻划科学成果所蕴涵的思想精髓，没有对史进行深刻的论是得不到的；而要挖掘出古代、近代科学思想所蕴涵的现代价值，则更需作深入的研究。拿中国传统科学思想来讲，它就具有重要的现代价值：中国传统科学中所蕴涵的深邃的思想精髓，为现代科学研究提供了一些重要的思路；中国传统科学中所展示的高明的思想方法和技巧，在现代科学研究中具有方法论意义；中国传统科学思想中辩证的思维方式，对现代科学认识具有积极的作用。探讨和阐述这些问题，都要在史论结合中得到实现。
2.点面结合
任何一门课程的成功教学，都有重点需要突出；而任何科学成果、科学思想的产生和发展，都有它的时代背景、社会背景。科学思想史的教与学，同样要讲究点面结合。研究任何科学思想的产生和发展，都要注意它的历史状况和周围环境，也就是人们经常讲的注意“初条件”和“边界条件”。点面结合得好，既能对科学思想理解得深刻，又可以了解到与此科学思想有关的其他方面的知识，这是科学思想史教学要下的另一个方面的硬功夫。
众所周知，常量数学与变量数学、初等数学与高等数学是以微积分的产生为分水岭的。那么，微积分是怎样产生的呢？微积分的创立是数学家们辛勤劳动的成果结晶，也是时代的产物。随着欧洲资本主义生产方式的产生和发展，由于地理的大发现，以及由于天文学、力学发展的需要，研究运动成为了16、17世纪自然科学的中心问题。比如：求运动的物体在某一时刻的瞬时速度；求曲线在一点的切线（这也和运动有关，因为作曲线运动的物体的运动方向，正是曲线切线的方向）；求曲线的弧长、曲线所围成的图形的面积和体积；求一函数的极大值和极小值等等。在微积分出现之前，人们对以上的问题曾作了一些尝试性的工作，并得出了极限、导数、积分等概念。到了17世纪，这些与现实实际联系得十分密切的课题，吸引了更多人对它进行研究。比如，著名的数学家费尔玛为求极大极小问题，在1629年就采用了几何的方法求得了切线。还有笛卡尔、开普勒、卡互里埃利、巴罗等人，也都在这些问题的研究上取得了不少成果。但是，科学史上公认微积分这门学科的创立人是牛顿和莱布尼茨。他们在前人经验的基础上，用微分法和积分法统一处理了上述四类问题，建立起统一的导数、积分的概念和运算法则，并且阐明了求导数和求积分是互逆的两种运算。这样，微积分就成为一个系统的科学理论体系而产生出来。牛顿是以解决力学的运动问题入手而得到微积分的，莱布尼茨则是从几何学的求积问题和求切线问题出发而得到微积分的。牛顿首先是从微分出发，再从变化率去解决面积、体积问题；莱布尼茨则是首先从积分出发，从无穷小量求和开始再求其微分。牛顿和莱布尼茨独立地得到了微积分，并且彼此各具特色：牛顿的微积分侧重于实用，而莱布尼茨的微积分侧重于建立一般的法则、方便的记号和公式系统。他们的贡献都是划时代的。这样，教学时点面结合，既突出了牛顿、莱布尼茨的杰出贡献，又阐述了微积分产生的时代背景、社会背景，使人们对微积分产生的历史有个正确的认识，并且从中得到方法论的启示。
科学思想史教学点面结合，是要讲究技巧的。这里所说的“面”，意味着要有一定程度的“全面”，但又不是“面面俱到”。科学思想史教学在面上的要求特别强调系统地介绍科学思想产生和发展的时代背景、社会背景以及它与社会、经济等诸因素相互作用的情况，以达到人们对“面”的了解；这里所说的“点”，实际上就是相对说来是重点。科学思想史教育在点上的要求特别强调微观解剖和机理分析，要选择最能代表时代特征或有思维特点、或对整体科学结构影响较大的科学思想进行个例研究，从微观解剖看出某种科学思想的科学性、先进性和进步性，从机理分析导出某种科学思想所蕴藏的张力、活力和潜力。显然，要真正能够做好这些，需要教育者和受教育者本身素质的提高。这样来谈点面结合，也许可以叫做“内史”与“外史”的结合。当然，还存在整体科学思想史的“面”与某个（种）科学思想的“点”的有机结合，这是整体框架与其基本构件之间的有机结合，是在课程安排上就应当考虑到的。
注释：
〔1〕《史记·秦始皇本纪》。
〔2〕《史记·封禅书》。