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科学教会我们什么 精选

已有 6195 次阅读 2014-4-9 15:40 |系统分类:教学心得

    “科学史”课程是西北大学富有特色的文化素质教育课程之一

   “科学史”课程是一门在西方很受欢迎的课程,它使很多科学的门外汉通过这样一种通俗易懂的方式,了解了科学的宏大背景,掌握了科学的真谛,从而也使得跨学科研究具备了可行性。可惜的是,我们国内开设“科学史”课程高校还较少,甚至有些人还不理解其重要性。

有鉴于此,1999年2月至2000年1月,课程负责人曲安京教授访问哈佛大学科学史系,与国外同行交流数学史、天文学史课程教学的经验,回国后就开始策划将原“数学史”扩充为“科学史”课。新的“科学史”课程的设计思想,除了讲述传统的科学史基本知识之外,更加关注对科学的人文精神的传播。

课程所提出的科学史研究层次方法论What-How-Why,以科学史上的一些重大事件为案例,深入地探讨科学家发现问题、提出问题和解决问题的过程,激发了学生的学习兴趣,对于培养学生的科学价值观起到重要作用,在研究生和本科生教学中成效显著。这一方法从课程开始部分的“近代科学的创立”就一直有所体现,并贯穿于整个科学史教学的始终。曲安京教授在课堂上的如珠妙语直击问题真谛,所展示精美课件让人细细体味,其通俗而经典的文字又发人深思。

 以下是西北大学学生对曲安京教授关于“科学史”课程的采访,“做学问研究是一件幸福的事情……”当这样的话语在耳边回响,一个学者形象逐渐高大起来,一个问题的答案也逐渐变得明晰:什么是大家风范。

 

 

学生: 曲教授您好,请问是何原因促使您开设科学史课程?

 

  作为一个研究科学史的教师,有一个现象长期以来困惑着我。如果你熟悉科学史的话,你可以发现,历史上许多伟大的科学家在他们24、5岁的时候,就做出了一生中最重要的成就,这个年龄,大约相当于我们的硕士研究生阶段。那么,究竟是什么样的环境与因素,造就了西方的科学家在大学毕业不久就可以作出那些重大创造?

另外,新中国建立以来,特别是近25年来,我们国家对科学研究的投入与重视不可谓不大,但是,我们的科学成就整体上始终与世界有相当大的差距。这些现象促使我在国外的游学过程中不断观察、思索,后来便慢慢地体悟到了一些东西,那就是,到底在西方人的心目中,科学是什么?我想把自己的体验与同学们分享与交流,因此,便萌生了开设这样一门公选课的念头。

 

学生:所以回国后您有了自己的想法与实践。

 

  对。科学史是一门在西方很受欢迎的课程,它使很多科学的门外汉通过这样一种通俗易懂的方式,了解了科学的宏大背景,掌握了科学的真谛,从而也使得跨学科研究具备了可行性。

  在哈佛访学时,我参加了一次会议,对一位演讲者的经历印象极深,他大学学的数学,博士学位拿的物理学,毕业后到化学系任教,后来得了诺贝尔生理与医学奖。波士顿有一所叫Brandeis的大学,出了一位诺贝尔物理奖获得者,他在大学学的却是历史。这两天在看一本叫《人之书》的书,作者之一是当代最伟大的一位遗传学家,前任的国际人类基因组组织的主席,他在剑桥大学的时候,学的是数学。

而中国的教育体制导致专业过早分化,使很大一部分优秀分子远离科学,更不要说理解它的思想内涵了。西方的高等院校里能够出现一批献身科学事业的年轻人,是因为他们从小就培养起了自己对科学的爱好,懂得什么是真正的科学,懂得用怎样的态度和方法去研究科学,在西方科学精神作为一种传统的积淀,可以说已经融入那些热爱科学的年轻人的血液,而我们的学生却还在为这些科学研究的基本问题苦思冥想徘徊不前。

 

学生:您能具体介绍一下科学史这门课吗?

从大的历史观来看,古代、近代、现代的主流科学分别是数学科学、物理科学、生命科学。因此,这门课程主要介绍数学、物理、生物等学科的发展,提到一些科学家,讲他们发现新理论的背景、条件和这些理论的应用与意义,还包括我所知道的一些科学家的趣闻逸事。

它和中学课程的区别是:中学学到的是知识,比如你知道了牛顿的万有引力定律,但你知道这个定律诞生的背景吗?它为什么正好是牛顿提出的?牛顿说“我是站在巨人的肩膀上”,你难道仅仅认为这是一代大物理学家的谦虚之辞?你了解这个定律的提出对后来的科学产生了怎样的影响吗?

科学史则更注重背景与思想,在那里,你会找到上述问题的答案。你会发现:牛顿的名言事实上道破了科学研究的实情:一代又一代的科学家循着前人的脚步,走过歧路,有过迷茫,犯过错误,甚至被指责为异类,还有一些未被载入史册的失败者用自己的行动告诉后来人“此路不通,另择他途”,过了很久才会有一些思想在一些人的脑海中闪现并逐渐明晰。从那以后,神秘的自然界就多了一种漂亮的表述方式,那就是F=MA以及其他诸如此类的数学化表达,简单又漂亮,还能允许人们检验与扩充。在过去三百年里,物理学证明了数学的重要,它无可争议的成功完全归功于应用了一种特殊方法。“科学方法”,这种方法和数学有必然的联系。所以,如果一门学科要模仿物理学取得成功,那么首先就要理解和表述这种方法,然后应用。因此有人说“数学是上帝的语言”,上帝是用数学来管理这个世界的。

另外,通过学习科学史,你还会发现,即使没有哥伦布,美洲也不会荒芜至今;即使没有牛顿,近代科学革命一样会有人完成;即使没有爱因斯坦,相对论理论的提出也晚不了多少年。困扰了数学家350多年的费马大定理最终为Andrew Wiles解决,并不说明他一定比Euler、Gauss们更聪明,而是历史发展到了这一步,一定有人站出来解决它。不是Wiles,就是别人。

通过这样的一门课程,我希望大家能理解科学究竟是怎么一回事。

 

学生:您用“漂亮”来形容科学?

 

  对,科学是相当漂亮的。你动脑子去想,真的很神奇,为什么世界正好就是这个样子,能让一切都并行不悖。我想所有的科学家面对科学都会有一种神圣的感觉,会忍不住想研究它。

 

学生:您如何定义科学呢?

 

  至于什么是科学,每个人都有自己的说法,你或许也有自己的理解,不过有两点很重要,说起来也简单:一、科学的目的:探索自然与生命的奥秘;二、自然科学的特点:基本理论数学化。

 

学生:可是人文社会学科也能数学化吗?

 

  爱因斯坦说“哲学可以被认为是全部自然科学之母”,可见二者的关系。现代社会中,社会学科数学化的例子已不鲜见,如经济学、政治学、管理学,甚至计量历史学等。

 

  人文学科的数学化是一个复杂的过程,表面上看,人文学科以价值评判为标准难以量化,但它终归逃不脱人类最初的思考方法,比如逻辑思维,例如语言学就和数理逻辑有着天然的联系。

事实上,为了构成一个理论,一组命题也并非一定要与数学表达联系起来。只要这样说,科学具有一种尽可能采用数学表达的倾向,原因是这样的:第一、数学提供了极其多样的抽象结构,能够帮助实现理论的系统化。第二、数学的性质为人们所熟悉,适合于精确地检验自己所进行的操作;第三、数学也同样提供了广泛的陈述余地,使人们能够构造和自己想要定义的因素相类似的形式模型。

无论如何,建立或者应用一个理论,总是要进行逻辑操作,而这些逻辑操作本身的特点就可以像严格的数学构造一样用算法规则来表示。

 

学生:人们理解了科学的内涵,又能怎么样呢?

 

 

  从事一个学科研究, 并把它当作学问来做,要注意两点:一是了解该学科的基本问题,它研究什么?它存在的价值是什么?研究它需要什么样的思维、什么样的态度和什么样的方法?这些问题与思考能帮助我们介入一些更为宏大的问题,并且保证不迷失方向。二是如何促成学科的系统化与成熟化,这就要掌握一些具体的方法。

研究科学,能够帮助理、工、农、医类的人克服工匠倾向,使拥有文、史、哲、经、管、法等教育背景的人掌握从事学问研究的“科学方法”。假如没有这种理性光辉的照耀,一切学问研究都会枯燥乏味,甚至毫无意义,可能还会适得其反。

而这种理性的思考,实际上也只能在学习科学和理解科学的过程中培养,所以说,学点科学,了解科学的背景,对社会中的每一个人,都是很重要的。

 

学生:“工匠倾向”这个词,让人想起科技与科学两个常混用的概念,您是怎么看的?

 

  我们有时为了证明科学的重要,不得不举一些例子,说科学的发展使我们创造出了一个什么样的产品或技术,它在哪方面如何改善着人们的生活,而这样的例子其实只说明了科学的应用重要,也就是技术的重要,和科学的重要事实上还不一样。

我们能看出二者的不同,技术的出发点是人类如何更有效和更便利地生活。科学则研究“是什么”,它并不关心实际的用途,只以客观和精确的方式关注着世界的真实性。

 

学生:有人说当科学变成仅仅是“做”的时候,就会走想枯竭,您是怎么认为的?

 

  正是基于科学与技术的区别,科学才可以说是永无止境的,它关注的是基本问题,而按照海德格尔的说法,一门学科的基本问题是永远不能得到完全解决的。

以前人们认为,研究科学,只要把它的个个部分都研究清楚,整体也就一目了然。但后来人们发现,在某些领域,如生命科学,整体往往大于部分之和,即使各个部分了若指掌,整体的功能仍然搞不清楚,于是就兴起了所谓“非线性科学”的研究热潮。另外,当前科学研究中有一种新动态,就是找寻各部分的联系,让它们统一,就像当年热学与力学,电学与磁学、光学的统一一样。

科学的变革有时是提供给我们研究手段的变革,比如计算机为一些复杂的甚至虚拟的科学实验提供了可能,有时又是一场观念的变革,它甚至会产生一些科学的新领域。比如理论物理的发展,因而科学是人类永恒的研究科目。

 

学生:您认为这门课的预期效果达到了吗?

 

  让所有人都透彻地理解科学的深刻内涵其实是一种奢望,能够潜心做学问并能体会到其中幸福感的毕竟只有一少部分人,就社会发展而言,够了,大部分人还是会考虑到实际的技术应用问题和自己的生存问题,这也是很重要的。

观念的变革是一个长久强化的过程,至于它的效果,更是不会立竿见影,可能要等到很久以后。但是我们还是要努力促成这些转变。

 

 



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