要说明科技史/学科史在教学中有什么作用和意义，就必须理解教学过程的本质。从教与学的初始形态看，就是将上一代积累的对自然和社会的认知传授于下一代过程。从原始社会到奴隶社会、封建社会，再到资本主义社会、社会主义社会，人类社会通过对自然和社会的不断认识，形成分门别类的知识体系，一定的社会发展阶段存在一定的社会知识水平与之相对应。

一个人刚出生时的知识水平相当于人类社会的蒙昧时期，然后逐渐产生自我意识，观察和发现自然现象，学习现象背后的本质，慢慢形成自身的知识体系。如果我们追溯人类的文明史，也经历了蒙昧时期、自我觉醒、逐步了解自然并形成对自然整体认识的发展过程。一个人的成长过程可以看作是人类文明进展的缩影，因此学习过程在一定程度上可看作是个人对人类社会知识积累过程的重复，以便在步入社会之前达到或者超越当前社会的知识水平。为了说明这个过程，先对社会知识水平做一个界定，它具有以下两个特征：

第一、社会知识水平具有统计特性：首先社会知识水平是指社会对自然和社会的整体认识，而不是专业认识，即人在数学、天文、物理、生物、医学、伦理道德等各领域的普遍认识，社会知识水平在各个学科上远低于专业认知水平；其次，由于个体差异的存在，每个人的认知水平会有不同，社会知识水平代表绝大多数人的认知水平，不是社会精英阶层的认知水平。这两点说明社会知识水平是一个人对社会的基本认知，要求并不是很高。

第二、社会知识水平具有圈子特点。人在社会中，主要生活于他的社交圈子，对于个人而言，社会知识水平其实是个人社交圈子的知识水平。当一个人的知识水平低于或高于他的社交圈子的知识水平时，会随着时间的推移而趋同于自身所在社交圈子。社交圈子的知识水平通常由人的学历、工作领域、专业、年龄等因素决定。在图1中红线主线表示社会整体知识水平在历史演化，支线表示各社交圈子在历史演化。人的学习只需要达到自身所在圈子的知识水平就可以实现学习的目标。

图1

个人的学习就是从出生开始，尽量在较短的时间内赶上社会知识水平的发展。图1可以驳斥两种学习观点：一是学习太辛苦了，能少学点就少学点。事实上，很大程度上我们的学习目标只是为了达到社会的普遍认知水平，是人可以正常生活于社会的基本要求，要求并不高；二是上了大学，有的同学看到高中、初中毕业的同学自己做买卖也能赚钱，没必要掌握那么多知识也可以生活的很好。大学生的社交圈子和中学生的社交圈子是不一样的，他们对于认知水平的要求也不同，个人的学习应该是使自己的知识水平趋同于自己的社交圈子。

图2

这就是个人的学习是对人类社会知识积累过程重复的简单模型。虽然社会的知识积累是由社会群体集体完成的，但社会群体也是由人组成的。可以想象，我们在学习某个概念时，当代人出现的困惑古人在学习这个概念时也很可能出现过同样的困惑，只不过我们知道答案，很快就不困惑了，古人需要寻找答案比我们困惑的时间要长久的多。但是就这种困惑而言，应该是相通的。只有认真体验古人的困惑，才能更好的理解我们所享有的知识。从这个角度来看，人类对自然和社会的认识过程为我们提供了绝佳的教育范本，老师应该按照历史的方式去教授知识，学生也应该遵循历史的方式去学习知识。

例如，人类在初级阶段不能理解风雨雷电等自然现象，只好用风神雨神、雷公电母等神话来解释自然，而随着人类知识的积累，逐渐认识了自然现象的物理学本质，并最终达到了利用自然、改造自然的目的。作为学习范本，对于幼儿就适合用神话为其解释风雨雷电等自然现象而不能为其讲解物理学本质，我们并不担心这样会误导幼儿，人类最初的神话信仰不仅没有误导人类与物理学相隔绝，还产生出了人的浪漫主义情怀。随着幼儿的年龄和知识的增长，如同我们的社会进步，他一定会理解自然的物理本质。遵循历史的发展进行知识讲解和学习，还可以从历史中建立起人的批判精神，从过往的知识体验中找到不足并提出新的理论加以改进，这是当代所提倡创新精神所必须的精神。

有的同学会说就算我学了科技史和学科史又能有什么用呢？找工作都不能算一项特长。如果对于从事简单、重复劳动的人来说，科技史和学科史最多算是一项精神享受（或忍受），但对于企图对社会做出不同于别人的特别贡献人来说，科技史/学科史的学习就显得十分重要。至少有以下四个方面的作用和意义：

首先，知识本身的学习价值是有限的，因为任何一种理论都有其成立的前提，如果前提变了，正确的知识就可能变成错误的知识；思维方式的学习才是真正的学习，即面对问题是如何进行思考。科技史和学科史的学习恰好是在讲述人类对于自然和社会递进式的思考方式，对于人类司空见惯的运动现象，从亚里士多德物理学到伽利略的斜面实验，再到牛顿力学、爱因斯坦相对论，我们可以充分看出真理的相对性，后人研究前人、批判前人，改进理论才有了人类知识的积累，这就是人类社会的进步模式。如果想为社会做出特有的贡献就必须研究历史。几乎所有的科研活动，都必须查阅大量的文献，查阅文献不就是对本学科、本领域“历史”的研究吗？

其次，科技史、学科史的学习会让我们看到科学家在理论发展上的艰难，会让我们对当前所拥有的知识产生珍惜之情。以材料力学中梁弯曲变形为例，我们现在知道梁向下弯曲时，上侧纤维受拉变长，下侧受压变短，中间存在一层既不伸长也不缩短的纤维层称为中性层。人类在认识梁的弯曲的过程中显得十分曲折和不易。1638年，伽利略（Galileo Galilei，1564-1642）在研究悬臂梁的强度问题时假定梁的纤维是不变形的，但实际上他暗示中性层位于梁的下面；1678年，英国学者胡克（Robert Hooke，1635－1703）在他的《论弹簧》中正确的指出，在弯曲时杆的一侧的纤维伸长，另一侧被压缩。但胡克也没有提出中性层；到1686年，法国学者马略特（E.Mariotte,1620－1684）在《论水和其他流体的运动》中也认为中性层在梁的下侧，但具体位置与伽利略有所不同。

1702年，法国数学家瓦利农（PierreVarignon，1654-1722）沿着伽利略和马略特的思路对梁进行讨论，并用积分来求这些应力的合力，做出重要的贡献，但他仍不敢突破前者，仍然默认了梁的下侧为中性层的位置。1705年，雅科比•伯努利（Jacob Bernoulli，1654-1705）假定梁在变形时梁的横截面保持平面（材料力学中的平面假设），并推导出了悬臂梁的变形微分方程，但他对于中性层仍没有跳出马略特的思路。历史上第一次认真讨论悬臂梁的中性层是法国数学家帕朗（Parent Antoine，1666-1716），他通过研究马略特的假定并对比试验结果，最后定出中性层与梁的上侧距离和梁高之比为9:11，虽然帕郎很严谨但这仍不准确。

该问题的最终解决一直等到了1826年，法国力学家纳维(Navier, claude-Louis-Marie-Henri ，1785—1836)在《力学在机械与结构方面的应用》第一次给出中性层准确定义：中性层通过截面的形心，这正是现今我们材料力学中的结论。如果从伽利略算起，这一问题的解决经历了将近200年的时间。上面能列出的仅是“知名学者”对于梁强度和变形的研究，实际上还有许许多多“非知名学者”的工作被湮灭在历史长河中，我们在学习梁理论时，一方面应该感谢前人在梁理论发展过程中的努力，同时也应深感人类掌握这一理论过程的不易。

再次，学习学科史可以全面审视自己所学的专业知识在学科发展史上的地位，可以了解在自己的学科内哪些问题被较好的解决了，哪些问题还没有被很好的解决？哪些问题是科学家正在努力解决的问题？了解了这些问题就可以对自己正在学习的学科有较为全面的认识，学习就可以少走弯路。甚至再细微一点，一个概念的提出是在什么样的情况下被提出来，这个概念解决了什么样的问题？这样在概念学习中就可以从背景、内涵、外延三个方面对一个概念具有较为全面的认识。

在学科史之外，学习科技史可以将自己所学学科置于整个人类的科技文明史中，以审视自身的学科在整个人类科技文明史中的地位，思考自身学科与社会需求、人类文明之间的关系，这些问题的树立和解答，会让学习成为一个人由内而外的诉求，而不是为了毕业证、学位证，或者在就业压力下那种由外而内的学习，这样可以让学习转变为一件令人愉快的事情。

最后，未来是由历史决定的。未来会拥有什么样的知识体系，取决于过去我们拥有什么样的知识体系。据说古希腊智者曾经提出过一个认知悖论：我们究竟对我们正在学习的东西懂还是不懂？如果懂，那么学习是不必要的；如果不懂，学习就是不可能的。人类社会知识体系的形成可在一定程度上解释这个悖论，现有的知识体系是由原始的概念和知识体验在历史演变中不断复合和再加工过程中形成的，社会发展越成熟，这种复合程度将越加复杂，以至于成为当代复杂的知识体系。我们之所有能学会我们不懂的东西，本质上是因为我们可以将复杂知识体系还原成简单概念和知识体验。

反过来说，历史为未来提供了最基本的素材。未来一定会衍生出更为复杂的知识体系。如果将未来的知识体系比作一盘大烩菜，历史的知识体系就是这盘大烩菜的食材和配料，不同的民族、不同的国家拥有各自的食材、配料，随着社会进步，世界各民族的知识交流，人类将共同享受这盘人类知识的大烩菜。当然也不可否认，大烩菜的最终口感取决于那些烹饪“大师”，如热力学第二定律的克劳修斯描述和开尔文描述，虽然它们的口感不同，但他们所反映的物理本质确实相同的，因为他们都利用过往物理学发展中已形成的“食材”和“配料”。

关于梁理论的演变来源于武际可老师博客. 《说梁》.

http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=39472&do=blog&id=212702