近代科学教育的兴起与发展（续一）

新乔 赵晓宁 任熙俊

（接上期）

2）化解与传统的矛盾冲突。近代科学教育所依托的近代科学是在对传统的扬弃中生长的，相对于传统的亚里士多德自然哲学，是有本质区别的新的科学。科学革命摧毁并取代了长期占统治地位的亚里士多德物理学和宇宙学，直接推动人类社会进入一个科学的时代。

①传统科学与新科学的冲突。长久以来，物质的起源本身并没有被人们视为一个科学方面的问题。然而，“宇宙的演化，或者说它如何获得现在的轮廓及其居住者，是一个被新型望远镜的观测，甚至更多地是由18世纪牛顿式的物理科学家们令人印象深刻的成就所讲述的论题”。哥白尼是一位“反叛的宇宙设计师”，他所引发的不仅仅是“宇宙概念结构中的革命”，也是人的思想发展和价值体系中的一场革命。哥白尼之后，科学革命经过开普勒、伽利略、笛卡尔等的推波助澜，最后是牛顿使其达到顶点，牛顿的宇宙观和自然哲学逐渐成为占有主导地位的社会和政治思想潮流。

17世纪之前，物理学史上一些最基本的问题都涉及如何解释，如为什么一块被抛向空中的石头先向上作减速运动，在似乎瞬间停滞后又加速落向地球？大概是亚里士多德最先用下面的一些术语来考虑这个问题：石头的向上运动为“强制的或非自然的运动”，向下为“自然的运动”，“两种类型都隶属于局部运动或位置的变化这个更一般的范畴”。在亚里士多德物理学的四类变化中，与局部运动相关的问题是物理学史上的核心问题。

位置的变化是亚里士多德对地上及月下界的变化所区分的四类变化之一，其他三类变化是实体的变化（如木头烧成灰）、性质的变化（如变色）和数量的增减。这三类变化是地上物理学研究的内容，它们并不发生在月球到恒星球（表征有限球形宇宙的极限）之间，在这个区域由四种元素（土、水、气、火）组成的普通月下物质并不存在。

还有第五种元素為神圣的以太，其神圣表现在它除了运动外，没有任何其他类型的变化，被设想为填充这个广阔的月上空间，所有的天体是由它组成的;天空中只有一类特殊的自然运动，因为行星和恒星被沿光滑的圆周转动的物理球带动而永恒地转动。

因此，亚里士多德明确地将宇宙分成地上或月下区域与月上或天体区域，两个区域内物质的类型和行为截然不同。

注入力理论的影响一直持续到16世纪，意大利人伽利略早年在比萨大学曾热情支持这个理论，尽管对这一看法存在分歧。伽利略在其未发表的论文《论运动》里，力图解释重物的受迫向上运动及随后的加速下落。他采用遗留之力（residual force）来作为解释的基础。“这个观点来自希帕恰斯（Hipparchus），它的描述可以在中世纪广为人知的辛普利丘的《对亚里士多德<论天>注释》中找到。在遗留之力的基础上，伽利略加进一个自耗的、注入的无形之力或冲力的机制，这种机制很可能来自中世纪的文献。”起初，推动者将一个注入的力输进一块向上抛掷的石头，当动力减弱时，物体逐渐放慢向上运动的速度，直到注入的力被石头的重量所平衡抵消，这时石头就开始下落;开始很慢，随着注入的力的减弱而越来越快;当石头重量与正在减弱的注入的力两者之差持续增加时，加速就产生了。因此，在下落过程中，注入的力实际上作为阻力而起作用。从理论上考虑，如果物体下落了一个足够长的距离，所有注入的力都将消失，这时物体将匀速下落。伽利略最终还是放弃了自耗的注入之力这个概念，而代之以一个保守的累积的冲力来解释加速下落。

加速下落问题，在物理学历史上曾引起很大的混乱。一个加速下落的物体，下落的时间越长，距离越长，速度显得越大。时间和距离与下落显得紧密相关，以至于假设速度的增大与时间或距离甚或与两者都相关，看来是可信的。布里丹、萨克森的阿尔伯特和列奥纳多·达·芬奇（Leonardo da Vinci，1452—1519，文艺复兴时期意大利画家，其代表作为《最后的晚餐》）都采用了两个相关关系（达·芬奇用了同样的命题来表达两个相关关系），但并没有认识到两个约定之间的矛盾性质。晚至1604年，伽利略甚至还错误地假设速度直接正比于距离（v∝s），而不是像他后来所认识到的那样正比于时间（v∝t）。这个混乱或许部分来自这样一个事实：直到17世纪，自由落体运动是匀加速运动才被广泛接受。

有关运动的一些最基本概念和定理，伽利略并未领先于他的中世纪先驱。之所以说伽利略奠定了现代力学科学，是因为他把有关运动的所有重要的概念、定义、定理、推论组织成一个逻辑的、有序的整体，并且用它来研究实际物体的运动。匀加速不再是一个纯粹定义的概念，而是自然界中物体下落方式的真实描述。用这些中世纪的零散部件，他建造了一门新的力学科学，并构成牛顿科学的一个关键部分。

中世纪对地球相对大小的看法主要来自亚里士多德和托勒密，他们两人都认为，相对于球形宇宙的巨大尺度，地球仅仅是一个点。亚里士多德在天文学领域的影响甚至比在物理学上还要突出，他带给中世纪一个高度完整的世界结构图像，尽管它的这个或那个方面一再受到建立在天文学、物理学或神学基础上的认识的强烈冲击，但这个图像总体说来是令人满意的，在16、17世纪被抛弃之前，一直占据绝对的支配地位。“它显示了一个和谐有序的世界，这个世界不仅为大多数有识之士所易于理解和接受，其总体特征还能生动形象地为社会所有阶层的人士所欣赏。再者，亚里士多德的宇宙学除了少数显著的例外，是能够与基督教《圣经》和神学和睦相处的。”

直到16世纪，亚里士多德体系才遇到强有力的对手。哥白尼革命性的日心体系本该加速它的崩溃，但宗教改革和反宗教改革运动又为亚里士多德物理学和宇宙学构筑了更牢固的“防御壕沟”。新教和天主教一样，牢牢抓住亚里士多德的宇宙学，同时猛烈攻击哥白尼的宇宙学。哥白尼与传统的分野在于他坚信地球确有一个真实的物理运动，以及从这个深邃的信念而来的方法论意义上的理论解释。对哥白尼来讲，这两个方面是紧密相关的。他坚定地相信，地球日转动和年运动的假设不仅解释了已知的天体现象，而且显示了一个更简单因而更和谐的宇宙秩序。在此基础上，他大胆声称，地球真的描绘了一个绕太阳的年轨道，真的绕自轴日转动一周;太阳显现的日运动和年运动是真实的地球运动的纯粹表象。

一直到17世纪，哥白尼的日心说体系才取代地心说的亚里士多德宇宙學，从假设的地球日运动和年运动推导出的物理结论，才一并摧毁亚里士多德物理学。中世纪晚期内部的自我批评在后两个世纪中被公开的反叛所取代。在物理科学和生物科学中发生一系列根本性的突破，到17世纪中叶，这一时期成立的科学学会和地方性学者团体，较之于传统的教育中心来说起到更大的作用。此时，已经听到对新科学或哲学的大声疾呼，并要求取代亚里士多德学说和盖仑派的训练，因为这些训练似乎并无用处，在精神上令人窒息，即便在神学理论上（有时）也不足以使人相信。

②古典教育与科学教育的矛盾统一。18世纪及至19世纪初，科学教育进入教育教学课程仍有重重阻力，古典教育思想在教育领域的影响根深蒂固。直到19世纪中叶，在科学家、教育学者以及一批社会有识之士坚持不懈的努力下，科学教育的困境才得以打破。

19世纪初，围绕古典教育还是科学教育，英国掀起一场持续近一个世纪关于教育理念的大辩论，主要代表人物为阿诺德（Thoms Arnold，l795—1842，英国教育家）和赫胥黎，分别代表古典教育和科学教育学派。阿诺德倾向于古典教育的自由教育，自由教育一度在英国教育思想中占据支配地位，对英国教育实践曾产生广泛影响。阿诺德等人这样阐述自由教育理念：

单从语法意义上讲，自由与奴性一词相对应。“奴工”一词指的是体力劳动、机械劳作以及诸如此类的工作，很少需要或根本不需要心智劳动活动参与。自由教育与自由探究就是心智、理智和反思的操作活动，“自由知识本来就是立足于自己的需求，为了引起我们的思考不被后果和目的支配，既不期望补充，也不会被人和技艺所同化”。

阿诺德将人性一分为二：多重的、庸俗的、普通的自我和充足健全理智的、优秀的自我。教育的目的是培育那个真实的“最优秀的自我”，最终使全体民众走向普通的完美。赫胥黎对此持批评态度，认为阿诺德是“与时代不合的人，因为他尽力想回到古代雅典去”，认为其人文古典教育过于狭隘，没有将科学教育的内容包括进去。

两派争论的焦点具体反映在关于基础教育阶段课程内容设置方面的不同主张。阿诺德认为，初等教育阶段课程应注重将儿童培养成有文化教养的人，中等教育阶段课程内容应反映时代精神，促进中等阶段的自我突破。赫胥黎认为初等阶段教育课程是训练儿童心智的基础途径，中等阶段教育课程应给予自然科学以合法地位，将自然科学教育作为课程不可或缺的部分。

1880年，赫胥黎在英格兰工业中心伯明翰的乔赛亚·梅塞特科学学院的开学典礼上做了题为“科学与文化”的讲演，提出时代已经变了，自然知识开始发挥日益广泛而重要的作用，对人们的生活有重要影响，抵制科学课程，拘泥于古典教育，是偏离时代的;“文学将不可避免地被科学所取代”，教育要为那些希望从事工商的人们提供系统的科学教育，通过科学课程的学习，让学生养成独立思考和解决问题的能力。赫胥黎认为，这种教育应该是实际的，通过与实际事物接触获取关于事物的知识;应提倡实物教学和实践教学，一切自然科学的进步都依赖于观察或多种不同实验的人工观察。比如在教植物学的时候，应让学生亲自动手去接触那些植物及新折那些花朵;同样，不要满足于告诉学生磁可以吸住铁，而且要让他们看一看这个事实的确如此。

阿诺德对赫胥黎的主张与批判即时给予回应，他认为古典教育是必要的，把自然科学训练作为教育的主要部分，用科学教育来取代人文教育，是不受大多数人支持的。

这场世纪争论最终达成统一，二人分别代表的古典教育派和科学教育派在不断深入的争论中逐渐认识到，教育是国家发展的基础工程，人文教育和科学教育同等重要，不可偏废。阿诺德此时也从中等教育内容必须符合时代要求的角度，支持在保留古典教育的基础上改革中等教育课程。他赞赏和推荐法国提出的中等教育四年制课程计划，这个计划包括比较全面的地理、物理、化学、机械学、自然科学课程科目，还包括音乐、体育、经济等选修课程。他认为英国的中等教育可以采纳这个课程计划，这个计划体现了现代精神，应付诸实践，只要坚持下去，最终会流行开来。教育家的任务就是通过个体或群体的资质，引领每一个个体接触智力训练，从而获得两种类型的知识。

赫胥黎与阿诺德的争论实际上是社会转折时期关于教育变革的不同途径的分歧，表现为是科学教育还是古典教育，但均未脱离人文主义思想理念。因此，科学教育与古典教育在争论中最终走向融合，实现科学教育与人文教育的统一、科学与文化的统一。这场争论对之后英国教育法案的改革与修订、英国教育改革、课程内容多样性与灵活性特点的形成均产生重要影响，奠定了自然科学在教育中的合法地位，成为课程内容的重要组成部分。■

（未完待续）