科学故事在科学教育中的利与弊

摘 要 科学家的奇闻轶事已经成為科学传播中的重要部分，很多人通过科学故事了解到许多科学家的生平以及他们的科学成果，对公众认识和理解科学起到了一定的促进作用。另一方面，过度夸大科学发现的戏剧性使科学故事被歪曲成了科学神话，对受众造成了“科学家故事就是科学发现的事实”的错误影响。

关键词 科学故事；阿基米德；科学教育

中图分类号 G2 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2017）195-0100-03

在科学史的传播过程中，有关科学家以及科学发现过程中的奇闻轶事逐渐成为科学教育中必不可少的内容与素材。牛顿由苹果落地的现象发现万有引力的故事，阿基米德在鉴定王冠真伪的过程中发现浮力定律，伽利略用比萨斜塔实验证明物体下落速度与重量无关，瓦特观察了冒气的茶壶发明了蒸汽机，凯库勒梦到咬着尾巴的蛇从而发现苯的环状结构模型等。从小学时的科普读物到初中、高中上课时教材与老师的讲解，这些科学故事伴随着我们的学习和成长过程中。然而在真正的历史中，故事中所讲的内容和历史事实便有了很大的出入，需要我们运用所学之知识去分辨一番。

1 以阿基米德的故事为例

1.1 最早记载及现在的传播

阿基米德鉴定王冠真假的故事首先被记载于公元前1世纪维特鲁威的著作《建筑十书》中，第九书的序言部分介绍了阿基米德为国王鉴别金王冠中是否掺加了银的起因以及实验过程和结果。阿基米德制造出与王冠等重的金块和银块。做好这些以后，在盆中盛满水，将银块沉入水中，与银块等重的水便溢流出来。然后将银块捞起来，用塞克斯塔里俄斯量斗测出水的减少量，再将水倒满。按此方法，接着便把金块同样浸入盛满了水的盆里，用同样的方法加水并测量减少的水量，就知道减少的水不是等量而是少量的。这就符合同重量的金块比同重量的银块的减少量。然后，又同样把盆盛满了水，并把王冠浸入，就发现由于王冠比同重量的金块溢出的水较多，因而确认在金里掺加了银，承做的工匠显然是一个诈

骗犯[1]。

现在我们依旧能在中学物理教材和各类科普读物中见到阿基米德鉴定王冠真假的故事，如人教版物理课本（八年级下）第10章，介绍阿基米德原理时，用这个故事作为本章节引言。在宋恩永（韩）的《科学家讲的科学故事-阿基米德讲的浮力的故事》、崔钟雷主编《青少年美绘版经典名著书库：科学家的故事》和万莹的《“小科学家”系列：课本上读不到的物理故事》等科普读物中，在介绍浮力和阿基米德的内容时，这个故事是必不可少的。

1.2 传说的真实性

在《阿基米德全集》中，阿基米德本人在《论浮体》只是给出了“假设流体具有这样的特征，它的各部分处子平滑均匀和连续状态，受到推力较小的部分会被受到推力较大的部分所推动；如果流体被渗入任何物体并受到任何其他物体的压缩，那么流体的各部分将受到在它上面的流体的垂直方向的推力”的公设，以及“如果把一个比流体重的固体放入流体中，它将沉至流体底部，若在流体中称固体，其重量等于其真实重量与排开流体重量的差”的命题[2]。阿基米德既没有在命题后的数学证明中用检验王冠一事举例，也从未提及他本人曾经进行过检验王冠是否掺假的

工作。

《阿基米德全集》的编者T.L.希思在书中第一章“阿基米德”中也并未将描写阿基米德鉴别王冠真伪的归于有关阿基米德生平的史实，认为这只是“可以帮助我们了解这位古代最伟大的数学家的个性”的故事之一。并且在《论浮体》中的命题7“如果把一个比流体重的固体放入流体中，它将沉至流体底部。若在流体中称固体，其重量等于其真实重量与排开流体重量的差”，提出了通过求与王冠等重的纯金和纯银在水中的重量和在水中失去的重量的关系，最终求出王冠中金与银的比例的方法；以及按维特鲁威在《建筑十书》记载的内容提出的求王冠以及等重的纯金和纯银排开水的体积最终求出王冠中金银比例的方法。检验阿基米德鉴定王冠真假的故事的首选的方法是通过重建故事中实验来验证这个传说是否是真实的，如果故事的结果与现代知识或者重建的实验相冲突，该实验实际上就不是像所描述的那样做的[3]。

1.3 检验与结论

由于条件所限，我们无法按照故事中所描述的那样使用金和银制成王冠来进行实验，不过我们可以通过查找文献，将文献中所记载的阿基米德使用的方法数学化并加以计算，最终将计算结果和实际情况进行比较以鉴别这个故事的真伪。

为方便计算，假设王冠重1kg，水桶和王冠的半径r=10cm，已知金的密度为19.3g/cm³，银的密度为10.5g/cm³，则与王冠等重的纯金的体积为，纯银的体积为。假设工匠在制作王冠时掺入30%的银子，则王冠中含金质量为700g，银质量为00g，王冠体积为，由于王冠和金块会完全浸没在水中，因此排出水的体积可视为王冠和金块的体积。则王冠放入水中后水面的上升高度为0.207cm，等质量纯金块造成的水位变化为0.166cm，两者差距仅为0.04cm，即0.4mm。排出水的体积之差为13 cm³。

经过计算得出王冠与等质量纯金块造成的水位变化差距为0.4mm的结果，在阿基米德生活的时代所使用的长度测量工具显然无法达到这样的精度，就算是使用现代常用的测量工具，都很难测出这样一个差值，而且不排除有其他因素可以造成同等的误差的可能性。在维特鲁威所的记载中，阿基米德使用“塞克斯塔里俄斯量斗”衡量溢出的水量，而测出13cm³的差距在当时同样也是无法准确测出的，那么《论浮体》中T.L.希思按《建筑十书》记载的内容提出的求王冠以及等重的纯金和纯银排开水的体积最终求出王冠中金银比例的方法也是不可行的了。这个结果说明了维特鲁威的《建筑十书》中所记载的所谓阿基米德使用的鉴别一个应当由纯金制成的王冠是否掺入了一定比例的银的方法实际上是不可行的。

2 科学故事在科学教育中的正面效果

2.1 增加了科学教育的趣味性

常见的科学教育按地点划分可分为校内科学教育与校外科学教育，校外科学教育通过科技馆、博物馆、报纸杂志、广播电视、网络等媒介向学生传播科学知识；校内科学教育一般指我们在学校所学的物理、化学、生物等与科学有关之课程。科学教育已经成为提高公众科学素养的基本途径，和公众理解和学习科学技术的重要渠道。与校外科学教育利用数字、网络、移动技术，通过互联网、电脑、数字电视、手机等渠道，生动形象地进行各类科学教育相比。校内的科学教育往往很难让受众（学生）们产生兴趣。在课堂上，老师通常会以生活中常见的各种现象来引出所讲的内容，并对教科书中所写的公式、定律等内容进行讲解。在这个过程中，学生往往是处于被动的接收知识而非主动学习；另一方面，在应试教育思想影响下，学习只是为了在考试中取得好成绩，因此学生往往是将教科书中的公式、定律等死记硬背，造成学生对所学知识的一知半解。在这种模式下，学生对科学本身产生兴趣的可能性不大。

在科学教育中引入科学故事可以让学生通过故事的内容发现或推断出其中所含的科学道理或定律。以阿基米德鉴定王冠真假的故事为例，当阿基米德偶然在进入浴池洗澡时观察到和沉入其中的身体同量的水溢流到浴池外面，这一事实让他找到了如何鉴定王冠的方法，通过对比王冠和同重量的金块和银块没入水中后溢出的水量，最终确认承做的工匠在金王冠中掺入了银。通过这个故事使学生发现浸入静止流体中的物体所受到的浮力大小等于该物体所排开的流体重量，这种教学方法要比直接对学生灌输浮力定律的内容更容易让学生接受，科学道理和定律在学生眼中不再是一个个冷冰冰的公式和定律，而是与有趣的故事相结合。提高了学生对科学的兴趣，进而对学生理解所学知识有促进作用。

2.2 消除科学的神秘感

在大部分人的眼中，科学家和科学往往是充满了神秘感的，科学家在人们心中的形象大多数是戴着眼镜，知识渊博，身穿白大褂，在实验室进行常人无法理解的科学实验。而科学也常常被人们看作是深奥的、难懂的、探索研究自然和宇宙万物规律的学问，这样的理解将科学和科学家神秘化了。而在校内科学教育与校外科学教育中，也有不少科普工作者和教师持此看法。这种观念对科学教育和科普活动的进行是弊大于利的，会使受众产生科学是高高在上、晦涩难懂的负面印象。如果我们的科学教育用像《量子力学》《时间简史》一样高深的理论和厚重的书本向受众去传播、普及科学知识，只会让他们望而却步，继而使受众对科学产生畏惧感和距离感，削弱了受众学习科学技术知识和提高科学素养的主动性和积极性。而利用科学故事进行科学教育可以有效缩短科学与受众间的距离，让科学在受众的眼中不在是那么神秘莫测，而是更加接地气、通俗化的东西，也让受众对科学更加感兴趣，从而更主动地去理解科学进而学习科学知识。

3 科学故事在科学教育中的负面效果

3.1 过分夸大了科学发现的戏剧性

科学发现是一个漫长、艰苦的摸索过程。有的发现虽然具有偶然的因素，但是这也是科学家长期奋斗的结果，同时所有的发现都必须具有发现所必备的社会条件和文化背景，而不是孤零零的單独事件[4]。发现并证明了浮力定律的是阿基米德，这是千真万确，毋庸置疑的。然而浮力定律的发现并非故事中所描述的，阿基米德为了鉴定王冠真伪，偶然在洗澡的时候过程发现了鉴定王冠是否掺假的方法并据此总结出浮力定律。是阿基米德通过自己的研究和证明，经过长时间多次的实验和推理，最终在《论浮体》中提出了著名的浮力定律，对物体的在液体中的沉浮进行了科学的解释，奠定了流体静力学的

基础。

和阿基米德鉴定王冠的故事一样，许多科学发现的实际情况并非像我们所知的科学故事中所描写的那样，如凯库勒做梦发现了苯的环状结构的故事是凯库勒本人编造的，而且最早提出苯的环状结构的科学家不是凯库勒，在他之前就有罗朗（A·Lauernt）、库帕（A·Couper）和劳斯密特（J·Loschoidt）三位化学家提出了苯的环状结构[5]。而伽利略的比萨斜塔实验也由于只有他的学生维维安尼所撰写的传记这一孤证而饱受质疑[6]。科学故事相比于传统的科学教育模式以其通俗性、戏剧性和趣味性使得学生及其他受众对科学的印象不在是枯燥乏味的，使他们自身对科学产生了兴趣，为他们进一步的学习提供了动力。另一方面，科学故事为了由于依靠其通俗性、戏剧性和趣味性以吸引受众，往往将科学研究过程中的偶然因素过分夸大，将偶然变成了科学研究成功的决定性因素。将科学发现和科学研究的过程与结果描述的过于戏剧性，在进行科学教育和传播的过程中同时造成了一些不当影响。

3.2 将科学家形象过度神化和脸谱化

科学故事进行夸大描写的目的一方面是为了吸引读者，另一方面是为了宣扬故事主人公的成就，如维特鲁威在《建筑十书》中所记载的阿基米德的故事本意在于颂扬阿基米德的天才成就，他认为阿基米德以及书中记载的其他著述家们的思想“不仅对于矫正风俗，而且对于便利生活都是永远具备的。有学识的著述家们，虽然他们失去了肉体，但是他们的思想在漫长的岁月里是常新的。”在传播过程中，科学发现大多被戏剧化、被简单化，而科学家在此过程中其中的艰辛和努力却被忽视了。这种过度夸大科学发现的戏剧性的方法使科学故事被歪曲，科学故事最终变成了神话，对正在学校接受教育的学生来说，是弊大于益的，首先对他们和其他受众造成了“科学家故事就是科学发现的事实”的错误影响；其次，这些被神话化了的科学故事给他们以“科学研究不必脚踏实地认真钻研，也无须什么思考与创新，只要运气好就能得出结果，学习和做研究并非什么难事”的不良印象；最后，科学故事的过度戏剧化同样也造成了历史上科学家们的脸谱化，在我们常见的科学故事中，牛顿、哥白尼、伽利略这些科学家大多是以正面人物的形象出现，而与“正面人物”持相反观点的科学家，如日心说的代表托勒密、提出三灵气学说的盖伦等，常常被当作“错误观点的权威”，以反面人物的形象示人。然而作为正面人物的牛顿在与莱布尼茨争夺微积分的发现权的过程中，利用自己皇家学会成员的身份，对莱布尼兹进行了打击和诬陷，指责莱布尼兹是个骗子，最终导致英国和欧洲数学家之间的隔阂。因此不能受科学故事的影响，将科学史上的科学家们单纯地分为正面和反面人物来看待，他们的言行及思想与他们所处年代的社会条件、思想趋势、民族性格有很大的关系。如果用“好人一切都好，坏人一切都坏”的预设立场去理解科学的话，得到的印象也只是被科学故事的描写所误导和固化的。

4 结论

我们对许多科学家的生平以及他们的科学成果了解大多来源于小时候及上学时在科普读物和教材中读到的科学故事，这些科学故事使得科学在我们眼中不再是枯燥的公式和定律，让我们开始对科学产生兴趣，提高了我们对学习科学知识的积极性，对我们认识和理解科学起到了促进作用。另一方面，过度夸大科学发现的戏剧性使科学故事被歪曲成了科学神话，对我们造成了一些不当影响，变得浮躁，希望能和科学故事中的科学家们一样“灵光一闪”。可见在科学教育中，如何正确地发挥科学故事的正面效果已成为科学教育人员必须思考的问题。以学习阿基米德定律为例，结合阿基米德鉴定王冠是否掺假的故事，使学生更生动地理解浮力定律的内容、公式和

应用。

在使用科学故事来提高学生对科学的兴趣，促进学生的学习积极性的同时，作为科学教育人员，也应利用身边可用的教学资源及可行之实验方法，引导学生使用实验或计算方法，验证阿基米德鉴定王冠故事的真实性。在将科学教育趣味化、通俗化的同时，让学生使用所学知识去验证科学故事中的故事内容，全面理解科学家的研究过程及发现。

参考文献

[1]维特鲁威.建筑十书[M].高履泰，译.北京：知识产权出版社，2001.

[2]阿基米德.T. L.希思.阿基米德全集[M].朱恩宽，李文铭，等，译.西安：陕西科学技术出版社，1998.

[3]赫尔奇·克拉夫，任定成，译，科学史学导论[M].北京：北京大学出版社，2005.

[4]顾江鸿.科学教育中“科学神话”的危害[J].阜阳师范学院学报（自然科学版），2008（1）.

[5]顾江鸿.科学教育中“科学神话”的危害[J].阜阳师范学院学报（自然科学版），2008（1）.

[6]余建刚，肖城辉.这是否只是一种“美丽的传说”——关于伽利略比萨斜塔实验的争议[J].中学物理教学参考，2010（8）：53-56.