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明末科学家力学学习方法的教学启示

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明末科学家力学学习方法的教学启示

虫子晓木虫官方认证 发表于 2016-8-21 19:27  
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引言:历史研究的意义在于以史为鉴,明朝末年西方科学随着传教士的传教活动传入中国,中国的力学学科发展也在这一时期传入。本文讨论明末国人在学习和接受力学知识上的方法和策略,这可能对今天的力学课程学习有一定的启示作用。

北京大学武际可教授指出:“中国古代没有力学,中国的力学是由外国人送上门来的,后来的历史发展进一步说明即使是外国人送上门来,中国人接受的也不那么痛快,甚至有时采取排斥的态度,接受的过程是缓慢和曲折的”。俗话说“北人无弓匠,南人无船工”,因为太过于司空见惯,就很难把力学分隔出来作为独立学科讨论。直到今天仍有人觉得力学是物理的一部分,又或者将力学与机械、土木、水利或者其它工程专业相混淆,这些情况充分说明了力学和其它工程学科的紧密联系,力学在我国的传播也是伴随在其它学科中开始的。

最早和力学相关的书籍应该是在明万历年间传教士熊三拨(Sabatino de Ursis.1575-1620. 1606年来华,1616年被驱逐到澳门,1620年死于澳门)和徐光启(1562-1633,明科学家,政治家,官至崇祯朝礼部尚书兼文渊阁大学士、内阁次辅)合译的《泰西水法》(1612年),后收入《四库全书总目》,称其为“记取水蓄水之法”的著作。翻译了意大利工程师拉模里(Agosino Ramelli)关于水力学的著作Lediverse et artificiose machine。此前的由利玛窦(Matteo Ricci,1552-1610,1582年达到澳门,首创了拼音方案,1601年抵达北京,1611年死于北京,葬于腾公栅栏,该公墓后被义和团毁)和徐光启翻译的《几何原本》(1606-1607)也为力学在中国的发展提供了基础。

第一部提出力学概念的著作是在明天启七年(1627年)由德国传教士邓玉函(Johann Schreck,1576-1630,1619年来华,1630年死于北京,葬在北京滕公栅栏,因其出生地今属瑞士又称其为瑞士人)和王徵(1571-1644,明科学家,任直隶广平府推官、南直隶扬州府推官及山东按察司佥事等职)合译的《远西奇器图说》(以下简称《图说》)中提出来的,不过当时没有译为力学,而是译为力艺、重学。

《图说》全书共分四卷。第一卷为绪论,介绍力学的基本知识和原理,并分别讨论了地心引力、各种几何图形的重心、各种物体的比重等,阿基米德浮力原理也首次被介绍给中国;第二卷为器解,讲述了各种简单机械的原理,如天平、杠杆、滑轮、轮盘、螺旋和斜面等;第三卷为机械原理应用,共绘有54幅图,包括起重、引重、转重、取水、转磨等,每幅图后均有说明;最后一卷为“新制诸器图说”,共载九器,包括虹吸、自行磨、自行车、代耕、连弩等。汇总了阿基米德(公元前287-前212)到17世纪初西方主要的力学和机械学的知识,可以说《图说》开启了国人系统学习西方近代力学知识的先河。
但在该书的完成中过于注重实用性,几乎忽略了原著中所有的推理、证明,而只介绍结论。《图说》后来收入在清政府编撰的《四库全书》中,编撰者则更加忽视推理,对仅有的一点描述推理重要性的表性言和表德言(《图说》的概述部分,说明重学的性质,解释如何研究、有何用等问题)评论说是“荒诞恣肆,不足究诘”,但该书“裨益民生,其法至便”。可见古人对推理、证明的抵触,也就难以形成体系化的近代精密科学。

《图说》中的斜面与螺旋
力学是外国人送上门的,表现出对于民族而言学习的被动性。在当时没有懂外语的中国人,中西方的交流全在于传教士先学会中文然后再交流。因此,对于原著的理解一是完全依赖于传教士;其次对西方文化的陌生也给理解和接受西方科学知识造成了很大的困难。任何人接受新事物都会有一个过程,王徵一定也不例外。因此,《图说》选择记录主要结论,而忽略其中的推理、证明,这应该说在当时是一种有效的学习方法。
如果强行力求完整,反而可能产生不利的结果。后来1860年(200多年后),英国传教士伟烈亚力(Alexander Wylie,1815-1887,英国汉学家,伦敦传道会传教士,1846年来华,1877年返回伦敦定居)、傅兰雅(John Fryer,1839-?英国的中国迷,非传教士却像传教士一样向中国传播科学知识,洋务运动期间口译著作113种)和李善兰(浙江海宁人,1811-1882,数学家、天文学家、力学家和植物学家)曾翻译牛顿的《自然科学的数学原理》(以下简称《原理》)成一卷,中文名《数理格致》,后因没有译全而未能出版。

我们现在看《原理》,基本继承了《几何原本》的定义、证明、推论的模式,力图以严谨的数理推导、证明来描述力学问题。《图说》表性言中说“造物主之生物,有数、有度、有重,物物皆然。数即算学,度乃测量学,重则此力艺之重学也。重有重之性。以此重较彼重之多寡,则资算学;以此重之形体较彼重之形体之大小,则资测量学。故数学、度学、重学之必须,盖三学皆从性理而生,为兄弟内亲,不可相离者也。”可见当时将力学视为理学,并言明力学与数学(算)、几何(度)之间的关系为兄弟内亲,不可相离。

牛顿的《原理》也必然要求能对数学、几何、力学融汇贯通,才能真正理解。三门课程同时兼通可能是学习《原理》的一大难点,这或许成为《数理格致》最终没能完成的原因之一。丁福保在其《算学书目提要》(1899)中评论《数理格致》所说的话似乎印证这一点。他说“是书分平圆、椭圆、抛物线、双曲线各类。椭圆以下,尚未译出,其已译者,亦未加删润。往往有四五十字为一句者,理论奥赜,文又难读。”《原理》比《图说》的理论性更强、实用性的结论较少,与《几何原本》(以下简称《原本》)相比,在几何的基础上又多了算学和力学,这样对于准确理解其中的含义就显得非常困难,“理论奥赜,文又难读”很有可能成为《数理格致》的失败所在。

在力学课程的教学中,应该意识到学生对于数理推导的畏难情绪,有两种方式可以化解,一是学习《图说》将力学的主要结论先提炼出来教给学生,然后在逐步围绕结论慢慢展开数理推导;另一种方式是学习《原本》,先将力学中涉及到的数学、几何知识剥离出来,引导学生回顾或学习纯粹的数学知识,然后再将数学套用于力学解决力学问题。我们可以简单的将这两种方法称为《图说》学习法和《原本》学习法。对于具有一定应用背景的课程内容,不妨采用《图说》学习法,类似于材料力学、工程力学、断裂力学等,可以选择先忽略数理推导,从主要结论开始;而对于一些理论性比较强的课程内容,工程应用又不是特别突出,这时就不妨采用《原本》学习法,按照完全的数学讲起,即数学老师怎么讲,力学老师就怎么讲,然后再把纯粹的数学赋予力学含义,成为力学理论,由于学生之前有数学学习基础,也会减少学习的畏难情绪。

尽管当时中国整体没有主动学习的愿望,我们应该看到正是徐光启、王徵等一大批甘愿吃苦,主动学习的人才拉开了中国学习西方科学的序幕。在《图说》的序言中,王徵说:丙寅冬(1626年),余补锉如都,会龙精华(即龙华民)、邓函璞(即邓玉函)、汤道未(即汤若望)三先生以侯旨修历,寓旧邸中。余得朝夕晤请,教益甚欢也。暇日,因述外纪所载质之,三先生笑而唯唯。且曰‘诸器甚多,悉著图说, 见在可览也, 奚敢妄?’余急索观, 简轶不一第专属奇器之图之说者, 不下千百余种. 并说:‘令人心花开爽’,‘函请译以中字’。似乎翻译《图说》也是偶然间形成的念头,因王徵常请教三先生西方器械的问题,三先生都说:“那太多了,都有详细的图例说明记录在书中可查,这不能随便的讲。”王徵就着急的要看,看了过之后就说“令人心花开爽”,才“请译以中字”。可见如果没有王徵的主动要求,就未必会有《远西奇器图说》。

王徵是幸运的,他遇到的邓玉函也非等闲之辈,14岁(1590年)就读于阿尔特道夫(Altdorf)大学的医学院,27岁(1603年)就读于意大利的帕多瓦大学(该校成立于1222年,来源于世界上第一所大学博洛尼亚大学中的一部分师生,他们因不满学校限制学术自由从而脱离出来建立了帕多瓦大学)。此时,伽利略任教于帕多瓦大学,邓玉函应该上过伽利略的课从而相识,1611年邓玉函晚伽利略几天成为猞猁科学院院士。

当伽利略得知邓玉函加入耶稣会(1611年)要远到中国进行传教时,伽利略异常吃惊,称这是“a big loss”(巨大损失)。1618年邓玉函随金尼阁启程前往东方,同行人员还有汤若望、罗雅谷、傅泛际等,1619年抵达澳门,1623年获得允许进入北京,除翻译《图说》外,还译有《泰西人身说概》(介绍生理、解剖),并参与编写了《崇祯历书》。在编写《崇祯历书》期间,写信给伽利略和开普勒了解当时最新的科研成果并求助一些问题,开普勒详细解答了邓玉函的问题,并附上了《鲁道夫行星表》,可惜的是当邮件到达中国时,邓玉函已经去世16年,这些邮件为邓玉函的继任者汤若望提供了较大的帮助。

虽然来华传教士不远万里来到中国目的是“做耶稣的勇兵,替他上阵作战,来征讨这崇拜偶像的中国”,传播科学只是传教的辅助手段。但他们中间的一些人,利玛窦、熊三拨、邓玉函、汤若望等,我钦佩的是,他们是如何有勇气不远万里来中国,要知道当时来中国估计和现在去火星差不多,他们为之献出生命的理由到底是什么?按照我们时下的观点来看,这种替他人做嫁衣的行为是不是被驴踢过之后做出来的蠢事呢?

北京腾公栅栏
利玛窦葬于此后,清朝相继有邓玉函、罗雅谷、龙华民、汤若望、南怀仁、郎世宁等著名传教士、科学家、工程师、画家安葬在此。至19世纪末,安葬于“滕公栅栏”的欧洲传教士已逾百名。

这大概就是信仰的力量!邓玉函作为王徵的老师,也是中国人的第一位力学老师,除了力学知识以外,我们更应该在他身上学习信仰的力量。当一个人有了信仰以后,他的力量就变的无穷无尽,像那些为中华民族独立而献出生命的先辈们。大学教育,在传播知识的同时应该培养起学生的理想,成为有信仰的人,人一旦有了信仰,就具有了无比强大的力量,可以在任何情况下坚持自己的信仰,不为名利所驱动。一个只有原始欲望的人,就可能成为欲望的奴隶,便不能成为独立的人。

参考文献
武际可.中国古代为什么没有力学
戴念祖.《中国力学史》.河北教育出版社出版.1988年09月
武际可.远西奇器图说——一部伟大的力学启蒙读物.《力学与实践》2004 Vol.26 No.5 P.90-93
武际可.力学在近代中国的传播与发展.高等教育出版社. 2005
王冰.明清时期(1610-1910)物理学译著书目考.《中国科技史料》第7卷(1986) 第5期:3-20
宋军令明末历局与西学东渐  天府新论 2006 (3)

明末科学家力学学习方法的教学启示
cludyh 发表于 2016-9-29 09:13  
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