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科學大師發現的起點

科學大師發現的起點

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  • 優惠期限:2014年12月08日止
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內容簡介

《科學發展》月刊總編輯 馬哲儒 & 前海洋大學校長 汪群從 讚譽推薦

科學與生命教育的最佳讀物
★行政院國家科學委員會《科學發展》月刊專欄結集
★行政院新聞局第21次中小學生優良課外讀物推介
★台北市立圖書館2003年「好書大家讀」年度最佳少年兒童讀物獎

歐姆、焦耳、楊格、道爾頓、亞佛加厥……
這些科學課本中熟見的名詞與定律,背後都有迷人的故事。
十二個西方古典大師的不凡生平,帶你回到科學發現的起點。

科學不斷的往前,科技不斷的更新。綜觀科學發展的歷史,就是人類不斷追求真理的過程。

  作者張文亮教授從事科學教育工作多年,對推廣科普教育、提升科學及人文素養,向來不遺餘力,教學之餘,也筆耕不輟,本書即是他在國科會《科學發展》月刊所寫專欄之結集。作者在本書中逆流回溯科學史,尋找起初,回到源頭,述說12個古典大師的故事,呈現出這些科學開創者不凡的心靈以及追求真理的人生路,百般崎嶇卻從不退縮,因而為人類科學研究發展奠下重要的基石。

  除了科學成就的突破外,這些大師科學家都具有博學、興趣廣泛的文藝復興精神,多才多藝,更難得是他們無私奉獻的濟世胸懷,讓人明瞭原來一般觀念中冷冰冰的科學,其實是那麼豐富多采,溫暖人心。

獲獎記錄

★行政院國家科學委員會《科學發展》月刊專欄結集
★行政院新聞局第21次中小學生優良課外讀物推介
★台北市立圖書館2003年「好書大家讀」年度最佳少年兒童讀物獎

作者簡介

張文亮

  台灣大學生物環境系統工程學系教授、美國加州大學戴維斯分校(U. C. Davis)博士。專長學科:水質環境與保護、濕地生態、土壤物理。2008年榮獲台灣大學第一屆優良導師。
著作
.《科學大師的求學、戀愛與理念》(獲教育部小太陽獎)
.《兄弟相愛撼山河──威伯福斯與克拉朋聯盟》
.《我聽見石頭在唱歌》
.《南丁格爾與近代護理》(香港湯清文藝獎)
.《電學之父──法拉第的故事》(獲金鼎獎、文建會「好書大家讀」)
.《法政捍衛者的憂傷與榮耀》
.《我看到大山小山在跳舞》
.《陽光會告訴我們回家的路──走過921大地震災區的手記》
.《台灣沿海濕地生態環境》
.《水井診斷、維護、管理與永續經營──如何成為一個井醫生?》
.《當河馬想動的時候再去推牠》(獲文建會「好書大家讀」)
.《台灣的水》(獲文建會「好書大家讀」)
.《牽一隻蝸牛去散步》
.《昨夜,我與一顆橘子摔角》
.《星空下飛翔的教授》
.《當C教授遇見一隻水恐龍》
.《誰能在馬桶上拉小提琴》(獲文建會「好書大家讀」)
.《沿海濕地尋寶記》(獲文建會「好書大家讀」)
.《草上飛科學探險》(獲文建會「好書大家讀」)

 

目錄

004 〔推薦序〕金字塔上的大石頭  馬哲儒
007 〔推薦序〕追求真理的崎嶇路  汪群從
009 〔自 序〕回到起初      張文亮

012 〔化學〕深嘗知識的甜蜜──海爾蒙特與生理化學
026 〔物理與化學〕回到最起初的粒子──道爾頓與原子論
046 〔物理學〕博古通今一奇才──楊格與光的繞射
064 〔物理與化學〕阿爾卑斯山畔的小花──亞佛加厥與分子論
082 〔物理學〕優游於科學與文學的浪漫騎士──奧斯特與電磁學
098 〔物理學〕漫步在藍色多瑙河畔的學者──歐姆與電阻定律
110 〔物理學〕有愛才能出低谷──焦耳與能量不滅定律
128 〔自然科學教育〕大自然的邀約──露易斯與自然科學教育
142 〔生物學〕野花的美拭亮我的雙眼──弗畢綺與生物保育
156 〔自然科學教育〕將欣賞大自然的喜悅留給兒童文學──波特與小兔彼得
172 〔圖書館學〕讀書樂趣滿人間──威廉森與圖書館學教育
186 〔醫學〕聽,孩子的心聲──道希葛與兒童心臟醫學

203 〔附錄〕參考書目

 

科學與生命教育

  如果將「當個老師」視為一種生命裡的投資,那將是一份穩賺不賠的生意,因為好學生永遠教不壞,壞學生可以教好,末了老師總是贏。祇是,當了多年的老師,我始終搞不懂為何有些學生會變好,由偏差的行為、錯誤的思想、不好的生活習慣、迷茫的閒蕩等,忽然轉過來,邁向正確的方向。
第三個耳朵

  有些畢業學生,回來致謝時,我常搞不清楚他們致謝的緣由,但這對我有很大的幫助。當我進入教室,學生或睡、或打手機、或看漫畫、或低頭喝豆漿、或梳頭看鏡子、或用呆滯、空洞的眼神看著我,我也不受影響,因為這些學生還有「第三個耳朵」,我還可以對他們的第三個耳朵傳講。一個看不見的耳朵,卻仍與他們的心靈相連。

  什麼是生命的教育?那是相信學生的心裡,有一個很重要的地方,可以被感動,可以被喚醒,可以產生徹底不同的質變,使他們可以看到什麼是價值?什麼是永久不變的愛?什麼是自己的有限?什麼是上帝永恆的眷顧?身為一個傳講者,永遠不知道這些變化,是如何臨到他們身上,如同一個撒種的農夫,不知道種子是怎麼生長的?但是持續去撒,有機會就撒,總會有收成。

多陪一里路的教育法

  也許學生受感動,不是我們陪他們走一里路的時候,而是再陪他們走第二里路的時候發生。為此,成為一個生命教育的老師,總會多保持一點自己可支配的時間與體力,準備與學生走第二里路。如果,一時沒有學生需要陪時,回家多陪一下自己的配偶或孩子也不錯。

  我以前認識我的女朋友時,我對她說:「我曾想過,以後要當省長、縣長或市長,認識妳以後,我祇想當家長。」她後來真的嫁給我。結婚二十多年來,我也一直樂在祇當個家長。若有行政上的兼顧,都是在妻子可以忍受的前提下才接受。長期擔任科學教育的工作,喜歡單純的生活,如同科學的法則或定律,都是單純。道爾頓(John Dalton,1766-1844)在一七○六年提出「原子論」時,寫道:「由原子當作物質組成的基本單位,就會發現整個的化學現象,為極度的單純。」

物理的原意

  若將科學放入生命教育,可以讓學生瞭解,大自然的知識之美,是在單純。例如:物理physics其字源是phusis,意思是「讓光在黑暗裡」(light into the darkness),這字蘊含著光的運動,運動的現象,不管是星球、物體、電、磁、力、熱、音、光等都歸於物理學,這也成為物理學主要的內容。

  但是,更重要的是我們教物理的人,必須相信學生能夠懂物理,學生在唸物理時,如同光照在黑暗中,過去不明白的,因著物理可以明白;過去看不清楚的,因著物理可以看清楚。更有趣的是,幾個單純的數學式,就能將大自然複雜的現象,解釋清楚。人算什麼,竟能透過物理,瞭解物質的基本道理。也能體會造物者(creator)的奇妙,祂一定先創造定律,我們才會發現定律;祂一定先用數學去創造,我們才知道數學可以解釋這麼多的事情。

尊貴的人

  但是這些知識,雞不知道,狗不知道,豬不知道......萬物中祇有人知道,這實在是一件非常有意思的事,難怪愛因斯坦(Albert Einstein,1879-1955)寫道:「宇宙裡最大的奧祕,是人可以瞭解這個奧祕。」,也許物理最重要的證明,是在證明人的尊貴。

  很可惜,後來的物理教育,太貼近計算,卻遠離數學之美;太強調定律的細節,卻漸失物理的單純;太偏重理論的應用,卻失去明辨是非,區分明亮與黑暗的本意。

愛是一切教育的基礎

  物理教育為我們篩出了一批會考試的菁英,而傷害了許多的學生,無論會考試的或不會考試的,卻看不到物理的原意在使人認識生命的尊貴。

  難怪能量不滅定律的發現者焦耳(James Prescott Joule,1818-1889)過世前留給學生一個紙條,上面寫著:「我的學生啊!若有人自認能了解歷史上的每一個大小事件,或能夠講出世界上的每一種方言,或能夠準確地敘述每一種形而上的觀念,或能夠解出所有科學與工程的複雜難題,但是若沒有愛,他將不知道如何把這一切放在正確的位置上。」。

帶著化學元素週期表去探險

  「為什麼化學課本的第一頁,要印元素週期表?」我經常問學生這個問題。我所得到的回應常是「化學計算時比較容易查表」,「那是要背念的」,「提醒我們化學有多少元素」,「如果不印週期表,也會印別的。」等。「噢,有沒有人想過那可能是一張寶藏圖,化學課本講到許多眼前所見的物質或反應,都決定在那一張寶藏圖上看不見的元素。」我稍微提醒他們道。

  「但是元素週期表,為什麼排成那個樣子?一點也不像寶藏圖?」學生回答道。「為什麼不像呢?」我總喜歡與學生對問。「寶藏圖總要有條路線在呈現。」學生的反應很直接。「誰說元素週期表上,沒有路線?」我說道,學生一片安靜。我讓時間靜靜地過去,讓學生留下一些思考的空間。

大自然的樂譜與和絃

  「老師,化學週期表有一點像是樂譜,讓元素們掛在那個上面。」有個學生答道。「我喜歡這個思考的方向。」我拿起我的眼鏡,用布擦一擦後,緩緩地戴上,看了那學生一眼,才說道。「所以化學元素週期表,呈現我們看不見的元素,仍存在一個規律性,彷彿是音樂的和絃。」學生答道。「是啊!這是很有創意的思考路線。」我微笑道。「哇!太有趣了!」許多學生笑著回應著。

  「聽,我剛剛聽到了『化學』的原意。」我像個音樂指揮家,總想抓住學生留在空中歡笑的音符。「沒有啊,我們剛剛祇是笑了。」學生大概認為我是個奇怪的老師,在他們熟悉的事上,總能聽到或看到一些新東西。「不!我實在聽到了。化學是chemistry這字的字根是chemi。chemi是歡呼的意思。所以化學不只是變化的科學,更是歡呼的學問。」我快樂的宣布道。「來,讓我們再想想看。」我繼續說道。

化學的原意

  我知道,公元前五、六千年前,有一批前來埃及流浪的族類,他們在尼羅河畔,遇到一片黑色肥沃的土壤,他們快樂地喊著「chemi、chemi」。chemi是古埃及語「黑色土壤」,同時是「歡樂」的意思。迄今,研究土壤肥沃的學問,仍稱為「農業化學」(Agricultural chemistry)。

  我站在講台上,一個耳朵嘗試傾聽著那古老的呼喊,另一個耳朵聽著學生學習化學時的心聲。我教化學已十多年了,我依然在揣摩與學習,如何讓化學成為學生的歡呼。其實,化學課本的每一章,都存在許多科學家的歡呼,例如在十八世紀初期,法國皇家科學會的雷蒙利(Nicholae Lemery,1645-1715)發現生命的組成,氣體是必需的成分,他創用「有機」(organic)一詞,來敘述化學,後來稱為「有機化學」。

啊!那個氣息

  對許多學生而言,有機化學是一堆命名法、同分異構物、不同鏈狀化合物的合成等。「有機」在這時代用得很廣,但這不是雷蒙利的本意,有機organic的字源是organ,organ是管風琴,一種需要有空氣進入才能發聲的樂器,生命如同管風琴,要有氣息進入,才能產生生命活動,他將七世紀就有的古老樂器名稱,加個形容詞字尾ic,成為講述生命現象的一門重要學問。

  很可惜,現代的學生,已經很少知道有機化學,背後的原意,更少人知道化學研究的著名期刊「美國化學學會期刊」(Journal of American Chemical Society)的創刊者,著名的「有機合成」化學家雷姆森(Ira Remsen,1846-1927) 他所寫道的: 「信仰是看得見的, 在選擇時,擇難不擇易, 選尊貴不選自私。 信仰是體會得到的, 軟弱時注入的勇氣, 沉悶時興起的飛揚, 悲傷、難過、失望時的安慰。 信仰是背負重擔時的喜悅, 一句上帝的話,就能跨越所有的引誘, 把一生的腳步, 定在單純、簡單的路上, 這就是信仰。」 一個老師的禱告

  當我深嘗化學之美,瞭解化學的本意,我愈覺謙卑與渺小,當我站在講台上,會不會成為學生那股氣息之攔阻,會不會讓學生進入化學知識的大森林,以為認識幾棵小樹就夠了。

  這也成為我上課之前,總會向上帝禱告的原因。我是誰?我怎配教導人,祂所創造的化學呢?願祂的氣息進入學生的心田,使他們成為真正的活人,有機的學生。 生物學的原意

  生物學biology的字源是bio與logy,前者是「生命」(life)。後者是「說出來的道」(logos),所以生物學不祇是生物成長、代謝、繁殖、適應周遭環境的學問,更是能將生命說出來(speech out)。所以,能夠學習生物學,是非常榮耀的事。

  將bio與logy組成biology,是1683年英國皇家科學會的德萊敦(John Dryden, 1631-1700)提出,以前探討生命的現象是用biotic,表示「活的」,但是德萊敦認為生命不是祇有「活」而已,更需要起初的道logos的表明。由於生物包括了許多化學與物理學的法則,又稱為「普通生物學」(general biology)。「普通」並不是普普通通,而是概括許多不同領域的內容在其中,一起來認識生命的奇妙。

生物科學與生命教育結合的濫觴

  早在十三世紀,牛津大學的學術啟蒙者葛羅西特斯特(Robert Grosseteste, 1175-1253)就提出,每一個時代的教育,就是將學術重新組合,來回應文化,對社會有心靈改革的使命,他稱此為「新學習」(new learning)。葛羅西特斯特是劍橋大學的催生者,聖.法蘭西斯修會的修士,傑出的自然科學家,光線有「折射」現象,就是他提出來的。

  他以植物學為例,他認為植物的存在有四種層次的教育功能:一、植物的用途,包括建材、景觀、燃燒、工具等。二、人可以用科學的邏輯去量測樹木的生長,觀察其特徵,探討其分類等。三、植物學有精確的法則,在彰顯造物主的榮耀。四、結合前三者來教育學生,培養他們的興趣,幫助學生的人格發展,豐富他們的心靈。

誤導的名詞

  葛羅西特斯特的看法,對後來有很大的影響,迄今植物學,仍是生物科學裡的重要學門,但是中世紀時期的教育精髓,卻慢慢的流失。大學的產生是來自中世紀時期的修道院,普世第一所大學法國巴黎大學就是克律尼(Cluny)修道院的所在,當時的修道院也設立醫院,同時可以兼顧人的身、心、靈,這包括醫院照顧身體,大學培育心智,教會豐富心靈。很可惜的,現今許多書籍都稱那是「黑暗時代」(Dark Age),沒有什麼好探討的。將中世紀稱為「黑暗時代」是十九世紀中期才開始的,二十世紀以後的人,若要回顧早期科學與生命教育的兼顧,還要躍過那一塊擋在路中的絆腳石。

  中世紀如果是黑暗時代?怎麼會產生大學?產生中學?產生雄偉的哥德式建築?產生音樂的音符?產生管風琴與許多樂器?產生醫學院?產生彩色玻璃的製造技術?產生地球儀?能讓挪威人航行到新大陸?能讓義大利的宣教士前來中國?能在海上的十幾個小島上建成水都威尼斯?能讓歐洲經歷多次瘟疫、戰爭,仍能保持土地肥沃的「三圃農法」(Three-crop System)?能建水車、風車?能育種出一流的佛罷倫斯葡萄樹?人類的知識是歷代的累積,怎麼能高舉一個時代的成就,就抹黑其他的世代。

生命感動生命

  幸好,不同的時代,總有人想將教育工作,當成兼顧人身、心、靈的所在。例如十八世紀,著名的自然科學家果夫(John Gough, 1757-1825),他是一個瞎眼的人,他發展出一套獨特的教育法,用手的觸覺與鼻子的嗅覺,來教學生認識植物,他經常帶著學生在森林中,一邊散步一邊教學,他就是道爾頓(John Dalton, 1766-1844)的老師。

  道爾頓寫道:「果夫老師是我的好朋友。」,又寫道:「有一天果夫老師拿一幅古典藝術作品,問道:『這幅畫是這個作家生命的表露,還是畫來給後人模仿的?學習藝術,是要像他的生命?還是模仿他的作品?那種學習比較好?』」道爾頓的一生,當了六十年的老師,一生教出了許多傑出的科學家,包括焦耳。

身、心、靈教育的結合

  護理改革家南丁格爾(Florence Nightingale, 1820-1910),又重新恢復醫院成為照顧病人身、心、靈的地方,近代優秀的醫院,不祇是醫病的所在,兼具醫學教育的功能,也設有祈禱室。著名的教育家,文森(John Vincent, 1832-1920)牧師,推動教會與社區教育結合,在紐約的巧德桂湖(Chautauqua Lake)畔點燃了影響普世的教育者關懷學生身、心、靈的運動,這是近代許多學校開設「服務課程」的由來。

  遺傳學之父孟德爾(Gregor Mendel, 1822-1884),他是奧地利聖.奧古斯丁修會的修士,同時是擔任十九年的高中老師,他在一八五六進行八年之久的豌豆實驗,發現遺傳學三大定律,幾乎是所有的生物學課本都會提到的。一八六八年,他成為捷克地區最大一門聖.奧古斯丁修會的院長,他晚年所做的是,開放修道院的大門,讓學生與附近的孩子到他的實驗田,他擔任解說員。

讓植物成為生命教育的體裁

  我在學校也教生態學,每次教到「族群學」,就會遇到孟德爾的研究,我佩服孟德爾的科學貢獻,也常被他對學生的關懷所感動。二○○八年一月,教育部生命教育學科中心舉辦生命教育研習,我獲邀擔任「科學與生命教育」的講師,我用我喜愛的植物學為例,以自然觀察、科學史與生活點滴,串成上課所用的講義。我相信只要有愛,任何學科都可以成為關懷學生身、心、靈的所在。 迄今,我仍然在學校裡教書,能與學生接觸就充滿喜樂,即使上午九點一進教室,學生睡倒一片,仍然相信他們第三個耳朵,那是接近他們心靈的所在。

 

詳細資料

  • ISBN:9789571348285
  • 叢書系列:科學叢書
  • 規格:平裝 / 208頁 / 16k菊 / 14.8 x 21 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
  • 出版地:台灣
 

內容連載

聽,孩子的心聲
道希葛與兒童心臟醫學
Helen Brooke Taussig(1898-1986) 心臟功能異常,是常見的嬰孩先天性疾病, 情況嚴重者,有致命的危險,是過去導致嬰孩死亡率最高的病症之一。 突破這個醫學瓶頸,讓普世許多病童重獲生機的,就是道希葛。 更特別的是,這位女醫生有先天的視覺異常 與後天的聽覺喪失,後來她幾乎是用手的觸覺去檢測孩子的心跳。 她突破個人重重的障礙,為兒童心臟醫學走出一條嶄新的道路。 一八九八年五月二十四日,道希葛(Helen Brooke Taussig)生於美國麻薩諸塞州的劍橋鎮,這裡也是哈佛大學的所在地。道希葛是家裡四個孩子中最小的,她的父親是哈佛大學經濟學系教授,母親是個園藝學家。

閱讀困難的小孩
道希葛的父母認為「學習與教育是孩子生長的最佳環境」,因此從小母親教她植物學,父親教她德語,她也學習種花種菜、划船、游泳。但是,道希葛進入小學之後,她的學校成績並不理想,尤其是「閱讀」課,她幾乎無法正確地辨識文字,經常讀錯。老師認為她偷懶,沒有做功課,但她實在是盡力了。書香門第的孩子,怎麼會有閱讀的困難?在老師的責備下,她有幾次是哭著跑回家的。

閱讀是學習之門,閱讀困難,將成為獲取知識的障礙。父親帶她去給醫生檢查,才發現她的視覺異常,會將英文字母的「b」讀成「d」,將「p」左右顛倒讀成「q」,這種異常稱為「讀字困難症」。醫生的發現,化解了老師的責備。

「讀字困難症」雖然沒有視覺矯正的方法,但是孩子在成長過程中,只要不氣餒,視覺與大腦重新協調,會發展出自己的辨識法,逐漸恢復閱讀的能力。道希葛說:「我最需要的不是強迫閱讀,而是將心情放輕鬆,才能重新得力地面對閱讀。以自己所能的方式,與所能了解的程度,盡力去完成。」她到中學二年級時,終於在英文課程取得滿意的成績。

當她逐漸走出閱讀困難的陰影時,一九一○年母親死於肺結核,又是一個沉重的打擊。更糟的是,不久醫生發現她也感染了肺結核。她念劍橋女子中學時,只能上半天課,下午就回家休息,所以她比別人多讀一年才畢業。道希葛寫道:「年輕時的逆境是我最好的老師,幫助我將缺陷當成需要克服的挑戰,將自己有限的精力用在重要的事情上,而非隨意的揮霍,並且能夠感受到人性裡的極限,有些事情沒有能力做到,就是做不到。」
 

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