前人的足跡

對學物理的人來說，Ｆ＝ｍａ、 Ｅ＝ ｍｃ^２ 、萬有引力定律等等都是刻印在記憶中的。但是對很多不是主修物理的人來說，它可能只是一大堆很難搞懂又很難背的公式的組合。

在我的記憶中，比薩斜塔及吊鐘的故事是令我印象深刻的，但是除了這有趣的故事外，也有很傷腦筋的。像運動學的三個式子，Ｓ＝ｖ_oｔ+ａｔ²，ｖ＝ｖ_o+ａｔ 以及ｖ^２＝ｖ_ｏ^２＋２ａＳ ，這三個式子不僅難背而且更難的是常常搞不懂什麼時候該用那一個，我不記得當時的我知不知道它們和伽利略、牛頓有什麼關係。當我在國中教理化時，我的學生是怎樣也背不起這三個式子的，更遑論要他們知道什麼時候該用那一個了。物理就這麼難？絕大多數的人都必需向它投降？我的學生在學習密度的時候，就已經全部被打敗了，他們永遠搞不清楚密度、質量及體積到底是誰乘誰等於誰，誰除誰等於誰，這還不打緊，他們其實是連誰是誰都搞不清楚。但是，我記得在我跟學生講牛頓和蘋果及月亮的故事時，他們是相當好奇的，蘋果掉下來和月亮繞地球轉怎麼會是同一回事。用科學史當做素材，應該是很能符合通識教育的理念。科學家的軼聞趣事可以引起學生學習的興趣，科學家鍥而不捨的研究精神可以激勵學生的學習態度，科學家的研究方法也是學習的榜樣。科學教育學習的重點應該不僅僅只是學習知識性的定理與公式。

我還在大學的時候，每次唸到物理上的一些定理公式時，總是想要問，這個式子是怎麼想到的？它在物理上的重要性為何，為什麼每本物理書都要提到它？教書的時候，這些想法更是強烈。我記得大四時有位老師曾經說過，薛丁格方程式是薛丁格在作夢時夢到的，當時我就信以為真。直到我唸到古典力學及薛丁格得的諾貝爾獎的演獎稿時，我才知道不是那麼一回事。 探索科學上概念的發展，是我在學習及教物理上成為一個不能缺的步驟。

進入研究學生的科學概念及推理能力這個領域之後，常常遇到學生的概念和科學史上概念相似的情形，讓我體會到科學概念發展史的研究的重要。每一個人都會同意研究科學發展史的重要性。它的目的不祇是要確定什麼人在什麼時間發明了什麼東西，更重要的是希望經由研究的分析能找出科學演進的基本法則，或者科學活動的本質，以作為人類繼續研究的指標。

科學教育學習的重點應該不僅僅只是學習知識性的定理與公式。用科學史當做素材，應該是很能符合通識教育的理念。除此之外，科學發展史在教育上的價值，還有進一步更深的意義。皮亞傑的研究發現，科學的進展與孩童認知能力的發展是遵守相同的法則。以物理學為例，十九世紀科學家放棄了以牛頓為主的光粒子說而接受波動說，是因為它無法解釋光在介質中的傳播速度比真空中要慢的實驗結果，而波動說也因無法解釋光的偏振現象而由原來的縱波改成橫波的想法。物理學發展的基本因素，是因為舊有的觀念或理論遭遇到了矛盾或危機，而促使新理論的產生。和學生概念發展的法則一樣，都是一種適應活動與自我協調的過程。皮亞傑又發現，孩童對物理現象自發性的解釋，與科學史上已經放棄的觀念相同。像用視線概念來解釋視覺就是一例。此外，科學史上概念發展的歷史資料也可以用來做為產生學生自我協調，認知衝突等的教學活動素材。所以一位成功的教師，除了具備學科的專業知識外，更應該要瞭解科學概念發展的史料。