光學(xué)萌芽時(shí)期的科學(xué)思維與中西文明對(duì)比

高綺妮，郭政鑫，鄧浩儀，歐陽(yáng)敏

(1. 華南師范大學(xué) 信息光電子科技學(xué)院，廣東 廣州 510006；2. 華南師范大學(xué) 物理與電信工程學(xué)院，廣東 廣州 510006)

科學(xué)發(fā)展始終處于新舊更替的過(guò)程, 科學(xué)教育的目的不僅是實(shí)現(xiàn)知識(shí)的復(fù)現(xiàn)，而是復(fù)活，賦予它溫度，提高全民的科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)具備全球視野與本土傳承責(zé)任感的高素質(zhì)人才. 基于通識(shí)教育理念設(shè)計(jì)的光學(xué)史課程“光學(xué)發(fā)展與人類(lèi)文明”(原名為“生活中的光學(xué)”),從光學(xué)的基本知識(shí)體系出發(fā)，通過(guò)設(shè)計(jì)光學(xué)知識(shí)、科學(xué)思維、光科學(xué)與社會(huì)文明互動(dòng)等教學(xué)環(huán)節(jié),實(shí)現(xiàn)科學(xué)、人文和社會(huì)的多學(xué)科、跨文化交融，致力于培養(yǎng)不同專(zhuān)業(yè)學(xué)生獲得基本光學(xué)學(xué)科常識(shí)、綜合完整的判斷能力和健全平衡人格，促進(jìn)人的自由全面發(fā)展[1-3].此課程設(shè)計(jì)符合科學(xué)教育的基本理念.

根據(jù)不同發(fā)展階段光學(xué)史中光學(xué)研究的特點(diǎn)及與社會(huì)歷史背景的關(guān)聯(lián)性，該課程設(shè)置了“眾說(shuō)有光”、“理性之光”、“光的本質(zhì)”、“光、世界與未來(lái)”四個(gè)模塊.前兩個(gè)模塊的教學(xué)設(shè)計(jì)涉及光科學(xué)發(fā)展歷史的儲(chǔ)備階段. “眾說(shuō)有光”模塊立足于古代光學(xué)萌芽時(shí)期兩千多年的發(fā)展史，包括：從古希臘到17世紀(jì)初望遠(yuǎn)鏡發(fā)明之前的西方光學(xué)萌芽，從《墨經(jīng)》光學(xué)八條到16世紀(jì)末明清西學(xué)東漸之前中國(guó)本土的光學(xué)萌芽.“理性之光”模塊對(duì)應(yīng)于西方近代經(jīng)典光學(xué)的幾何光學(xué)階段，以及中國(guó)明清時(shí)期西方光學(xué)器件和理論傳入后的幾何光學(xué)快速發(fā)展時(shí)期. 本論文將重點(diǎn)討論“眾說(shuō)有光”模塊的課程設(shè)計(jì)理念、教學(xué)內(nèi)容與實(shí)現(xiàn)等方面的積累.通過(guò)該模塊的課程教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生了解該時(shí)期不同社會(huì)文化背景下，中西方社會(huì)群體對(duì)光現(xiàn)象及基本問(wèn)題從主觀認(rèn)識(shí)向客觀理解演變的真實(shí)過(guò)程；結(jié)合典型光學(xué)發(fā)展案例，探討人類(lèi)歷史早期探索自然過(guò)程中科學(xué)思維的發(fā)展、科學(xué)方法的演變等問(wèn)題；從跨文化、跨學(xué)科的視角分析光學(xué)與人類(lèi)文明的互動(dòng)關(guān)系，思考科學(xué)與科學(xué)精神的本質(zhì)，建立正確的科學(xué)觀、歷史觀與價(jià)值觀. 該模塊的教學(xué)內(nèi)容可有效實(shí)現(xiàn)文理交融、通專(zhuān)結(jié)合，達(dá)到2016年國(guó)家教育事業(yè)發(fā)展“十三五規(guī)劃”對(duì)通識(shí)教育提出的要求.

1 課程設(shè)計(jì)理念

圍繞提高科學(xué)素養(yǎng)、培養(yǎng)具備全球視野與本土傳承責(zé)任感的高素質(zhì)人才的教育目標(biāo)，緊扣通識(shí)教育理念，“眾說(shuō)有光”課程模塊從知識(shí)、科學(xué)思維、文明三個(gè)維度組織教學(xué)，如圖1.

首先，從知識(shí)的維度出發(fā)，梳理中西方光學(xué)萌芽時(shí)期的光學(xué)積累、技術(shù)進(jìn)展的脈絡(luò)，實(shí)現(xiàn)通識(shí)教育的基礎(chǔ)性和補(bǔ)救性功能.第二，挖掘光學(xué)研究中的科學(xué)思維元素，結(jié)合中西社會(huì)、文化與科學(xué)發(fā)展的關(guān)系探究中西方科學(xué)思維之間的差異，思考引起光學(xué)發(fā)展差異性的原因和對(duì)后續(xù)光學(xué)發(fā)展的影響，實(shí)現(xiàn)通識(shí)教育的進(jìn)階性和整合性功能. 第三是從文明的維度展示光科學(xué)廣博性和多元性特征，追蹤不同時(shí)期光學(xué)的跨學(xué)科互動(dòng)事件，引領(lǐng)學(xué)生從人文、社會(huì)及其他自然科學(xué)學(xué)科等更廣闊的視角看待光科學(xué)發(fā)展的意義，探討與之相關(guān)的人生或社會(huì)議題，建立正確的歷史觀和價(jià)值觀. 以下將作具體闡述.

圖1 光學(xué)萌芽史的課程設(shè)計(jì)理念示意圖

2 中西方的光學(xué)研究積累

西方的光學(xué)進(jìn)展[4]：以古希臘為代表，圍繞“光是什么”、“視覺(jué)如何形成”等基本問(wèn)題展開(kāi)探討，逐漸形成了“視線發(fā)射說(shuō)”和“光線發(fā)射說(shuō)”兩種視覺(jué)機(jī)制的對(duì)立觀點(diǎn)；在生產(chǎn)生活中發(fā)明使用圭表、平面鏡、凹凸面鏡和透鏡等器件，并展開(kāi)相關(guān)性質(zhì)的初步分析，用于太陽(yáng)高度角、折射與大氣折射等自然現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)研究；歐幾里德創(chuàng)設(shè)的幾何學(xué)理論和撰寫(xiě)著作《反射光學(xué)》等，為建立光的直線傳播、反射、折射等基本原理、視覺(jué)幾何理論體系奠定了基礎(chǔ).公元7-11世紀(jì)的古阿拉伯國(guó)家重視對(duì)古希臘著作的翻譯、繼承和發(fā)展，為古希臘古典著作的保存發(fā)揮了重要作用，古阿拉伯光學(xué)家伊本·海賽姆著有7本光學(xué)與視覺(jué)的奠基性作品，深入研究了反射、折射定律，對(duì)光學(xué)面鏡的成像特性作了深入分析，對(duì)人眼的結(jié)構(gòu)作了詳細(xì)描述.中世紀(jì)的歐洲，光學(xué)在天文學(xué)、建筑學(xué)、宗教文化及生產(chǎn)生活等領(lǐng)域有重要應(yīng)用；以威特洛、羅吉爾·培根為代表的科學(xué)家傳承阿拉伯的光學(xué)成果，并對(duì)折射規(guī)律、色散、光學(xué)鏡與人眼的成像等問(wèn)題開(kāi)展深入研究，為文藝復(fù)興時(shí)期光學(xué)儀器的推廣和后期幾何光學(xué)理論體系的建立奠定了基礎(chǔ).

中國(guó)的光學(xué)發(fā)展[5]：從遠(yuǎn)古到西周時(shí)代形成了對(duì)光源、視覺(jué)、成影等光現(xiàn)象的感性經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了圭表、反射鏡、人工聚光取火獲得光源三方面的發(fā)明，對(duì)光的反射現(xiàn)象有比較直觀而全面的認(rèn)識(shí).春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，圭表的長(zhǎng)期應(yīng)用，制鏡技術(shù)的提高，為反射、折射研究提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，《考工記》記載了多項(xiàng)實(shí)用光學(xué)技術(shù)知識(shí),《韓非子》記錄了影戲的發(fā)明和幻燈的雛形；這一時(shí)期最顯著的光學(xué)成就是墨家通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)投影、小孔成像、平/凹/凸三類(lèi)反射鏡的成像及基本原理等典型幾何光學(xué)問(wèn)題的綜合研究，《墨經(jīng)》光學(xué)八條表述成為世界上最早的幾何光學(xué)理論概括.秦漢到五代時(shí)期的一系列典籍中，零散記錄了面鏡透鏡用于取火、組合鏡成像特性和制鏡技術(shù)，對(duì)光的折射、反射規(guī)律的認(rèn)識(shí)達(dá)到了一定的科學(xué)思想水平，對(duì)視覺(jué)相關(guān)現(xiàn)象的研究，對(duì)光的色散、衍射、日月食、虹霓、冷光等自然現(xiàn)象的成因展開(kāi)討論，但相關(guān)典籍不是純粹的科學(xué)著作.宋元時(shí)期是中國(guó)古代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的高峰，沈括的《夢(mèng)溪筆談》集合了對(duì)小孔成像、陽(yáng)燧(凹面反射鏡)成像原理、凹凸鏡成像放大規(guī)律、透光鏡原理展開(kāi)了深入討論，對(duì)虹霓和海市蜃樓現(xiàn)象作出解釋?zhuān)悔w友欽的《革象新書(shū)》記錄了中世紀(jì)最大型、最周全的光學(xué)實(shí)驗(yàn)“小罅光景”，對(duì)光線直線傳播、小孔成像和照度原理展開(kāi)細(xì)致分析；程大昌在《演繁露》記錄了日食觀測(cè)的光學(xué)知識(shí)、對(duì)晶體或液滴色散現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)；幻燈、影戲、磷光物質(zhì)作畫(huà)成為了當(dāng)時(shí)社會(huì)的時(shí)尚.中國(guó)古代的光學(xué)萌芽發(fā)展并不落后，但未能形成光學(xué)的系統(tǒng)理論總結(jié)或?qū)Ｖ?

綜上所述，中西方在自然光學(xué)現(xiàn)象的觀察、光學(xué)器件的發(fā)明和應(yīng)用、光學(xué)問(wèn)題及特性的研究等方面有許多共同議題, 但在不同的社會(huì)文化背景條件下，逐漸形成了不同的科學(xué)思維方式、研究側(cè)重點(diǎn)和對(duì)光學(xué)問(wèn)題及規(guī)律的總結(jié)方式等.

3 光學(xué)研究中的科學(xué)思維

科學(xué)思維源于自然科學(xué)認(rèn)識(shí)世界的理論和實(shí)踐過(guò)程，是一種有明確思考方向、充分思考依據(jù)，并對(duì)事物或問(wèn)題進(jìn)行觀察、比較、分析、綜合、抽象與概括的能力.不同的文化基因孕育了不同的科學(xué)思維方式[6]，對(duì)應(yīng)的科學(xué)發(fā)展?fàn)顟B(tài)也存在差異，這在古代中西方典型光學(xué)問(wèn)題的研究歷程中有充分體現(xiàn)，進(jìn)一步可總結(jié)科學(xué)研究方法演變歷程的共性，引導(dǎo)學(xué)生建立科學(xué)的世界觀、正確的科學(xué)觀和方法論，培養(yǎng)科學(xué)思考、理性分析解決問(wèn)題的能力及科學(xué)探索的精神等，最終實(shí)現(xiàn)通識(shí)教育的進(jìn)階性和整合性功能.

3.1 理性思維主導(dǎo)的光學(xué)發(fā)展

西方科學(xué)起源于公元前4世紀(jì)古希臘文明，蘇格拉底質(zhì)疑思辨以接近真理，柏拉圖強(qiáng)調(diào)主觀思想的理想主義，亞里士多德的邏輯推理，歐幾里德創(chuàng)設(shè)了幾何學(xué)理論和建立了一套嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬐评淼姆妒?，古希臘人在探究自然奧秘過(guò)程中展現(xiàn)了求知而不為實(shí)用的精神，使理性主義得以建立和發(fā)展，構(gòu)成了現(xiàn)代科學(xué)探究精神的起源. 推崇實(shí)用的古羅馬帝國(guó)滿足于收集希臘前輩的研究，未能對(duì)代表希臘理智的傳統(tǒng)哲學(xué)(如純數(shù)學(xué)、天文學(xué)、形而上學(xué)等)理論繼承發(fā)揚(yáng). 古阿拉伯國(guó)家重視對(duì)古希臘著作的翻譯、繼承和發(fā)展，為古希臘古典著作的保存發(fā)揮了重要作用，還設(shè)立了專(zhuān)門(mén)用于學(xué)術(shù)交流的“智慧館”，光學(xué)家代表人物伊本·海賽姆身陷囹圄卻十年如一日的潛心光學(xué)研究的故事，深刻反映了古阿拉伯世界的社會(huì)歷史背景、科學(xué)家不懈追求真理的信念和勇氣對(duì)光學(xué)繁榮的重要意義. 古代西方光學(xué)研究中蘊(yùn)含的理性思維、邏輯思維對(duì)科學(xué)傳承和構(gòu)建系統(tǒng)的光學(xué)理論體系起到關(guān)鍵作用[4].

在典型光學(xué)問(wèn)題的研究方面，西方深入到光學(xué)問(wèn)題及規(guī)律的本質(zhì)探討的研究和科學(xué)傳承，為下一階段幾何光學(xué)理論體系的建立奠定了基礎(chǔ).以視覺(jué)幾何理論的發(fā)展為例[7]. 最初，從幾何學(xué)角度構(gòu)建視線、光線模型，結(jié)合希臘神話故事認(rèn)識(shí)古希臘時(shí)期視線發(fā)射說(shuō)和光線發(fā)射說(shuō)兩種觀點(diǎn)的對(duì)立與統(tǒng)一.其次是從幾何學(xué)原理出發(fā)，理解古希臘歐幾里德以若干幾何公設(shè)構(gòu)建視覺(jué)形成的單視錐理論的創(chuàng)新性和嚴(yán)密的邏輯性，分析古阿拉伯金迪繼承并突破了該理論模型的局限，建立基于多視錐結(jié)構(gòu)的點(diǎn)狀分析原則，解釋視覺(jué)圖像的整體傳遞的過(guò)程. 接著探討古阿拉伯科學(xué)家伊本·海賽姆如何借助常識(shí)、生理學(xué)、解剖學(xué)知識(shí)，整合傳承并總結(jié)出“歐幾里德—托勒密—金迪”的光學(xué)數(shù)學(xué)理論模型的事例. 最后,針對(duì)開(kāi)普勒建立的視網(wǎng)膜成像理論，思考如何實(shí)現(xiàn)從感性認(rèn)識(shí)上升到完整的視覺(jué)理論幾何模型的科學(xué)抽象.

3.2 形象與直覺(jué)思維主導(dǎo)的光學(xué)發(fā)展

中國(guó)方面，在夏商西周時(shí)期對(duì)光學(xué)知識(shí)的感性積累的基礎(chǔ)上，春秋時(shí)期學(xué)術(shù)百家爭(zhēng)鳴為科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步創(chuàng)造了有利條件.以重視知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和推論的墨家思想為代表，光學(xué)理論知識(shí)具備了理性科學(xué)分析雛形；但在隨后以天人合一的儒家思想為代表的文化背景下，逐漸演變?yōu)橐孕蜗笏季S與直覺(jué)思維為主的感性光學(xué)研究[5]、以及后期重經(jīng)驗(yàn)實(shí)用的科學(xué)發(fā)展?fàn)顟B(tài).

以小孔成像問(wèn)題的分析為例[5,8].《墨經(jīng)》“光學(xué)八條”中與小孔成像相關(guān)的光學(xué)表述中，建立了“景”(影或像)、“午”(遮光屏)、“端”(點(diǎn)，小孔)和“庫(kù)”(像屏)等具體自然科學(xué)概念，“煦若射”是有關(guān)光的直線傳播且速度飛快的縝密邏輯表述，“景到(倒)”給出小孔成像的切實(shí)結(jié)論，“下者之人也高,高者之人也下；足敝下光，故成景于上；首敝上光，故成景于下”充分體現(xiàn)了自然科學(xué)知識(shí)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)緊密結(jié)合，具備理性科學(xué)分析的特點(diǎn).唐宋時(shí)期保留了有關(guān)小孔成像問(wèn)題的思考和解釋. 如唐代段成式在《酉陽(yáng)雜俎》把“塔倒影”的小孔成像現(xiàn)象解釋為民間傳說(shuō)“海影翻”的敘事表述.宋代沈括在《夢(mèng)溪筆談》中把小孔成像與陽(yáng)燧(凹面鏡)成像的特性作類(lèi)比，利用鳶鳥(niǎo)經(jīng)窗隙(小孔)成像時(shí)物影運(yùn)動(dòng)方向相反的現(xiàn)象作解釋?zhuān)辛饲叭岁P(guān)于“塔倒影”為“海影翻”的觀點(diǎn)；基于小孔和焦點(diǎn)的共性歸納出抽象概念“礙”，但進(jìn)一步的分析轉(zhuǎn)向了對(duì)人生的“礙”的思考，這種以主觀感受反映客觀世界的感性思維方式，雖然充滿想象力和思維彈性，但未能傳承墨家學(xué)派的科學(xué)分析方式，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)客觀世界的正確而系統(tǒng)的反映.元代趙友欽設(shè)計(jì)了小孔成像的對(duì)照組實(shí)驗(yàn)[8]，改變外部環(huán)境條件和孔、光源、像距、物距等與之相關(guān)的參數(shù)觀察像的特性，基于像素疊加和光行直線的思路解釋實(shí)驗(yàn)，得出 “是故小景隨光形，大景隨空之像，斷乎無(wú)可疑者”的結(jié)論，展示了推理、設(shè)計(jì)和對(duì)比觀察分析等研究方法，是理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合、透過(guò)表象探究本質(zhì)規(guī)律的理性思想方法. 郭守敬利用小孔成像原理發(fā)明了登封觀星臺(tái)的景符.小孔成像是中國(guó)古代經(jīng)久不衰的議題，后期清代方以智、鄭復(fù)光等人的著作中仍有論述.

基于中西方光學(xué)研究案例，引導(dǎo)學(xué)生辯證思考思維方式對(duì)科學(xué)分析、傳承和理論體系建立的重要意義，結(jié)合李約瑟難題探討近代科學(xué)產(chǎn)生的充要條件.教學(xué)中可分析邏輯思維和直覺(jué)思維各自的優(yōu)勢(shì)，明確二者互補(bǔ)對(duì)培養(yǎng)創(chuàng)造性思維的重要作用，培養(yǎng)學(xué)生自覺(jué)使用理性思維分析問(wèn)題的習(xí)慣[9].

3.3 科學(xué)研究方法的發(fā)展與構(gòu)建

光學(xué)萌芽階段，圍繞典型光學(xué)案例，可直觀認(rèn)識(shí)科學(xué)研究方法從早期觀察描述演變到實(shí)驗(yàn)分析的發(fā)展歷程[10,11]，引導(dǎo)學(xué)生建立科學(xué)世界觀和方法論.

人類(lèi)歷史早期通常是從自身感受出發(fā)來(lái)感知世界，對(duì)自然光現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)是停留在直觀描述或經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，于現(xiàn)象的描述、經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)、猜測(cè)性的思辨階段,光學(xué)知識(shí)開(kāi)始是以直覺(jué)和零散的形式出現(xiàn).隨后，人們探索出一種簡(jiǎn)要的研究方法：把感性和特殊案例抽象為一般命題，通過(guò)假定某些固定的命題，利用猜測(cè)、抽象思考、推理甚至是論證等中間過(guò)程獲得結(jié)論，建立初步的理性思辨方式，但初命題的真?zhèn)沃苯記Q定了結(jié)論的正確與否.使用該研究方法對(duì)應(yīng)的案例包括古希臘關(guān)于視線發(fā)射說(shuō)和光線發(fā)射說(shuō)的討論，古中國(guó)關(guān)于塔影倒立、光線傳播的機(jī)械性類(lèi)比、凹面鏡成像、四種透鏡及成像、彩虹與色散等問(wèn)題的記述分析.其次，得益于幾何學(xué)鮮明的直觀性和嚴(yán)密的邏輯演繹方法，理性思維和數(shù)理方法的結(jié)合為幾何光學(xué)模型的建立和理論的發(fā)展創(chuàng)造了工具.從公元前3世紀(jì)到中世紀(jì)相繼出現(xiàn)了各種抽象幾何光學(xué)模型，例如歐幾里德的單視錐模型、托勒密對(duì)反射折射的幾何描述、金迪的多視錐點(diǎn)狀分析、伊本·海賽姆結(jié)合常識(shí)和生理學(xué)建立的垂直入射原理、開(kāi)普勒提出的光線在視網(wǎng)膜上會(huì)聚成像理論等，光現(xiàn)象被抽象成為面、線、點(diǎn)的概念，為實(shí)現(xiàn)從現(xiàn)象到本質(zhì)和規(guī)律的光學(xué)研究提供條件.第四，科學(xué)家在自然界中創(chuàng)造新情況，利用實(shí)驗(yàn)實(shí)踐過(guò)程檢驗(yàn)初命題或理論的真?zhèn)?，并?duì)情況做出正確的解釋.包括托勒密有關(guān)入射折射角關(guān)系的實(shí)驗(yàn), 透鏡面鏡的制備與成像分析，笛卡爾的動(dòng)物眼球解剖、晶狀體成像實(shí)驗(yàn)，羅吉爾·培根的人造彩虹實(shí)驗(yàn),趙友欽的小孔成像對(duì)照組實(shí)驗(yàn)，早期辛尼加的色散觀察和后期牛頓的三棱鏡實(shí)驗(yàn)等.實(shí)驗(yàn)方法在自然科學(xué)研究中取得穩(wěn)固的地位，為后期光學(xué)系統(tǒng)理論的建立和全面的發(fā)展創(chuàng)設(shè)了條件.

4 光學(xué)對(duì)人類(lèi)文明進(jìn)程的影響

科學(xué)發(fā)展過(guò)程是人類(lèi)認(rèn)知和遵循自然規(guī)律的過(guò)程，人類(lèi)文明包含所創(chuàng)造的物質(zhì)或精神的財(cái)富，不同學(xué)科之間的交叉和發(fā)展是人類(lèi)文明和社會(huì)進(jìn)步的有力工具.從文明的維度出發(fā)，探討光學(xué)的跨學(xué)科議題，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)光科學(xué)的廣博性和多元性特征.

4.1 光學(xué)在時(shí)空測(cè)算領(lǐng)域的應(yīng)用

時(shí)空認(rèn)知和測(cè)算技術(shù)是自古以來(lái)人類(lèi)生產(chǎn)生活的基本需求，通過(guò)梳理中西不同歷史時(shí)期所建立的光學(xué)相關(guān)的時(shí)空測(cè)算方法，引導(dǎo)學(xué)生辯證思考人文社會(huì)歷史的多樣性和自然科學(xué)規(guī)律的統(tǒng)一性之間的關(guān)系. 具體可從以下案例進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì). 其一是從中西文化的角度出發(fā)，對(duì)比分析黃道十二宮和二十四節(jié)氣兩組概念，理解日月星辰的時(shí)空變化規(guī)律的客觀統(tǒng)一性. 其二是理解桿影之法測(cè)算時(shí)間季節(jié)與空間方位的基本光學(xué)原理，結(jié)合中西歷史文化特點(diǎn)追溯人類(lèi)對(duì)原始時(shí)空認(rèn)識(shí)從一根竿子到巖畫(huà)、景觀和建筑等方式的共性演變進(jìn)程[12]. 中國(guó)方面，最早可追溯至《山海經(jīng)》、《周禮》、《淮南子》等典籍的記錄；現(xiàn)存器件包括夏朝的分離圭表、西漢的一體圭表、明代的南京紫金山天文臺(tái)圭表以及現(xiàn)代可見(jiàn)的日晷；現(xiàn)存遺址包括山西陶寺古觀象臺(tái)，上古的良渚文化瑤山祭壇、東山嘴紅山文化祭壇，中古的東漢都城雒陽(yáng)(洛陽(yáng))南郊的靈臺(tái)，元代郭守敬建立的河南登封觀星臺(tái)等. 西方的時(shí)空測(cè)算技術(shù)，早期發(fā)展涉及史前的巖畫(huà)巖石日晷、大型巨石陣遺跡，瑪雅文化的科拉科爾天文臺(tái)、E組神廟遺跡，古埃及的方尖碑，古印度圓法等； 結(jié)合人類(lèi)社會(huì)歷史和日晷技術(shù)發(fā)展史，探究其在建筑學(xué)的重要地位，以及公元12～15世紀(jì)的歐洲教堂暗室日晷發(fā)展過(guò)程中光學(xué)與人類(lèi)社會(huì)文化之間的密切關(guān)系.

4.2 光學(xué)與人文學(xué)科的互動(dòng)

光學(xué)本屬自然科學(xué)的范疇，但現(xiàn)實(shí)的光不是孤立的載體，而是萬(wàn)事萬(wàn)物可視之前提. 課程設(shè)計(jì)引導(dǎo)學(xué)生了解光學(xué)的廣博性特征，探究該時(shí)期以光學(xué)為代表的自然科學(xué)學(xué)科發(fā)展與繪畫(huà)藝術(shù)、建筑美學(xué)等學(xué)科交融.如針對(duì)起源于人類(lèi)描繪影子的輪廓的繪畫(huà)藝術(shù)，選擇早期不同題材、實(shí)現(xiàn)方法的繪畫(huà)遺跡和相關(guān)的典籍記錄進(jìn)行分析，可探究人類(lèi)在歷史早期自我認(rèn)識(shí)的狀態(tài)、對(duì)光學(xué)原理的理解應(yīng)用水平、探究世界的能力和相關(guān)的社會(huì)文化背景等議題. 對(duì)比中世紀(jì)的歐洲建筑羅馬式教堂和哥特式教堂的光學(xué)運(yùn)用風(fēng)格，深入理解光學(xué)如何以創(chuàng)新的方法、獨(dú)特的方式表現(xiàn)人類(lèi)的主觀精神世界，喚起人類(lèi)意識(shí)情感的共鳴.

以上述光學(xué)跨學(xué)科互動(dòng)事件的教學(xué)設(shè)計(jì)為代表，引領(lǐng)學(xué)生從跨文化、多學(xué)科的廣闊視角看待光科學(xué)發(fā)展的意義，探討與之相關(guān)的人生或社會(huì)議題，思考科技發(fā)展與人類(lèi)文明進(jìn)步的辯證統(tǒng)一關(guān)系，樹(shù)立正確的歷史觀和價(jià)值觀.

5 課程教學(xué)的創(chuàng)新

對(duì)比傳統(tǒng)科學(xué)史課程，本模塊的課程設(shè)計(jì)注重科學(xué)教育和人文教育的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)如下創(chuàng)新：在設(shè)計(jì)理念方面，在構(gòu)建西方光學(xué)萌芽時(shí)期的傳統(tǒng)知識(shí)體系基礎(chǔ)上，對(duì)應(yīng)展示中國(guó)古代不同時(shí)期的光學(xué)研究案例.從中西方國(guó)家的文化基因、科學(xué)思維、研究方法、跨學(xué)科技術(shù)應(yīng)用等角度進(jìn)行比較分析，探討以光學(xué)為代表的自然科學(xué)發(fā)展與社會(huì)歷史文化之間的關(guān)系.本模塊的教學(xué)設(shè)計(jì)注重科學(xué)性、人文性與思想性的結(jié)合，提升不同專(zhuān)業(yè)學(xué)生的光科學(xué)素養(yǎng)的同時(shí)，引導(dǎo)其樹(shù)立正確的歷史觀、價(jià)值觀和科學(xué)觀，培養(yǎng)弘揚(yáng)中國(guó)文化和發(fā)展中國(guó)科技的社會(huì)責(zé)任感，可有效實(shí)現(xiàn)通專(zhuān)結(jié)合、科教融合. 在教學(xué)內(nèi)容組織方面，以光學(xué)問(wèn)題為導(dǎo)向，縱向追蹤典型光科學(xué)問(wèn)題的研究和科學(xué)研究方法的演變歷程，橫向?qū)Ρ炔煌幕尘皸l件下產(chǎn)生的科學(xué)思維方式與科學(xué)研究成果的異同.在教學(xué)實(shí)施方面，第1層次是以思維導(dǎo)圖的形式導(dǎo)入，學(xué)生利用在線資源的自學(xué)初步構(gòu)建本模塊光學(xué)的基本知識(shí)體系；第2層次通過(guò)案例的對(duì)比分析深化理解光學(xué)研究中的科學(xué)思維，思考社會(huì)文化背景與科學(xué)發(fā)展的關(guān)系；第3層次是廣泛了解光學(xué)的跨學(xué)科互動(dòng)關(guān)系；結(jié)合2和3層次的學(xué)習(xí)收獲優(yōu)化原思維導(dǎo)圖的設(shè)計(jì)，展示對(duì)本階段光學(xué)發(fā)展的立體理解.課程除了常規(guī)講授之外，同時(shí)設(shè)計(jì)與科學(xué)思維分析、社會(huì)問(wèn)題相聯(lián)系的主題討論或者小組任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、批判性思維和團(tuán)體合作的能力，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性與參與度.接下來(lái)，我們會(huì)進(jìn)一步優(yōu)化現(xiàn)有教學(xué)設(shè)計(jì)，建設(shè)與之配套的在線教學(xué)資源庫(kù)，合理設(shè)計(jì)師生互動(dòng)環(huán)節(jié)，提升課堂教學(xué)的效果. 另外，可適當(dāng)融入“創(chuàng)新教育”元素，培養(yǎng)學(xué)生批判性思維和創(chuàng)新性思維，進(jìn)一步與創(chuàng)新教育融合.

6 小結(jié)

本論文介紹了立足于中西方光學(xué)萌芽階段發(fā)展史的教學(xué)設(shè)計(jì)，探討不同社會(huì)文化背景下光學(xué)發(fā)展的共性與差異問(wèn)題.課程從知識(shí)、科學(xué)思維和文明三個(gè)維度組織教學(xué)，在構(gòu)建基本光學(xué)知識(shí)體系的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)光科學(xué)問(wèn)題研究體系的縱向深入剖析和對(duì)不同文化社會(huì)背景的橫向?qū)Ρ?引導(dǎo)學(xué)生思考對(duì)科學(xué)傳承和理論體系發(fā)展產(chǎn)生影響的因素，反思科學(xué)發(fā)展的社會(huì)性和復(fù)雜性；引領(lǐng)學(xué)生從跨學(xué)科的角度思考自然科學(xué)與人文、社會(huì)學(xué)科之間的互動(dòng)關(guān)系,培養(yǎng)學(xué)生具備多元思維方式、全局全球視野，建立自然、社會(huì)與科技和諧統(tǒng)一的科學(xué)發(fā)展觀.本設(shè)計(jì)也可作為光學(xué)專(zhuān)業(yè)的導(dǎo)論課，與課程思政建設(shè)有機(jī)結(jié)合，提升專(zhuān)業(yè)學(xué)生的科學(xué)精神、歷史使命感和社會(huì)責(zé)任心，更好的實(shí)現(xiàn)國(guó)家高等教育“雙一流”建設(shè)戰(zhàn)略中人才培養(yǎng)的要求.