希望159 · 牛顿的学习方法论

     

     富兰克林在他的自传中追忆早年创业经验,说了这样一句话:先要学会赚钱的方法才能赚到钱。

     这是对方法论的作用作出的最高评价。同样,李笑来把他的微信公众号取名为"学习,学习,再学习"按照他的现身说法,作为一名终生学习者,一定要先掌握学习的方法,然后才能学习自己需要的知识和技能。可见,名家历来重视对学习方法论的研究。民间谚语说,磨刀不误砍柴工;授人以鱼不如授人以渔,都是这个道理。

     最近迷上传记作品,读完《牛顿传》,我对中世纪的欧洲历史文化,尤其是宗教神学,政权变革和自然科学发展之间盘根错节的关系有了一点头绪。然而,我更关注的是开创人类工业文明先河,以科学精神照亮人类前进步伐的伟大人物--牛顿,他一生的学习方法。我总结以下几点。

对生活充满好奇

     最大的好奇莫过去对自己一生的追求方向。书中这样描述:1659年的秋天,牛顿16岁了,妈妈召唤他回家去当农民。是否他一生只适合当一个农民,从此终老一生?对命运的选择摆在了少年牛顿的面前,到底该何去何从?年轻的牛顿不知道未来的职业是什么,但他肯定不会去放羊,种地或者赶粪车。乘家人不注意的时候,牛顿偷偷的去采草药,躲在草丛里看书,羊群踩坏邻家大麦的时候他却在河里建造水车。

     牛顿出生在中世纪英格兰农村的一个普通农民家庭,他从小对自然现象充满好奇。他认真地观察河里的涡旋和波浪,他对流水产生好奇。太阳的光线为什么在一天的不同时间所处的位置不同,阳光照射在河水里为什么会呈现不同的颜色,地球上所有的物体为什么都会落向地球。晚上天空划过的彗星为什么会妥拖着长长的尾巴等等,人们为什么认为彗星是不祥之兆呢?

     正是深埋在童年牛顿心中的种种好奇的火焰促使他后来一心想研究光线和天体运行的规律,因为现存的人类传说和理论知识,始终不能搞清楚人类在地球甚至宇宙中的位置,而神和自然之间是等同的还是有什么千丝万缕的联系。带着这些好奇,牛顿把自己所有的收入和时间都用在学习和了解这些问题有关的所有知识。

     牛顿曾说,沃斯索普花园里的苹果给了他很大启示——苹果可能是从树上掉下来的,也可能不是。伏尔泰和其他传记作家在书中提到牛顿注意的那个苹果,后来在对它们的很多演绎版本中,一个科学发展上上最广为传颂的谬误产生了——牛顿知道呢不需要一个苹果来提醒他,地球上的物体总是朝地上掉的。

带着问题看书求解

     带着对在现实生活中的观察到的现象和问题,牛顿系统学习了当时仅有的数学,几何学,天文学知识。根据自己学到的知识,制作了根据每天太阳变化来观测时间的日晷,这是一个借助墙面和木头,绳索,通过阳光投射在墙面的影子做出简易刻度来记录时间的装置,它已经是当时最先进的记录时间的设备。为了更清楚的观测天上的星座,牛顿运用所学几何学知识设计了世界上第一个反射望远镜,这是当时体积最小,能观测的距离最远的望远镜。为了搞清楚光线的形成原因,他把自己关在黑屋子里几天几夜,就为了做出光线折射规律的试验。


重视理论知识学习

     为了学习理论知识,他把自己所有工资和带课薪水,甚至从家里母亲哪里拿到钱全部用于购买书籍。一方面,他利用自己在剑桥大学的教授身份,查阅了图书馆里所有和自己感兴趣科目的所有书籍,另一方面在市场上购买同类书籍。买来的书,他都很细心的阅读。一边阅读,一边思考,一边做记录。

     为了学校学士选拨考试,他买了欧几里得买的《元素》一书。不久他又买了几乎当时全世界数学领域最新的书籍,比如佛兰茨的《杂记》,笛卡尔的《几何学》,威廉·奥特莱德的《解析几何》,还有约翰·华莱士的《无限小算术》,这些著作堪称当时欧洲大陆最先进的思想。

重视做笔记

      做笔记这个习惯牛顿从很小就养成了,他自己自创了一套速符号,他记录自己对上帝的忏悔,还记录自己的读书笔记。每次观察到奇特的自然现象就会在笔记本上记录下来,形成自己的思考和问题。他带着这些记录的问题在学习理论书籍。在学习的过程中,他一边记录别人的理论和方法,一边思考自己的方法和问题。他把这些问题全都记录在本子上。边看边思考,一边做记录。所以,一本有价值的书籍看完,他会做出满满几页的笔记内容,这些内容里大多数是以自问自答的形式。有些自己搞不懂的问题就留下空格,以准备下一次经过思考和学习以后形成新的答案。

    牛顿一生留下的最宝贵的财富就是她的成千上万的笔记和计算手稿。包括他已经公开发行的书籍也是在笔记和手稿记录的基础上形成的。在牛顿传中这样记载:牛顿做笔记是为了阅读,他逐字逐句的抄写了大量的书籍和手稿,有时同样的原文他会抄写好几遍。他这样做不仅仅是为了高兴,而是为了推理,为了冥想,为了主导他狂热的思想。所以他养成了写读书笔记的习惯,他不断的向自己提出问题,逼着自己去思考,计算答案。就这样,他的研究已经超越了那个时代的知识前言。

理论联系实际

     牛顿不仅重视理论知识的学习,他更重视实践操作。他一生发明了无数的设备就是明证,他设计的日晷,他发明了世界上第一台反射望远镜,自己制造了水力和风力研磨机,设计很多试验装置,如力学试验和光学试验。其次,他不迷信书本上的理论知识,他会根据这些原理和猜测,自己亲自测试他们的正确性。所以,他制作很多棱镜,观测光线经过棱镜的折射效果。他观察物体在水里的运动状态,阻力的来源和方向。为了弄清楚很多运动和力学问题,他全部亲自设计很多实验,反复测试这些试验结果,现象,然后把这些观测道德结果和数据记录下来,知道自己满意为止。

不迷信别人的答案

     牛顿在笔记本上记录着亚里士多德说过的话:我热爱柏拉图,但我更热爱真理。他根据书上学来的知识和自己的猜想,归纳出自然科学的基础概念:物质和原子,质量和位置,事件与永恒以及重力的概念。

     就像他看到彗星划过天空的时候,人们传说在欧洲的某个地方有发现了新的瘟疫,或者某个皇帝被刺杀了,人们把这种天象和国家发生的政治事件以及自然疫情联系起来,他只是听听而已。在他以前的时代,关于地球的假说有很多种,有地球静止学说,伽利略的惯性原理,开普勒的地球椭圆学说,哥白尼的日心说,等等,牛顿把这些所有在当时流行的学说和猜想都记录下来。经过自己的思考,观测,试验,计算,汇聚成一个一个的问题,汇聚在自己的笔记本上。在日后的学习和试验中,一个一个的解决。没有解决的问题都空下来,等待日后解答。

观测记录 试验 测量 猜想 计算

     关于科学的研究方法,当时根本没有系统的方法,人们对于自然科学和哲学是混为一类的。很多对自然科学的研究只停留在理论的描述和观测和猜想阶段,并没有实证主义科学的研究方法。牛顿对于运动和光学的研究从一开始就使用了精密的数学方法,因为他的数学和几何学功底非常深厚,他也使用更精密,准确的方法来研究运动天体力学。这与同时代的很多科学家迥然不同,所以他经常嘲讽哪些哲学的理论式科学家,他们之间的研究方法有本质的区别。

     在研究自然科学领域,牛顿使用了尽可能科学的方法论。通过自己亲自观测天象,观察运动现象,物体之间力的变化规律,然后记录下来作为原始数据。如果这样的观测还不够精确,他还会模拟天体运动和力学运动,光学变化的实验,在试验中做精确的测量和记录,用观测结果对自己的猜想进行验证。然后在通过数学公式计算天体的实际比例和距离。结合历史上的观测结果,把自己的计算结果进行对照,从而得出比较精确的科学结论。

    形成自己的理论体系。

     牛顿在借鉴前人理论基础上,通过自己的观测,验证,形成了自己的看法。把这些种种经过多次验证的结果进行抽象,总结出新的理论体系。比如牛顿在自己通过几何和微积分计算天体运行的时间和空间距离基础上总结出天体运行的三大规律,分别是牛顿第一定律的惯性定理,牛顿第二定律的加速度定理,以及牛顿第三运动规律的反作用力。这就构成了经典机械运动的基础定律。

     此外,牛顿探索出物体之间有一种神奇力量的存在,那时候还没有电力这些概念,也不能解释物体之间存在静电作用。但是,牛顿三定律对于后来人们研究动力,动量和电力奠定了理论基础。

     在观测,实验,计算,猜想,完验证的基础上,牛顿把自己研究生一个个问题和论文总结成体系的书籍出版,这就是牛顿的《自然哲学的数学原理》。这本书已经出版引起了英国甚至欧洲的轰动。在后来,牛顿又把自己研究的光学理论集结成册进行出版。又一次给人类世界带来新的思想盛宴。

     他认为潮汐是因为地球对月球的自传和对太阳的公转引起的现象。而当时欧洲人普遍认为潮汐是因为月球的压力所造成的。当时的欧洲,人们认为地球是一个像西瓜一样的圆形,而牛顿经过精密的计算机认为地球是一个两极稍扁的椭圆形。这都引发了人们全新的世界观,颠覆了人们的认知。

     牛顿所有的理论都是建立在科学数据的基础上,通过精确的计算得出结论,尽管在同时代有些理论还不为人们所认同,但是后来的人们通过实证,测量和继续探索,最终都验证了牛顿的理论和猜想的伟大性。学习的方法在原则上基本上是相通的,我们从牛顿身上也可以借鉴到这些学习学习方法:对生活充满好奇,细心观察这些习以为常的现象。学会记录自己的问题,并且在日后的观察和学习中不断解答提出的问题。不仅要重视理论知识学习的重要性,尤其是前人总结出的重要知识理论体系,还要花费更多精力和时间去拓展心得边界和领域。

    学习也总是有方法的,学会思考别人理论的推理过程,并善于质疑。做笔记是一个非常重要的学习方法,不论是记录问题,记录别人的理论,还是记录自己的问题,这都是同样重要的,甚至记录自己思考的过程,在思考中的新发现,新的疑问。

     理论联系实际才是我们理论学习的最终目的,所以学了知识还要学以致用,这样一方面可以加深自己的记忆,另一方面可以检验理论知识的正确性。对于无法观测和描述的理论也可以使用实验的方法进行模拟,通过观察实验数据和结论验证自己的猜想。科学猜想一定是建立在科学数据和现象观测的基础上,所有伟大的理论都是从猜想开始。当解决了一个个问题以后,一定要形成自己的知识体系和理论构架,这样才能建立自己的方法论体系。就像牛顿开创了实证主义的自然科学研究方法一样。

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