汤红彬1,文伟2
（1、张家界市民族中学 湖南张家界 427000）
（2、怀化学院 湖南怀化 418000）
摘要：阐述了工业革命与技术革命、产业革命的联系与区别，介绍了科学与技术的区别。详细说明了物理学理论中早期经典力学和早期热学理论对第一次工业革命的促进作用。最后指出了物理学理论对第一次工业革命的推动作用给我们的几点启示。
关键词：中学历史教学；物理学；工业革命
来源数据库：基础教育
分类号： G633.5
习近平总书记指出，科学技术是第一生产力，创新是引领发展的第一动力。当前，全球新一轮科技革命孕育兴起，正在深刻影响世界发展格局，科技创新将会深刻影响和改变人类生产生活方式。正是在这个意义上，新编的高中历史教材必修《中外历史纲要（下）》第10课中要求学生思考科技创新在第二次工业革命中所起的作用 [1]。诚然，科技革命和科技创新在第二次工业革命中所起的积极作用非常明显，但也不可否认的是，科学技术对第一次工业革命也产生过积极的推动作用。本文尝试就自然科学的基础——物理学对第一次工业革命产生的作用做一个讨论，以期为中学历史教学提供参考，从而为中学生科学素养的培养起到积极的作用。
一、 需要明确的几个问题
首先要明确工业革命不等同于技术革命或者产业革命。在很多教学参考资料中，往往把第一次工业革命简单等同于第一次产业革命。但我们只要稍稍仔细考查一下技术革命和产业革命的概念及第一次工业革命的进程，就会发现这种等同的不妥。考查历史，产业革命的概念首先由恩格斯提出，他在《英国工人阶级状况》一书中认为蒸汽机和棉花加工机的发明推动了产业革命。因此，早期的产业革命研究者往往将产业革命直接界定为第一次工业革命，但这些是历史的局限性造成的。我们以为产业革命是社会生产方式或经济结构、产业结构的本质性变化,从这个意义上讲第一次工业革命的早期英国还不具备这些特点。而技术革命是人类在一定历史时期内进行的关于制作的系统知识和技艺的全面的本质性的变革，早期的英国恰好具备这个特点。如果从时空观念来看则更容易区分工业革命和产业革命。比如著名的科技史专家阎康年的就认为第一次技术革命应以蒸汽动力技术为标志,时间大致为1712-1784年，即从纽科门发明第一台可实用的蒸汽机至瓦特完善蒸汽机的发明；而第一次产业革命的标志应为动力机器生产的普遍化，时间可界定为1760-1830年，即从水力纺织机的发明至蒸汽动力机械的普遍使用[2]。基于以上论述，我们认为第一次工业革命包含着技术革命和产业革命，第一次工业革命的早期为技术革命阶段，后期为产业革命阶段，中间一段为两者交叉的阶段。
其次，科学与技术是不同的概念，不可随意混淆。虽然科学没有公认的定义，但大家普遍认为科学是一种理论知识体系，是人类认识世界和改造世界的社会实践的概况和总结并反过来为社会实践服务。技术则泛指根据自然科学原理生产实践经验，为某一实际目的而协同组成的各种工具、设备、技术和工艺体系。从概念上我们就可以看出科学与技术既有密切联系，又有重要区别。科学侧重于解决理论问题，技术侧重于解决实际问题。我们认为中学的科技史教育需要把科学与技术的联系和区别给学生讲清楚，至少要让学生知道科学与技术不是一回事情。本文所讨论的物理学属于科学的范畴。
二、物理学对第一次工业革命的促进作用
对于物理学的概念不同的人有不同的理解，这正是物理学博大精深和在不断发展的见证。我们可以从各种关于物理学的定义中理出物理学的基本内涵：第一，物理学的研究对象为物质，因此物理规律也就是客观实在的，属于科学的范畴；第二，物理学的研究内容为运动的一般规律和物质的结构两大部分；第三，物理学是自然科学的基础，是基础科学。也正因为物理学科的重要性，包括湖南在内的多个省份开展的教育改革将物理作为考生在高中学业水平选择性考试和高考中的首选课程之一。早期物理学的发展主要集中的力学领域，热学理论也有不错的发展，二者均对第一次工业革命均产生过显著的促进作用。
（一）早期经典力学对第一次工业革命的促进作用
很多人认为经典力学对第一次工业革命的促进作用不明显，原因可能在于第一次工业革命的主要标志蒸汽机的发明者瓦特没有被冠以“物理学家”或者是“力学家”，而是贴上了所谓“工匠”的标签，甚至有人认为第一次工业革命期间发明各种动力机械的均是能工巧匠，与物理或者力学没有关系。另一方面，许多资料将经典力学等同于牛顿的动力学，认为牛顿力学并没有直接对第一次工业革命起推动作用。其实，以上两点都是经不住仔细推敲的。
我们首先来看什么是力学。在西方语言里，力学一词是由希腊文“发明、巧思、机械”中引申出来的，力学的英文单词Mechanics同机械学是同一词根。德国著名物理学家基尔霍夫认为：力学是关于运动的科学，她的任务是以完备而又假定的方式描述自然界中发生的运动。我国著名科技史专家武际可认为对力学的认识至少可以归纳以下两点：1、力学起源于工具、工艺的改进，同时也是人类追求认识自然界运动的普遍规律的必然归宿；2、早在牛顿时代，就有了理论力学与应用力学的分工[3]。所以牛顿也说，力学一方面是理性的或者说是理论的，另一方面则是应用的。无独有偶，阎康年先生也将科学革命分为基础科学革命和应用科学革命[4]。如果沿着这条思路，力学对第一次工业革命的促进作用就非常明显了。
无论是工业革命早期的飞梭、珍妮纺织机、水力纺织机、骡机、水力织布机，还是后来经过改良的瓦特的“复动式蒸汽机”，都是一种力学机械，难道不是经典力学对第一次革命的促进？
其次再来看瓦特等人没有受到物理或者力学的理论指导的问题。瓦特是英国发明家、企业家，第一次工业革命的重要人物。但也不要忽略他还是英国著名科技团体月亮学社的成员。正是由于在月亮学社中，瓦特吸收了很多物理学尤其是力学的知识，为其后来改良蒸汽机打下了理论基础。需要说明的是，力学虽然是自然科学中最早形成的学科，可是它却是自然科学中最后分离出来的一个分支学科，以至于在相当长的时期内力学不是一个独立的行业。借用我国古代的谚语“北人无弓匠，南人无船工”很容易说明这个问题。北方人崇尚武术，所以几乎每人都会制造和修理弓箭；南方多河流湖泊，则很多人会修船。英国当时的情况与此类似：正是由于经典力学知识的普及，为第一次工业革命中各种动力机械的制造创造了前提条件，而这些“能工巧匠”却没有被冠以“力学家”或者“物理学家”的名号。实际情况可能更热烈：当时英国资本主义发展遇到了采矿、航海和武器弹道的精准预测三大难题，而许多物理学家均参与了相关的发明创造。因此, 世界著名科技史专家科恩指出:“我们的制造厂不再被交给无知的工作者；相反, 在他们中的大多数人中，有非常有知识的人，有受到良好教育的物理学家们，为了促进有用技艺的进步, 我们必须指望他们”[5]。
（二）早期经典热学理论对第一次工业革命的促进作用
蒸汽机的发明是第一次工业革命的主要标志，而蒸汽机的研制不仅以力学
为基础，还以早期热学知识为基础。18世纪时，被人们普遍接收的是热学理论是热质说。虽然热质说是一个后来被证明错误的理论，却在当时得到了一些正确的结果，我们的叙述中要涉及到这个理论。瓦特在幼年时期便表现出机械制造方面的天赋，后来由于其远方舅舅米黑尔德的关系结识了负责给格拉斯哥大学捐赠天文仪器的迪克博士，从而得以在格拉斯哥大学以一台最新型的纽科门蒸汽机进行物理教学和研究。经过了反复的观察和实验，瓦特发现了潜热现象，而这个概念最初是由他的好友布莱克博士提出[6]。这一理论对于瓦特具有重要意义。在弄清了潜热的意义后，瓦特认识到了潜热的存在正是纽科门发动机热效率低下的症结所在，从而促使他产生了“分离式冷凝器”的灵感，最终发明了世界上第一台真正意义上的高效率动力机械——瓦特蒸汽机。从上面的叙述中可以清晰的看到，瓦特改进纽科门蒸汽机时遇到的关键问题的解决确实是在热学研究者布莱克的帮助下完成的，因此，早期的热学理论确实对瓦特发明蒸汽机产生了积极作用，从而也对第一次工业革命有明确的促进作用。
经典物理学（主要是早期力学理论和早期的热学理论）的思维范式和定理规律等为第一次工业革命中大规模发明和使用机械打下了理论基础。可以说早期力学（包括牛顿力学）和早期经典热学理论指导下的蒸汽机的发明，使人类踏入了机械化时代，有力的推动了第一次工业革命的进程，客观上促进了第一次工业革命的发展。
三、启示与结语
科学技术特别是物理学对第一次工业革命产生了巨大的促进作用。如果我们善于反思，就会发现历史上我们也发明了许多精妙的力学机械，但我们却没有发生工业革命。究其原因之一，是我们没有科学理论的指导。如果再深入一点，科学理论的产生需要土壤，恰恰我们缺少这个土壤，即我们的文化内核缺乏科学的精神。当然，我们欣喜的看到，在新一轮的教学改革中，顶层设计开始注重科学素养的培养，注重科技史的教育。2017年版的《普通高中历史课程标准》中不仅在必修部分，而且在选择性必修“经济与社会生活”中的生产工具与劳作方式、交通与社会变迁及医疗与公共卫生；选择性必修“文化交流与传播”中的信息革命与人类文化等部分中均有科学技术的内容。我们期待这些内容在未来有助于高中生科学素养的培养。
第一次工业革命的巨大成功还得益于英国对包括物理科学与技术在内的知识权利的保护。1993年诺贝尔经济学奖得主道格拉斯·诺斯指出了英国“发展了一套包含在习惯法中的有效的所有权。除排除了要素和产品市场上资源配置的障碍外，英国已开始利用专利法来保护知识的所有权”[7]。可见当时对知识产权的保护对工业革命产生了积极的影响，作为站在新时代前列的我们也要特别注重对包括科学思想在内的知识产权的保护，国家成立知识产权局就是非常有力的措施之一。
最后，纵观历史，三次工业革命对人类社会的生产生活方式产生了革命性影
响。历史经验清楚的表明，我们要实现中华民族伟大复兴的中国梦，就需要深度参与甚至引领一次新的工业革命。作为教育工作者，给我们的启示就是要在中学阶段就培养学生的科学素养，形成整个社会的科学文化气氛，从而培育出科学思想，发展出新的科学理论，为深度参与和引领新的工业革命贡献力量。
参考文献：
1. 张海鹏，徐蓝主编.（历史必修）中外历史纲要（下）[M]. 北京：人民教育出版社，2019.
2. 阎康年.三次技术革命和两次产业革命的历史经验[J].世界历史，1985（4）：1-9.
3. 武际可.力学史[M].上海：上海辞书出版社，2010.
4. 阎康年.应用科学与应用科学革命[J].自然科学史研究，2007（3）：425-437.
5. 伯纳德.科恩著，杨爱华、李成智、李长生等译.科学革命史[M].北京：军事科学出版社，1992.
6. 王怡萌. 工业革命时期蒸汽动力的应用与热力学理论的关系[J].科学文化评论，2018（2）：40-47.
7. 道格拉斯.诺斯、罗伯斯.托马斯著，厉以平、蔡磊译.西方世界的兴起[M].北京：华夏出版社，2017. 作者简介1：汤红彬（1978.2～），女，土家族，籍贯(湖南省张家界市)，单位（张家界市民族中学），职称（中教一级），学历（1997级学士），研究方向：中学历史教学。
作者简介2：文伟（1978.1～），男，土家族，籍贯(湖南省张家界市)，单位（怀化学院），职称（副教授），学历（2012级博士），研究方向：物理学史与激光技术。