跟大师学创造力1:伽利略的大发现+25个酷科学实验

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原文作者: RICHARD PANCHYK
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具体描述

【跟大师学创造力1-5】 系列
学习写作与表达能力 ,「读写科学史」最佳范本

  以科学家/艺术家的故事追根溯源,和随手可作的简单活动,体验大师的创作历程,更能帮助读者「深度学习」,增加阅读能力及跨领域整合思考能力,获得全美科学教师联盟推荐,更受到国内推广科普的媒体及老师喜爱。

  向天才伽利略学创造力,为天文学与物理学奠定基础!

  当人类每踏入太空一小步,都应该记得——在伽利略的时代,光是睁开眼睛、瞧瞧望远镜里的事物,都是勇敢的一步!

  ★向伽利略学创造力的10个好方法
  1.保持好奇心!
  2.独立检视问题,不要轻易把别人的话当成解答。
  3.「观察」能发现新问题、保持创造力。
  4.学习是自然而然的事。让家里充满崇尚智识的氛围。
  5.不要接受「只要写在书上的事物,就是事实」这样的观念。
  6.实验,是理解所有事物的唯一方法。
  7.除了科学,对其他领域(如:文学、艺术)也要保持同样的兴趣。
  8.练习为自己辩护。
  9.喜欢把观念应用于可以帮助人类的实务发明。
  10.即使是天才,有时候也会犯错。

  伽利略是真正的天才,他不但喜爱科学和数学,也热爱音乐和艺术,一生中还有许多轰动全世界的伟大发现。他不仅仅是个科学哲学家,同时也将想法付诸实际应用,创造许多新发明。

  伽利略的思想领先和他同时代的人,志在追寻真理,认为没有事物能够取代仔细的观察和实验。透过本书,我们可以明白伽利略革命性的发现,还能看到伽利略如何改变这个世界,为现代的天文学与物理学奠定基础。本书随书附上25个实验活动,对照理化、自然等基础课程内容,运用常见的材料,容易操作。包含:观测月亮、钟摆运动、认识比重、重力实验、液体密度、加速度运动……等。并收录科学家大事纪年表、重要名词解释、着作索引、参考网站等,方便资料查找。

本书特色

  ★5年级以上适读──物理、化学、数学、天文,STEM补充教材首选!
  ★收录超过200张原文插图或照片,兼顾人文、科学及艺术教育培养。
  ★25个实验活动,对照国中小自然、理化等基础课程内容,运用常见的材料,容易操作。包含:观测月亮、钟摆运动、认识比重、重力实验、液体密度、加速度运动……等。
  ★收录科学家大事纪年表、重要名词解释、着作索引、参考网站等。

  跟大师学创造力1-5 系列 陆续出版
  5年级以上适读。芝加哥评论出版社(Chicago Review Press)最受欢迎的跨领域人文x科学学习系列,以科学家/艺术家的故事,穿插有趣的实验活动,获得全美科学教师联盟推荐!

  1伽利略的大发现+25个酷科学实验
  2 牛顿的物理学探索+21个趣味实验
  3 达尔文与演化论+21个自然实验
  4 达文西的艺术创举+21个趣味活动
  5 贝多芬与他的音乐+21个创意实验

名人推荐

  郑国威(泛科学总编辑及共同创办人)总导读
  张东君(科普作家)专文导读
  艾德林(Buzz Aldrin,阿波罗11号登月太空人)代序
  林瑞文(教育部师铎奖得主、左营国中资优班教师)审定

  全美科学教师联盟
  《学校图书馆期刊》(School Library Journal)
  美国科学促进会《科学图书与电影》(Science Books & Films)
  书评杂志《KLIATT》 一致推荐

  【跟大师学创造力】不仅故事与人物铺陈有血有肉,资料详实却不压迫,也精心设计了随手就可以体验书中人物生活与创造历程的实验活动,非常贴心。这套书并不只给孩子,我相信也适合每个还有好奇心的大人。——郑国威 (泛科学总编辑及共同创办人)总导读

  本书引导你进入伽利略时空、理解他的忧喜,并动手实验实现他的理论,让你进化为伽利略的铁粉!——林瑞文(教育部师铎奖得主、左营国中资优班教师)

  伽利略的人生故事是关于天才和毅力最好的一课。——艾德林博士(Buzz Aldrin,阿波罗11号登月太空人)

  本书饶富兴味、扣人心弦,在字里行间让读者体会伽利略的天才和正直。──全美科学教师联盟
 
  引人入胜……实用而深入的资讯,全书俯拾皆是。精采可读。──美国科学促进会《科学书与影》(Science Books & Films)

  必读佳作。──书评杂志《KLIATT》
探索无界:激发潜能的思维导航 本书并非聚焦于伽利略的科学探索,也未收录任何具体的科学实验指南。相反,它是一部旨在引导读者超越既有框架,激活深层创造性思维的实用手册。我们深知,真正的创新并非源于对既有知识的简单复制,而是源于对问题本质的深刻洞察和对未知领域的无畏探索。 本书结构严谨,内容深度兼具,旨在为渴望提升解决问题能力、拓宽思维边界的个体提供一套系统的训练体系。它从人类认知模式的底层逻辑入手,剖析了阻碍创造力涌现的常见心理陷阱,并提供了一系列经过实践检验的思维工具和策略。 第一部分:打破思维的惯性:认知重塑与洞察力培养 在信息爆炸的时代,我们的大脑倾向于建立快速、高效的认知捷径。然而,这些“捷径”往往是扼杀新颖想法的温床。本部分将带领读者审视自身的思维定势,并提供一系列“认知校准”练习。 1. 识别与解构“已知”的边界: 我们将探讨“范式”的概念,分析社会、职业环境中既有框架是如何限制我们的想象空间的。通过对经典案例的剖析,读者将学会质疑那些被视为理所当然的假设。这包括对时间、空间、因果关系等基本概念的逆向思考练习。例如,不再将“成功”视为单一路径的结果,而是将其分解为一系列相互独立的决策点,从而发掘出不同的成功模型。 2. 深度观察:从信息接收到意义提取: 创造力的源头在于对细节的敏锐捕捉和对表象之下的规律的洞察。本章将介绍“慢观察法”——一种系统性的、多感官参与的观察训练。我们将详细阐述如何通过交叉比对不同领域的信息(例如,将生物学的结构模式应用于组织管理、将音乐的节奏感应用于项目流程设计),从而构建出全新的关联网络。重点不在于罗列事实,而在于训练读者在看似不相关的元素之间建立“隐形桥梁”的能力。 3. 提问的艺术:探寻问题的核心驱动力: 许多平庸的解决方案源于对错误问题的回答。本书将深入探讨如何进行“第一性原理”的提问,即剥离所有既有定义和解决方案,直达事物的本质需求。我们将提供一系列递进式的提问框架,帮助读者将模糊的挑战转化为清晰、可操作的创新命题。例如,与其问“如何更快地运输货物”,不如问“如何消除空间阻隔对价值交换的限制”。 第二部分:思维工具箱:结构化创新方法论 创造力并非全然的灵光乍现,它往往是系统性工具与深刻洞察力碰撞的结果。本部分专注于提供一套可应用于任何领域(商业、艺术、技术、人际关系)的结构化思维工具集。 1. 逆向工程思维:从终点推导过程: 我们将介绍一种强大的思维模型——“目标反推法”。这不仅是项目管理中的常见技巧,更是一种创造性的溯源工具。当面对一个需要颠覆性创新的目标时,如何设定一个看似“不可能”的最终状态,并沿着逻辑链条反向推导,每一步需要具备的条件和创新点。这种方法有助于打破线性思维的束缚。 2. 联想矩阵与随机输入法: 创造性联想是激发新概念的关键。本章将教授读者如何构建个性化的“联想矩阵”,将自身专业领域的关键词与完全不相关的领域(如古代哲学、抽象艺术、微观物理)的关键词进行交叉组合。我们会详细指导如何处理由此产生的“不合理”组合,并从中提取出具有潜在价值的“创新基因”。 3. 复杂系统的分解与重构: 面对高度复杂的难题时,肢解与重组是必要的步骤。本书将引入“系统思维导图”的进阶应用,重点在于识别系统中的关键节点(Leverage Points)——那些只需微小改动就能引发巨大系统性变化的点。学习如何隔离模块,独立优化,然后以全新的方式重新集成这些模块,从而实现超越简单叠加的“涌现式创新”。 4. 约束条件的激发作用: 普遍认为自由是创造力的温床,但本书将论证适度的“必要约束”能更有效地激发思维。我们将探讨如何在设计初期主动设定看似苛刻的限制(如预算的极度削减、时间的极限压缩、资源的完全不可用性),并展示这些约束如何迫使大脑放弃常规路径,寻找真正独特且高效的解决方案。 第三部分:实践与心流:将想法转化为可执行的行动 再好的想法,若不能付诸实践,也终究是空中楼阁。本部分关注如何维持创造过程的活力,并在不确定性中保持执行力。 1. 迭代与快速原型:最小可行性理念的超越: 我们将讨论“最小可行性原型”在创造性探索中的局限性。真正的创新需要“最小有价值反馈循环”(Minimum Valuable Feedback Loop)。这要求在极早期就暴露想法于真实环境,但反馈的重点不在于“是否可用”,而在于“是否能激发下一轮更深入的思考”。本章将指导读者设计出能够引导方向的“探针式”原型。 2. 创造力的情绪管理:拥抱模糊与失败的价值: 创造过程往往伴随着巨大的不确定性和随之而来的焦虑。本书将深入探讨“心流”状态的触发机制,并提供具体的环境设置和心理准备方法,以帮助读者更频繁地进入高效的创造性工作状态。同时,我们将重新定义“失败”——将其视为对现有假设的有力反驳,是筛选出有效路径的必要成本。 3. 跨界交流与反馈的结构化吸收: 孤立的思考难以突破天花板。本章将指导读者如何有效地向不同背景的人寻求反馈。这包括如何清晰地表达一个尚不成熟的想法,如何过滤掉无益的批评,以及如何将看似无关的外部观点整合进自身的创新蓝图。最终目标是建立一个自我持续优化的、开放的创造系统。 通过对上述三个层面的系统性训练,本书旨在为读者提供一套强大的、可迁移的思维框架,使他们无论面对何种领域的挑战,都能以更具洞察力、更有效率的方式,创造出真正具有价值和影响力的成果。这是一种关于如何思考、如何观察、如何行动的全面升级指南。

著者信息

作者简介    

潘齐克Richard Panchyk


  出生于纽约皇后区。曾就读于声誉卓着的史岱文森高中(Stuyvesant High School)。取得麻州大学安赫斯特分校(University of Massachusetts Amherst)人类学硕士,并修完博士班课程。七岁时立志成为作家。小学三年级时,卖出他的第一本「书」给同班同学──一本4页的手写杂记,售价是5分钱。大学时曾在校刊社担任许多职务,包括担任总编辑。大学时代的他,写过100多篇文章,还发表过漫画,名为「窗下世界」(Over the Ledge)。十九岁时,他印制了一册小小的个人诗集;二十一岁时,出版了他的第一本书。自那时至今,他已出版了24本书,总页数超过2,800页,其中包括10本芝加哥评论出版社(Chicago Review Press)的系列书籍。

译者简介

周宜芳


  自由译者与编辑,喜欢分身于书房与厨房,领略创造的乐趣。本书是她尝试青少年读物的第一本译作,献给家里那个「为什么」问不停的牧羊座男孩:愿伽利略穷究真理的智慧、坚持真理的勇气,待他前往远方之时,为他筑脚下的路、点眼前的灯。赐教信箱:yifang.chou@icloud.com。

审定者简介

林瑞文  
 

  左营国中资优班教师、科学工艺博物馆研习讲师、104年教育部师铎奖得主,近年致力推广教师共备、段考非选题与试题共审,创设Line群组「国中超自然理化地科备课」,成员超过400人,闲暇时担任TED字幕翻译志工。

图书目录

序◎艾德林(Buzz Aldrin)
作者的话
谢辞
导论
大事纪年表
 
第一章
伽利略之前的科学与天文学
学文艺复兴时期的文士写信
观测月亮 一
运用原始资料
 
第二章
故事的起点
烹调一顿文艺复兴风味餐吧!
钟摆运动
制作计脉器
认识比重
 
第三章
伽利略的比萨岁月
重力实验
椭圆的性质
磁石实验
观测月亮 二
液体的密度
 
第四章
奇妙的望远镜
光圈实验
投射阴影
浮针实验
画笔下的光与影
 
第五章
酝酿中的暴风雨
眼睛的感光实验
掷骰子
为伽利略调制灵药
 
第六章
两种体系的争论
相对运动实验
投射物实验
 
第七章
伽利略的晚年
加速运动
梁的强度测试
振动的弦
画出摆线
 
参考资源

图书序言

跟大师学创造力系列 总导读

◎郑国威(泛科学总编辑及共同创办人)


  身为一介投身科学知识传播与教育领域的文科生,我一直在找寻两个问题的答案。第一个问题是,要怎样让比较适合文科的孩子不要放弃对理科的好奇心与兴趣?第二个问题是,要怎样让适合理科的孩子未来能够不要掉入「专业的诅咒」。

  选择理科或文科,通常不是学生自己由衷的选择,而是为了避免唠叨跟麻烦,由环境因素与外人角力出的一条最小阻力路径。孩子对知识与世界的向往原本就跨界,哪管大人硬分出来的文科或理科?更何况,过往觉得有效率、牺牲程度可接受的集体教育方针,早被这个加速时代反噬。当人工智慧加上大数据,正在代理人类的记忆与决策,而手机以及各种物联网装置,正在成为我们肢体的延伸,「深度学习」怎么会只是机器的事,我们人类更需要「深度的学习力」来应对更快速变化的未来。

  根据国际学生能力评量计划(PISA,Programme for International Student Assessment),台湾学生虽然数理学科知识排名前列,但却缺乏叙理、论证、思辩能力,阅读素养普遍不足。这样的偏食发展,导致文科理科隔阂更远,大大影响了跨领域合作能力。

  文科理科继续隔离的危害,全世界都看见了,课纲也才需要一改再改。但这样就能解决开头问的两个问题吗?我发现的确有解法,而且非常简单,那就是「读写科学史」,先让孩子进入故事脉落,体验科学知识与关键人物开展时到底在想什么,接着鼓励孩子用自己的话来回答「如果是你,你会怎么做?」「如果情况变了,你认为当时的XXX会怎么做?」等问题,来学习写作与表达能力。

  阅读是 Input,写作是 Output,孩子是否真的厉害,还得看他写了什么。炙手可热的STEAM教育,如今也已经演变成了「STREAM」——其中的R指的就是阅读与写作能力(Reading & wRiting)。让偏向文科的孩子多读科学人物及科学史,追根溯源,才能真正体会其趣味,让偏向理科的孩子多读科学人物及科学史,更能加强阅读与文字能力,不至于未来徒有专业而不晓沟通。

  市面上科学家的故事版本众多,各有优点。仔细阅读过这系列,发现作者早就想到我寻觅许久才找到的解法。不仅故事与人物铺陈有血有肉,资料详实却不压迫,也精心设计了随手就可以体验书中人物生活与创造历程的实验活动,非常贴心。这套书并不只给孩子,我相信也适合每个还有好奇心的大人。



◎艾德林(退休美国空军上校、1966年双子星十二号太空人、1969年阿波罗十一号太空人)


  当伽利略第一次把他新发明的望远镜朝向天际时,他看到了宇宙的浩瀚。他发现了远方的星星、月球上的山脉和太阳的黑子。因为他的研究成果,人类的天文学知识突飞勐进。伽利略相信地球绕着太阳运行,不过在他的时代,人们对这个想法仍有争议。但是,他对真理的坚持,为现代天文科学打下基础。

  1969年,阿姆斯壮和我踏上月球,那是科学名副其实的胜利时刻。从伽利略开始的革命,自此进入一个令人赞叹的新阶段。现在,我们能在太空遨游,而不是只能凝望天空。现在,我们能触摸月球,而不是只能看着月球来的石头。我一向相信,太空探索有雄厚的潜力。太空探索不只能帮助我们了解宇宙运行的科学,也能帮助我们了解自己的星球和人类本身。

  伽利略是一位天才,受到旺盛的好奇心引领。他对知识的渴望,对我们所有人都能有所启发。如果我们能为了满足内心对知识的饥渴而不断奋斗,绝对能送太空人上火星,甚至到更远的地方。

  伽利略的人生故事是关于天才和毅力最好的一课。虽然本书描述的事件发生在400年前,它们仍然符合现代的需要,没有过时。人类每踏入太空一小步,都应该记得,在伽利略的时代,光是睁开眼睛、瞧瞧望远镜里的事物,都是勇敢的一步。

  只要怀抱实现梦想的勇气,以及满足对天空无穷好奇心的意志力,没有什么是不可能的。

导论 

  伽利略是真正的天才。虽然大家都把他归类为天文学家,但其实他的兴趣很广泛。他不但喜爱科学和数学,也热爱音乐和艺术,一生中还有许多轰动全世界的伟大发现。他不仅仅是个科学哲学家,他同时也将他的想法付诸实际应用,做了许多发明。伽利略的思想领先和他同时代的人,而这本书要讲的就是他的故事。
  
  伽利略志在追寻真理。他认为没有事物能够取代观察和实验。他相信,在大自然里观察到的所有事物,都必定是上帝的杰作。不管《圣经》或研究《圣经》的神学家怎么说,真理就在我们身边,等待我们去发现。尽管伽利略的理论与教会对民众的教导背道而驰,但他本人对宗教的信仰十分虔诚。他知道主张地球绕着太阳转会给自己招来危险,但是他没有让会受到惩罚的威胁阻止他。他不认为自己的科学发现会威胁教会的地位,也想不透为什么宗教和科学会混为一谈。
  
  伽利略的人生故事和现代有着极大的关联。伽利略之后的时代,科学和宗教经常拔河,十九世纪中期有达尔文的演化论,今日我们面对道德与宗教,也常左右为难。我们应该分裂原子、改造基因或复制动物吗?科学研究应该不顾一切,勇往直前吗?还是应该适可而止,到了某个界限就该止步呢?
  
  伽利略向世人宣告他那些震撼世界的新观念时,这些二十一世纪的重要问题也曾出现在他的脑海。人类应该为了知道更多而追求知识吗?知识是危险的吗?伽利略在吃尽苦头后发现,科学有可能会变成政治纠纷,因为知识就是力量,也是权力。
  
  伽利略的研究开启了太空探索,而太空探索有可能揭开万物起源的祕密。随着发现愈来愈多,人类一定会遭遇科学与宗教的冲突。这时,我们或许能从伽利略的想法里找到最好的解决办法。科学和宗教只要彼此尊重,还是能够和平共处。伽利略可能会这么说,科学和宗教都能帮助人类了解自己。科学和宗教不一定要誓不两立。
  
  第一章 伽利略之前的科学与天文学
  
  最早的天文学家,只不过是因为具备敏锐的观察力和旺盛的好奇心,而刚好注意到天体的运行。许多先进的文明数千年前就有天文观察,并加以应用创造历法。多年来,许多哲学家和科学家提出各种理论。有些人认为地球是平的;有个希腊科学家认为地球是圆柱状的;还有人认为宇宙的形状像一颗蛋。大约西元前500年,有位名叫毕达哥拉斯(约西元前580-500年)的哲学家兼数学家,他相信太阳是世界的中心,而且地球是绕着太阳运转。
  
  亚里斯多德(西元前384-322年)相信地球是圆的,而且是宇宙的中心。他相信太阳和行星都绕着地球运转。亚里斯多德是哲学家柏拉图的学生,他是哲学家也是科学家。他的学说和着作成为全欧洲的大学教学标准,一直到他过世后好几百年都是如此。他写作的主题包括逻辑学、物理学(探讨固体、液体和气体的具体特性的一门科学)和政治学。
  
  约西元前200年,科学出现重大进展。当时,埃拉托斯特尼找出计算地球体积的方法。他运用亚历山大港和赛印(现名阿斯旺)两地的距离,加上太阳在两地天空里的角度,推算地球的圆周(即绕球体一周的距离)。天文学家希巴克斯为他在天空里观察到的800多颗星星编制目录,并根据亮度把它们分组。
  
  下一个理论的提出,却多少算是天文学的退步。托勒密(约西元100-170年)是埃及的哲学家及科学家,住在亚历山卓城,生活在罗马统治埃及的时期。托勒密是某部天文学百科全书的作者,他认同亚里斯多德的学说,认为地球不会移动,也是宇宙的中心。
  
  托勒密认为,天空里其他星体每24个小时会从东向西绕着地球移动。行星和恆星位于包围着地球的层层空心球体空间里。各层有不同的星体:最靠近地球的是月球,第二层是水星,第三层是金星,第四层是太阳,接下来的第五、六、七、八层,则分别是火星、木星、土星和恆星。这个理论解释太阳和月亮不仅看起来像在天空中移动,事实上也真的绕着地球运行。这套行星运动的系统,就是所谓的「托勒密体系」。
  
  古人看着满天星星,试图想要了解眼前的景象。定位和编排星星很困难,直至人类终于找到一个简单的方法,也就是以不同的星星为点,把点连成线,以构成动物、形状和神话人物等「图像」的基本线条。黄道带的符号就是星座,或称为星群:如金牛座、白羊座和狮子座。其他知名的星座包括猎户座、仙后座和大熊星座(又称北斗七星,形状像个勺子)。
  
  西元五世纪,罗马帝国衰落,野蛮民族从东方横扫欧洲,长达将近千年的时间,欧洲没有出现什么创新,史称中世纪,又称为「黑暗时代」,不过用这个词汇来描述中世纪,可能过于夸张。中世纪当然也有伟大的艺术家和科学家,只不过水准不如先前的时代。不过,在世界其他地方,科学仍然在进步。1054年7月4日,中国天文学家发现一颗突然出现的「新」星,事实上他们观察到的是恆星的死亡,也就是今天所说的「超新星」,或是爆炸的恆星。那颗超新星爆炸的残骸就是今天的「蟹状星云」。那颗超新星的亮度甚至可以和月亮相比,甚至有好几个星期,在白天都看得到。
  
  一直要到西元1400年左右,创意和探索活动才再次在欧洲蓬勃发展,像希腊和罗马时代那样繁花盛开。「文艺复兴」(Renaissance,法文「重生」之意)在15世纪的法国、义大利和德国到达巅峰,重新发现数千年前伟大文化传统的价值。文艺复兴的精神就是伟大的心灵能广纳各种主题。创意和发明至上。西元1400年至西元1600年间,在建筑、雕塑和绘画等各方面都有伟大的旷世之作,而它们都是以两千年前希腊和罗马时代的杰出作品做为原型。
  
  文艺复兴时期的探索和发现

  义大利是文艺复兴活动的大本营之一,佛罗伦斯市尤其是重镇,米开朗基罗(1475-1564)和达文西(1452-1519)等多才多艺的人都在这里活动。达文西是艺术家和科学家,在他想做的各种事情上尽情挥洒他那不凡的天才。达文西在好奇心的驱使下,详细画出人体各个部位的器官、肌肉和骨骼。他对天文学也有兴趣,想要用数学证明太阳比地球大。
  
  文艺复兴时期,相较于艺术的重生,科学观念的重生之路远为曲折不平。这个时期有许多航海探险家,包括哥伦布、达伽马、德瑞克爵士和维斯普奇等,他们勇敢扬帆出航,探索世界。1522年,麦哲伦的船员(麦哲伦在旅程中途被杀身亡)环绕地球一圈,证明地球是圆的。在那之前,大家仍然相信地球是平的。在这个时期,欧洲人因为探索世界,发现了新大陆,并在远方开发殖民地。
  
  随着人类认识到陆块和水域的真实形状,制作地图的科学(称为「制图学」)也渐渐开花结果。1540年,德国制图家缪斯特更新了托勒密的地图,并在一五四四年出版了他的第一版《制图学》,那是一本世界地图,而且附有历史事件、科学资讯、各个欧洲城市景观,以及各地风俗和民族传说的精美图像。这部地图大受欢迎,后来还再刷了好多次,并翻译成好几种语文。只可惜,缪斯特还来不及完成其他作品,就死于一种名叫「黑死病」的流行病。地图和地球仪制作的另一位先锋是杰拉杜斯.麦卡托,他的不朽贡献是发明一种绘制世界地图的方法,就称做「麦卡托投影法」,能借由投影技术,将圆形的地球绘制成平面的地图。
  
  在文艺复兴时期,已经出现更成熟的导航工具,帮助水手找到横跨海洋的航线。不过,迟至1500年代中期,人们仍然不清楚所有洲陆的正确形状,也还不知道大西洋和太平洋的面积。
  
  医学上也有新发现:解剖学、生物学和化学。即使如此,1400年代至1500年代期间,致命的瘟疫仍不断在欧洲各个城市爆发大流行。
  
  观念的重生也带来文学的重生。文艺复兴时期,各种类型的写作有如百花齐放。由于横跨欧洲是漫长而艰辛的旅程(尤其是要跨越多山地区),文艺复兴时期的科学家和伟大思想家只能透过写信联络,因此书信兴起而成为一门艺术,革命性的新观念也借此遍及整个欧洲。
  
  1570年代的天文学:新恆星出现?

  除了哥白尼,十六世纪时还有其他欧洲人在天文学有新的进展,包括菲利浦.阿皮安(1531-1589)和麦斯特林(1550-1631)。菲利浦.阿皮安是麦斯特林在杜宾根大学的老师,他正是地图制图师彼得.阿皮安的儿子。
  
  1572年11月,一颗明亮的新星突然出现在仙后座星群。阿皮安、麦斯特林和其他天文学家都记录了这件事。这颗星是彗星吗?毕竟彗星是唯一已知会突然冒出来的星体。但是这颗「彗星」长得不一样,比如说没有尾巴。
  
  身为路德教徒的麦斯特林知道,提出天体的新理论可能会与路德教派的观念相冲突。但是,麦斯特林为他对行星、恆星和彗星的研究找到一个正当理由,他说,人类要研究天体确切的本质,才能更了解上帝对宇宙的设计。
  
  麦斯特林写道,不管天空的真相如何,都是上帝的杰作。新发现的真理最后是否和我们原先想的一样,无关紧要。我们发现的真理,必然都是上帝的真理。准确的观察是通往真理的唯一道路,比捍卫旧理论更重要。1573年,他发表了《恆星的天文学阐释》一书。他在书中写道,天空中出现的那颗星体并不是彗星,也遥远得不像是行星,因此它必然是一颗新恆星。根据亚里斯多德的宇宙观,恆星所在的领域应该恆常不变。根据旧学说,天空里不会有新的发现,也不会有新的意外或祕密。但是,现在有一颗新恆星突然出现在天空!麦斯特林在书里写道,亚里斯多德和托勒密错了,因为他们的说法和他的发现相冲突。
  
  【观测月亮1】

  人类自古就开始研究月球。月球在空中的外观变化称为「月相」。月相会随月球与地球的相对位置而变化,从新月(看不到月球)、弦月到半圆,再到满月(可见到完整的月球)。这项活动是要你观察月相两週。文艺复兴时期,科学进步的关键在于一个信念,那就是真理必须在观察中寻找。不管任何主题,只有透过严谨的研究才能揭开事实真相。
  
  材料
  ・圆规
  ・铅笔
  ・空白笔记本
  
  圆规张开5公分,在笔记本页面中心画一个直径10公分的圆,共画14页。在这两週,每天日落后,带着纸笔出门。把画在页面上的圆圈当成月亮,把阴影部分涂黑。观察月亮外观的变化。每天变化多少?你认为月相历经一个完整的週期需要多久时间?
  
  第二章 故事的起点

  年轻的伽利略

  1564年2月15日,伽利略在比萨某间两层楼房二楼的一个小房间里诞生。他排行老大,在他之后有艾琳娜、薇吉妮亚、莉薇亚和米开朗基罗。伽利略在知名义大利画家、雕塑家米开朗基罗过世前三天出生。1564年2月19日,新生儿伽利略在美丽的主座教堂受洗,成为天主教徒。
  
  义大利的那个地区,几乎所有人都是天主教徒。马丁.路德的清教徒改革是反天主教运动,四十年前起于德国。这场宗教改革对伽利略所在地区的人没有产生什么影响,但它确实让天文教会变得较不能包忍与自己不同的观点。
  
  伽利略十岁时,他父亲决定举家从比萨搬回佛罗伦斯。这时,年幼的伽利略已经展露聪慧的迹象。他会动手打造一些小仪器和小工具,他的朋友和同学觉得这些机械发明很有趣,他的父亲也对此大感惊奇。伽利略也流露对事物如何运作的好奇心。他有很高的创造发明能力,如果缺少他需要的零件,他就随机应变,运用现成的其他东西。就像一百年前的达文西,伽利略有颗机械工程师的心智,想要理解、打造机器和发明。
  
  伽利略的父亲虽然从事商业,但也会抽空写作,并曾发表数本着作,包括最知名的《古代与现代音乐的对话》。文森佐不但富有创意,而且见多识广,知悉古希腊罗马文学和古希腊音乐。他的才智吸引了权贵与之亲近,他也和几位欣赏他所发表音乐理论的重要人士往来,建立交情。大约在伽利略十四岁时,他的父亲应邀拜访巴代利亚的阿尔布雷希特公爵,他住在距离佛罗伦斯480公里远的德国城市慕尼黑。
  
  文森佐也是「佛罗伦斯同好会」的成员,这是一个音乐家组织,以音乐剧的实验,催生了歌剧的诞生。佛罗伦斯同好会在爱乐人乔望尼.迪.巴第伯爵的家里聚会,伯爵也是这个社团的领导者。同好会中不乏才智出众、位高权重之人,他们齐聚一堂,讨论音乐理论和实验。文森佐的音乐作品是由各种乐器演奏的不同音阶。
  
  文森佐是专业的鲁特琴(一种弦乐器,类似现代的斑鸠琴)演奏家,在他的教导下,年幼的伽利略因而精通这项小型乐器。伽利略还会弹奏管风琴,不过他一生热爱的还是鲁特琴。伽利略对油画及素描也展现极大的兴趣及才华。义大利的文艺复兴运动孕育了许多才华洋溢的画家、雕塑家和建筑师,他们的作品遍布佛罗伦斯的教堂和公共空间,启发未来的世代。年轻的伽利略十分向往从事艺术工作,而他所展现出来的专业水准,后来使得他在当时的画家界声名大噪。
  
  当伽利略醉心于成为画家的同时,文森佐希望的是儿子可以在羊毛贸易业出人头地。但是等伽利略到了十几岁,他的父亲清楚看到这个孩子极为聪慧,且志在别的行业。文森佐知道,他必须放弃让儿子从商的想法。尽管成为体面的商人是一条容易走的路,文森佐却觉得,他有责任鼓励儿子善用聪明才智。他追思功成名就的家族先人,想着伽利略是否会成为家族的下一个明星。
  
  伽利略很早就从父亲那里学到的一件事,就是独立检视问题,不要把别人的话当成解答。根据文森佐所写,观察不但是关键,也是通往真理和发现的道路。伽利略后来将这则训诲应用在自己的工作上。文森佐现在指望年幼的儿子或许会习医,有一天能够成为医生。他明白单靠音乐维生有多么困难,当然不认为音乐或艺术是什么像样的职业。
  
  伽利略约十五岁时,在瓦隆布罗萨的本笃会圣玛丽亚修道院待了一段时间,向院里的修士学习宗教和逻辑学。逻辑学自古以来就是热门学科,能帮助年轻学生理解,如何以合理的方式处理、分析、解决问题。几个月后,伽利略返回家里。他父亲给修士的离校理由是「眼炎」,也就是眼膜发炎。
  
  学生时代的伽利略

  1581年,十七岁半的伽利略通过学士考试,于11月5日进入比萨大学就读。这时的伽利略已经是出色的艺术家和音乐家,通晓希腊文和拉丁文。即使文森佐知道让儿子上大学对家庭经济是沉重的负担,他仍旧认为让儿子接受适当的教育是非常重要的。
  
  在伽利略的时代,读大学是最富有、最聪明的年轻男子的专利,女子没有受教育的机会。大多时候,只有未来的传教士和教授会就读大学,一般男孩根本不敢梦想进大学。十六世纪时,大部分年轻人长大后都成为农夫、仆人或工人,连自己的名字都不太会写。可能有几个幸运儿能成为铁匠、木匠、屠夫,或甚至是商人。不管是乡村或城市的男孩都一样,对于大部分职业,正式教育都不是必要条件。所谓的学习,主要就是向某一行的专家拜师学艺。但是伽利略很幸运,他够聪明,展现出潜力;他也够幸运,出生在一个不是极度贫穷的家庭。
  
  伽利略进入大学的首要目标就是取得硕士学位。在学医的过程中,伽利略偶然听到几何学的课,深受吸引。数学的美与逻辑令他着迷。数学深深打动他的心弦,他的心智因为新的可能而点燃热情。
  
  原来,他偶然听到的那堂课,教授奥斯提里欧.里奇是伽利略父亲的朋友,一知道伽利略对数学有兴趣,就允许伽利略修课。在这个人生阶段的伽利略,对数学还不是非常精通。虽然他的父亲十分了解数学法则,他并不希望儿子在学医时分心,毕竟医生的收入可观。伽利略的医学课程规定学生必须研读希波克拉底和盖伦这两位古希腊医生的着作。虽然盖伦提倡实验,然而一千多年来,他提出的观念却很少能付诸验证。可惜的是,医疗科学从盖伦的时代以来,就没有长足的进步,而伽利略对医学不是很有兴趣。
  
  但是里奇在允许伽利略进入他的课堂之前,曾私底下和伽利略的父亲详谈。伽利略的父亲勉强同意让伽利略追随里奇学习。「不要告诉我儿子我同意了,」父亲对老师说,「以免他认为我同意他放弃学医。」伽利略和里奇一起探讨希腊数学家欧几里德的研究。他们研读到第六册时,伽利略总算告诉父亲不要阻止他钻研数学。文森佐看到儿子对数学如此强烈的热爱,终于放弃他期许伽利略成为医生的梦想。
  
  一颗好奇的心灵

  大学课堂里的伽利略是非常好学的学生。从他童年开始,学习对他就是自然而然的事。教授对各种理论的讲解是如此引人入胜,伽利略听得兴奋不已。伽利略的父亲受过教育薰陶,也让家里充满崇尚智识的氛围。因此,等伽利略到了上大学的年龄,他的心智自然能处理大量的数学和科学资讯,也能非常迅速地根据所学提出自己的见解。
  
  不过,伽利略这个学生从不满足于接受事情的表象,这点让他的老师们有点紧张不安。这个红发、眼神炯炯发亮的年轻人,就是要把理论拆解开来,採究它们是不是真的。他从父亲那里学到,即使是权威人士说的话,也绝对不要照单全收当成真理,对他而言,提出理论的人是谁并不重要。伽利略甚至质疑古希腊哲学家兼科学家亚里斯多德的理论。备受尊崇的亚里斯多德,他的作品是许多大学的必读着作,目的在于要求学生学习、理解、遵循并覆诵他在物理学和其他学科的理论和观念,而不是去推翻、粉碎它们。在伽利略往后的人生里,对真理的追寻将带领着他找到重大发现,但也因此让他树立了许多有权有势的敌人。
  
  1583年的某一天,年仅十九岁的伽利略在美丽的比萨大教堂参加完弥撒。他注意到教堂圆顶美丽的铜雕灯座。有位教堂服事人员调整了一下灯,就放手随它去。伽利略看到庞大的灯座在教堂天花板来回摆盪,有如钟摆。伽利略往上望着,看得出神。他注意到,不管摆盪的幅度如何,来回摆盪一次所需的时间似乎都一样。他注意到一开始的几次摆盪不但幅度大,而且速度快,但随着灯的摆盪速度慢下来,幅度也随之变短。伽利略因为没有钟表可以计时,他就用自己的脉搏检验他的理论。他还发现反其道也是可行的,钟摆的稳定摆盪是测量人体脉搏的好方法。伽利略根据这些初步观察,后来发明了一部机器,帮助当时的医生测量人体脉搏,那部机器就叫做「计脉器」。
  
  伽利略不只观察和实验,也为观察找出实际应用。他超越了亚里斯多德的哲学及神学讨论,踏入应用科学的领域,把公式和理论应用于真实的发明,提升人类的生活,影响世界。他小时候做的那些小工具,再度帮助他理解机械学。现在的伽利略相当擅长创造复杂精巧的发明,远远超越了巧妙的玩具。
  
  虽然伽利略的学业表现优异,却必须在1585年完成博士学位之前离开大学,因为他的教育费已经超过他父亲所能够负担的范围。文森佐请求托斯卡尼大公斐迪南一世.德.梅迪奇(1549-1609)资助这名年轻的天才,从学校保留给财务困难学生的奖学金中,拨一份全额奖学金给伽利略。有些人因为这个年轻的后起之秀不断质疑亚里斯多德的观念而对他产生反感,大公受到这些人的影响,决定回绝这项请求。伽利略很失望,因为他很喜欢大学崇尚智识的气氛。
  
  但这不是伽利略高等教育的终点。1586年,二十二岁的伽利略决定研习古希腊科学家阿基米德的着作,之后写下他的第一本科学作品,讲述一项新发明,他称这项发明为「小天平」。伽利略在他的书里解释如何利用以绳圈包覆的抗力臂制作效果更好的「液体静压天平」。在水里秤重时,力臂上的绳圈数能用来推算平衡砝码的调整数。
  
  除了密度(又称为「比重」),阿基米德在许多年前探索的几个主题,也引起伽利略的兴趣。这名希腊数学家发明了一种「阿基米德式螺旋式」抽水机,能从河里汲水做为灌溉之用;伽利略则设计了一款用于灌溉作物的马力抽水机。阿基米德还发明了几种军事武器,包括投石机和其他武器;伽利略则研究投掷物(抛丢或推进空中的物体)的运动,以及军事防御工事的设计。
  
  【运用原始资料】

  文艺复兴时期最重要的就是知识的重生。蒐集和解读知识是理解自然界运作的重要方式。资讯就是力量,科学家知道这句话千真万确。达文西这位艺术家兼科学家,曾经仔细观察解剖人体,观看肌肉、骨骼和器官的细节。克卜勒有位教授是气象观察的先锋,每天都谨慎而详细地写日志,维持了许多年。在这项活动里,你也可以效法他们。
  
  材料:
  ・户外用温度计
  ・铅笔
  ・笔记本
  ・方格纸
  
  把温度计放置于户外不要过于阴凉的地方。根据你的日程,一天中挑六个或更多时间查看温度,例如早上七点、早上八点、下午三点、下午四点、下午五点和下午六点。一定要早上的时间和傍晚的时间都有。每天用笔记本记录温度,如此进行两週,并用铅笔在方格纸上描绘每日温度。
  
  资料的力量在于它能经由分析,透露更多资讯。这就是为什么这类资料有时称为「原始」资料。原始资料对科学家非常重要,因为它有揭露更多资讯的潜能。这也是为什么布拉赫会如此详细地记录天空观测的结果。那么,这些气温的原始资料有什么用呢?有几个方法可以观察这些数字。
  
  在这两週期间,每天各时点的平均温度是多少?要找出这个答案,请把所有早上七点的温度加总,除以14(即观测天数)。每天的温度范围又是多少?这时就要找出第一天的最高温,减去同一天的最低温;每天依此类推。另一个检视资料的方法是观察它的趋势(如果资料有趋势可言)。把每天早上七点的温度标示在方格纸上,把各点连成线。随着时间推移,看看纪录是否显现出某种模式,借以检视趋势。测量早上七点温度的週数愈多,愈可能看出整体趋势。

图书试读

用户评价

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這本書的書名挺有意思的,尤其是「伽利略的大發現」這幾個字,瞬間勾起了我對天文學的好奇心。小時候就聽過伽利略用望遠鏡觀察天體的故事,覺得他好厲害!我一直覺得,偉大的科學發現背後,一定有一個充滿求知欲和勇於質疑的靈魂。我特別期待書中能詳細介紹伽利略是如何一步步進行他的觀察和實驗的,他的思路是怎麼發展的?當時的科技水平下,他遇到的困難有哪些?又是如何克服的?我認為這部分會非常有啟發性,能夠讓我們明白,偉大的成就往往不是一蹴可幾的。而且,副標題裡的「25個酷科學實驗」更是讓我心動!我一直相信,學科學最好的方式就是親手去嘗試。我希望這些實驗能夠簡單易懂,並且能夠在家裡就操作,而且最好能讓我們看到一些很有趣的現象,然後透過書本的解釋,讓我們理解這些現象背後的科學原理。能夠把抽象的科學概念變得具體而有趣,這就是這本書最吸引我的地方。

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老實說,我平常不太常主動接觸像是「創造力」這類比較偏向理論的書,通常會覺得有點遙遠,或是不知道該如何下手。但是,當我看到「跟大師學創造力」後面緊接著「伽利略的大發現」和「25個酷科學實驗」,我眼睛就亮了!伽利略絕對是我心目中的傳奇人物,他的科學精神和獨立思考的態度,一直是我非常欣賞的。我非常想知道,書中會如何透過他的故事,來闡述「創造力」這個概念。他是如何從看似平凡的現象中,發現不平凡的道理?他的觀察力和實驗精神,又是如何造就他的偉大發現的?我認為,從歷史上的偉大人物身上學習,是學習抽象概念最有效的方式之一。而那「25個酷科學實驗」,聽起來就超誘人!我希望這些實驗能夠設計得很有趣,而且能夠讓我們親身體驗科學的神奇之處,並且在實驗的過程中,自然而然地培養出對科學的興趣和對問題的探究精神。我期待這本書能讓我發現,原來創造力是可以透過學習和實踐,一點一滴累積起來的。

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坦白說,我對於「創造力」這個主題,一直抱持著一種既嚮往又覺得有點遙不可及的心態。但這本書的副標題「伽利略的大發現 + 25個酷科學實驗」,完全擊中了我的點!伽利略這個名字,對我來說,就是科學探索的代名詞。我一直對他怎麼會在那個時代,就敢於挑戰權威,提出革命性的觀點感到非常好奇。書中會不會深入探討他當時的科學環境,他所面對的挑戰,以及他如何運用他的智慧和毅力去推動科學的進步?我認為,瞭解這些背景故事,對於理解他的「創造力」會有很大的幫助。同時,我對「25個酷科學實驗」更是充滿期待!我非常喜歡動手做的樂趣,也相信透過實際操作,可以更深刻地理解科學原理。我希望這些實驗都能設計得相當有意思,並且能夠引導我們去思考「為什麼會這樣」,而不是單純地照做。我期待這本書能讓我從伽利略身上,學到那種不畏艱難、勇於探索的精神,並且在動手做的實驗中,找回那份純粹的學習樂趣。

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哇!看到這本書的封面就讓我想起小時候第一次看到星空的驚喜感。雖然書名是「跟大師學創造力」,但我第一眼被吸引的是「伽利略的大發現」和「25個酷科學實驗」這幾個字。我一直覺得科學 discovery 充滿了神秘和智慧,尤其是像伽利略這樣偉大的科學家,他怎麼會有那樣的洞察力去發現那些驚人的事實?我對書中會如何介紹他的生平、他的思考邏輯,以及他如何克服當時的限制來進行研究非常好奇。還有那「25個酷科學實驗」,光聽名字就覺得很吸引人,不知道會不會有我小時候常常玩的簡單小實驗,但用更科學的角度去解釋原理,或是能在家裡就完成的,讓人躍躍欲試的挑戰。我希望這本書不只是介紹知識,更能引導我們思考「為什麼」,培養那種打破砂鍋問到底的精神。畢竟,創造力不就是源於對未知的好奇和對現狀的質疑嗎?我期待能透過伽利略的視角,重新找回那份純粹的科學探究樂趣,並且能在閱讀的過程中,激發自己對身邊事物產生更多不同的想法。

评分

老實說,一開始看到書名「跟大師學創造力」有點小小的猶豫,因為「創造力」這個詞有時候聽起來有點抽象,感覺離我的日常生活有點遠。但是,看到副標題「伽利略的大發現 + 25個酷科學實驗」整個就點燃了我對它的興趣!我一直對歷史上的偉大發明家和科學家們感到敬佩,尤其是伽利略,他真的是一個劃時代的人物。我很好奇,書裡面會不會深入探討他當時是如何突破傳統思想的束縛,用全新的角度去觀察宇宙?他提出日心說的時候,一定面對了非常大的壓力,書中會不會描寫他堅持信念的過程?而且,我超級喜歡動手做的實驗,25個「酷」科學實驗聽起來就超讚的!我希望這些實驗不僅有趣,而且能夠讓我們理解一些基礎的物理或化學原理,讓學習過程更有參與感,而不是枯燥的文字。能夠將理論與實踐結合,這就是我認為學習最棒的方式。我希望這本書能讓我體驗到那種「 Aha!原來是這樣!」的啟發時刻,並且在動手做的過程中,培養出更敏銳的觀察力和解決問題的能力。

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