5年級以上適讀-科學、數學、自然、人文藝術、歷史文化
STEM補充教材首選!
109個STEM實驗,培養深度學習力
★★★榮獲李遠哲(前中央研究院院長)、鄭國威(泛科學總編輯及共同創辦人)、張東君(科普作家)及全美科學教師聯盟一致推薦
「讀寫科學史」最佳範本,不只給孩子,也適合每一個充滿好奇心的大人
以科學家/藝術家的故事追根溯源,和隨手可作的簡單活動,體驗大師的創作歷程,更能幫助讀者「深度學習」,增加閱讀能力及跨領域整合思考能力,深受到推廣科普的媒體及老師喜愛。
伽利略:
真正的天才,他不但喜愛科學和數學,也熱愛音樂和藝術,一生中還有許多轟動全世界的偉大發現。他不僅僅是個科學哲學家,同時也將想法付諸實際應用,創造許多新發明。
牛頓:
個性怪異的奇才,在短短的幾年間,他在物理學、天文學和數學領域都有領先時代的新發現,他發明反射式望遠鏡,解釋行星和彗星的運動,發現光具備多重色彩的本質,並開創數學知識的嶄新領域--微積分。牛頓的三大運動定律影響了物理學的各個領域:研究光的光學；研究熱、能量和氣體的熱力學；還有電力學和磁力學。牛頓以隻手改變科學進展的進程,拉開啟蒙時期的序幕。牛頓不是現代科學家,而是「一腳踩在中世紀、另一腳踏在通往現代科學之路」的先鋒者。
達爾文:
發揮自己所愛的領域,探險至未知的國度,經過不斷的思考及自我辯論,終至發展出革命性的演化學說。本書將帶領讀者隨著不斷尋找答案的達爾文,在勇敢的探險旅程之間,找到幾世紀以來生物學家最難解問題的解答,其大膽的理論,終至影響後世對生物起源的探討。
達文西:
強烈主張「藝術家必須從大自然學習」,並從觀察到的現象中汲取靈感。他認為要先徹底了解一項事物後才畫它,是非常重要的。他是偉大的發明家、軍事工程師、科學家、植物學家和數學家,也是位傑出的畫家和雕刻家。達文西有無數的機械發明,包括武裝坦克車,潛水衣和飛機等等。
貝多芬:
他的32首鋼琴奏鳴曲,等同於半部鋼琴音樂史!貝多芬是偉大的創新者,擴展了19世紀古典樂原有的領域,更寫下超越時代的輝煌名曲,本書將如此傲世的天才生平及各種面向鮮明呈現給年輕讀者。讀者將透過此書一窺其童年、家庭生活,他在音樂展現出的天賦和熱情,以及他特殊的人格特質。
本書特色
全套收錄超過400張原文插圖或照片,兼顧科學、人文及藝術教育培養。109個實驗活動,對照國小及國中科學、數學、自然及人文藝術等基礎課程內容,運用常見的材料,容易操作。收錄科學家及藝術家大事紀年表、重要名詞解釋、著作索引、參考網站等。
套書包含:
跟大師學創造力1-5 系列
芝加哥評論出版社(Chicago Review Press)最受歡迎的學習系列,以科學家╱藝術家的故事,穿插有趣的實驗活動,結合人文與實作活動的跨領域學習!
1.伽利略的大發現+25個酷科學實驗
2.牛頓的物理學探索+21個趣味實驗
3 達爾文與演化論+21個自然實驗
4 達文西的藝術創舉+21個趣味活動
5 貝多芬與他的音樂+21個創意實驗
推薦語
【跟大師學創造力】不僅故事與人物鋪陳有血有肉,資料詳實卻不壓迫,也精心設計了隨手就可以體驗書中人物生活與創造歷程的實驗活動,非常貼心。這套書並不只給孩子,我相信也適合每個還有好奇心的大人。
--鄭國威 (泛科學總編輯及共同創辦人)總導讀
引導你進入伽利略時空、理解他的憂喜,並動手實驗實現他的理論,讓你進化為伽利略的鐵粉!
--林瑞文(教育部師鐸獎得主、左營國中資優班教師)
從【跟大師學創造力】這幾本書中好好了解科學家,再動手做做看他們曾經專注鑽研過的實驗,跟隨著他們的思緒及研究過程,對考試一定很有幫助的啦!
--張東君(科普作家)
當達爾文看到各式各樣的生物時,他會先把看到的記錄下來,然後回家再慢慢比對與研究,進而找到一些可能可以歸納的原理原則。在搭乘小獵犬號冒險的期間,他就是依此科學方法進行研究,以及像所有偉大科學家一樣,透過不斷的實驗或觀察記錄,然後抽絲剝繭才會有驚人的發現。看完這些科學家的好奇心與研究精神,讓我們不得不佩服他們,也希望自己能像他們一樣,保有對萬事萬物的好奇,進而思考問題的背後原因,讓我們一起跟大師學創造力吧!
--陳振威(新北市國教輔導團國小自然輔導團專任輔導員)
文字有趣,而且內含許多有趣的補充資訊和實驗,我相當喜歡!
--姚荏富(LIS線上教學平台科學史作家)
看到這兩本書《跟大師學創造力1 伽利略的大發現+25個酷科學實驗》《跟大師學創造力2 牛頓的物理學探索+21個趣味實驗》,真的讓人眼睛一亮。這系列作品用一本書的篇幅,來寫一位科學家,它用很大的空間來搭建時代的舞台,並把科學家遭遇的問題,以及那個時代爭論的議題,脈絡清楚地呈現出來。書中還另闢篇幅,介紹一些相關的團體,如牛頓所在的英國皇家科學院、伽利略時代的贊助者梅迪奇家族等等,使得讀者能夠更了解當時的科學研究環境與時代氛圍。也因此,這兩本書不只是科學史,更從科學史帶出了歷史,讓有興趣的人可以再做更多延伸的閱讀。
透過閱讀與實作,我們好像被拉到了那個年代,跟著科學家一起煩惱,一起為研究上的突破而開心。科學家不再是整人的神,而是活生生的人,他們也會有人性的一面,會嫉妒、會恐懼也會狂喜,但也因此讓我們更尊敬他們。
--2017OPENBOOK年度好書 最佳青少年圖書 ／朱佳仁(自主學習促進會常務理事) 評審意見
伽利略的人生故事是關於天才和毅力最好的一課。
--艾德林博士(Buzz Aldrin,阿波羅11號登月太空人)
饒富興味、扣人心弦,在字裡行間讓讀者體會伽利略的天才和正直。
--全美科學教師聯盟
《牛頓的物理學探索》一書的故事時間軸從1642年牛頓雙親的婚姻展開,至1727年牛頓過逝時結束,講述牛頓的一生,以及他所生活的時代。本書述及牛頓在伍爾茲索普的童年、在劍橋的求學歲月(他在此時期寫出三大運動定律),以及擔任皇家鑄幣廠廠長和皇家學會會長的時期。藉由活動單元說明數學和物理學觀念,也揭露更多歷史細節,適用於物理課的補充教材,也是學校和公立圖書館實用的選書。
--《學校圖書館期刊》(School Library Journal)
跟大師學創造力系列 總導讀
◎ 鄭國威(泛科學總編輯及共同創辦人)
身為一介投身科學知識傳播與教育領域的文科生,我一直在找尋兩個問題的答案。第一個問題是,要怎樣讓比較適合文科的孩子不要放棄對理科的好奇心與興趣？第二個問題是,要怎樣讓適合理科的孩子未來能夠不要掉入「專業的詛咒」。
選擇理科或文科,通常不是學生自己由衷的選擇,而是為了避免嘮叨跟麻煩,由環境因素與外人角力出的一條最小阻力路徑。孩子對知識與世界的嚮往原本就跨界,哪管大人硬分出來的文科或理科？更何況,過往覺得有效率、犧牲程度可接受的集體教育方針,早被這個加速時代反噬。當人工智慧加上大數據,正在代理人類的記憶與決策,而手機以及各種物聯網裝置,正在成為我們肢體的延伸,「深度學習」怎麼會只是機器的事,我們人類更需要「深度的學習力」來應對更快速變化的未來。
根據國際學生能力評量計劃(PISA,Programme for International Student Assessment),台灣學生雖然數理學科知識排名前列,但卻缺乏敘理、論證、思辯能力,閱讀素養普遍不足。這樣的偏食發展,導致文科理科隔閡更遠,大大影響了跨領域合作能力。
文科理科繼續隔離的危害,全世界都看見了,課綱也才需要一改再改。但這樣就能解決開頭問的兩個問題嗎？我發現的確有解法,而且非常簡單,那就是「讀寫科學史」,先讓孩子進入故事脈落,體驗科學知識與關鍵人物開展時到底在想什麼,接著鼓勵孩子用自己的話來回答「如果是你,你會怎麼做？」「如果情況變了,你認為當時的XXX會怎麼做？」等問題,來學習寫作與表達能力。
閱讀是 Input,寫作是 Output,孩子是否真的厲害,還得看他寫了什麼。炙手可熱的STEAM教育,如今也已經演變成了「STREAM」--其中的R指的就是閱讀與寫作能力(Reading & wRiting)。讓偏向文科的孩子多讀科學人物及科學史,追根溯源,才能真正體會其趣味,讓偏向理科的孩子多讀科學人物及科學史,更能加強閱讀與文字能力,不至於未來徒有專業而不曉溝通。
市面上科學家的故事版本眾多,各有優點。仔細閱讀過這系列,發現作者早就想到我尋覓許久才找到的解法。不僅故事與人物鋪陳有血有肉,資料詳實卻不壓迫,也精心設計了隨手就可以體驗書中人物生活與創造歷程的實驗活動,非常貼心。這套書並不只給孩子,我相信也適合每個還有好奇心的大人。
導讀
◎ 陳振威(新北市國教輔導團國小自然輔導團專任輔導員)
16-17世紀誕生了伽利略與牛頓等天文學、數學與物理學家,19世紀則誕生了達爾文這位偉大的生物學家。本書除了透過文字如實的記敘達爾文的一生,還配合21個有趣的操作活動,讓我們輕易理解達爾文的想法與發現,藉此將達爾文人生中最重要的經歷描繪出來。伽利略被教皇逼迫公開宣誓放棄他的「非地心說」,且在1633年被判終身監禁,在此之後包括達爾文在內的多位科學家,由於他們的新發現,人們也開始懷疑起上帝的存在。
科學家對於科學的發現往往是導因於多一點點的思考,別人認為理所當然的事物與現象,背後的原理與概念就是科學家們時常思考的。例如,當牛頓看到蘋果掉下來,他會想到月亮是不是也應該被地球往下拉呢？伽利略看到教堂上的吊燈被風吹動時,他用脈搏測量吊燈來回擺動的時間,經過實驗後才會發現影響單擺週期的因素。達爾文也不例外,當他看到加拉巴哥群島上的鳥,鳥嘴長得不一樣時,他不會覺得理所當然,反倒想到是不是因為吃的東西不同,所以才會演化出各自適合的鳥嘴。
達爾文還有一個值得我們學習的地方。
當他看到各式各樣的生物時,他會先把看到的記錄下來,然後回家再慢慢比對與研究,進而找到一些可能可以歸納的原理原則。在搭乘小獵犬號冒險的期間,他就是依此科學方法進行研究,以及像所有偉大科學家一樣,透過不斷的實驗或觀察記錄,然後抽絲剝繭才會有驚人的發現。
看完這些科學家的好奇心與研究精神,讓我們不得不佩服他們,也希望自己能像他們一樣,保有對萬事萬物的好奇,進而思考問題的背後原因,讓我們一起跟大師學創造力吧!
導讀
◎張東君(科普作家)
對於很多事、很多人,我們總是「以為自己知道,但其實並不知道」。牛頓與伽利略,再加上愛迪生、達爾文,以及其他很多很多的科學家,我們也都只是知道他們的名字,也許再加上一兩個類似蘋果、鐘擺、電燈泡、演化論等關鍵字,就有著已經了解他們的錯覺。牛頓說:「如果我能看得更遠,那是因為我站在巨人的肩膀上。」而我們之所以能夠處在現今這樣科技進步的時代,都多虧了這些前人。那麼,從這兩本書中好好了解他們,再動手做做看他們曾經專注鑽研過的實驗,也是一種向他們致敬的方式。因為,科學史真的很重要(我說阿,跟隨著他們的思緒及研究過程,對考試一定很有幫助的啦)!
伽利略的鐘擺理論告訴我們:「擺錘的完整週期,會隨著擺線長度改變,但是與擺錘重量無關。」據說這個理論的初始,是伽利略看著教堂天花板垂掛的吊燈擺動,注意到來回擺動一次的時間總是保持一致,聯想到時鐘下方的鐘擺與擺動週期規律……這個故事讓我們猜測,伽利略很可能覺得神職人員的演說太無聊了,才會放空又盯著天花板跟吊燈瞧,一邊數它來回擺動的次數,一直數、一直數。我想像他會如此數個不停,是因為我自己有類似的經驗--當我在走路時也會數自己的步伐；甚至在游泳、抬頭起來換氣的時候,我還會數著對面牆上的磁磚,五塊、十塊、十五塊……。不同的是,伽利略數吊燈擺動的故事以及背後的重要理論,將會流傳世世代代,而我一邊游泳一邊數磁磚,一邊走路還一邊數步伐,其實只是要讓我原本想要休息的腦袋,持續工作而已啊。
以往我們學(自然)科學時,因為缺乏系統的學習,往往不知其先後因果。而【跟大師學創造力】不但讓我們更深入認識伽利略、牛頓和其他科學家,同時了解他們所處的時代背景及各國、各領域的科學家們做學問之際的往來互動與糾葛。看完書,我們會發現,不論是不是所謂的天才,科學家們真的都會為了做研究而廢寢忘食,也因為堅持自己的理念與想法而不顧一切。
現在,就讓我們一邊看科學家的八卦,一邊動手做這些有趣的小實驗吧!
試閱
★《牛頓的物理學探索+21個趣味實驗》
牛頓看到事物的規則。他看到日常生活、日出到日落以及春夏秋冬的節奏。他從太陽、月亮和星星在天空的穩定運行看到了規則。儘管他觸摸不到「遠在天邊」的任何東西,他仍思索著天體的運行是否依循「近在眼前」的一切所遵照的同一套定律。
牛頓會製作小風車、水鐘、日晷和風箏,並從中看到風力、水力和日照如何使其作用。這個小男孩透過雙眼和手指的觸覺,感知到宇宙天地同為一體。牛頓開始推想,宇宙萬物運作的背後,必然有某個共通的道理。
當牛頓還是個小男孩時,太陽、月球和星星都繞著地球轉的說法正要開始被推翻。在學校上課的日子以及週日上教堂,牛頓或許都曾聽說一種說法,上帝把地球以及地球上的人類安置在宇宙中心。然而,在離伍爾斯索普很遠的地方,有少數幾個人大膽質疑地心說這種核心信念。
等到牛頓上大學時,地心說已經站不住腳。但是,一如所有的大學生,牛頓還是要研讀古典學,尤其是古希臘文。希臘思想家很少質疑地心說。最重要的希臘哲學家亞里斯多德相信,宇宙像個一層套著一層的透明球,月球、太陽和星星在專屬層圈裡各安其位。根據亞里斯多德的學說,在月球層之外,一切是恆常不變的。此外,牛頓的教授也同意亞里斯多德的看法。
亞里斯多德不認為宇宙是一個整體,相反地,他認為宇宙可以分為兩個部分--「天上」和「人間」。「天上」是完美的,「人間」是混亂的。地球和蒼穹絕對不可能運行如一體。
然而當牛頓逐漸長大成人後,他敢於質疑亞里斯多德的世界觀。他鑽研希臘、伊斯蘭和中世紀思想家的著作；他思索哥白尼、克卜勒和伽利略等文藝復興時期天文學家所描述的天體模型。他問道,物體,如樹上的蘋果,為什麼一定會往下掉？
後來,牛頓從這個想法出發,建構出一個確切的模型,成為能夠通盤解釋這些現象的第一人。
牛頓是「自然哲學家」,也就是我們通稱的科學家或物理學家。牛頓研究的是世界的體系,他的物理學成為科學革命皇冠上的寶石。西元約一五○○年至一七○○年是個變動的年代,人們學習藉由觀察、實驗和建立形式化方法以驗證各種事物的本質。
牛頓發現了一套簡單俐落的法則連結「天上」與「人間」。他根據這項發現,寫出史上最有影響力的書之一:《自然哲學的數學原理》,簡稱《原理》。
沒錯,牛頓不但是個好奇的人,也是個讓別人覺得好奇的怪人。推崇敬佩他的人很多,不過討厭鄙夷他的人也很多。許多人就是不喜歡他。
確實,英格蘭最聰明的自然哲學家是個特異的怪人。牛頓具備高度的專注力,可以埋頭工作一連好幾個月,幾乎廢寢忘食。不過短短幾年,他在物理學、天文學、光學和數學都有驚人的發現,但卻不曾告訴過任何人。
牛頓的內在世界仍然令人費解,只有他自己真正知道有什麼在他的腦袋宇宙中運行。牛頓生性孤僻、傲慢而善妒,記仇可以記一輩子(有事實為證)。到了晚年,他沒有什麼朋友。有時他會怨恨母親、敵視繼父,甚至想著該如何毀掉他們的房子。
心性如此激烈尖刻的牛頓,做任何事應該都會搞砸,然而他的思想卻領先同時代的所有人。他問道:「我要如何解釋天與地的運作都是根據同一套簡明的計畫？」
牛頓提出重要的大哉問,而他也找到了解答。
製作你專屬的「雜記本」
牛頓一生保存了大量的筆記本,記錄了他對各種主題的研究歷程。從自然哲學到數學,從煉金術到上帝的本質,幾乎沒有他不曾接觸過的主題。牛頓有一冊知名的筆記本,其實是他繼父的遺物。由於牛頓從來不曾住進史密斯家,他似乎是在史密斯去世後才繼承了那本幾乎完全空白的筆記本。一六○○年代,這本筆記本是非常珍貴的物品,因為當時的紙張極為昂貴,人們根本捨不得丟棄。於是年輕的牛頓接手了筆記本,做為自己的實驗紀錄本。他特別把這本筆記稱為他的「雜記本」。你可以製作自己專屬的「雜記本」,用它記錄你實行本書活動時的觀察結果。
所需材料:
* 鉛筆
* 兩張厚紙板或薄磅卡紙,約22公分x 28公分
* 一把剪刀
* 尺
* 打孔器
* 二十張高品質紙張,如履歷專用紙
* 約90公分長的窄版緞帶或細繩
製作「雜記本」的封面,在兩張厚紙板上距離左緣約三公分處,用鉛筆輕輕畫一條線,尺對齊線,用剪刀順著尺「畫」線。在每張紙上順著線摺起來再打開,做出摺痕。這樣一來,封面就能俐落地翻開。
在兩張封面紙的內側,將尺對齊左緣,每二點五公分標示要打洞的位置,共十個。請注意,記號的間距要均等,與封面紙緣的距離也要一樣。
把兩張封面紙疊在一起,沿著左緣打孔。二十張高級紙也重複同樣的程序,做成你的「雜記本」內頁。依序把封面、內頁和封底疊攏整齊。
現在要來裝訂你的「雜記本」,把緞帶或細繩對摺後放平,對摺處與「雜記本」底部對齊。拿起緞帶或細繩的兩頭,由下而上依序編繩穿孔。編繩穿孔方向為由前而後。
最後,緞帶或細繩的兩頭會在筆記本上端,先打個死結,再打個漂亮的蝴蝶結。按照你的喜好裝飾你的「雜記本」……在你進行本書後續各項活動時,希望你用得開心!
製作水車
牛頓還是個小男孩時,曾觀察磨坊如何運用河流的水力,把麥子磨成麵粉。而後他自己製作小型水車,研究它們究竟是如何運作的。
你也可以像牛頓一樣製造水車,測試它能舉起多少重量。(不過,你不必像牛頓一樣抓一隻老鼠來做實驗!)
所需材料:
*塑膠杯
*麥克筆
*尺
*剪刀
*萬用膠帶
*硬質塑膠吸管
*空的捲線軸
*兩公升的汽水保特瓶
*粗縫線或牙線
*迴紋針或小型彈簧夾
*墊圈或有孔砝碼
要製作水車,先從做六扇葉片開始。用麥克筆在塑膠杯上畫出剪裁線,剪下長六公分、?三公分的六個長方形。
剪下十二段萬用膠帶,每段長六公分、寬一公分。用膠帶把塑膠葉片的長邊黏在線軸上。每片葉片的間距要相等,角度要相同,並確定它們朝同一個方向彎曲。
吸管穿過捲線軸心,在線軸兩側的孔貼上膠帶加以固定。接下來的這個步驟你會需要大人幫忙,因為保特瓶比你想像中的還難切割!把兩公升保特瓶的上部切掉,取底部的圓筒。在圓筒上緣的兩個對稱處剪兩個V形切口。距離瓶底約二點五公分高的地方打幾個洞,做為排水孔。
把水車輪軸架在圓筒的兩個V形切口上。在吸管的一端,剪兩道二點五至五公分長的剪口。
剪一段長約四十公分的粗縫線或牙線。取一段細膠帶。將線的一端穿入剪口,用細膠帶貼好固定。迴紋針綁在線的另一端,在迴紋針掛上墊圈或砝碼。
把水車放入水槽,讓砝碼或墊圈自然垂放。現在,慢慢打開水龍頭,讓水流足夠推動水車。水車能拉起砝碼或墊圈嗎？需要多少水力？你的水車能拉得動兩、三個墊圈或砝碼嗎？
★《達爾文與演化論+21個自然實驗》
查爾斯.達爾文疲憊至極……他搭乘英國皇家海軍小獵犬號環遊世界,回到英國已經兩年了。這段期間他一直在整理、記錄從旅行途中收集回來的動物、植物與化石。在1836年10月,當小獵犬號終於返抵英國時,這名年輕人鬆了一口氣,他長達五年的海上生活總算結束了。小型小獵犬號的生活環境侷促又不舒服,達爾文常常嚴重暈船。可喜的是,在這趟旅程中,他發現了上千種奇異特殊的動物、罕見的植物,以及神祕的化石,他迫不及待想要把這些新奇發現撰寫成書。
這次回到家鄉,讓達爾文充滿了活力。這位年輕的博物學者從小在英國鄉村長大,當他首度搬至倫敦時,就近租了個房間,著手進行他希望能成為傑作的作品。奮力寫了兩年,一本書變成了三本(而且還只完成了其中一本)。要達成目標,看似遙遙無期。他還發現自己根本無法專心在一個主題上,每當他仔細研究一個標本,心裡總是冒出更大的問題:世界上各式各樣的動物是從哪裡來的？以及,為什麼化石總是看起來跟活生生的生物不同？
更糟糕的,達爾文發現自己討厭住在大城市。他喜歡童年家鄉的開闊空間,以及他在旅途中去過的荒郊野地。現在,每當他看向窗外,就只看得到倫敦髒兮兮的街道、汙濁的空氣以及忙碌擁擠的人群。他知道,該是時候休息片刻,以保持頭腦清醒。
自1838年起,達爾文開始閱讀一些所謂休閒讀物--任何能吸引他目光的有趣書籍,他都能飽讀一番。目的就是讓自己別總是想起那一盒盒標本,更別再去看房裡那一疊疊的筆記。
在10月下旬的某天傍晚,研究告一段落的達爾文正在閱讀《人口論》--這本書四十年前就出版了,至今仍舊很暢銷。作者是一位名叫馬爾薩斯的神父,他試圖想要搞懂為什麼英國始終有這麼多的窮人--雖然這本書不像冒險故事或是浪漫小說那麼有娛樂性,不過達爾文很開心能讀到一本與他自己的動植物研究完全無關的書。至少他是這麼認為。不過後來事實證明,他實在錯得離譜。
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在達爾文環遊世界的旅途中,他明白了一些其他科學家已經知道的事情:世界上動物種類之繁多,超乎以前人類所能想像。在挪亞方舟這個故事寫成的古代,人們認為世界上最多只有一百種不同的動物--狗、貓、牛、獅子、老鼠、羊、狐狸、老鷹、麻雀、甲蟲、鹿、猴子一類；這些動物各不相同,種類卻不多,挪亞可以很輕鬆就把牠們統統裝進方舟裡。但在1800年代中期,達爾文的年代,探險家已經發現了成千上萬種不同的動物,而且每年還會增加超過一百種的新動物。每當達爾文看著自己手邊的動物樣本,他常會想:是不是每一種動物都已經完全長好了,而且是跟其他物種徹底不同？或者這些動物彼此之間有某種關聯？達爾文尤其困擾於為何某些物種彼此長得如此相像,又有著明顯的不同？某種鳥的鳥喙比其他鳥的稍微長了一點點；某種猴子跟另外一種幾乎一模一樣,差別只在這種猴子的牙齒很尖利。究竟為何？
達爾文開始相信,所有動物都是源自同一個祖先,在數百萬年間,慢慢一點一滴的改變,最後出現了數種不同的型態。這些不同型態的動物又繼續發展成為我們今日所見的各種動物。這個過程,被命名為「演化」。演化的想法,其實存在已久,然而沒有人(包括達爾文)能夠搞清楚動物到底是怎麼進化的。多年來,許多觀點被提出來,卻似乎都不太能成立。甚至有一位很優秀的作家宣稱,動物長出新特徵純粹是靠意志力……達爾文愈想專心研究他的樣本,愈容易分心去想他所謂的「物種問題」。事實上,由於達爾文對這個主題實在太有興趣,所以他在撰寫小獵犬號探險紀錄的同時,也同時把他對於演化的想法偷偷記錄在一本祕密筆記上頭。
時間回到1838年那個秋天的傍晚。他拿起馬爾薩斯的書,將演化問題拋諸腦後,只想要好好放鬆一下。他坐了下來,吁了口氣,開始閱讀。
馬爾薩斯的主要論點是,這世界上的人口太多,人口數量又增加得太快,快到人類來不及準備足夠的食物餵飽每一個人,於是,人們為了得到足夠的食物總是在爭執,更要與其他人競爭才能擁有舒服的生活。有些人是贏家,有些則很不幸的輸了。那些輸掉的人,最終會淪落到街頭乞討,住在像是倫敦這種大城市裡的貧民窟。馬爾薩斯在書中不斷強調,當人口數量大到失去控制的程度,某些災難無可避免的便會隨之而來,使得那些最弱小的成員死去。這些災難有時是饑荒,有時則是瘟疫、戰爭,或者是其他災禍。不過,根據馬爾薩斯的理論,導致貧窮與痛苦最根本原因,是人類增加的速度快過於糧食增加的速度。
達爾文發現,這些說法很有道理。他隨即領悟,同樣的理論不只適合於解釋人類的處境,還可以用來解釋所有物種的狀況。比如,在野外,多數動物會生下一窩寶寶,而其中大部分的寶寶會夭折,若非餓死,就是遭掠食者吃掉了。
他靈光一閃,以前怎麼沒想到呢？達爾文受到了大大的震撼,他又驚又喜,甚至連手上的書都掉到地上了。馬爾薩斯無意中為達爾文揭開了演化的祕密,長達好幾個世紀的科學家,都覺得神祕難解的問題。
達爾文並且思考著,野外那些少數能存活的動物寶寶,到底有什麼特別的呢？達爾文知道每一個小寶寶都跟同胞手足有些微的差異。比如一隻兔子寶寶,牠的腿不如姊姊有力,狐狸出現時,這隻小兔子很可能會來不及逃命,狐狸就會抓住並吃掉這隻跑得慢的小兔子,而跑得快的兔子姊姊,不但能順利逃走、活下來,最後還可以長大並且生下牠自己的寶寶。這批兔子寶寶會繼承牠們媽媽的強壯快腿,然後存活下來的小兔子長大後,又會生出牠們的寶寶,整個過程會不斷重複。透過這樣漸進式的方式,隨著每一代的出生,物種會有所改變--繼續發展出更強壯的跑步肌肉、偽裝效果更好的不同毛色、更能吃得到食物的長脖子等等。伴隨著足夠的時間,並且繁衍出夠多代的後代,地球上的物種很可能就是靠這樣的方式進行演化。
要知道,在1838年,這是一個驚人的想法。大多數人相信是上帝只花了六天時間創造出世界和物種,《聖經》就是這麼說的。達爾文很怕一旦他公開了這個理論,人們會嘲笑他或是攻擊他。於是他把這個超棒的想法留給自己,寫在祕密筆記裡。他那時還不知道這一本「祕密」筆記會愈寫愈多,寫了二十年之久,他也不知道有一天這本筆記會出版,並且被盛讚為史上最偉大的書之一。
《達文西的藝術創舉+21個趣味活動》
羅倫斯這座城市雄偉磅礡!高牆上矗立著高塔,圍繞著城市。走近時,達文西可以看到佛羅倫斯的屋頂、塔樓和教堂尖塔交錯,以及一座主教堂聳立的大圓頂。他等不及要探索一番。城門的警衛檢查他少得可憐的行李,他因為興奮而坐立不安。
佛羅倫斯是貿易樞紐,是座繁忙的大城市,來自不同地方的人潮和物品聚集於此。小販大聲叫賣貨物,桌上堆滿遠道而來的美麗染布、絲質布料和香料。驢子拉著沉重的運貨兩輪車走在鵝卵石街道上。農夫在滿是水果和蔬菜、肉和乳酪的貨攤前採買。穿著天鵝絨披風的神父和大貴族大剌剌地走過時,人潮自動讓道。達文西張口結舌地看著人們、聽著聲響和飽覽熙來攘往的景象。他向上望著佛羅倫斯巨大的石砌建築,許多建築物的頂端屹立著尖塔。他在前往父親家時,經過寬廣的拉爾加路,身旁盡是驢子、手推車和洶湧人群。他順道經過赫赫有名的梅迪奇宮,想著他未來是否能認識住在裡面的權貴人士。梅迪奇家族是銀行家和富商世家,統治佛羅倫斯超過百年。達文西的新家是座大城市,和位於丘陵的恬靜村莊迥然不同。
抵達父親的家之後,達文西發現自己不會待太久。瑟皮耶羅早就決定該是這位年輕人學習一技之長的時候了。當時,十二、十三歲的男孩去工作是稀鬆平常的事。女孩在結婚前則是在家裡幹活,但家人會將兒子送去商人或工匠那兒當幾年的學徒。
達文西可以做什麼呢？他沒受過正式教育,又在鄉下長大,再加上非婚生子女的身分,使得他無法從事跟父親一樣的行業和其他許多工作,也無法成為醫生或律師,甚至不能上大學。很多公會不會接受像達文西這種背景的年輕人。
但是當瑟皮耶羅看著兒子背包裡的繪畫作品時,他知道達文西該做什麼了。他將畫作放在摺起來的衣袖裡,帶去知名藝術家安德烈.德爾.委羅基奧的工作坊。
委羅基奧是當時最偉大的雕刻家,也是有權有勢的梅迪奇家族的御用雕刻師。他有張國字臉,頂著黑色捲髮,他那不苟言笑的模樣顯示工作就是他的人生。他明察秋毫,當他看到達文西的畫作時,他就知道這位年輕人日後會成為比他更偉大的藝術家。委羅基奧在阿尼歐洛街的工作坊一如佛羅倫斯的街道般喧囂吵雜。他的工作坊接受繪畫、雕像、家居裝飾、盔甲、珠寶和各式各樣的委託工作。
當達文西第一次看見委羅基奧的工作坊,他大開眼界。大門對著街道敞開,繁忙多彩的城市生活湧入室內。玩耍的孩童和他們的狗兒跑過房間。有時豬或雞還會誤闖進來!委羅基奧大師站在這片騷攘的正中央,對一切動靜瞭若指掌,指揮年輕學徒進行各項工作。畫筆、槌子和鑿子,還有素描和進行中的工作藍圖一起掛在牆上。一位年輕人正在為窯生火。其他人則是捶打著盔甲,將石頭敲成粉末。到處都是畫架、工作台和模特兒。
達文西的父親和委羅基奧握手。年輕的達文西現在是這位偉大藝術家的學徒了。他將會花許多年當學徒,並在委羅基奧的指導下學習當個藝術家。
時光荏苒,達文西長成一個英俊強健的年輕人。他工作時數長,晚上和其他學徒睡在樓上的宿舍裡。委羅基奧大師為人親切卻嚴厲,他的學徒必須非常努力工作。最初幾個月,達文西只有掃地和清洗畫筆的分,他聽著其他學徒和工匠的交談。他留意著周遭一切的動靜。而在委羅基奧的工作坊裡有太多活動在進行!佛羅倫斯的有錢人會進來讓人繪製畫像。他們要求委羅基奧製作金銀首飾、盔甲和盾徽、雕像、餐具和家具。委羅基奧和學徒甚至製造教堂的大鐘和守衛城市用的加農砲。這類工作由年紀較長的學徒完成。
達文西清理和掃地。最後他被分配到研磨顏料的日常工作。他每熟悉一項技藝後,就被賦予更艱難的差事。他磨亮青銅雕像；他學會如何製作畫筆；他準備繪畫用的木板。他期盼有一天他能使用這些物品,而不只是為了其他藝術家所準備。在這段期間,他只要一有空就會畫素描。
有一天,委羅基奧接到一項非常重要的委託。佛羅倫斯聖母百花大教堂在建造將近兩百年後,終於快竣工了。最後的裝飾是要在教堂頂端放一個大型青銅球體。這在創造上是個挑戰,因為球體直徑長達約六公尺,重量超過兩噸。不僅要製造出來困難重重,委羅基奧和學徒們還得想辦法將它安置在教堂頂端!達文西領悟到藝術不只是拿畫筆,還有很多東西要學習。藝術家們得用青銅鑄製球體、研發建築藍圖,甚至還要設計安置球體時要使用的起重機和滑輪。為了這份委託工作,藝術和工程學必須攜手合作。學徒們在工作坊計算和設計了好幾個月。藍圖覆蓋了牆面。春天安置球體時,整個城鎮的人都出來觀看。
與此同時,工作坊還得雕鑿大理石墓碑、製作石膏死亡面具、設計盾徽和旗幟。達文西終於得到允許協助小型委託工作,他很高興能夠使用自己製造的畫筆。他繪製圖畫的背景,也為委羅基奧的雕像當模特兒。大師捕捉到達文西精緻五官的神韻和濃密捲曲的頭髮,應用於大衛像中。
藝術家們喜歡在工作坊聚會談天。委羅基奧的偉大才華吸引許多藝術家前來向他學習。有時,其中一名學徒會拿起魯特琴坐在角落彈奏。年輕人為想法辯論,討論彼此的進展,互相學習新技巧。
從北歐來訪的藝術家才剛將油畫引進義大利,委羅基奧的學生對這種新的媒介感到躍躍欲試。達文西花了很多時間混調不同材料,想看看最棒的顏料會是什麼。他研磨不同材質做為顏料,再用亞麻仁油或核桃油加以混合。他勇於嘗試使用油畫顏料的新技巧。達文西在使用新媒介上展現出高超技巧,因此他很快就超越其他人。
藝術家們討論的另一個新概念是如何在畫作中表現出透視法和景深。達文西之前的時代,畫作中的物品和人物都以平面二次元的方式呈現。佛羅倫斯的藝術家發展出繪製擁有立體景深的物品和人物的技巧。達文西學會在繪畫時仔細計算線條的位置以創造出透視的錯覺。他將數學和幾何學應用於他的藝術作品中。
那是個令人振奮的時代,藝術家們適得其所。佛羅倫斯是藝術和雕刻重鎮,達文西只要有空能夠離開工作坊,就會去觀賞藝術作品。他會花好幾個小時觀摩佛羅倫斯的溼壁畫、神龕和雕像。他也求教於科學、數學和哲學界的老師。
達文西開始思考萬事萬物都以某種方式相互聯繫,而他想學會全部精髓。他使用在繪畫中學會的技巧,且他就像孩提時一樣,無論到哪裡都帶著紙和粉筆,將看到的一切畫成素描。
達文西最喜歡畫的是動物。他研究鳥的翅膀,如此一來,他便能以寫實的方式畫出天使的翅膀。達文西喜愛馬兒,他會花好幾個小時待在馬廄,觀察牠們的動作,進行素描。
達文西強烈主張藝術家必須從大自然學習,並從觀察到的現象中汲取靈感。他認為要先徹底了解一項事物後才能畫它是很重要的。
STEM補充教材首選!
109個STEM實驗,培養深度學習力
★★★榮獲李遠哲(前中央研究院院長)、鄭國威(泛科學總編輯及共同創辦人)、張東君(科普作家)及全美科學教師聯盟一致推薦
「讀寫科學史」最佳範本,不只給孩子,也適合每一個充滿好奇心的大人
以科學家/藝術家的故事追根溯源,和隨手可作的簡單活動,體驗大師的創作歷程,更能幫助讀者「深度學習」,增加閱讀能力及跨領域整合思考能力,深受到推廣科普的媒體及老師喜愛。
伽利略:
真正的天才,他不但喜愛科學和數學,也熱愛音樂和藝術,一生中還有許多轟動全世界的偉大發現。他不僅僅是個科學哲學家,同時也將想法付諸實際應用,創造許多新發明。
牛頓:
個性怪異的奇才,在短短的幾年間,他在物理學、天文學和數學領域都有領先時代的新發現,他發明反射式望遠鏡,解釋行星和彗星的運動,發現光具備多重色彩的本質,並開創數學知識的嶄新領域--微積分。牛頓的三大運動定律影響了物理學的各個領域:研究光的光學；研究熱、能量和氣體的熱力學；還有電力學和磁力學。牛頓以隻手改變科學進展的進程,拉開啟蒙時期的序幕。牛頓不是現代科學家,而是「一腳踩在中世紀、另一腳踏在通往現代科學之路」的先鋒者。
達爾文:
發揮自己所愛的領域,探險至未知的國度,經過不斷的思考及自我辯論,終至發展出革命性的演化學說。本書將帶領讀者隨著不斷尋找答案的達爾文,在勇敢的探險旅程之間,找到幾世紀以來生物學家最難解問題的解答,其大膽的理論,終至影響後世對生物起源的探討。
達文西:
強烈主張「藝術家必須從大自然學習」,並從觀察到的現象中汲取靈感。他認為要先徹底了解一項事物後才畫它,是非常重要的。他是偉大的發明家、軍事工程師、科學家、植物學家和數學家,也是位傑出的畫家和雕刻家。達文西有無數的機械發明,包括武裝坦克車,潛水衣和飛機等等。
貝多芬:
他的32首鋼琴奏鳴曲,等同於半部鋼琴音樂史!貝多芬是偉大的創新者,擴展了19世紀古典樂原有的領域,更寫下超越時代的輝煌名曲,本書將如此傲世的天才生平及各種面向鮮明呈現給年輕讀者。讀者將透過此書一窺其童年、家庭生活,他在音樂展現出的天賦和熱情,以及他特殊的人格特質。
本書特色
全套收錄超過400張原文插圖或照片,兼顧科學、人文及藝術教育培養。109個實驗活動,對照國小及國中科學、數學、自然及人文藝術等基礎課程內容,運用常見的材料,容易操作。收錄科學家及藝術家大事紀年表、重要名詞解釋、著作索引、參考網站等。
套書包含:
跟大師學創造力1-5 系列
芝加哥評論出版社(Chicago Review Press)最受歡迎的學習系列,以科學家╱藝術家的故事,穿插有趣的實驗活動,結合人文與實作活動的跨領域學習!
1.伽利略的大發現+25個酷科學實驗
2.牛頓的物理學探索+21個趣味實驗
3 達爾文與演化論+21個自然實驗
4 達文西的藝術創舉+21個趣味活動
5 貝多芬與他的音樂+21個創意實驗
推薦語
【跟大師學創造力】不僅故事與人物鋪陳有血有肉,資料詳實卻不壓迫,也精心設計了隨手就可以體驗書中人物生活與創造歷程的實驗活動,非常貼心。這套書並不只給孩子,我相信也適合每個還有好奇心的大人。
--鄭國威 (泛科學總編輯及共同創辦人)總導讀
引導你進入伽利略時空、理解他的憂喜,並動手實驗實現他的理論,讓你進化為伽利略的鐵粉!
--林瑞文(教育部師鐸獎得主、左營國中資優班教師)
從【跟大師學創造力】這幾本書中好好了解科學家,再動手做做看他們曾經專注鑽研過的實驗,跟隨著他們的思緒及研究過程,對考試一定很有幫助的啦!
--張東君(科普作家)
當達爾文看到各式各樣的生物時,他會先把看到的記錄下來,然後回家再慢慢比對與研究,進而找到一些可能可以歸納的原理原則。在搭乘小獵犬號冒險的期間,他就是依此科學方法進行研究,以及像所有偉大科學家一樣,透過不斷的實驗或觀察記錄,然後抽絲剝繭才會有驚人的發現。看完這些科學家的好奇心與研究精神,讓我們不得不佩服他們,也希望自己能像他們一樣,保有對萬事萬物的好奇,進而思考問題的背後原因,讓我們一起跟大師學創造力吧!
--陳振威(新北市國教輔導團國小自然輔導團專任輔導員)
文字有趣,而且內含許多有趣的補充資訊和實驗,我相當喜歡!
--姚荏富(LIS線上教學平台科學史作家)
看到這兩本書《跟大師學創造力1 伽利略的大發現+25個酷科學實驗》《跟大師學創造力2 牛頓的物理學探索+21個趣味實驗》,真的讓人眼睛一亮。這系列作品用一本書的篇幅,來寫一位科學家,它用很大的空間來搭建時代的舞台,並把科學家遭遇的問題,以及那個時代爭論的議題,脈絡清楚地呈現出來。書中還另闢篇幅,介紹一些相關的團體,如牛頓所在的英國皇家科學院、伽利略時代的贊助者梅迪奇家族等等,使得讀者能夠更了解當時的科學研究環境與時代氛圍。也因此,這兩本書不只是科學史,更從科學史帶出了歷史,讓有興趣的人可以再做更多延伸的閱讀。
透過閱讀與實作,我們好像被拉到了那個年代,跟著科學家一起煩惱,一起為研究上的突破而開心。科學家不再是整人的神,而是活生生的人,他們也會有人性的一面,會嫉妒、會恐懼也會狂喜,但也因此讓我們更尊敬他們。
--2017OPENBOOK年度好書 最佳青少年圖書 ／朱佳仁(自主學習促進會常務理事) 評審意見
伽利略的人生故事是關於天才和毅力最好的一課。
--艾德林博士(Buzz Aldrin,阿波羅11號登月太空人)
饒富興味、扣人心弦,在字裡行間讓讀者體會伽利略的天才和正直。
--全美科學教師聯盟
《牛頓的物理學探索》一書的故事時間軸從1642年牛頓雙親的婚姻展開,至1727年牛頓過逝時結束,講述牛頓的一生,以及他所生活的時代。本書述及牛頓在伍爾茲索普的童年、在劍橋的求學歲月(他在此時期寫出三大運動定律),以及擔任皇家鑄幣廠廠長和皇家學會會長的時期。藉由活動單元說明數學和物理學觀念,也揭露更多歷史細節,適用於物理課的補充教材,也是學校和公立圖書館實用的選書。
--《學校圖書館期刊》(School Library Journal)
跟大師學創造力系列 總導讀
◎ 鄭國威(泛科學總編輯及共同創辦人)
身為一介投身科學知識傳播與教育領域的文科生,我一直在找尋兩個問題的答案。第一個問題是,要怎樣讓比較適合文科的孩子不要放棄對理科的好奇心與興趣？第二個問題是,要怎樣讓適合理科的孩子未來能夠不要掉入「專業的詛咒」。
選擇理科或文科,通常不是學生自己由衷的選擇,而是為了避免嘮叨跟麻煩,由環境因素與外人角力出的一條最小阻力路徑。孩子對知識與世界的嚮往原本就跨界,哪管大人硬分出來的文科或理科？更何況,過往覺得有效率、犧牲程度可接受的集體教育方針,早被這個加速時代反噬。當人工智慧加上大數據,正在代理人類的記憶與決策,而手機以及各種物聯網裝置,正在成為我們肢體的延伸,「深度學習」怎麼會只是機器的事,我們人類更需要「深度的學習力」來應對更快速變化的未來。
根據國際學生能力評量計劃(PISA,Programme for International Student Assessment),台灣學生雖然數理學科知識排名前列,但卻缺乏敘理、論證、思辯能力,閱讀素養普遍不足。這樣的偏食發展,導致文科理科隔閡更遠,大大影響了跨領域合作能力。
文科理科繼續隔離的危害,全世界都看見了,課綱也才需要一改再改。但這樣就能解決開頭問的兩個問題嗎？我發現的確有解法,而且非常簡單,那就是「讀寫科學史」,先讓孩子進入故事脈落,體驗科學知識與關鍵人物開展時到底在想什麼,接著鼓勵孩子用自己的話來回答「如果是你,你會怎麼做？」「如果情況變了,你認為當時的XXX會怎麼做？」等問題,來學習寫作與表達能力。
閱讀是 Input,寫作是 Output,孩子是否真的厲害,還得看他寫了什麼。炙手可熱的STEAM教育,如今也已經演變成了「STREAM」--其中的R指的就是閱讀與寫作能力(Reading & wRiting)。讓偏向文科的孩子多讀科學人物及科學史,追根溯源,才能真正體會其趣味,讓偏向理科的孩子多讀科學人物及科學史,更能加強閱讀與文字能力,不至於未來徒有專業而不曉溝通。
市面上科學家的故事版本眾多,各有優點。仔細閱讀過這系列,發現作者早就想到我尋覓許久才找到的解法。不僅故事與人物鋪陳有血有肉,資料詳實卻不壓迫,也精心設計了隨手就可以體驗書中人物生活與創造歷程的實驗活動,非常貼心。這套書並不只給孩子,我相信也適合每個還有好奇心的大人。
導讀
◎ 陳振威(新北市國教輔導團國小自然輔導團專任輔導員)
16-17世紀誕生了伽利略與牛頓等天文學、數學與物理學家,19世紀則誕生了達爾文這位偉大的生物學家。本書除了透過文字如實的記敘達爾文的一生,還配合21個有趣的操作活動,讓我們輕易理解達爾文的想法與發現,藉此將達爾文人生中最重要的經歷描繪出來。伽利略被教皇逼迫公開宣誓放棄他的「非地心說」,且在1633年被判終身監禁,在此之後包括達爾文在內的多位科學家,由於他們的新發現,人們也開始懷疑起上帝的存在。
科學家對於科學的發現往往是導因於多一點點的思考,別人認為理所當然的事物與現象,背後的原理與概念就是科學家們時常思考的。例如,當牛頓看到蘋果掉下來,他會想到月亮是不是也應該被地球往下拉呢？伽利略看到教堂上的吊燈被風吹動時,他用脈搏測量吊燈來回擺動的時間,經過實驗後才會發現影響單擺週期的因素。達爾文也不例外,當他看到加拉巴哥群島上的鳥,鳥嘴長得不一樣時,他不會覺得理所當然,反倒想到是不是因為吃的東西不同,所以才會演化出各自適合的鳥嘴。
達爾文還有一個值得我們學習的地方。
當他看到各式各樣的生物時,他會先把看到的記錄下來,然後回家再慢慢比對與研究,進而找到一些可能可以歸納的原理原則。在搭乘小獵犬號冒險的期間,他就是依此科學方法進行研究,以及像所有偉大科學家一樣,透過不斷的實驗或觀察記錄,然後抽絲剝繭才會有驚人的發現。
看完這些科學家的好奇心與研究精神,讓我們不得不佩服他們,也希望自己能像他們一樣,保有對萬事萬物的好奇,進而思考問題的背後原因,讓我們一起跟大師學創造力吧!
導讀
◎張東君(科普作家)
對於很多事、很多人,我們總是「以為自己知道,但其實並不知道」。牛頓與伽利略,再加上愛迪生、達爾文,以及其他很多很多的科學家,我們也都只是知道他們的名字,也許再加上一兩個類似蘋果、鐘擺、電燈泡、演化論等關鍵字,就有著已經了解他們的錯覺。牛頓說:「如果我能看得更遠,那是因為我站在巨人的肩膀上。」而我們之所以能夠處在現今這樣科技進步的時代,都多虧了這些前人。那麼,從這兩本書中好好了解他們,再動手做做看他們曾經專注鑽研過的實驗,也是一種向他們致敬的方式。因為,科學史真的很重要(我說阿,跟隨著他們的思緒及研究過程,對考試一定很有幫助的啦)!
伽利略的鐘擺理論告訴我們:「擺錘的完整週期,會隨著擺線長度改變,但是與擺錘重量無關。」據說這個理論的初始,是伽利略看著教堂天花板垂掛的吊燈擺動,注意到來回擺動一次的時間總是保持一致,聯想到時鐘下方的鐘擺與擺動週期規律……這個故事讓我們猜測,伽利略很可能覺得神職人員的演說太無聊了,才會放空又盯著天花板跟吊燈瞧,一邊數它來回擺動的次數,一直數、一直數。我想像他會如此數個不停,是因為我自己有類似的經驗--當我在走路時也會數自己的步伐；甚至在游泳、抬頭起來換氣的時候,我還會數著對面牆上的磁磚,五塊、十塊、十五塊……。不同的是,伽利略數吊燈擺動的故事以及背後的重要理論,將會流傳世世代代,而我一邊游泳一邊數磁磚,一邊走路還一邊數步伐,其實只是要讓我原本想要休息的腦袋,持續工作而已啊。
以往我們學(自然)科學時,因為缺乏系統的學習,往往不知其先後因果。而【跟大師學創造力】不但讓我們更深入認識伽利略、牛頓和其他科學家,同時了解他們所處的時代背景及各國、各領域的科學家們做學問之際的往來互動與糾葛。看完書,我們會發現,不論是不是所謂的天才,科學家們真的都會為了做研究而廢寢忘食,也因為堅持自己的理念與想法而不顧一切。
現在,就讓我們一邊看科學家的八卦,一邊動手做這些有趣的小實驗吧!
試閱
★《牛頓的物理學探索+21個趣味實驗》
牛頓看到事物的規則。他看到日常生活、日出到日落以及春夏秋冬的節奏。他從太陽、月亮和星星在天空的穩定運行看到了規則。儘管他觸摸不到「遠在天邊」的任何東西,他仍思索著天體的運行是否依循「近在眼前」的一切所遵照的同一套定律。
牛頓會製作小風車、水鐘、日晷和風箏,並從中看到風力、水力和日照如何使其作用。這個小男孩透過雙眼和手指的觸覺,感知到宇宙天地同為一體。牛頓開始推想,宇宙萬物運作的背後,必然有某個共通的道理。
當牛頓還是個小男孩時,太陽、月球和星星都繞著地球轉的說法正要開始被推翻。在學校上課的日子以及週日上教堂,牛頓或許都曾聽說一種說法,上帝把地球以及地球上的人類安置在宇宙中心。然而,在離伍爾斯索普很遠的地方,有少數幾個人大膽質疑地心說這種核心信念。
等到牛頓上大學時,地心說已經站不住腳。但是,一如所有的大學生,牛頓還是要研讀古典學,尤其是古希臘文。希臘思想家很少質疑地心說。最重要的希臘哲學家亞里斯多德相信,宇宙像個一層套著一層的透明球,月球、太陽和星星在專屬層圈裡各安其位。根據亞里斯多德的學說,在月球層之外,一切是恆常不變的。此外,牛頓的教授也同意亞里斯多德的看法。
亞里斯多德不認為宇宙是一個整體,相反地,他認為宇宙可以分為兩個部分--「天上」和「人間」。「天上」是完美的,「人間」是混亂的。地球和蒼穹絕對不可能運行如一體。
然而當牛頓逐漸長大成人後,他敢於質疑亞里斯多德的世界觀。他鑽研希臘、伊斯蘭和中世紀思想家的著作；他思索哥白尼、克卜勒和伽利略等文藝復興時期天文學家所描述的天體模型。他問道,物體,如樹上的蘋果,為什麼一定會往下掉？
後來,牛頓從這個想法出發,建構出一個確切的模型,成為能夠通盤解釋這些現象的第一人。
牛頓是「自然哲學家」,也就是我們通稱的科學家或物理學家。牛頓研究的是世界的體系,他的物理學成為科學革命皇冠上的寶石。西元約一五○○年至一七○○年是個變動的年代,人們學習藉由觀察、實驗和建立形式化方法以驗證各種事物的本質。
牛頓發現了一套簡單俐落的法則連結「天上」與「人間」。他根據這項發現,寫出史上最有影響力的書之一:《自然哲學的數學原理》,簡稱《原理》。
沒錯,牛頓不但是個好奇的人,也是個讓別人覺得好奇的怪人。推崇敬佩他的人很多,不過討厭鄙夷他的人也很多。許多人就是不喜歡他。
確實,英格蘭最聰明的自然哲學家是個特異的怪人。牛頓具備高度的專注力,可以埋頭工作一連好幾個月,幾乎廢寢忘食。不過短短幾年,他在物理學、天文學、光學和數學都有驚人的發現,但卻不曾告訴過任何人。
牛頓的內在世界仍然令人費解,只有他自己真正知道有什麼在他的腦袋宇宙中運行。牛頓生性孤僻、傲慢而善妒,記仇可以記一輩子(有事實為證)。到了晚年,他沒有什麼朋友。有時他會怨恨母親、敵視繼父,甚至想著該如何毀掉他們的房子。
心性如此激烈尖刻的牛頓,做任何事應該都會搞砸,然而他的思想卻領先同時代的所有人。他問道:「我要如何解釋天與地的運作都是根據同一套簡明的計畫？」
牛頓提出重要的大哉問,而他也找到了解答。
製作你專屬的「雜記本」
牛頓一生保存了大量的筆記本,記錄了他對各種主題的研究歷程。從自然哲學到數學,從煉金術到上帝的本質,幾乎沒有他不曾接觸過的主題。牛頓有一冊知名的筆記本,其實是他繼父的遺物。由於牛頓從來不曾住進史密斯家,他似乎是在史密斯去世後才繼承了那本幾乎完全空白的筆記本。一六○○年代,這本筆記本是非常珍貴的物品,因為當時的紙張極為昂貴,人們根本捨不得丟棄。於是年輕的牛頓接手了筆記本,做為自己的實驗紀錄本。他特別把這本筆記稱為他的「雜記本」。你可以製作自己專屬的「雜記本」,用它記錄你實行本書活動時的觀察結果。
所需材料:
* 鉛筆
* 兩張厚紙板或薄磅卡紙,約22公分x 28公分
* 一把剪刀
* 尺
* 打孔器
* 二十張高品質紙張,如履歷專用紙
* 約90公分長的窄版緞帶或細繩
製作「雜記本」的封面,在兩張厚紙板上距離左緣約三公分處,用鉛筆輕輕畫一條線,尺對齊線,用剪刀順著尺「畫」線。在每張紙上順著線摺起來再打開,做出摺痕。這樣一來,封面就能俐落地翻開。
在兩張封面紙的內側,將尺對齊左緣,每二點五公分標示要打洞的位置,共十個。請注意,記號的間距要均等,與封面紙緣的距離也要一樣。
把兩張封面紙疊在一起,沿著左緣打孔。二十張高級紙也重複同樣的程序,做成你的「雜記本」內頁。依序把封面、內頁和封底疊攏整齊。
現在要來裝訂你的「雜記本」,把緞帶或細繩對摺後放平,對摺處與「雜記本」底部對齊。拿起緞帶或細繩的兩頭,由下而上依序編繩穿孔。編繩穿孔方向為由前而後。
最後,緞帶或細繩的兩頭會在筆記本上端,先打個死結,再打個漂亮的蝴蝶結。按照你的喜好裝飾你的「雜記本」……在你進行本書後續各項活動時,希望你用得開心!
製作水車
牛頓還是個小男孩時,曾觀察磨坊如何運用河流的水力,把麥子磨成麵粉。而後他自己製作小型水車,研究它們究竟是如何運作的。
你也可以像牛頓一樣製造水車,測試它能舉起多少重量。(不過,你不必像牛頓一樣抓一隻老鼠來做實驗!)
所需材料:
*塑膠杯
*麥克筆
*尺
*剪刀
*萬用膠帶
*硬質塑膠吸管
*空的捲線軸
*兩公升的汽水保特瓶
*粗縫線或牙線
*迴紋針或小型彈簧夾
*墊圈或有孔砝碼
要製作水車,先從做六扇葉片開始。用麥克筆在塑膠杯上畫出剪裁線,剪下長六公分、?三公分的六個長方形。
剪下十二段萬用膠帶,每段長六公分、寬一公分。用膠帶把塑膠葉片的長邊黏在線軸上。每片葉片的間距要相等,角度要相同,並確定它們朝同一個方向彎曲。
吸管穿過捲線軸心,在線軸兩側的孔貼上膠帶加以固定。接下來的這個步驟你會需要大人幫忙,因為保特瓶比你想像中的還難切割!把兩公升保特瓶的上部切掉,取底部的圓筒。在圓筒上緣的兩個對稱處剪兩個V形切口。距離瓶底約二點五公分高的地方打幾個洞,做為排水孔。
把水車輪軸架在圓筒的兩個V形切口上。在吸管的一端,剪兩道二點五至五公分長的剪口。
剪一段長約四十公分的粗縫線或牙線。取一段細膠帶。將線的一端穿入剪口,用細膠帶貼好固定。迴紋針綁在線的另一端,在迴紋針掛上墊圈或砝碼。
把水車放入水槽,讓砝碼或墊圈自然垂放。現在,慢慢打開水龍頭,讓水流足夠推動水車。水車能拉起砝碼或墊圈嗎？需要多少水力？你的水車能拉得動兩、三個墊圈或砝碼嗎？
★《達爾文與演化論+21個自然實驗》
查爾斯.達爾文疲憊至極……他搭乘英國皇家海軍小獵犬號環遊世界,回到英國已經兩年了。這段期間他一直在整理、記錄從旅行途中收集回來的動物、植物與化石。在1836年10月,當小獵犬號終於返抵英國時,這名年輕人鬆了一口氣,他長達五年的海上生活總算結束了。小型小獵犬號的生活環境侷促又不舒服,達爾文常常嚴重暈船。可喜的是,在這趟旅程中,他發現了上千種奇異特殊的動物、罕見的植物,以及神祕的化石,他迫不及待想要把這些新奇發現撰寫成書。
這次回到家鄉,讓達爾文充滿了活力。這位年輕的博物學者從小在英國鄉村長大,當他首度搬至倫敦時,就近租了個房間,著手進行他希望能成為傑作的作品。奮力寫了兩年,一本書變成了三本(而且還只完成了其中一本)。要達成目標,看似遙遙無期。他還發現自己根本無法專心在一個主題上,每當他仔細研究一個標本,心裡總是冒出更大的問題:世界上各式各樣的動物是從哪裡來的？以及,為什麼化石總是看起來跟活生生的生物不同？
更糟糕的,達爾文發現自己討厭住在大城市。他喜歡童年家鄉的開闊空間,以及他在旅途中去過的荒郊野地。現在,每當他看向窗外,就只看得到倫敦髒兮兮的街道、汙濁的空氣以及忙碌擁擠的人群。他知道,該是時候休息片刻,以保持頭腦清醒。
自1838年起,達爾文開始閱讀一些所謂休閒讀物--任何能吸引他目光的有趣書籍,他都能飽讀一番。目的就是讓自己別總是想起那一盒盒標本,更別再去看房裡那一疊疊的筆記。
在10月下旬的某天傍晚,研究告一段落的達爾文正在閱讀《人口論》--這本書四十年前就出版了,至今仍舊很暢銷。作者是一位名叫馬爾薩斯的神父,他試圖想要搞懂為什麼英國始終有這麼多的窮人--雖然這本書不像冒險故事或是浪漫小說那麼有娛樂性,不過達爾文很開心能讀到一本與他自己的動植物研究完全無關的書。至少他是這麼認為。不過後來事實證明,他實在錯得離譜。
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在達爾文環遊世界的旅途中,他明白了一些其他科學家已經知道的事情:世界上動物種類之繁多,超乎以前人類所能想像。在挪亞方舟這個故事寫成的古代,人們認為世界上最多只有一百種不同的動物--狗、貓、牛、獅子、老鼠、羊、狐狸、老鷹、麻雀、甲蟲、鹿、猴子一類；這些動物各不相同,種類卻不多,挪亞可以很輕鬆就把牠們統統裝進方舟裡。但在1800年代中期,達爾文的年代,探險家已經發現了成千上萬種不同的動物,而且每年還會增加超過一百種的新動物。每當達爾文看著自己手邊的動物樣本,他常會想:是不是每一種動物都已經完全長好了,而且是跟其他物種徹底不同？或者這些動物彼此之間有某種關聯？達爾文尤其困擾於為何某些物種彼此長得如此相像,又有著明顯的不同？某種鳥的鳥喙比其他鳥的稍微長了一點點；某種猴子跟另外一種幾乎一模一樣,差別只在這種猴子的牙齒很尖利。究竟為何？
達爾文開始相信,所有動物都是源自同一個祖先,在數百萬年間,慢慢一點一滴的改變,最後出現了數種不同的型態。這些不同型態的動物又繼續發展成為我們今日所見的各種動物。這個過程,被命名為「演化」。演化的想法,其實存在已久,然而沒有人(包括達爾文)能夠搞清楚動物到底是怎麼進化的。多年來,許多觀點被提出來,卻似乎都不太能成立。甚至有一位很優秀的作家宣稱,動物長出新特徵純粹是靠意志力……達爾文愈想專心研究他的樣本,愈容易分心去想他所謂的「物種問題」。事實上,由於達爾文對這個主題實在太有興趣,所以他在撰寫小獵犬號探險紀錄的同時,也同時把他對於演化的想法偷偷記錄在一本祕密筆記上頭。
時間回到1838年那個秋天的傍晚。他拿起馬爾薩斯的書,將演化問題拋諸腦後,只想要好好放鬆一下。他坐了下來,吁了口氣,開始閱讀。
馬爾薩斯的主要論點是,這世界上的人口太多,人口數量又增加得太快,快到人類來不及準備足夠的食物餵飽每一個人,於是,人們為了得到足夠的食物總是在爭執,更要與其他人競爭才能擁有舒服的生活。有些人是贏家,有些則很不幸的輸了。那些輸掉的人,最終會淪落到街頭乞討,住在像是倫敦這種大城市裡的貧民窟。馬爾薩斯在書中不斷強調,當人口數量大到失去控制的程度,某些災難無可避免的便會隨之而來,使得那些最弱小的成員死去。這些災難有時是饑荒,有時則是瘟疫、戰爭,或者是其他災禍。不過,根據馬爾薩斯的理論,導致貧窮與痛苦最根本原因,是人類增加的速度快過於糧食增加的速度。
達爾文發現,這些說法很有道理。他隨即領悟,同樣的理論不只適合於解釋人類的處境,還可以用來解釋所有物種的狀況。比如,在野外,多數動物會生下一窩寶寶,而其中大部分的寶寶會夭折,若非餓死,就是遭掠食者吃掉了。
他靈光一閃,以前怎麼沒想到呢？達爾文受到了大大的震撼,他又驚又喜,甚至連手上的書都掉到地上了。馬爾薩斯無意中為達爾文揭開了演化的祕密,長達好幾個世紀的科學家,都覺得神祕難解的問題。
達爾文並且思考著,野外那些少數能存活的動物寶寶,到底有什麼特別的呢？達爾文知道每一個小寶寶都跟同胞手足有些微的差異。比如一隻兔子寶寶,牠的腿不如姊姊有力,狐狸出現時,這隻小兔子很可能會來不及逃命,狐狸就會抓住並吃掉這隻跑得慢的小兔子,而跑得快的兔子姊姊,不但能順利逃走、活下來,最後還可以長大並且生下牠自己的寶寶。這批兔子寶寶會繼承牠們媽媽的強壯快腿,然後存活下來的小兔子長大後,又會生出牠們的寶寶,整個過程會不斷重複。透過這樣漸進式的方式,隨著每一代的出生,物種會有所改變--繼續發展出更強壯的跑步肌肉、偽裝效果更好的不同毛色、更能吃得到食物的長脖子等等。伴隨著足夠的時間,並且繁衍出夠多代的後代,地球上的物種很可能就是靠這樣的方式進行演化。
要知道,在1838年,這是一個驚人的想法。大多數人相信是上帝只花了六天時間創造出世界和物種,《聖經》就是這麼說的。達爾文很怕一旦他公開了這個理論,人們會嘲笑他或是攻擊他。於是他把這個超棒的想法留給自己,寫在祕密筆記裡。他那時還不知道這一本「祕密」筆記會愈寫愈多,寫了二十年之久,他也不知道有一天這本筆記會出版,並且被盛讚為史上最偉大的書之一。
《達文西的藝術創舉+21個趣味活動》
羅倫斯這座城市雄偉磅礡!高牆上矗立著高塔,圍繞著城市。走近時,達文西可以看到佛羅倫斯的屋頂、塔樓和教堂尖塔交錯,以及一座主教堂聳立的大圓頂。他等不及要探索一番。城門的警衛檢查他少得可憐的行李,他因為興奮而坐立不安。
佛羅倫斯是貿易樞紐,是座繁忙的大城市,來自不同地方的人潮和物品聚集於此。小販大聲叫賣貨物,桌上堆滿遠道而來的美麗染布、絲質布料和香料。驢子拉著沉重的運貨兩輪車走在鵝卵石街道上。農夫在滿是水果和蔬菜、肉和乳酪的貨攤前採買。穿著天鵝絨披風的神父和大貴族大剌剌地走過時,人潮自動讓道。達文西張口結舌地看著人們、聽著聲響和飽覽熙來攘往的景象。他向上望著佛羅倫斯巨大的石砌建築,許多建築物的頂端屹立著尖塔。他在前往父親家時,經過寬廣的拉爾加路,身旁盡是驢子、手推車和洶湧人群。他順道經過赫赫有名的梅迪奇宮,想著他未來是否能認識住在裡面的權貴人士。梅迪奇家族是銀行家和富商世家,統治佛羅倫斯超過百年。達文西的新家是座大城市,和位於丘陵的恬靜村莊迥然不同。
抵達父親的家之後,達文西發現自己不會待太久。瑟皮耶羅早就決定該是這位年輕人學習一技之長的時候了。當時,十二、十三歲的男孩去工作是稀鬆平常的事。女孩在結婚前則是在家裡幹活,但家人會將兒子送去商人或工匠那兒當幾年的學徒。
達文西可以做什麼呢？他沒受過正式教育,又在鄉下長大,再加上非婚生子女的身分,使得他無法從事跟父親一樣的行業和其他許多工作,也無法成為醫生或律師,甚至不能上大學。很多公會不會接受像達文西這種背景的年輕人。
但是當瑟皮耶羅看著兒子背包裡的繪畫作品時,他知道達文西該做什麼了。他將畫作放在摺起來的衣袖裡,帶去知名藝術家安德烈.德爾.委羅基奧的工作坊。
委羅基奧是當時最偉大的雕刻家,也是有權有勢的梅迪奇家族的御用雕刻師。他有張國字臉,頂著黑色捲髮,他那不苟言笑的模樣顯示工作就是他的人生。他明察秋毫,當他看到達文西的畫作時,他就知道這位年輕人日後會成為比他更偉大的藝術家。委羅基奧在阿尼歐洛街的工作坊一如佛羅倫斯的街道般喧囂吵雜。他的工作坊接受繪畫、雕像、家居裝飾、盔甲、珠寶和各式各樣的委託工作。
當達文西第一次看見委羅基奧的工作坊,他大開眼界。大門對著街道敞開,繁忙多彩的城市生活湧入室內。玩耍的孩童和他們的狗兒跑過房間。有時豬或雞還會誤闖進來!委羅基奧大師站在這片騷攘的正中央,對一切動靜瞭若指掌,指揮年輕學徒進行各項工作。畫筆、槌子和鑿子,還有素描和進行中的工作藍圖一起掛在牆上。一位年輕人正在為窯生火。其他人則是捶打著盔甲,將石頭敲成粉末。到處都是畫架、工作台和模特兒。
達文西的父親和委羅基奧握手。年輕的達文西現在是這位偉大藝術家的學徒了。他將會花許多年當學徒,並在委羅基奧的指導下學習當個藝術家。
時光荏苒,達文西長成一個英俊強健的年輕人。他工作時數長,晚上和其他學徒睡在樓上的宿舍裡。委羅基奧大師為人親切卻嚴厲,他的學徒必須非常努力工作。最初幾個月,達文西只有掃地和清洗畫筆的分,他聽著其他學徒和工匠的交談。他留意著周遭一切的動靜。而在委羅基奧的工作坊裡有太多活動在進行!佛羅倫斯的有錢人會進來讓人繪製畫像。他們要求委羅基奧製作金銀首飾、盔甲和盾徽、雕像、餐具和家具。委羅基奧和學徒甚至製造教堂的大鐘和守衛城市用的加農砲。這類工作由年紀較長的學徒完成。
達文西清理和掃地。最後他被分配到研磨顏料的日常工作。他每熟悉一項技藝後,就被賦予更艱難的差事。他磨亮青銅雕像；他學會如何製作畫筆；他準備繪畫用的木板。他期盼有一天他能使用這些物品,而不只是為了其他藝術家所準備。在這段期間,他只要一有空就會畫素描。
有一天,委羅基奧接到一項非常重要的委託。佛羅倫斯聖母百花大教堂在建造將近兩百年後,終於快竣工了。最後的裝飾是要在教堂頂端放一個大型青銅球體。這在創造上是個挑戰,因為球體直徑長達約六公尺,重量超過兩噸。不僅要製造出來困難重重,委羅基奧和學徒們還得想辦法將它安置在教堂頂端!達文西領悟到藝術不只是拿畫筆,還有很多東西要學習。藝術家們得用青銅鑄製球體、研發建築藍圖,甚至還要設計安置球體時要使用的起重機和滑輪。為了這份委託工作,藝術和工程學必須攜手合作。學徒們在工作坊計算和設計了好幾個月。藍圖覆蓋了牆面。春天安置球體時,整個城鎮的人都出來觀看。
與此同時,工作坊還得雕鑿大理石墓碑、製作石膏死亡面具、設計盾徽和旗幟。達文西終於得到允許協助小型委託工作,他很高興能夠使用自己製造的畫筆。他繪製圖畫的背景,也為委羅基奧的雕像當模特兒。大師捕捉到達文西精緻五官的神韻和濃密捲曲的頭髮,應用於大衛像中。
藝術家們喜歡在工作坊聚會談天。委羅基奧的偉大才華吸引許多藝術家前來向他學習。有時,其中一名學徒會拿起魯特琴坐在角落彈奏。年輕人為想法辯論,討論彼此的進展,互相學習新技巧。
從北歐來訪的藝術家才剛將油畫引進義大利,委羅基奧的學生對這種新的媒介感到躍躍欲試。達文西花了很多時間混調不同材料,想看看最棒的顏料會是什麼。他研磨不同材質做為顏料,再用亞麻仁油或核桃油加以混合。他勇於嘗試使用油畫顏料的新技巧。達文西在使用新媒介上展現出高超技巧,因此他很快就超越其他人。
藝術家們討論的另一個新概念是如何在畫作中表現出透視法和景深。達文西之前的時代,畫作中的物品和人物都以平面二次元的方式呈現。佛羅倫斯的藝術家發展出繪製擁有立體景深的物品和人物的技巧。達文西學會在繪畫時仔細計算線條的位置以創造出透視的錯覺。他將數學和幾何學應用於他的藝術作品中。
那是個令人振奮的時代,藝術家們適得其所。佛羅倫斯是藝術和雕刻重鎮,達文西只要有空能夠離開工作坊,就會去觀賞藝術作品。他會花好幾個小時觀摩佛羅倫斯的溼壁畫、神龕和雕像。他也求教於科學、數學和哲學界的老師。
達文西開始思考萬事萬物都以某種方式相互聯繫,而他想學會全部精髓。他使用在繪畫中學會的技巧,且他就像孩提時一樣,無論到哪裡都帶著紙和粉筆,將看到的一切畫成素描。
達文西最喜歡畫的是動物。他研究鳥的翅膀,如此一來,他便能以寫實的方式畫出天使的翅膀。達文西喜愛馬兒,他會花好幾個小時待在馬廄,觀察牠們的動作,進行素描。
達文西強烈主張藝術家必須從大自然學習,並從觀察到的現象中汲取靈感。他認為要先徹底了解一項事物後才能畫它是很重要的。
