张衡地动仪的教学内容和观点需要更新.doc

张衡地动仪的教学内容和观点需要更新 冯锐 ?张衡地动仪是人类史上第一架地震仪器，创制于公元132年，在世界科学发展史上占有重要的地位。但是，国内对张衡地动仪的教学工作，长期地限于范晔《后汉书·张衡传》的196个字，并对王振铎先生（1912～1992）1951年的复原模型④（简称传统模型）及其观点进行着惟一性的宣讲，已持续半个多世纪。随着地动仪科学复原研究工作的深入和国际交流的扩大，因教学内容的老化和偏颇所带来的片面性问题已凸显，负面的社会影响和学术界的批评也日趋严重。教育教学界还发表了几篇质疑地动仪复原模型的文章⑤⑥⑦⑧。如何及时更新教学知识，把更为严谨和科学的内容、观点引入课堂，正确地宣传地震常识，准确地介绍地动仪在自然科学发展史上的地位，已经提到了日程上。 地动仪在东汉末年到魏晋期间被破坏，彻底失传的时间最迟不过东晋末的公元418年。绘有地动仪的图件，大约流传至北宋，即公元1060年成书的《新唐书》⑨。公众今天看到的地动仪，既非历史原物又非出土文物，而是后人根据流传下来的史料记载，重新设计的复原模型。它所表征的是研究者对历史原物的某种理解和逼近，随着资料的丰富和研究的深化，复原模型会不断改进，以更加逼近历史的原貌。从1875年日本人服部一三开始，国内外已经提出了13种张衡地动仪的复原模型，1951年模型只是其中之一⑩。尽管传统模型曾在弘扬中国文化和开展国际交流方面起过积极的作用，教学中甚至经常把它混同于历史原物进行着传承式的宣教，但从严格的地震学意义上讲，这却是一个需要被否定的模型。因为地动仪是地震学的一种专业仪器——验震器，复原设计的自由创作空间极其有限。模型必须同时具备两种基本功能：对非地震的干扰振动不反应，只对地震引起的特殊地面运动才有稳定的反应。也就是说，它在宏观上需要具备能够自动地区分出地震和非地震的功能，否则复原模型所必须蕴含的科学价值和社会影响就会丧失，甚至起到负面作用。而恰恰在这个关键点上，王振铎设计的传统模型，包括摆放在中国历史博物馆的原件在内的无数地动仪，没有一件具有验震器的功能。从工作原理上讲，把地动仪复原成报警器而不是验震器，是传统模型的致命性错误11。 事实上，对传统模型的原理性错误以及其他的偏谬，国内外学术界很早就发现了。1963年，王振铎发表了对1951年传统模型的解释文章。很快，即从1969年以后，中国、日本、美国、荷兰和奥地利等国的学术界便发表了一系列的批评文章，其中还包括国内外著名的科学院院士傅承仪、李善邦、（英）李约瑟、（美）博尔特等人的批评与否定。合理的地动仪模型必须既符合史料又能重现功能，任何不符合史料的功能重现，或者不具有功能的复原模型，都不能科学、准确地反映出张衡的思想和他的历史贡献。为此，国内外学术界一直在试图用新的原理、结构与造型替代传统模型。遗憾的是，1978年后提出的7个替代模型，依然处于概念模型的研究阶段，未能引起公众注意。最近，在中国地震局和国家文物局的支持下，地震学家、历史学家、考古学家、机械专家和艺术家联合攻关，开展了地动仪的科学复原研究，实现了地动仪从概念模型到科学模型的历史跨越，研制出新的具有验震功能的地动仪复原模型，重现了陇西地震现象，更加符合史料记载和汉代文化特征12 13 14。新模型于2005年4月先后通过了专家鉴定和国家验收，已在河南博物院和北京海淀安全教育馆正式对外展出，正在逐渐向全社会宣传推广。 不少教育工作者可能不了解近几十年间科学研究的新进展、新观点和新内容，导致目前的教学材料陈旧过时，存在不少已被科学实践明确否定的、或者属于对地震学误解的内容。为此，有必要从地动仪研究的背景情况、需要更新的内容和基本知识三方面作一简介，以更加科学、准确地弘扬中华文化。 1.1失传仪器只能用复原模型表征，随着模型的不断改进，教学内容要随之更新 为了重现失传的仪器，后人只能根据古书记载用复原模型来表征，而模型仅仅是对原创实物的理解和逼近，绝非原物。研究者不同，分析角度和理解水平有差异，复原模型的原理、结构和外型也就不同。因此，不存在千古不变的终极结论和惟一不二的复原模型。王振铎先生自己就有原理相反、外形相左的两种模型④15，现在教学中选取的传统模型只是其中之一。不难想见，在张衡地动仪的复原研究史上，后人总是在不断地深化和前进，以期用更加合理、科学的新模型推陈出新、上溯历史。如1875年（日本）服部一三，1883年（英国）Milne，1917年吕彦直，1936年王振铎，1937年（日本）萩原尊礼和今村明恒，1951年王振铎，1978年（美国）Bolt，1980年李善邦，1983年（荷兰）Sleeswyk，1991年王湔，1994年李志超，1998年梁绍军、张玉峰，2004年杜希贤16 22，以及最近由中国地震局和国家文物局的专家所完成的新模型。在这一百多年的研究