物理學(xué)史在物理教學(xué)中的應(yīng)用

曹 娟

摘要: 本文結(jié)合結(jié)合物理教學(xué)實際,利用相關(guān)物理學(xué)史知識,來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、發(fā)展獨立思考的能力、全面理解物理規(guī)律、學(xué)習(xí)物理學(xué)家的科學(xué)思想和方法等,發(fā)掘物理學(xué)史素質(zhì)教育價值的潛能。

關(guān)鍵詞: 物理學(xué)史物理教學(xué)教育功能

物理學(xué)史體現(xiàn)了人類探索和逐步認(rèn)識世界的現(xiàn)象、結(jié)構(gòu)、特性、規(guī)律和本質(zhì)的歷程。人類對物理知識的認(rèn)識發(fā)展歷程,比起教科書上知識編排的邏輯體系有著更多的矛盾,更為豐富多彩、復(fù)雜曲折,因而包含著豐富的教育功能。物理學(xué)史的課程資源可以幫助學(xué)生理解和掌握物理學(xué)知識、發(fā)展獨立思考的能力、學(xué)習(xí)科學(xué)方法、進行科學(xué)思維的訓(xùn)練等,有助于學(xué)生的學(xué)習(xí)。

1.提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

著名物理學(xué)家愛因斯坦說過:“興趣是打開科學(xué)大門的導(dǎo)師?！睂W(xué)生只有對學(xué)習(xí)產(chǎn)生了濃厚的興趣,才能產(chǎn)生學(xué)習(xí)熱情和內(nèi)在動機。但很多學(xué)生覺得物理含有太多的枯燥公式,并且公式的應(yīng)用很難掌握,因此課堂氣氛沉悶,學(xué)生失去了學(xué)習(xí)的興趣。物理學(xué)史中有很多真實的故事、趣聞和材料可以用來作為培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的素材。教師在教學(xué)中結(jié)合所學(xué)內(nèi)容恰當(dāng)?shù)匾脒@些材料,可以拓寬學(xué)生的視野、擴大學(xué)生的知識面、活躍課堂氣氛、提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

2.發(fā)展獨立思考的能力

愛因斯坦認(rèn)為:“如果一個人掌握了他的學(xué)科的基礎(chǔ)理論,并且學(xué)會了獨立思考和工作,他必定會找到他自己的道路,而且比起那種主要以獲得細(xì)節(jié)知識為其培訓(xùn)內(nèi)容的人來,他一定會更快地適應(yīng)進步和變化?！豹毩⑺伎己酮毩⑴袛嗟囊话隳芰?首先表現(xiàn)為懷疑和批判的精神。物理學(xué)中幾乎每個重大發(fā)現(xiàn)都表明,創(chuàng)造性思維活動起始于對困難或問題的認(rèn)識,是圍繞解決問題展開的,而善于提出問題,總是從對事物、現(xiàn)象或已有的理論的懷疑開始的。在已往的教學(xué)中,教師經(jīng)常提到要培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力,而忽視了提出問題的能力。在物理教學(xué)中,教師為了培養(yǎng)學(xué)生提出科學(xué)問題的能力,僅僅從內(nèi)容的銜接上提出問題是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。教師還必須從真實的物理學(xué)認(rèn)識發(fā)展的歷史進程中,展開物理學(xué)探索過程中問題背景的演化,闡明重大物理學(xué)問題產(chǎn)生的歷史條件及其所導(dǎo)致的深遠(yuǎn)后果。因此,在物理教學(xué)中,教師有必要借助物理學(xué)史上的精彩事例培養(yǎng)學(xué)生獨立思考的能力,善于提出科學(xué)的靈活性和智慧,使他們的思想沉浸在好奇之中,永遠(yuǎn)不閉塞懷疑的目光。

3.有助于學(xué)生全面理解物理規(guī)律

物理規(guī)律(包括物理定律、定理、原理、法則、公式等)反映了物理現(xiàn)象、物理過程在一定條件下發(fā)生、發(fā)展和變化的規(guī)律。在進行物理教學(xué)時,教師為了讓學(xué)生最有效地掌握好物理規(guī)律,應(yīng)使其對物理規(guī)律的建立過程有一定的了解,這就需要教師經(jīng)常把物理學(xué)史知識滲透到物理教學(xué)之中。這是由于物理學(xué)的創(chuàng)立和發(fā)展是具有連續(xù)性的,后人的研究工作總是以前人的研究成果為基礎(chǔ),重要的物理規(guī)律都是經(jīng)歷了艱難和曲折的歷史發(fā)展過程的。教師讓學(xué)生了解這些規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過程,會對學(xué)生學(xué)習(xí)物理規(guī)律、形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和作風(fēng)產(chǎn)生重大的影響。例如在講述萬有引力定律和牛頓運動三定律時,教師可以給學(xué)生介紹當(dāng)時的社會背景:16世紀(jì)以后的歐洲,航海、戰(zhàn)爭和工業(yè)的需要大大地促進了力學(xué)的發(fā)展,推動了人類對天體的觀測和研究。波蘭的天文學(xué)家哥白尼對天象進行了長期的觀測,獲得了大量的觀測資料,在對這些觀測資料進行了整理和分析后,提出了“日心說”的理論體系,推翻了統(tǒng)治天文學(xué)領(lǐng)域一千多年的托勒密“地心說”體系,打開了自然科學(xué)的大門。繼哥白尼之后,丹麥天文學(xué)家第谷以他驚人的毅力和畢生的精力對行星的運動進行了精確的觀測,并采集到大量的觀測數(shù)據(jù),這為他的學(xué)生開普勒的進一步研究打下了良好的基礎(chǔ)。開普勒有著豐富的想象力和杰出的數(shù)學(xué)才能,在整理和研究第谷所觀測到的數(shù)據(jù)中總結(jié)出了開普勒三定律。在回顧歷史的過程中,教師將萬有引力定律和牛頓運動三定律內(nèi)容跟物理學(xué)史聯(lián)系起來,讓學(xué)生知道定律的來龍去脈,可以讓其得到一個能夠反映事物之間相互聯(lián)系的、完整的認(rèn)識,給定律增加豐富的內(nèi)涵,從而有助于學(xué)生對定律的內(nèi)涵和外延的理解與掌握。

4.樹立勇于探索的獻(xiàn)身精神

物理學(xué)史充分體現(xiàn)了物理學(xué)家在探索物理世界的探索和不怕困難的精神,可以教育學(xué)生在實驗過程中要勇于挑戰(zhàn)權(quán)威、不怕困難,甚至為了科學(xué)犧牲自己的生命。例如焦耳測量熱功當(dāng)量用時34年,大量的數(shù)據(jù)和實驗方法為熱功當(dāng)量提供了確鑿的依據(jù);為弄清雷電,富蘭克林冒著生命危險做了震驚世界的費城實驗,證明其與摩擦所得的電是同一性質(zhì)的;伽利略因宣傳日心說,被教會判終身監(jiān)禁,等等。教師引入這些物理學(xué)史,可以讓學(xué)生樹立學(xué)生勇于探索的獻(xiàn)身精神。

5.認(rèn)識到物理知識的作用與貢獻(xiàn)

很多物理規(guī)律的建立不是孤立和偶然的,而是社會發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物。萬有引力定律和牛頓運動三定律的建立已說明了這一點。在18世紀(jì)初期歐洲產(chǎn)業(yè)革命的推動下,蒸汽機的出現(xiàn)引起了第一次工業(yè)革命,大大促進了工業(yè)的迅速發(fā)展。在蒸汽機的發(fā)明和使用過程中,人們迫切需要研究熱和功的關(guān)系,所以熱和機械功的相互轉(zhuǎn)化就得到了廣泛的研究。這使人們對水和蒸汽,以及其他物質(zhì)的熱性質(zhì)作了深入的研究,有力地促進了熱力學(xué)理論的建立和發(fā)展,并在此基礎(chǔ)上建立了熱力學(xué)第一定律。在蒸汽機的應(yīng)用得到很大發(fā)展的情況下,如何進一步提高機器的效率就成了當(dāng)時工程師和科學(xué)家共同關(guān)心的問題,在此大環(huán)境下克勞修斯和開爾文各自獨立地發(fā)現(xiàn)了熱力學(xué)第二定律。它在實用上的重要性是尋求熱機效率的最大可能性和預(yù)測化學(xué)反應(yīng)進行的可能性。由此可見,熱力學(xué)第一和第二定律的發(fā)現(xiàn)與當(dāng)時社會生產(chǎn)需求有很密切的關(guān)系。

教師在物理教學(xué)中穿插物理史知識具有重要的教育功能,不僅能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣,幫助學(xué)生全面理解物理規(guī)律,而且能使學(xué)生從中學(xué)到嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度,科學(xué)的思維方法,逐步樹立科學(xué)的世界觀和方法論。因此物理教師要重視和發(fā)掘物理學(xué)史的教育價值功能,合理地實施物理學(xué)史教育。

參考文獻(xiàn):

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