“物理學(xué)史”融入課堂教學(xué)的實(shí)效性研究

王家林

摘 要： 現(xiàn)行人教版高中物理新教材在各模塊中多處引入物理學(xué)史，教師在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)注重將物理學(xué)史有機(jī)融入課堂教學(xué)。物理學(xué)史的特殊性決定了科學(xué)教育和人文教育的交融綜合，增強(qiáng)了教學(xué)的實(shí)效性。

關(guān)鍵詞： 物理學(xué)史 科學(xué)方法 科學(xué)本質(zhì) 人文精神

物理學(xué)家勞厄說(shuō)：“重要的不是獲得知識(shí)，而是發(fā)展思維能力，教育無(wú)非是一切已學(xué)的東西都遺忘掉的時(shí)候所剩下的東西?！盵1]新教材要求教師走出誤區(qū)：把會(huì)做題、會(huì)考試作為完成了教學(xué)任務(wù)，達(dá)到了教學(xué)目的；認(rèn)為在課堂上講述物理學(xué)史是浪費(fèi)時(shí)間，對(duì)于定理和結(jié)論的得出，只從幾個(gè)基本原理出發(fā)，運(yùn)用數(shù)學(xué)演繹手段，邏輯地推演出來(lái)。在這樣的教學(xué)體系中，真正的認(rèn)識(shí)發(fā)展過(guò)程中的歷史曲折被抹平了，科學(xué)探索者的觀測(cè)、困惑、試探和創(chuàng)新的智慧之光被掩蓋了。這種教學(xué)方法的結(jié)果，給學(xué)生造成了科學(xué)理論“直線發(fā)展”的錯(cuò)覺(jué)，泯滅了學(xué)生的創(chuàng)造力天賦，對(duì)以后的發(fā)展產(chǎn)生了嚴(yán)重的負(fù)面影響。

物理學(xué)史融合了與物理學(xué)有關(guān)的自然科學(xué)，以及與人類思想、社會(huì)歷史發(fā)展有關(guān)的文史哲的多學(xué)科知識(shí)，是一門自然科學(xué)、人文科學(xué)、社會(huì)科學(xué)、思維科學(xué)緊密交叉滲透的綜合學(xué)科。物理學(xué)史以其內(nèi)容的獨(dú)特性，在素質(zhì)教育中發(fā)揮特殊的作用，通過(guò)物理學(xué)史展示人類揭開(kāi)物理世界奧妙和令人興奮的探索歷程，了解科學(xué)家的科學(xué)創(chuàng)造之路，從而給學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)科學(xué)方法及科學(xué)思維的訓(xùn)練，培養(yǎng)質(zhì)疑精神和提出科學(xué)問(wèn)題的能力，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)行德育滲透，樹立辯證唯物主義思想，培養(yǎng)審美觀等教育。由于物理學(xué)史內(nèi)容的特點(diǎn)及它所具有的豐富教育因素，說(shuō)明了物理學(xué)史與物理教學(xué)的結(jié)合是基礎(chǔ)教育改革的有益手段，決定了它融入課堂后取得的實(shí)效。

一、能夠使學(xué)生掌握科學(xué)方法

通過(guò)把物理學(xué)史融入課堂，學(xué)生受到物理學(xué)家利用科學(xué)方法一步步地揭開(kāi)真理帷幕的感染，從身臨其境感受中獲得科學(xué)方法的升華。在物理學(xué)的長(zhǎng)期發(fā)展中，確立了很多很成功的成熟的常規(guī)方法，如理想模型、理想過(guò)程、理想實(shí)驗(yàn)，這些可行的、近似抽象的方法促成了許多定律的發(fā)現(xiàn)。其他有如觀察和實(shí)驗(yàn)，分析和綜合，歸納和演繹，類比和聯(lián)想，猜測(cè)和試探，邏輯推理，證明與反駁，以及數(shù)學(xué)方法、控制論，等等。

把科學(xué)方法和物理學(xué)史結(jié)合起來(lái)，讓方法成為有聲有色、有血有肉的活例，使學(xué)生了解前人是通過(guò)什么方法研究和探索發(fā)現(xiàn)新的規(guī)律與理論的，真正領(lǐng)悟物理學(xué)的研究方法，從而引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生的科學(xué)思維，解決和處理各種問(wèn)題。伽利略創(chuàng)立了科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，改變了從直觀感覺(jué)或臆想出發(fā)純粹邏輯地推演出結(jié)論的思辨方法，強(qiáng)調(diào)了對(duì)直觀感覺(jué)材料要做理性分析，要由實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。他重視觀察和實(shí)驗(yàn)，制造出望遠(yuǎn)鏡對(duì)星體進(jìn)行觀察；為了證實(shí)重物下落不比輕物快的結(jié)論，他親自登上比薩斜塔做自由落體實(shí)驗(yàn)。伽利略還把實(shí)際的實(shí)驗(yàn)和理論思維緊密結(jié)合起來(lái)，形成了一種新的方法——理想實(shí)驗(yàn)的方法，并用此法發(fā)現(xiàn)了慣性定律。物理學(xué)史上，曾用類比推理法建立了歐姆定律；惠更斯將聲和光類比，提出光的本質(zhì)也是一種波動(dòng)；德布羅意將實(shí)物與光進(jìn)行類比，首創(chuàng)物質(zhì)波概念；湯姆生運(yùn)用類比方法，證明了電子的存在；庫(kù)侖通過(guò)與萬(wàn)有引力定律的類比，提出了庫(kù)侖定律；法拉第通過(guò)磁力線類比，提出了電力線概念，為電磁場(chǎng)理論打下基礎(chǔ)；麥克斯韋通過(guò)與流體力學(xué)的類比，建立了電磁理論的麥克斯韋方程，預(yù)言了電磁波的存在。又如玻意爾，馬略特，查理，蓋·呂薩克等物理學(xué)家用隔離法分別得到三個(gè)氣體實(shí)驗(yàn)定律，然后綜合得到理想氣體狀態(tài)方程?？茖W(xué)家通過(guò)質(zhì)點(diǎn)、剛體、光滑平面、彈性碰撞、理想氣體、絕熱過(guò)程、點(diǎn)電荷、電光源等物理模型，區(qū)分物理過(guò)程中的主要和次要因素，使抽象的假說(shuō)和理論形象化，便于思考和研究。應(yīng)該說(shuō)，讓學(xué)生掌握這些思考方法，比掌握物理理論本身更加重要。

教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)中融入各種思維方法，學(xué)生得到了現(xiàn)實(shí)說(shuō)法的科學(xué)方法的熏陶和鍛煉，發(fā)展了創(chuàng)造性思維能力，逐步了解和掌握了科學(xué)的思維方法，從而能夠觸類旁通，舉一反三，使構(gòu)建的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)化和體系化。

二、有助于學(xué)生理解科學(xué)本質(zhì)

物理學(xué)史走入課堂，拉近了學(xué)生和科學(xué)家的距離，學(xué)生把偉大科學(xué)家的生平及重要貢獻(xiàn)的來(lái)龍去脈弄得一清二楚，把物理定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程掌握得明明白白。學(xué)生在這一過(guò)程中已經(jīng)完全消除了心中對(duì)科學(xué)研究遙不可及的神秘感，把對(duì)科學(xué)家的崇拜轉(zhuǎn)化成了科學(xué)精神的動(dòng)力。在新教材中注重使學(xué)生了解歷史，知道前人是如何開(kāi)展科學(xué)研究的，讓學(xué)生了解科學(xué)問(wèn)題是如何提出的，自然原型和理想模型是什么，問(wèn)題是如何解決的，相應(yīng)的概念和定律是如何萌生、提煉和發(fā)展的，從而進(jìn)一步體會(huì)和理解科學(xué)本質(zhì)。

學(xué)生借助網(wǎng)絡(luò)資源查找資料，追蹤當(dāng)年科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)思路，模擬科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，有助于學(xué)生理解物理學(xué)的科學(xué)本質(zhì)。例如學(xué)生以第一人稱的手法，生動(dòng)講解庫(kù)侖扭秤的創(chuàng)作過(guò)程及庫(kù)侖定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程。庫(kù)侖扭稱創(chuàng)作過(guò)程：法國(guó)科學(xué)院懸賞征求改進(jìn)船用指南針的方案。庫(kù)侖想到磁針支放在架上，必然會(huì)帶來(lái)摩擦，所以庫(kù)侖提出用絲線懸掛磁針。受此啟發(fā)，他進(jìn)而研究金屬絲的扭力，得到扭力跟扭角成正比，提出金屬絲扭力定律。給出一種測(cè)極小力的方法，從而設(shè)計(jì)了新型測(cè)力儀器——扭秤。庫(kù)侖扭秤的構(gòu)造：細(xì)銀絲下端懸掛絕緣棒，棒的一端是一個(gè)帶電的金屬小球A，另一端有一個(gè)不帶電的球與A所受的重力平衡。學(xué)生總結(jié)了庫(kù)侖研究的物理方法：控制變量法。通過(guò)庫(kù)侖扭秤，當(dāng)把另一個(gè)帶電的金屬球C插入容器并使它靠近A時(shí)，A、C間距離為r，它們間的作用力使懸絲扭轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)角度為36度，當(dāng)使A、C間距離為r/2時(shí)，懸絲扭轉(zhuǎn)144度，通過(guò)懸絲扭轉(zhuǎn)角度跟力成正比，可以比較出力的大小得到。在庫(kù)侖年代，不知道怎樣測(cè)量物體所帶的電荷量，這難不倒他，庫(kù)侖讓兩個(gè)相同的帶電金屬小球互相接觸后，它們對(duì)放在正中間的第三個(gè)帶電小球的作用力相等。如果把一個(gè)帶電金屬小球與另一個(gè)不帶電的完全相同的金屬小球接觸，前者的電荷量就完全分給后者一半。庫(kù)侖用這個(gè)方法把帶電小球的電荷量q分為、q/4、q/8，從而得到了庫(kù)侖定律F=kq1·q2/r2。通過(guò)自主探索物理學(xué)史，學(xué)生更深刻地了解探索過(guò)程的艱辛與漫長(zhǎng)，定律能夠成功確立需要科學(xué)的研究方法和正確的推理思維方式，從而有助于學(xué)生更好地了解、體會(huì)科學(xué)過(guò)程，理解科學(xué)的本質(zhì)，更深層地把握物理知識(shí)。

三、提升學(xué)生的人文精神

《物理新課程標(biāo)準(zhǔn)》指出：“物理課程除了發(fā)揮特有的科學(xué)素養(yǎng)功能外，應(yīng)重視和發(fā)揮同樣為物理課程所具有的但尚未受到重視的人文素質(zhì)功能。”[2]依據(jù)這一課程改革新理念，教師應(yīng)充分利用好新教材，把物理學(xué)史融入課堂教學(xué)中，滲透人文精神。

通過(guò)物理學(xué)史，學(xué)生學(xué)習(xí)到了科學(xué)家實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，對(duì)知識(shí)要做到一絲不茍，了解了科學(xué)技術(shù)發(fā)展及物理新知識(shí)的獲得離不開(kāi)可靠的、精確的、反復(fù)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。教師可對(duì)學(xué)生進(jìn)行挫折教育，培養(yǎng)學(xué)生堅(jiān)韌不拔的毅力和不斷探索、勇往直前的精神。居里夫人發(fā)現(xiàn)鐳的經(jīng)歷，可以說(shuō)是給學(xué)生很好的教材。居里夫人為了找出新的放射性元素，和丈夫在一間破爛不堪的小棚里，艱苦工作了四年。他們冒著刺鼻的濃煙把瀝青鈾礦燒融，然后用沉重的鐵棒在大鍋里攪拌幾個(gè)小時(shí)，再一勺一勺地處理瀝青，把里面放射性物質(zhì)挑出來(lái)，一點(diǎn)一點(diǎn)地處理了成噸的鈾礦，再對(duì)挑出來(lái)的東西加以提煉和濃縮。笨重的體力勞動(dòng)加上刺鼻的濃煙，還有放射性射線輻射，對(duì)人的健康損害極大。但是，為了科學(xué)研究，居里夫婦以無(wú)比堅(jiān)強(qiáng)的毅力和耐心，不分晝夜地工作，終于制得了0.1克新的放射性元素“鐳”，獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)；盧瑟福在用α粒子從氮14中打出質(zhì)子后，為了證實(shí)這實(shí)驗(yàn)結(jié)果，英國(guó)物理學(xué)家布拉愷特在充滿氮的云室里重復(fù)了這個(gè)實(shí)驗(yàn)，拍攝了兩萬(wàn)多張?jiān)剖艺掌?，他又從四十多萬(wàn)條α粒子徑跡的照片中尋找到了8萬(wàn)條徑跡產(chǎn)生分叉，再對(duì)徑跡分叉情況進(jìn)行了分析，方才確認(rèn)為盧瑟福實(shí)驗(yàn)的正確性。盧瑟福及其助手在做α粒子散射實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，平均八千個(gè)入射的α粒子中只有一個(gè)獲得大角度的偏轉(zhuǎn)，從而得出了“絕大多數(shù)”，“少數(shù)”，“極少數(shù)”的結(jié)論，進(jìn)而提出原子的核式結(jié)構(gòu)模型。

了解物理學(xué)后，學(xué)生感受到科學(xué)家堅(jiān)定不移的意志力、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，體會(huì)到科學(xué)探索中的挫折和失敗對(duì)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的重大意義。學(xué)生能夠客觀地接受失敗的必然性，但永不言敗，堅(jiān)定為科學(xué)不懈努力的決心，發(fā)揚(yáng)為科學(xué)進(jìn)步而勇于獻(xiàn)身的精神。如通過(guò)介紹哥白尼發(fā)現(xiàn)“日心說(shuō)”到布魯諾為捍衛(wèi)“日心說(shuō)”這一真理而獻(xiàn)身的事例，使學(xué)生樹立正確的信念，形成對(duì)人、對(duì)社會(huì)應(yīng)具有的正義感和奉獻(xiàn)精神。富蘭克林通過(guò)親自進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)，統(tǒng)一了天電和地電，徹底破除了人們對(duì)雷電的恐懼、迷信。富蘭克林用綢子做了一個(gè)大風(fēng)箏，風(fēng)箏上安上一根鐵絲，用來(lái)捉電，用麻繩與鐵絲相連，麻繩的末端拴一把銅鑰匙，鑰匙塞到萊頓瓶中間。他和兒子一起放風(fēng)箏，一陣?yán)纂娤聛?lái)，富蘭克林感到一陣電麻，靠近鑰匙的手和鑰匙間產(chǎn)生火花。天電終于捉下來(lái)了。他用這種方法給萊頓瓶充電，發(fā)現(xiàn)天電可以點(diǎn)燃酒精，從而證明了天電和地電的一致性。在捕捉雷電地過(guò)程中，他多次遭到電擊，輕則兩手發(fā)麻，重則當(dāng)場(chǎng)昏迷。富蘭克林深知做這類實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性，他為科學(xué)而獻(xiàn)身精神時(shí)刻鼓舞后人。

在物理教學(xué)中，要不失時(shí)機(jī)地介紹我國(guó)古代科學(xué)家取得的科技成果及對(duì)世界文明史的貢獻(xiàn)，介紹新中國(guó)成立以來(lái)，我國(guó)在社會(huì)主義建設(shè)和科學(xué)技術(shù)上取得的成就，在學(xué)生了解我國(guó)古代燦爛文明的同時(shí)，激發(fā)民族自豪感，培養(yǎng)愛(ài)國(guó)主義情操，從而形成正確的政治立場(chǎng)和觀點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)的興趣、對(duì)理想的憧憬。

物理學(xué)史融入課堂后，學(xué)生對(duì)物理學(xué)發(fā)展的歷史有所了解，對(duì)物理學(xué)上的重大突破在人類認(rèn)識(shí)史上所產(chǎn)生的震撼人心的沖擊，以及在人類社會(huì)發(fā)展史上所引起的重大技術(shù)變革有所了解，正確認(rèn)識(shí)到物理學(xué)的進(jìn)步對(duì)人類社會(huì)發(fā)展的重大作用，從而激起對(duì)物理學(xué)的感情，樹立頑強(qiáng)學(xué)習(xí)、刻苦鉆研物理知識(shí)的決心。

參考文獻(xiàn)：

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