滲透物理學史教育 提高課堂教學效益

陸良榮

(吳江高級中學,江蘇 蘇州 215200)

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滲透物理學史教育 提高課堂教學效益

陸良榮

(吳江高級中學,江蘇 蘇州 215200)

筆者從高中物理的教學實踐中認識到及時、適當?shù)貪B透物理學史教育有利于提高高中物理課堂的教學效益．這樣做,不僅能引導學生客觀地認識物理學的發(fā)展,辯證地認識科學創(chuàng)新的意義和價值,而且可以加深學生對科學發(fā)展的認識,進而激勵學生更加努力地去學好物理的知識和方法．

高中;物理學史;滲透性教育;物理教學;科學教育

在物理教學中,許多教師可能會忽略物理知識和方法的由來、產(chǎn)生等史學過程,這往往會導致學生對物理學發(fā)展的認識產(chǎn)生誤解．這種做法可能使得學生看到了科學發(fā)展中“偶然”的榮耀,卻看不到其中“必然”的信念;看到了“突破”的成就,卻看不到“繼承”中的堅守;看到了“質(zhì)變”的成功,卻看不到“量變”中的積累．為了能讓學生更客觀地看待物理學的發(fā)展,也為了提高教學效益,筆者刻意在高中物理教學中滲透物理學史的教育,取得較好的效果.下面談?wù)劰P者的管中之見與老師們作交流．

1 認識物理學發(fā)展中的偶然與必然,引導學生認識科學信念的力量

“偶然”是指客觀事物在發(fā)展過程中存在的一種有可能出現(xiàn)、也有可能不出現(xiàn)的趨向;“必然”是指客觀事物在發(fā)展過程中出現(xiàn)的一種不可避免、一定如此的趨向．兩者是矛盾統(tǒng)一的, 在偶然中隱藏著必然,而必然又通過偶然來表現(xiàn)和實現(xiàn)．

在科學發(fā)展中有大量的偶然事件,正是這些偶然事件引發(fā)了科學的重大發(fā)現(xiàn)．這常使得我們的學生容易從表面上去看待這些科學發(fā)現(xiàn),認為只是“那些科學家的運氣好罷了”．例如學生在學習奧斯特實驗時,就覺得實驗現(xiàn)象很簡單,奧斯特也只是“碰巧”獲得了這個意義重大的發(fā)現(xiàn)而已．所以,有必要在物理教學中更多地滲透物理學史教育,讓學生正確認識到科學發(fā)現(xiàn)中的偶然與必然,突出科學創(chuàng)新中在科學家身上體現(xiàn)出的科學信念的力量．

筆者在奧斯特夢圓“電生磁”的教學中,以“講故事”的形式如下向?qū)W生呈現(xiàn)了當年奧斯特發(fā)現(xiàn)的歷史背景．

自從庫侖提出電和磁有本質(zhì)上的區(qū)別以后,包括安培在內(nèi),很少有人再去考慮它們之間的聯(lián)系．但是奧斯特受“自然界中各種運動形式之間存在著相互聯(lián)系并相互轉(zhuǎn)化的思想”的影響,一直堅信并堅持去找尋電、磁、光、熱等現(xiàn)象相互存在內(nèi)在的聯(lián)系．奧斯特分析了那些失敗的找尋電和磁聯(lián)系的實驗后認為:既然在電流的方向上去找“縱向作用”看來是不可能的,那么電流的磁效應(yīng)的作用會不會是橫向的呢?終于在1820年4月的一次講座上,小磁針一個不顯眼的擺動,沒有引起聽眾的注意,卻讓奧斯特敏銳意識到:他找到了電與磁的聯(lián)系．

這個故事讓學生明白了是奧斯特的科學信念讓他證明了電和磁能相互轉(zhuǎn)化的問題,也為電磁學的融合發(fā)展打下了基礎(chǔ)．這種教師通過“講故事”的形式滲透物理學史的教育,既可以為學生還原科學發(fā)展的本來面目,也可以讓學生認識到偶然背后的必然,去感受科學家的科學信念,顯然是非常有益的．

2 感悟物理學發(fā)展中的繼承與突破,引導學生認識科學勇氣的重要

“繼承”是指對原有事物中合理部分的接續(xù),是否定中的肯定,克服中的保留,是“取舍”;“突破”也就是舊事物向新事物的轉(zhuǎn)變,是“舊質(zhì)”向“新質(zhì)”的飛躍,是“揚棄”．兩者相互依存、相互影響、相互作用、相互滲透,并在一定的條件下相互轉(zhuǎn)化．

物理學理論作為認識歷史的選擇,它包含著對與錯、真與假的雙重因素, 包含著大量未知因素, 它不可能完美無缺．在教學中作必要的歷史回顧, 能使學生從知識的更替演變中了解它的條件性、局限性, 認識到科學理論的相對真理性．科學發(fā)展的歷程是一條曲折、艱難的求索道路,卻總體上呈現(xiàn)出“繼承——突破——再繼承——再突破”的循環(huán)往復(fù),構(gòu)成了事物由肯定到否定再到否定之否定的辯證發(fā)展和永恒運動的前進過程．

例如,在“原子結(jié)構(gòu)”的教學中,筆者引導、幫助學生進行了如下的比較(見表1所示)．

在教學中向?qū)W生展示這段科學發(fā)展史的做法,凸顯出了由錯誤到正確并不斷加以完善的過程,這對學生產(chǎn)生了較為深刻的啟迪:幾代物理學家的研究都是在承襲前人理論的基礎(chǔ)上進行的創(chuàng)新,從而使得原子物理學得到飛速的發(fā)展．在科學本身的矛盾已經(jīng)顯現(xiàn)出來時,誰能首先同束縛科學發(fā)展的傳統(tǒng)觀念決裂, 勇于提出新思想、新見解, 誰就可能搶占到科學發(fā)展的前沿陣地, 作出突破性的發(fā)現(xiàn)．

表1

3 關(guān)注物理學發(fā)展中的量變到質(zhì)變,引導學生認識科學積累的意義

“量變”是指事物數(shù)量的增減和場所的變更,是一種漸近的、不顯著的變化;“質(zhì)變”是指事物根本性質(zhì)的變化,是事物由一種質(zhì)態(tài)向另一種質(zhì)態(tài)的飛躍,是一種根本的、顯著的變化．自然界里一切事物的發(fā)展變化過程, 都是從量變到質(zhì)變的過程．

物理學史上的眾多發(fā)現(xiàn),無不例外地經(jīng)歷了量變到質(zhì)變的過程．而不少學生往往會認為物理結(jié)論都可以用數(shù)學推導得到,不然就是幾位天才的奇跡創(chuàng)造．例如對于“萬有引力定律”的發(fā)現(xiàn),大多數(shù)學生就認為只是牛頓從蘋果落地的“頓悟”中產(chǎn)生的．所以,有必要在教學中滲透物理學史教育,讓學生體會到物理先輩們的巨大付出．

在“萬有引力定律”教學之前,筆者有意安排學生通過各種方式查詢這段科學發(fā)現(xiàn)的歷史,并要求學生按時間先后的順序進行匯總整理．在課堂教學時以課題投影的方式如下呈現(xiàn)科學家們不斷深化的研究成果．

(1) 早在17世紀初,吉爾伯特、開普勒、伽利略等人就提出過天體間存在萬有引力的思想．

(2) 1645年,法國天文學家布里阿爾德奧(I.Bulliadus)第一次提出太陽對行星的引力跟二者距離的平方成正比的假說．

(3) 在牛頓正式提出萬有引力定律之前,1661年英國皇家學會已成立一個專門委員會研究重力問題．

(4) 胡克(Robert Hooke)、哈雷(Edmund Halley)、雷恩(Christopher Wren)在萬有引力相關(guān)問題的研究上都作出了重大貢獻．

(5) 胡克已覺察到引力和地球上物體的重力有相同的本質(zhì);哈雷和雷恩也在1679年按照圓形軌跡,由開普勒第三定律和惠更斯的向心力公式證明了作用于行星的引力跟它們到太陽距離的平方成反比．

(6) 由于無法找到能證明吸引力跟距離的平方成反比的普遍規(guī)律,哈雷于1684年還曾到劍橋大學向牛頓請教．

(7) 最終,牛頓在研究和概括前人的研究成果,并用數(shù)學方法對月球與地球間引力及運動規(guī)律作了大量的驗證工作之后,于1685年提出了萬有引力定律的表達式．

結(jié)合這段歷史進行萬有引力的教學,筆者不僅順利地達成了教學目標,而且獲得了額外的收益,那就是幫助學生去澄清歷史事實,讓學生認識到科學的創(chuàng)新都經(jīng)歷了眾多科學家的巨大付出,都是一個從量變到質(zhì)變的過程,認識到明顯的質(zhì)變是不明顯的量變積累的結(jié)果．顯然,教學中進行物理學史的滲透教育,能使學生意識到要促進事物的發(fā)展,必須要做好科學積累,從而為質(zhì)變創(chuàng)造條件．這樣做就提高了課堂教學的效益．

4 把握物理學發(fā)展中的主要與次要,引導學生認識科學判斷的價值

在復(fù)雜事物中包含著多個矛盾,其地位和作用是不平衡的,其中必有一個矛盾居于支配地位,對事物的發(fā)展起著決定作用,這個矛盾就是主要矛盾．反之,不處于支配地位、對事物的發(fā)展不起決定作用的矛盾就是次要矛盾．矛盾的主次方面,既相互排斥,又相互依賴,并在一定條件下發(fā)生相互轉(zhuǎn)化．

物理學的發(fā)展過程同樣時時處處充滿著主次矛盾,但我們的學生卻少有機會接觸物理學中的主次矛盾,以為物理學的發(fā)展都是順風順水的．因為他們接觸的條件都是理想化的,利用的數(shù)據(jù)都是較完美的．學生由于沒有機會去領(lǐng)略問題中矛盾的主次,也就不會有判斷與處理主次矛盾的體驗,這顯然不利于他們的認識與發(fā)展．

例如在“自由落體”的教學中我們教師往往會向?qū)W生說明伽利略基于大量的實驗,由斜面實驗外推至自由落體運動．為了改進教學筆者在課堂中還向?qū)W生作了以下強調(diào)及說明．

伽利略當年所使用的器材在斜面傾角超過5°就很難準確地計時了,伽利略的外推法是建立在直覺和邏輯之上的精準判斷．然而,伽利略更為偉大之處在于他對自由落體運動是勻加速直線運動的論斷建立在他作出的修正之上:“如果完全排除空氣阻力,那么,所有物體下落都將一樣快．”伽利略的修正與他的勇氣與直覺分不開,因為在那個年代,大家對力的認識還很模糊,更談不上在真空環(huán)境中進行實驗驗證,足見他的驚人的科學勇氣和科學判斷．

筆者在課堂上結(jié)合物理學史,滲透伽利略的“在科學研究中,懂得忽略什么,有時與懂得重視什么同等重要”的思想,較成功地讓學生認識到要做好事情,既要著重把握主要矛盾,集中力量解決主要矛盾;又要學會統(tǒng)籌兼顧,恰當?shù)靥幚泶我埽?/p>

總之,正如法國著名物理學家朗之萬所說“在科學教育中,加入歷史的觀點是有百利而無一弊的．”顯然,物理學史知識不僅能幫助學生正確理解物理規(guī)律,還能讓他們不斷地從中學到嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和科學的思維方法,逐步樹立科學的世界觀和方法論．物理教師若能在教學中及時、適當?shù)貪B透物理學史教育,必定能事半功倍,使得課堂教學取得更好更多的教學效益．

1 申先甲.談?wù)勎锢韺W史在素質(zhì)教育中的作用[J].大學物理,2000(11):36-40.

2 施堅.基于物理學史與活動探究的課堂之旅[J].物理教學,2015(8):4-7.

3 郭奕玲,沈慧君.物理學史[M].北京:清華大學出版社,1993.

4 李艷平,申先甲.物理學史教程[M].北京:科學出版社,2009.

5 侍敏.淺談物理學史的教育作用[J].中學物理教學參考,2015(7):16-17.

6 姜金龍.物理教學中的物理學史教育[J].中學物理,2014(4):47-48.

本文系蘇州市教育科學“十三五”規(guī)劃課題“指向核心素養(yǎng)的物理學史教育功能的研究”(16032069)階段性研究成果.

2017-03-05)