基于物理學(xué)史的課堂教育

摘要：物理學(xué)史和物理教學(xué)相結(jié)合不僅有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，更重要的是對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)態(tài)度、情感和價值觀的教育以及科學(xué)精神的陶冶。據(jù)此提出了物理教學(xué)中滲透物理學(xué)史教育的研究。

關(guān)鍵詞：物理學(xué)史科學(xué)素養(yǎng)物理教學(xué)

物理學(xué)史的背景與現(xiàn)狀

物理學(xué)史，作為歷史學(xué)科的一個分支，則是物理科學(xué)活動和結(jié)果（物理理論與物理思想）發(fā)展史的描述與說明。他是研究物理學(xué)辯證發(fā)展過程規(guī)律的一門學(xué)科，是我們對各種自然現(xiàn)象的認(rèn)識史，是描述物理學(xué)的各種思想方法的發(fā)展和演化的歷史。

這些年來，國內(nèi)許多高等院校相繼在大學(xué)生中開設(shè)科學(xué)史課程，這是非常令人高興的。與教學(xué)方面的良好局面相比，我們在物理學(xué)史方面的理論研究還沒有受到應(yīng)有的重視。理論研究不深入，就會影響科學(xué)史教學(xué)的質(zhì)量，就會影響物理學(xué)史在素質(zhì)教育和通才教育中發(fā)揮應(yīng)有的作用。

教學(xué)中引入物理學(xué)史的必要性

每一條物理學(xué)的概念原理都是在一定的歷史條件下形成的，通過對這段物理學(xué)史的學(xué)習(xí)可以使同學(xué)們對于概念和原理有正確的理解。例如我們在上自由落體運(yùn)動這節(jié)時，學(xué)生可能會認(rèn)為重的物體應(yīng)該是比輕的物體落地快的，因?yàn)樵谖覀兊纳钪需F塊就比羽毛落地快。如果我們直接告訴他這是因?yàn)榭諝庾枇峙聦W(xué)生難以信服，這時我們?nèi)绻v述一千多年前伽利略做的“兩個小球同時落地”的實(shí)驗(yàn)可以幫助我們比較自然的引入空氣阻力這個因素。既然兩個重量不同的小球同時落地，那是什么因素使重量同樣不同的鐵塊和羽毛不同時落地呢？這時可以啟發(fā)學(xué)生思考是什么因素，最后不難得出是因?yàn)榭諝庾枇Α?/p>

同時通過這個小故事還可以引出伽利略的證明：如果講一個一公斤的小球與十公斤的小球用根繩綁在一起下落，那么一公斤的小球由于下落的慢將會拖住十公斤的小球，使兩小球的下落速度慢于十公斤的小球。但如果把這兩個小球看成一個整體，那么他們重達(dá)十一公斤，下落的速度應(yīng)當(dāng)快于十公斤的小球，這樣就得到一個自相矛盾的結(jié)果。同樣可以從反面得到不同重量的物體下落速度是一樣快的結(jié)論。

物理學(xué)史的學(xué)習(xí)對于我們嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度的形成和格物致知精神的培養(yǎng)都有著很大的作用。物理學(xué)習(xí)中需要注意運(yùn)用適當(dāng)?shù)姆椒?。比如在學(xué)習(xí)“牛頓第一定律”時，需要同學(xué)們建立一個理想模型來考慮在所有摩擦力和阻力都消失的情況下物體的運(yùn)動情況；又如在講到“自由落體運(yùn)動”時，我們介紹了伽利略用歸謬法駁斥了亞里士多德的論點(diǎn)“重的物體比輕的物體下落的快”。學(xué)習(xí)物理學(xué)史的過程正是一種思維訓(xùn)練，通過科學(xué)家們解開這些自然之謎的艱難探索過程，使學(xué)生身臨其境地參與進(jìn)這個探索過程中，學(xué)習(xí)科學(xué)家的思維方式、體會科學(xué)家進(jìn)行創(chuàng)造的那份感動。

對教師的要求

物理學(xué)史雖具有相當(dāng)多的優(yōu)點(diǎn)，但是仍然有很多問題需要克服。通過研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在的課程對于學(xué)生和教師而言還是太多了，除了科學(xué)概念和原理的介紹外還要進(jìn)行物理學(xué)史的教育，時間更為緊湊，這也是教師不愿采用物理學(xué)史的原因，畢竟教學(xué)的根本目的是希望學(xué)生掌握科學(xué)知識，而物理學(xué)史教育是作為一個輔助的手段而已。而在一般情況下，教材的內(nèi)容是無法縮減的，上課時間也是固定的。因此，物理學(xué)史與課程教學(xué)能否結(jié)合，是教師決定使用物理學(xué)史的關(guān)鍵性因素之一。應(yīng)將物理學(xué)史與科學(xué)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合，并據(jù)此發(fā)展可行的教學(xué)模式，在適當(dāng)?shù)牡胤饺谌胛锢韺W(xué)史，呈現(xiàn)過去科學(xué)家的想法與歷史情景。

不過當(dāng)前教師將物理學(xué)史融入教學(xué)是有一定的困難的，首先是當(dāng)前的考試制度對物理學(xué)史融入的阻礙。由于考試的成績在學(xué)生和老師看來是最為重要的，很多時候與學(xué)生的前途和老師的水平都有掛鉤。教師們雖然都認(rèn)識到物理學(xué)史對于學(xué)生的綜合素質(zhì)、長遠(yuǎn)發(fā)展都是有很大好處的。但無奈高考的內(nèi)容不涉及物理學(xué)史，所以教師不夠重視。再有就是教師本身的物理學(xué)史的知識儲備，現(xiàn)在老師的物理學(xué)史資料也比較少，網(wǎng)上的知識比較雜亂，很難取舍；物理學(xué)史的書籍較少，不同版本的內(nèi)容有所出入；教師的工作較忙，很難抽出時間去專門充實(shí)自己的物理學(xué)史的知識儲備。

做好以下幾點(diǎn)可以對物理學(xué)史的融入有些很好的效果。首先，要進(jìn)行高質(zhì)量的物理學(xué)史的教育首先要求教師有著豐富的科學(xué)史知識，要“有東西可講”，老師所講的東西可以吸引同學(xué)的注意力，這樣才能發(fā)揮物理學(xué)史教育的優(yōu)勢。其次，要求教師善于創(chuàng)設(shè)生動有趣的情景，能夠?qū)⒖茖W(xué)故事中提到的知識概念、實(shí)驗(yàn)等與現(xiàn)在所學(xué)的內(nèi)容有機(jī)的結(jié)合，物理學(xué)課程的理念是“從生活走向物理，從物理走向社會”。這也就是說，凡是生活中常見的和我們生活息息相關(guān)的或是社會所需要的都可以作為教學(xué)的內(nèi)容。因此，中學(xué)物理要貼近學(xué)生的生活，要聯(lián)系學(xué)生的實(shí)際，增加感性認(rèn)識，只有這樣才更符合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，容易激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，體會到學(xué)習(xí)的快樂。最后，要求教師注重知識與實(shí)際生活的聯(lián)系，不能固守所教的內(nèi)容，使學(xué)生陷入“教什么，懂什么，不教什么，就不懂什么”的窘境。素質(zhì)教育要求學(xué)生有較強(qiáng)的自學(xué)能力，除了能夠掌握教師所教的知識以外，在遇到一個新的內(nèi)容時可以有自己的理解，能夠在最短的時間內(nèi)認(rèn)識它。所以作為老師必須能夠?qū)⒄n本上的知識與實(shí)際生活內(nèi)容聯(lián)系起來，能夠和不同別的知識聯(lián)系起來，使學(xué)生形成一個較立體的知識體系。

教學(xué)案例設(shè)計

在磁場這一節(jié)中，新課標(biāo)的教學(xué)大綱要求了解我國古代的在磁場方面的研究成果和對人類文明的影響，并關(guān)注與磁相關(guān)的現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展。所以我認(rèn)為可以以介紹我國北宋晚期卓越的科學(xué)家沈括和他的《夢溪筆談》為主來講授磁場這節(jié)內(nèi)容，這樣既可以使學(xué)生了解我國國代的物理學(xué)史豐富他們的課外知識，又可以使這堂課更多些趣味比較容易吸引學(xué)生的注意力，同時可以加強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感。

磁場這一節(jié)的重點(diǎn)是探究各種磁鐵周圍的磁場分布，比如條形磁鐵、蹄形磁鐵和環(huán)形磁鐵，顯然這需要我們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來探究。我們可以先讓學(xué)生先自己設(shè)計實(shí)驗(yàn)來探究磁場的分布，之后再介紹一千多年前的沈括當(dāng)時是怎樣用實(shí)驗(yàn)來探究磁鐵周圍的磁場分布的，然后再講解同學(xué)們和沈括的方法誰的更好，以及為什么。他的方法總結(jié)起來就是三種：水浮法，支點(diǎn)旋轉(zhuǎn)法，懸掛法。沈括在《夢溪筆談》中提到，“水浮法多蕩搖”，“碗沿或指甲堅(jiān)滑易墜”，“而以縷懸為最善”。這是他分別指出了三種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。而這三種方法在后世都得到了不同程度的發(fā)展，尤其是水浮法，在指南針的應(yīng)用上占有重要地位。介紹完沈括的方法后可以繼續(xù)讓同學(xué)們開動腦筋想想看有什么測出磁鐵周圍磁場的實(shí)驗(yàn)方法。

在講到磁化方法時一千多年前的沈括便在《夢溪筆談》卷二十四里指出，“方家以磁石磨針鋒，則能指南”直到19世紀(jì)現(xiàn)代電磁鐵出現(xiàn)以前，幾乎所有指南針都是采用這種方法制成的。而沈括用的天然磁石磨鋼針制成磁鐵的方法，其實(shí)是利用天然磁石的磁場使鋼針內(nèi)部的單元小磁體（沈括稱之為磁籌）由雜亂排列變?yōu)橐?guī)則排列，從而使鋼針顯示出磁性。之所以用鋼針，是因?yàn)樯蚶òl(fā)現(xiàn)鋼針在被磁化后磁性不易消失，這完全是由沈括自己的經(jīng)驗(yàn)得來，但他是磁學(xué)和地磁學(xué)發(fā)展的重要一環(huán)，這種磁化方法要比歐洲早了400多年。

在中國這個磁的故鄉(xiāng)里對與磁學(xué)的研究從來沒有間斷過，并且不斷的取得重大的成就，這是我們學(xué)習(xí)磁學(xué)的動力也是我們學(xué)習(xí)磁學(xué)的目標(biāo)。

作者簡介：羅達(dá)峰，1980年出生，男，南通大學(xué)理學(xué)院物理系講師，碩士研究生，畢業(yè)于南京航空航天大學(xué)光學(xué)工程專業(yè)。

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