淺談物理學(xué)史在培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)中的作用
——以“庫侖定律”教學(xué)為例

王靜琦 徐 瑩

(東北師范大學(xué)物理學(xué)院物理學(xué)國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心,吉林 長春 130024)

學(xué)科核心素養(yǎng)在三維教學(xué)目標(biāo)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了凝練與升華,是學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn),指向?qū)W生的終身發(fā)展,成為教育領(lǐng)域一座“新燈塔”.其中物理學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”4個(gè)方面.它們相互依存不可分割.這就要求教師在教學(xué)中要既要關(guān)注理論知識(shí)的輸出,也要關(guān)注知識(shí)形成過程的輸入,追本溯源方能創(chuàng)新.因此在課堂中滲透物理學(xué)史,展現(xiàn)物理學(xué)的完整面貌,將有助于提升教學(xué)過程的高效性.

1 教材分析

庫侖定律選自人教版高中物理必修3第9章第2節(jié),被安排在電荷之后.《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》對(duì)該部分內(nèi)容要求為:“知道點(diǎn)電荷模型.知道兩個(gè)點(diǎn)電荷間相互作用的規(guī)律,體會(huì)探究庫侖定律過程中的科學(xué)思想和方法,例如體會(huì)庫侖扭秤實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的巧妙之處”.庫侖定律是電磁理論的基本定律之一,也是對(duì)電荷之間作用力由定性研究跨越到定量研究的開始.由庫侖定律能夠推導(dǎo)出靜電場方程甚至麥克斯韋方程組,奠定了靜電學(xué)理論的基礎(chǔ).所以庫侖定律的提出是電磁學(xué)史上的一次重大轉(zhuǎn)折,在物理學(xué)史上有著舉足輕重的作用.

2 問題的引入

2.1 理論知識(shí)欠缺

2.2 知識(shí)體系分裂

電磁學(xué)是一個(gè)完整的理論體系,無論是從知識(shí)的聯(lián)結(jié)還是從思維方法的相互滲透都在科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程中得到充分的體現(xiàn).傳統(tǒng)的模塊式的學(xué)習(xí)固然能夠在一定程度上減輕學(xué)生的學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān),但也會(huì)帶來一定的負(fù)面影響:學(xué)生認(rèn)為每一個(gè)模塊都是孤立存在的.學(xué)生的思想得不到足夠的遷移,從而在解決實(shí)際問題時(shí)思維的靈活性就會(huì)降低,自然會(huì)阻礙創(chuàng)造性思維的養(yǎng)成.此外教材將庫侖定律的內(nèi)容安排在定性探究與定量探究之間,有悖歷史的發(fā)展進(jìn)程,不利于邏輯性思維的形成.

2.3 缺乏探究意識(shí)

庫侖扭秤實(shí)驗(yàn)和電擺實(shí)驗(yàn)在設(shè)計(jì)上蘊(yùn)含著豐富的科學(xué)思想,堪稱物理實(shí)驗(yàn)中的經(jīng)典之作.但是由于扭秤實(shí)驗(yàn)不易操作的特征,一些教師在對(duì)庫侖定律內(nèi)容的講解之后削弱了對(duì)該實(shí)驗(yàn)的詳細(xì)闡述,對(duì)于電擺實(shí)驗(yàn)更是只字未提.學(xué)生沒有見過實(shí)驗(yàn)裝置缺乏感性認(rèn)識(shí),更談不上動(dòng)手操作,對(duì)物理學(xué)家的探究過程也是一知半解.久而久之就會(huì)喪失探究興趣,難以產(chǎn)生自主探究意識(shí)并養(yǎng)成規(guī)范的操作習(xí)慣.

2.4 忽視人文科學(xué)價(jià)值

迫于考試的需求與壓力,知識(shí)點(diǎn)的熟練掌握與分?jǐn)?shù)的提升成為了傳統(tǒng)教學(xué)所追求的目標(biāo)，從而忽略其中的情感因素,使得學(xué)生對(duì)科學(xué)的認(rèn)識(shí)片面化和理想化.這其中主要包括: ① 學(xué)生認(rèn)為學(xué)術(shù)研究都是科學(xué)家的工作與自己無關(guān),失去社會(huì)責(zé)任感; ② 由于教師對(duì)于物理學(xué)上重大發(fā)現(xiàn)過程的輕描淡寫,使得學(xué)生感覺知識(shí)的獲得輕而易舉,難以形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和持之以恒的精神.

3 物理學(xué)史在學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)中的作用

3.1 物理學(xué)史是物理觀念形成的有效途徑

物理學(xué)史作為一門研究物理知識(shí)、理論和方法發(fā)生與發(fā)展規(guī)律的歷史科學(xué),能夠以一種通俗易懂的方式向人們展示出事物的本質(zhì)與發(fā)展的歷程.使學(xué)生對(duì)知識(shí)的形成,體系的建立有一個(gè)清晰的脈絡(luò).如果將知識(shí)點(diǎn)類比成磚瓦,那么物理學(xué)史則是混凝土.沒有黏土的粘合,磚瓦的堆砌終將不堪一擊.所以在教學(xué)過程中滲融入物理學(xué)的相關(guān)史料,能夠使學(xué)生對(duì)物理本質(zhì)有深入的理解,形成對(duì)物理知識(shí)完整的建構(gòu),加深對(duì)物理觀念的認(rèn)知.

3.2 物理學(xué)史是開拓思維、增長智慧的間接工具

思維象征著一個(gè)人處理事務(wù)的方式,面對(duì)問題的整體把握.定理有條件而思維無邊界.隨著時(shí)間的推移培養(yǎng)出來的科學(xué)思維會(huì)愈發(fā)增強(qiáng).物理史料記錄了物理學(xué)的整個(gè)發(fā)展歷程,極大地顯化了科學(xué)家的思維方式,包括科學(xué)家是如何發(fā)現(xiàn)問題,建構(gòu)模型,解決困難并批判性地看待問題.每一次科學(xué)史上的重大發(fā)現(xiàn)都蘊(yùn)藏著豐富的教育價(jià)值.學(xué)生通過了解科學(xué)家的思維方式受到啟發(fā),從而在學(xué)習(xí)過程中得到正向遷移;同樣,他們失敗的原因也會(huì)加深學(xué)生的印象、引起反思,從而在探究中趨利避害,提升學(xué)習(xí)過程的有效性.

3.3 物理學(xué)史是科學(xué)探究情景重現(xiàn)的有利資源

人的大腦有著相同的結(jié)構(gòu),所以人類的認(rèn)識(shí)便有著相似的過程.將學(xué)生置身于科學(xué)探究的原始情景,能夠拉近與科學(xué)探究的距離.面對(duì)相同的時(shí)代背景,他們可能會(huì)遇到相似的困惑,提出相似的問題.如何去進(jìn)行整體方案的規(guī)劃,以及針對(duì)環(huán)境的局限性怎樣去突破疑難,學(xué)生的好奇心和求知欲在此時(shí)就應(yīng)運(yùn)而生了.

3.4 物理學(xué)史是科學(xué)態(tài)度與科學(xué)精神的充分體現(xiàn)

科學(xué)探究是個(gè)漫長而艱辛的歷程,科學(xué)家們始終秉承嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度和實(shí)事求是的科學(xué)精神.或許現(xiàn)在看來,教材中呈現(xiàn)在我們眼前的僅是一些實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),然而背后隱藏的是科學(xué)家?guī)资晟踔辽习倌甑呐?他們不畏艱辛勇于創(chuàng)新,對(duì)物理探索時(shí)刻充滿熱情,開辟了眾多未知領(lǐng)域,形成了一套相對(duì)完備的知識(shí)系統(tǒng),為我們留下了寶貴的財(cái)富.學(xué)生通過史料走進(jìn)物理學(xué)家的生活,近距離地接觸科學(xué)家的世界,能夠消除對(duì)物理的畏難情緒,激發(fā)好奇心和求知欲.同時(shí)能夠辯證地看待問題.

4 滲透物理學(xué)史的庫侖定律教學(xué)設(shè)計(jì)與分析

表1 教學(xué)設(shè)計(jì)與分析

續(xù)表

續(xù)表

新課標(biāo)為物理教學(xué)提出了新的要求,如何將核心素養(yǎng)內(nèi)化為學(xué)生的品質(zhì)成為我們不斷探索的方向,也是每一位教育工作者不斷需要思考的問題.教材所能夠展示的僅是冰山的一部分,教師的任務(wù)就是不拘泥表面,努力挖掘出更深層次的內(nèi)在世界.通過物理學(xué)史在課堂中的有效滲透,使學(xué)生在認(rèn)知結(jié)構(gòu)上有清晰的建構(gòu),思維上受到適宜的啟迪,探究能力得到充分的訓(xùn)練,科學(xué)態(tài)度與責(zé)任獲得良好的養(yǎng)成,將知識(shí)這潭水搞活,提升核心素養(yǎng),促進(jìn)終身發(fā)展,還以學(xué)生一個(gè)完整的物理世界.