談物理教學中物理學史教育對學生物理學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)

張飛鵬 黃永華

摘?要：在新的時代背景下，高中物理的教育目標由三維目標走向了物理學科核心素養(yǎng)，更加強調(diào)運用原理和方法解釋或處理工作和生活中的實際問題，文章從物理學史引入物理課堂的必要性入手，詳細闡述了物理教學中物理學史教育對學生物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任四個方面物理學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的積極作用，對融入物理學史進行教學的現(xiàn)狀進行了分析并就此給出了實施建議：引入物理學史的內(nèi)容必須真實、進階、典型；引入物理學史的方式須形式多樣；作為學生的引導者，教師應當積極地學習、實踐，做到教師先行。物理學史作為一個豐富的教育資源庫，教師應當充分挖掘這些素材中蘊含的教育價值，將物理學史充分應用到教學實踐中，培養(yǎng)學生的物理學科核心素養(yǎng)。

關鍵詞：物理學史；物理學科核心素養(yǎng)；實施建議

1?問題的提出

在新的時代背景下，高中物理的教育目標由三維目標走向了物理學科核心素養(yǎng)，主要包括物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任四個方面［1］，更加強調(diào)運用原理和方法解釋或處理工作和生活中的實際問題［2］。我國高中學校教育還沒有完全從高考指揮棒的影響下脫離出來，社會、學校、家長對教師的評價依舊是以升學率作為最終的衡量標準［3］。傳統(tǒng)的科學教育出發(fā)點忽視了對學生物理學科核心素養(yǎng)的全面培養(yǎng)，自20世紀50年代初，原哈佛大學的校長科南特大力倡導物理學史引入科學教育后，物理學史極為重要的教育功能早已成為共識，融入物理學史進行教學是培養(yǎng)學生物理學科核心素養(yǎng)的有效途徑。

2?融入物理學史對培養(yǎng)學生物理學科核心素養(yǎng)的作用

2.1?融入物理學史對培養(yǎng)學生物理觀念的作用

物理觀念是物理概念和規(guī)律等在頭腦中的提煉和升華［1］，正如愛因斯坦所說：“建立一個物理理論時，基本觀念起了最主要的作用?！彪S著物理學的發(fā)展以及數(shù)學工具的引入，物理觀念已經(jīng)變得越來越高深，學生在學習的過程中不可避免會遇到類似“場”這樣難于理解的概念。在現(xiàn)代基礎教育科學課程背景下，直接將高頻考點凝聚出來的重要物理模型倒背如流以應對考試，容易使學生失去對物理本質(zhì)的認識。物理學史的引入對培養(yǎng)學生的物理觀念有積極的作用，當學生在遇到某些不易理解的觀念時，常常也是物理學發(fā)展史上所遇到的科學難題，借助物理學史原著中最原始的敘述，了解物理學家當時如何攻克這個難題，物理學家們通俗易懂的描述可加深學生對此核心概念的理解，并增強其實際運用的能力。

2.2?融入物理學史對培養(yǎng)學生科學思維的作用

正如愛因斯坦所說：“培養(yǎng)獨立思考和獨立判斷的能力，應當始終放在首位，而不應該把獲得專業(yè)知識放在首位?！蔽锢韺W就是用我們常見的模型來探討千變?nèi)f化的世界背后支配著它的規(guī)律，很多的物理規(guī)律并非直接經(jīng)驗的總結，它們創(chuàng)造于理想的情況下，在數(shù)學的世界中成立，再一步一步地解釋實驗現(xiàn)象，如果能夠經(jīng)受事實的檢驗那它就暫時是正確的，否則就需要被進一步完善甚至舍棄，可見創(chuàng)造力是物理學的發(fā)展中不可缺少的部分［4］。引入相關物理學史的內(nèi)容，可以非常形象生動為學生展示物理學家科學成就背后的整個思維過程［5］。

以圖1中展示的萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)過程為例，有選擇性地向學生展示相關物理學發(fā)現(xiàn)完整歷程的重要節(jié)點，而非一些破碎的畫面或者結論，可以引導學生正確使用歸納法等思維方法，激發(fā)學生的創(chuàng)新精神，這對學生未來的適應和發(fā)展有著舉足輕重的作用。

2.3?融入物理學史對培養(yǎng)學生科學探究的作用

正如愛迪生所說：“世上一切都是謎，一個謎的答案即是另一個謎?！笔欠窀矣诓⑶疑朴谔岢隹茖W問題，是懷疑精神的具體表現(xiàn)，物理學史幾乎每一個革命性的發(fā)現(xiàn)，都是始于對問題的認識［7］。物理學家們提出萬物的本源是什么？開始了人類對于世界本質(zhì)的探索，直到如今物理學家們?nèi)耘f走在物理學統(tǒng)一的路上；牛頓提出：為什么成熟的蘋果會往下掉？讓其開始思考萬物之間引力的關系；法拉第提出：電荷之間的作用力是如何產(chǎn)生的？建立了場的概念，給物理學帶來了豐碩的成果；對地球在以太中運動的問題

以及黑體輻射問題的探究，使物理學家們開啟了相對論和量子力學的征程。如圖2所示，在教師的引導下，讓學生置身其中經(jīng)歷完整的科學探究過程，可以使學生更深層次地意識到物理學的發(fā)展正是在不斷的提出問題、解決問題的過程中前進的。

2.4?融入物理學史對培養(yǎng)學生科學態(tài)度與責任的作用

高中物理課程旨在落實立德樹人的根本任務［1］。物理學史的引入對培養(yǎng)學生的科學態(tài)度與責任有積極的作用。首先是對科學本質(zhì)的認識，物理學作為物理學家們認識世界的方式，這些表達方式和思考的角度是科學家們創(chuàng)造出來的，都是動態(tài)的并且時刻經(jīng)受著實驗和事實的檢驗，正如亞里士多德對力和運動的認識影響了人類將近兩千年一樣，現(xiàn)如今的量子力學和相對論就是完全正確的嗎？這還需要實驗和事實的進一步檢驗，引導學生明白物理學的發(fā)展會不斷改變我們看待世界的眼光和方式，激發(fā)學生樹立勇攀科學高峰的信念。其次是對學生科學態(tài)度的培養(yǎng)，正是第谷幾十年如一日的天文觀測和記載，才有了開普勒提出開普勒三定律的可行性，也正是開普勒對探索真理的極大渴望以及對數(shù)據(jù)的實事求是，才使得他能夠從浩瀚無垠的數(shù)據(jù)中得出a3和T2之間的關系，這除了思維方法以及數(shù)據(jù)處理的技巧之外，還需要有對科學的執(zhí)著精神，使學生明白在勇攀科學高峰的路上注定不會一帆風順，而樹立正確的科學態(tài)度，有利于學生在遇到困難的時候像物理學家們學習勇于接受挑戰(zhàn)，克服困難。最后是培養(yǎng)學生的社會責任感，正如巴甫洛夫所說：“科學沒有國界，但科學家卻有國界。”充分挖掘物理學史中的中國故事，介紹中國古代燦爛的科技成就，引導學生對中國近代科技落后的原因進行探討，激發(fā)青年學生勇攀科學高峰的責任感和進取心；講述老一輩科學家鄧稼先等傳奇愛國故事，啟發(fā)學生的愛國情懷；介紹中國現(xiàn)如今原子彈、人造衛(wèi)星、超導研究等偉大成就，激發(fā)學生的民族自豪感；講述核能發(fā)電為人類帶來了巨大的能量，同時核廢水的排放對大自然造成了極大的危害，使學生認識到物理學的發(fā)展是一把雙刃劍，為學生樹立起正確的自然觀，與自然和諧共處。

3?融入物理學史進行教學的現(xiàn)狀及實施建議

3.1?融入物理學史進行教學的現(xiàn)狀分析

在《普通高中物理課程標準（2017版）2020年修訂》中，對物理學史的要求涵蓋到了高中物理的各個知識點板塊，不僅對教學內(nèi)容有相應的要求，對了解伽利略研究自由落體運動的實驗和推理方法這樣的教學方法和策略上也有相應的體現(xiàn)。在新人教版的物理教科書中，除必修一序言部分系統(tǒng)地用物理學史介紹物理學發(fā)展的整個歷程外，還提供了大量的物理學史素材分布于各個章節(jié)中供師生使用，內(nèi)容豐富且詳略得當，可見教育部對物理學史融入物理教學中足夠重視，但在實踐教學中物理學史的作用仍舊被極大程度地忽視，關于如何更好地將物理學史融入物理教學中，根據(jù)物理學史對培養(yǎng)學生物理學科核心素養(yǎng)的作用特點以及融入物理學史進行教學的現(xiàn)狀，本文有以下的一些建議。

3.2?融入物理學史進行教學的建議

3.2.1?引入物理學史的內(nèi)容必須真實、進階、典型

作為最古老的學科之一，物理學已有幾千年的歷史，教材中的每一個物理觀念都有著源遠流長的故事可以講授，教師作為學生學習的引導者，應將有故事性、經(jīng)過教師思維加工過的物理學史呈現(xiàn)給學生。根據(jù)某一物理觀念，以講故事的形式有選擇地講清大師們的科學思維、科學探究過程，將其中蘊含的科學態(tài)度與責任滲透到特定的歷史背景中，層層遞進培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)。切忌以知識碎片的形式簡單直白地說出某物理學家發(fā)現(xiàn)了什么物理規(guī)律，或者用力過猛，隨意篡改、夸大牛頓等物理學家的傳奇性，隨意貶低亞里士多德等物理學家的貢獻。

3.2.2?引入物理學史的方式需形式多樣

物理學發(fā)展史上有足夠多耐人尋味的科學故事，但并不是所有的老師都可以只用講授法就能把故事講得非常精彩，在開展的形式上可以和PPT結合，穿插一些有趣的動圖或者原始資料和歷史圖片，當學生進入一個音像齊全的歷史殿堂時，興趣盎然，更容易從感性認識走向理性認識；也可以以動畫的形式呈現(xiàn)在學生的面前，凸顯故事的主人公，讓學生能夠看到科學家們之間的對話及思考過程，甚至能夠直接和學生對話，再結合當下社會的發(fā)展，使學生產(chǎn)生更多的共鳴。在開展方式上也可以更多元一些，除了課堂教師講授，也可以讓學生通過課外閱讀并且進行小組匯報、黑板報，以及經(jīng)過精心設計的物理學史類課后習題等形式進行開展，更多元化地將物理學史的內(nèi)容呈現(xiàn)在學生面前。

3.2.3?教師先行

作為學生的引導者，教師只有學習和接受了新的教育思想和教育理念，才有可能實施新的課程，所以教師應當樹立終身學習的學習觀和教育觀，積極主動參加MOOC等線上課程，以及學校組織的各種教育研討活動，將學習到的先進教育理念在課堂上逐步實施，并和一線教師不斷探討實施效果做出改進，共同進步。

結語

綜上所述，物理學史作為一個豐富的教育資源庫，教師可以充分挖掘這些素材中蘊含的教育價值，將物理學史充分應用到教學實踐中，培養(yǎng)學生的物理學科核心素養(yǎng)。

參考文獻：

［1］中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）［S］.北京：人民教育出版社，2020：110.

［2］閻金鐸，郭玉英.中學物理教學概論［M］.北京：高等教育出版社，2019，4：3.

［3］張家軍，陳苗.中小學教師減負的系統(tǒng)分析與行動路徑［J］.南京社會科學，2022（04）：143152.

［4］陳振文.物理模型與中學物理教學［J］.物理教師，1982（04）：1214+9.

［5］郭奕玲，沈惠君.物理學史［M］.北京：清華大學出版社，2005：2027.

［6］爾科姆·朗蓋爾.物理學中的理論概念［M］.中國科學技術大學出版社，2017：2628.

［7］房科利.物理學史與中學生的科學素質(zhì)［J］.商情（教育經(jīng)濟研究），2008（05）：214.

作者簡介：張飛鵬（1995—?），男，漢族，云南瀘西人，在讀研究生，研究方向：中學物理學科教學。

*通訊作者：黃永華（1976—?），男，云南昆明人，碩士，云南師范大學附屬中學高級教師，研究方向：高中物理教學。