強化物理學(xué)史教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生思維能力

摘 要：隨著科學(xué)、經(jīng)濟的發(fā)展，我國人才培養(yǎng)政策已經(jīng)從傳統(tǒng)的技能型人才培養(yǎng)逐漸向素質(zhì)型人才培養(yǎng)過渡，而培養(yǎng)素質(zhì)型人才的關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是創(chuàng)新教育。物理學(xué)發(fā)展史（簡稱“物理學(xué)史”）是物理學(xué)科蘊藏的寶貴財富，其中涉及的精神奧秘，十分值得教學(xué)工作者去挖掘。若是在高中物理日常教學(xué)中滲透、傳輸物理史料，不但能夠幫助學(xué)生從意識源泉認識物理現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律、解決物理問題，更能有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：高中物理;物理學(xué)史;創(chuàng)新教育;素質(zhì)教育

物理學(xué)史指的是物理學(xué)科的發(fā)展演變歷史，是一門研究物理學(xué)科基本概念、常規(guī)定律及理論知識的起源、形成、演變過程的學(xué)科，旨在揭示物理學(xué)科發(fā)展演變規(guī)律。物理學(xué)史是人文與科學(xué)的融合，其以豐富、準確的物理史實為依據(jù)，生動形象地描繪了物理學(xué)科的發(fā)展脈絡(luò)?；貧w到高中物理學(xué)科教學(xué)中，物理學(xué)史應(yīng)該涵蓋教學(xué)的全過程，從最初的物理概念及知識點的引入到物理實驗的演示，再到實際物理問題的求解，最后到物理知識的應(yīng)用，無處不體現(xiàn)著物理學(xué)史與創(chuàng)新思維的緊密聯(lián)系。

一、物理概念學(xué)史，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科邏輯思維

物理概念教學(xué)是學(xué)生接觸物理學(xué)科的第一步。物理教材的編寫也是遵循物理學(xué)史發(fā)展的基本規(guī)律，教材往往按照邏輯遞進的順序，由基礎(chǔ)入手，逐漸將重要的物理概念和物理規(guī)律邏輯化展示。因而，物理概念的教學(xué)可謂是踩著歷史的腳印前行。同樣的，學(xué)生在了解了物理學(xué)史與物理教材的關(guān)系后，必然可以進一步誘導(dǎo)自身深入物理場景，激發(fā)自身的創(chuàng)新思維。但值得注意的是，受到應(yīng)試教育思維的影響，高中物理教學(xué)越發(fā)展現(xiàn)出“短平快”的教學(xué)特征，即非考點不教學(xué)、剝離場景教學(xué)，長此以往必然會帶來創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的難題。

物理概念起源于人類的日常生活，直接表現(xiàn)在生活中可見、可觸摸的牛頓力學(xué)、天文學(xué)等領(lǐng)域。根據(jù)物理學(xué)史，人類最初致力于簡單機械運動的規(guī)律探究，尋找自然現(xiàn)象中所蘊含的物理規(guī)律，這就是物理概念學(xué)史的雛形。此后，伴隨光電學(xué)、電磁學(xué)、熱力學(xué)的發(fā)展，人類逐漸步入了概念學(xué)史的快車道，涌現(xiàn)出了一大批具備極強創(chuàng)新能力的物理天才，如牛頓、伽利略、焦耳等，為人類科學(xué)技術(shù)的騰飛注入了活力。例如：在力與運動關(guān)系的教學(xué)研究中，物理學(xué)史主要經(jīng)歷了古代力學(xué)直覺經(jīng)驗、伽利略力學(xué)學(xué)科經(jīng)驗、牛頓力學(xué)定律的提出。在力學(xué)運動的起源中，古人基于日常力學(xué)現(xiàn)象：要想使物體運動，其必須受力，于是推斷出“力推物動、力撤物停”的直觀經(jīng)驗。此后，伽利略在此主觀力學(xué)經(jīng)驗基礎(chǔ)上，進一步驗證力是改變物體運動規(guī)律的條件，而不是維持物體運動的必要條件。自從伽利略提出該質(zhì)疑后，后人針對力與運動規(guī)律的相互關(guān)系開展更為深入的研究。此后，牛頓的出現(xiàn)為力學(xué)運動規(guī)律的發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用，他在前人的基礎(chǔ)上提出了牛頓力學(xué)三定律，成為學(xué)科的經(jīng)典。

二、物理實驗學(xué)史，培養(yǎng)學(xué)生實踐操作思維

在探究物理學(xué)科規(guī)律的過程中，物理實驗是必不可少的過程，科學(xué)家們常常會設(shè)計出各式各樣的實驗方案，來模擬、類比、比較學(xué)科規(guī)律，從而更為直觀、生動地揭示出物理規(guī)律。從高中物理實驗教學(xué)場景而言，所有的物理實驗教材的引入均存在物理學(xué)史的應(yīng)用，無論是傳統(tǒng)力學(xué)、電學(xué)、電磁學(xué)及熱力學(xué)等，其發(fā)現(xiàn)、研究、得到規(guī)律，無一不存在于一本有章可循的物理學(xué)史中。

例如：以歐姆定律的實驗教學(xué)為例，從物理學(xué)史的角度，當初歐姆在沒有電流、電壓、電阻等物理概念及萬能電表等實驗儀器的基礎(chǔ)上，他是如何得到歐姆定律的呢？對此，教師可以結(jié)合歐姆定律的物理學(xué)史，揭示歐姆利用通電銅線使得磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象進行實驗測試，利用磁針偏轉(zhuǎn)角度來揭示電路中的電流大小。歐姆的具體實驗流程如下：他挑選了八根粗細相同，長度（L）不同的銅線，按照次序依次連接在同一電路中進行實驗，并記錄下磁針對應(yīng)的偏轉(zhuǎn)角θ，并記錄得到了銅線長度L與磁針偏轉(zhuǎn)角的原始記錄，如下表1所示。

在此基礎(chǔ)上，教師進一步誘導(dǎo)學(xué)生基于該歐姆定律的物理學(xué)史，在直角坐標系中繪制出對應(yīng)的θ與L、1/θ×10-2與L的關(guān)系圖。最終，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，利用描點法得到了對應(yīng)的變化曲線圖。在此基礎(chǔ)上，教師可以進一步引入電阻與電流、電壓與電流的概念，從而對得到的曲線圖進行深入剖析，得到電流與電壓成正比、電流與電阻成反比的歐姆定律。相較于高中物理教材中單純的歐姆定律實驗教學(xué)，通過歐姆定律物理學(xué)史的實驗引入教學(xué)，幫助學(xué)生基于古人的研究歷程，培養(yǎng)自身的創(chuàng)新思維，促進學(xué)生們發(fā)現(xiàn)問題、分析問題及解決問題的物理學(xué)科綜合素養(yǎng)的養(yǎng)成。

三、物理規(guī)律學(xué)史，培養(yǎng)學(xué)生逆向推理思維

所有的物體都是相互依托而存在的，物理規(guī)律也是如此，各個物理規(guī)律之間必然存在千絲萬縷的聯(lián)系。隨著各類物理規(guī)律的逐漸清晰，人們對物理規(guī)律的認識逐漸趨向于固式思維，長此以往變得懶于思考、不易突破常規(guī)，思維能力受到較大限制。而在物理學(xué)史的教學(xué)應(yīng)用中，通過逆向推理思維的應(yīng)用，可以幫助學(xué)生打開思維限制，突破傳統(tǒng)的思維定式。相應(yīng)的，逆向思維又包含很多種方式，比如因果逆向思維、結(jié)構(gòu)逆向思維、功能逆向思維等，至于如何有效將物理規(guī)律學(xué)史與逆向推理思維結(jié)合起來，還需要教師們結(jié)合具體的教學(xué)實例開展深入研究。

從物理學(xué)史逆向思維的應(yīng)用角度出發(fā)，主要依靠教師對求解問題的判斷，基于物體的功能、結(jié)合物體的原理、有效利用逆向思維推斷物體功能變化趨勢，最終在師生的實際動手操作中總結(jié)獲得求解思路。高中物理教學(xué)中，最顯著的逆向求解思維案例就是法拉第的電磁效應(yīng)。早在十八世紀二十年代，丹麥物理學(xué)家奧斯特就在一次演講中指出，意外發(fā)現(xiàn)通電銅導(dǎo)線可以讓小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這一效應(yīng)最終演變成了電生磁效應(yīng)，這對當時人類孤立理解的電與磁的局面起了巨大推動作用。至此，法拉第在奧斯特的電生磁基礎(chǔ)之上，受到物體之間相互影響與轉(zhuǎn)化的思想影響，逆向提出了磁生電的想法。在此后的十年里，他利用電磁相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系，總結(jié)出了電磁感應(yīng)定律，并最終于1831年研制出了世界上第一臺感應(yīng)式發(fā)電機。在實際課堂教學(xué)環(huán)節(jié)中，教師可以更加具有策略及針對性，比如在課堂導(dǎo)入的環(huán)節(jié)中，利用奧斯特電流的磁效應(yīng)實驗，鋪墊出濃厚的教學(xué)氛圍。隨后，再基于電生磁的現(xiàn)象，進一步引申出法拉第對磁生電的逆向思維推斷，進而展開電磁效應(yīng)的教學(xué)。與此同時，教師可以進一步利用板書，在黑板上簡單繪制出電與磁互相轉(zhuǎn)換的原理模型，將其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)形象化展示出來，從而幫助學(xué)生更好地利用物理學(xué)史來培養(yǎng)逆向思維能力。

四、物理應(yīng)用學(xué)史，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實踐思維

創(chuàng)新是物理學(xué)科不斷進步和發(fā)展的動力之源，而物理學(xué)史則是物理學(xué)科創(chuàng)新進步的明鏡，物理學(xué)史的教學(xué)與創(chuàng)新實踐思維的培養(yǎng)，這兩者是密不可分的?？v觀物理學(xué)史，大量的史實表明：對實踐問題的執(zhí)著追求、對真理探尋的負責態(tài)度，尤其是強烈的創(chuàng)新意識，這些都是物理學(xué)科一代代巨匠取得成功的精髓。因此，運用物理學(xué)史培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐思維是高中物理教學(xué)的重要目標之一，要想實現(xiàn)高效的教學(xué)效果，必須有效培養(yǎng)和激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新欲望，不斷訓(xùn)練和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，實現(xiàn)素質(zhì)教育的終極目標。

在物理運動學(xué)規(guī)律的發(fā)展歷程中，自由落體運動是為古人所探究最多的運動之一。在自由落體運動規(guī)律發(fā)現(xiàn)之前，人們受到亞里士多德固式思維的影響，想當然地認為重量越大的物體其下落的速度越快。直到著名的比薩斜塔實驗，依據(jù)荷蘭斯蒂文的記載，在1586年由伽利略對亞里士多德的權(quán)威思維發(fā)起了挑戰(zhàn)，他分別將20磅和1磅的鉛球，從比薩斜塔的同一高度靜止釋放，最終實踐結(jié)果表明：兩個小球在同一時刻落地。伽利略的這一實踐，打破了亞里士多德對物理應(yīng)用規(guī)律的壟斷，這一科學(xué)實踐也被后人稱為最美物理實驗之一。

在創(chuàng)新實踐思維的實際教學(xué)過程中，教師們可以進行更為生動的實踐鋪墊?；趤喞锸慷嗟碌臋?quán)威思想，即重量越大的物體下落越快。對此，教師可以以兩本質(zhì)量不一致的書本進行實踐比較，針對單獨的兩本書，按照重量越大下落速度越大的規(guī)律，那么無疑是質(zhì)量大的那本書下降速度快。此時，教師不妨向?qū)W生們提問：若是將兩本書綁在一起，此時自由落地的運動狀態(tài)如何變化？若是將兩本書視為一個整體，那無疑是質(zhì)量變大，下降速度應(yīng)該變快;但是若將其視為兩個獨立個體，在自由落體過程中，重量大的那一本書下落得快、重量小的那一本書下落得慢，那么兩本書的組合體其下降速度如何變化呢？通過這一物理學(xué)史問題的實踐應(yīng)用，學(xué)生必然會對自由落體現(xiàn)象產(chǎn)生深刻的認識，也會受到名人案例的影響，敢于質(zhì)疑、勇于創(chuàng)新。

結(jié)束語

物理學(xué)史不僅是物理學(xué)科的發(fā)展歷史，更是人類學(xué)科發(fā)展的明鏡?？陀^物理規(guī)律的發(fā)展，往往都是曲線式上升、螺旋式進步。對高中生物理知識教學(xué)而言，他們從最初的懵懂到一知半解，再到逐步深入認識物理學(xué)規(guī)律。若是將物理學(xué)史的教學(xué)滲透于各個教學(xué)環(huán)節(jié)，必然可以對學(xué)生的實踐操作思維、創(chuàng)新思維、逆向思維等起到有效提升作用，也有利于新時代背景下的素質(zhì)教育目標的實現(xiàn)。

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作者簡介：孫亞明（1981—），男，江蘇如皋人，本科學(xué)歷，中學(xué)一級教師。研究方向：高中物理教學(xué)與研究。