基于核心素養(yǎng)導(dǎo)向的物理學(xué)發(fā)展史教學(xué)探究

曾榮華

2017年，隨著《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》的頒布，學(xué)科核心素養(yǎng)的提出為物理教學(xué)提供了明確的方向，物理學(xué)科核心素養(yǎng)受到了許多教育工作者的重視。由于物理學(xué)發(fā)展史的真實(shí)性、完整性，并且蘊(yùn)含著豐富的人文價(jià)值，不僅能夠清晰地呈現(xiàn)物理知識(shí)發(fā)展脈絡(luò)，其背后所蘊(yùn)涵的哲理則更富啟迪性，具有豐富的育人功能，把物理學(xué)發(fā)展史滲透到物理教學(xué)中，能有效地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和責(zé)任感。

一、利用物理學(xué)發(fā)展史來(lái)促進(jìn)教學(xué)的背景和對(duì)“科學(xué)態(tài)度和責(zé)任感”概念的界定

在國(guó)際上，關(guān)于“在教材中引入物理學(xué)發(fā)展史來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)”的研究最早始于二十世紀(jì)的50年代。當(dāng)初的目的是把學(xué)生引入到物理學(xué)發(fā)展史的具體情境中，引導(dǎo)學(xué)生從對(duì)物理知識(shí)的機(jī)械性模仿和記憶中解脫出來(lái)。在國(guó)內(nèi)，利用物理學(xué)發(fā)展史來(lái)服務(wù)教學(xué)的舉措要稍晚一些，到了二十世紀(jì)80年代，物理學(xué)史的教育功能才引起有關(guān)方面的重視。

物理學(xué)科核心素養(yǎng)指的是物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任感，這四個(gè)要素是密不可分的，它們既相互影響，又相輔相成。物理核心素養(yǎng)中的“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”是指在認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì)，理解科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境關(guān)系的基礎(chǔ)上，逐漸形成的對(duì)科學(xué)和技術(shù)應(yīng)有的正確態(tài)度和責(zé)任感，是個(gè)體對(duì)特定對(duì)象所持的穩(wěn)定心理傾向，主要包含有好奇心、實(shí)事求是、追求創(chuàng)新、合作分享等四個(gè)方面。社會(huì)責(zé)任感主要包含科學(xué)倫理、社會(huì)與環(huán)境（STSE ）兩部分，比如社會(huì)倫理道德規(guī)范、主流價(jià)值觀的取向、熱愛(ài)自然、保護(hù)環(huán)境和促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的責(zé)任感。在初中物理教學(xué)中，本人認(rèn)為科學(xué)態(tài)度和責(zé)任感具體體現(xiàn)為：好奇心、尊重事實(shí)、批判性地思考、勇于創(chuàng)新和具有人文情懷等幾個(gè)方面。

二、在課堂中滲透物理學(xué)發(fā)展史培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和責(zé)任感的具體方法和策略

（一）利用物理學(xué)發(fā)展史創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生的好奇心和探索欲望，培養(yǎng)學(xué)生尊重事實(shí)的科學(xué)態(tài)度

人類對(duì)物理概念及其規(guī)律的認(rèn)知是經(jīng)歷了漫長(zhǎng)而復(fù)雜的過(guò)程才形成的，但教材由于其篇幅等客觀條件的限制，對(duì)知識(shí)點(diǎn)的介紹和推導(dǎo)往往高度概括，對(duì)概念及其規(guī)律形成的歷史背景的介紹就更顯單薄。然而，物理學(xué)發(fā)展史上，人們對(duì)物理概念和規(guī)律的認(rèn)知過(guò)程，在某種程度上也代表了學(xué)生對(duì)事物的認(rèn)知規(guī)律，兩者具有一定的相似性。因此，我們可以在課堂上適當(dāng)?shù)貪B透物理學(xué)發(fā)展史，讓學(xué)生體驗(yàn)物理概念和規(guī)律的形成過(guò)程，體會(huì)真實(shí)的歷史，加深對(duì)物理概念和規(guī)律的理解，以此來(lái)培養(yǎng)學(xué)生尊重事實(shí)和批判性思考的科學(xué)態(tài)度。比如，在現(xiàn)行的粵滬版教材《6.5探究杠桿的平衡條件》中，課本從日常生活的蹺蹺板引入，然后用帶刻度的木尺代替蹺蹺板，用鉤碼代替人，進(jìn)而抽象出一個(gè)杠桿的模型進(jìn)行探究，得出杠桿平衡的條件。站在認(rèn)知的角度看，從生活中熟悉的蹺蹺板引入杠桿模型固然容易讓學(xué)生接受，具有一定的親切感，但是，從認(rèn)知心理學(xué)上看，這種教學(xué)安排顯得過(guò)于平淡，缺乏趣味性，無(wú)法激起學(xué)生的認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，不利于學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

筆者認(rèn)為，在本節(jié)的教學(xué)過(guò)程中，我們可以滲透物理學(xué)發(fā)展史來(lái)彌補(bǔ)教材的這一不足。在生活中，學(xué)生對(duì)利用撬棒可以撬動(dòng)重物是有一定生活經(jīng)驗(yàn)的，所以，我們就順著這種思路，從阿基米德對(duì)徐拉古國(guó)王“給我一個(gè)支點(diǎn)，我能把地球撬起來(lái)”這句響徹云霄的名言出發(fā)，讓學(xué)生在心理上產(chǎn)生了一個(gè)巨大的認(rèn)知沖突：撬棒可以撬起重物，但它真的能撬起地球嗎？穿過(guò)了千年的時(shí)光，這句豪言卻依然散發(fā)著一股不可抵擋的傲氣，馬上點(diǎn)燃了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。然后，再?gòu)那税糁谐橄蟪龈軛U模型，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究，不難得出杠桿的平衡條件。但是，我們的課到這里并沒(méi)有結(jié)束，我們將帶領(lǐng)學(xué)生回過(guò)頭來(lái)探究阿基米德的那句名言的科學(xué)性：假如給阿基米德一個(gè)合適的支點(diǎn)，阿基米德是否真的能把地球撬起來(lái)？地球的質(zhì)量為6 x 1024千克，重力大約為6 x 1025牛頓， 假設(shè)我們能夠提供一個(gè)合適的支點(diǎn)，這個(gè)支點(diǎn)距地球1米，阿基米德給杠桿的最大壓力為600牛頓，根據(jù)杠桿平衡原理，我們需要給阿基米德提供一根長(zhǎng)約1 x 1023米的輕質(zhì)杠桿，如果把地球撬起1厘米，那么，阿基米德不得不在另一端把杠桿按下10x1021米的距離。假如他以接近聲速的1000千米每小時(shí)的速度風(fēng)馳電掣般地飛行，那他也需要花費(fèi)大約1011年，這個(gè)時(shí)間有多長(zhǎng)呢？我們先來(lái)看看時(shí)間長(zhǎng)度的極限，那就是宇宙的年齡，大約為137億年，也就是1.37 x 1010年，假如從宇宙誕生的那一刻開(kāi)始，阿基米德就開(kāi)始按下那根撬動(dòng)地球的撬棒，直到現(xiàn)在，他也還沒(méi)能讓地球上升哪怕只有1厘米呢！這顯然不現(xiàn)實(shí)。

在教學(xué)過(guò)程中，我們不必拘泥于杠桿趙和移動(dòng)距離等螂的具體計(jì)算，單就這個(gè)數(shù)量級(jí)，就足以給學(xué)生留下深刻的印象。這節(jié)謝艮好地利用了物理學(xué)發(fā)展史來(lái)激發(fā)學(xué)生對(duì)杠桿平衡條件的學(xué)習(xí)興趣，經(jīng)過(guò)對(duì)撬動(dòng)地球的計(jì)算與探究，學(xué)生對(duì)規(guī)律的理解也必將更為深刻，而且能夠培養(yǎng)學(xué)生客觀地面對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，尊重事實(shí)的科學(xué)態(tài)度。

（二）利用物理學(xué)發(fā)展史創(chuàng)設(shè)情景，培養(yǎng)學(xué)生敢于質(zhì)疑和批判性思考，勇于創(chuàng)新、合作分享的科學(xué)態(tài)度

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)不是由教師簡(jiǎn)單地把知識(shí)傳遞給學(xué)生，而是學(xué)生以原有的知識(shí)體系為基礎(chǔ)，對(duì)新事物進(jìn)行重新的認(rèn)識(shí)和組合，在學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生與外在環(huán)境之間發(fā)生相互作用，對(duì)認(rèn)知結(jié)構(gòu)進(jìn)行重組，對(duì)科學(xué)態(tài)度與價(jià)值觀的培養(yǎng)同樣如此。物理學(xué)發(fā)展史是情景創(chuàng)設(shè)的重要來(lái)源之一，讓學(xué)生置身于真實(shí)的時(shí)代背景中，去建構(gòu)物理概念和規(guī)律，可以有效培養(yǎng)學(xué)生敢于質(zhì)疑的科學(xué)精神和批判性思考的科學(xué)態(tài)度。比如，在學(xué)習(xí)牛頓第一定律時(shí)，現(xiàn)行的粵滬版《7.3探究物體不受力時(shí)怎樣運(yùn)動(dòng)》教材從“運(yùn)動(dòng)是否需要力來(lái)維持”這兩種相互矛盾的觀點(diǎn)出發(fā)，然后利用理想實(shí)驗(yàn)來(lái)得出力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，而不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因。站在學(xué)生的角度來(lái)看，這樣的教學(xué)安排并不符合學(xué)生認(rèn)知的實(shí)際，因?yàn)椤傲κ蔷S持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因”即使是在今天，也具有很大的迷惑性，簡(jiǎn)單地用一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)推翻人們根深蒂固的觀念并不容易，在邏輯上跳躍性太大，在內(nèi)容上則顯得過(guò)于單調(diào)而枯燥，不符合建構(gòu)主義理論對(duì)新事物的認(rèn)知特點(diǎn)。因此，本人認(rèn)為可以在教學(xué)過(guò)程中創(chuàng)設(shè)相關(guān)的歷史情景，引導(dǎo)學(xué)生置身于真實(shí)的歷史背景中，讓學(xué)生循著偉人的足跡，重新經(jīng)歷從亞里士多德、伽利略、笛卡爾到牛頓的心路歷程，不僅對(duì)力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系有了更加全面的認(rèn)識(shí)，也培養(yǎng)了學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)敢于質(zhì)疑，而非全盤(pán)接受的科學(xué)態(tài)度，同時(shí)，也培養(yǎng)了學(xué)生對(duì)前人的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行批判性思考的科學(xué)態(tài)度，這樣的教學(xué)安排在邏輯上更順暢，內(nèi)容上更詳實(shí)，情感上更貼近學(xué)生的心理，在物理學(xué)發(fā)展史的背景下，學(xué)生從科學(xué)家的更迭中受到了熏陶，也培養(yǎng)了學(xué)生敢于質(zhì)疑和批判性思考的科學(xué)態(tài)度。

又比如，在《電磁感應(yīng)》一節(jié)的教學(xué)中，首先，從奧斯特電流的磁效應(yīng)出發(fā)，把學(xué)生置身于研究電和磁的歷史場(chǎng)景中，然后拋出問(wèn)題：既然電能產(chǎn)生磁，那么，磁能否產(chǎn)生電？點(diǎn)燃學(xué)生的探索的熱情。然后，提供一些實(shí)驗(yàn)儀器，把學(xué)生置身于真實(shí)的歷史背景中，引導(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家那樣去思考和探索，得到磁生電的奧秘。培養(yǎng)學(xué)生勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神和堅(jiān)持不懈的科學(xué)態(tài)度。最后，組織學(xué)生進(jìn)行小組討論：還能用什么方法讓磁產(chǎn)生電呢？并讓學(xué)生嘗試自己組裝發(fā)電機(jī)模型，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中體會(huì)到動(dòng)手的樂(lè)趣和成就感，培養(yǎng)學(xué)生合作分享的科學(xué)態(tài)度。

（三）凸顯物理學(xué)發(fā)展史豐富的人文精神，引發(fā)學(xué)生的情感共鳴，培養(yǎng)學(xué)生愛(ài)國(guó)情懷和社會(huì)責(zé)任感

在情感態(tài)度價(jià)值觀上，需要用物理學(xué)發(fā)展史來(lái)激發(fā)學(xué)生的情感共鳴時(shí)滲透物理學(xué)發(fā)展史，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和責(zé)任感。物理學(xué)發(fā)展史不僅具有教學(xué)功能，作為物理文化的載體，她更兼?zhèn)溆斯δ?，利用物理學(xué)史能夠培養(yǎng)學(xué)生的人文情懷和熱愛(ài)祖國(guó)等主流價(jià)值觀的取向。比如，在講電學(xué)知識(shí)時(shí)，“靜電學(xué)三劍客”就能夠?yàn)槲覀兲峁┖芎玫慕逃夭模涸趯W(xué)習(xí)電流時(shí)滲透勤奮好學(xué)，把奔跑的馬車背板當(dāng)成黑板來(lái)演算的安培;學(xué)習(xí)電壓時(shí)，引入淡薄名利，無(wú)私奉獻(xiàn)的伏特;學(xué)習(xí)歐姆定律時(shí)，講述克服千辛萬(wàn)苦，在逆境中飛揚(yáng)的歐姆。這些物理學(xué)家們的動(dòng)人故事，能夠很好地豐富學(xué)生的精神世界，培養(yǎng)他們吃苦耐勞、堅(jiān)持不懈、無(wú)私奉獻(xiàn)的人文情懷。在學(xué)習(xí)原子物理和熱機(jī)的時(shí)候，則可以滲透錢(qián)學(xué)森、鄧稼先等一大批兩彈一星元?jiǎng)缀屠弦惠吙茖W(xué)家們的動(dòng)人故事，讓學(xué)生感受老一輩科學(xué)家們偉大的人格魅力和艱苦奮斗、自力更生的愛(ài)國(guó)主義精神，這些寶貴的精神財(cái)富在今天經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的社會(huì)生活中顯得尤為珍貴。而在電磁學(xué)部分的學(xué)習(xí)過(guò)程中，則可以滲透近現(xiàn)代電磁學(xué)發(fā)展史，讓學(xué)生體會(huì)物理技術(shù)對(duì)日常生活的巨大影響，在講運(yùn)動(dòng)和力的時(shí)候，則可以利用我國(guó)奮發(fā)圖強(qiáng)建設(shè)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)那曲折而感人的過(guò)程，增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感和社會(huì)責(zé)任感，激發(fā)他們的愛(ài)國(guó)情懷，樹(shù)立為祖國(guó)的繁榮富強(qiáng)而努力學(xué)習(xí)的志向，提升學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力。

總之，核心素養(yǎng)是我們教學(xué)的指導(dǎo)方向，而物理學(xué)科核心素養(yǎng)的四個(gè)方面是相互聯(lián)系、共同發(fā)展的。正如邢紅軍教授說(shuō)的，如果把核心素養(yǎng)下的物理教學(xué)比喻成一棵大樹(shù)，那么，科學(xué)態(tài)度和責(zé)任感則是這棵大樹(shù)得以茁壯成長(zhǎng)的養(yǎng)分和土壤，如果缺少了物理精神的物理教育，這棵樹(shù)是斷然無(wú)法成長(zhǎng)為參天大樹(shù)的。楊振寧曾經(jīng)說(shuō)過(guò)，“要站在問(wèn)題開(kāi)始的地方，要面對(duì)原始的問(wèn)題，而不要淹沒(méi)在文獻(xiàn)的海洋里……”我們不應(yīng)該淹沒(méi)在題目的海洋中，教科書(shū)上呈現(xiàn)的物理知識(shí)固然重要，但是，隱藏在背后的知識(shí)脈絡(luò)則更富有理性的力量和教育意義。我們要讓學(xué)生面對(duì)原汁原味的物理問(wèn)題，把學(xué)生置身于真實(shí)的歷史背景中，引導(dǎo)他們?nèi)ビH歷物理概念的形成討釋以及物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，讓他們像科學(xué)家那樣去思考，在潛移默化中讓學(xué)生形成正確的情感態(tài)度和價(jià)值觀，利用物理學(xué)發(fā)展史來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和責(zé)任感具有不可替代的作用。