物理學(xué)史對學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)初探

劉碧華

摘 ? 要：在中學(xué)物理教學(xué)中滲透物理學(xué)史教育，是新高考下物理課程的發(fā)展趨勢。本文介紹在物理教學(xué)中滲透物理學(xué)史的教育，落實物理核心素養(yǎng)的一些做法。

關(guān)鍵詞：物理學(xué)史;物理課堂;學(xué)科素養(yǎng)

在物理新課程改革中科學(xué)滲透物理學(xué)史教育，有助于學(xué)生了解科學(xué)發(fā)明的過程與方法，在潛移默化的教育中升華情感、態(tài)度和價值觀。結(jié)合高中物理課堂教學(xué)的實踐，遵循物理教育的科學(xué)性、適量性、適時性、趣味性、思想性等原則，探討在教學(xué)中滲透物理學(xué)史，充分利用物理學(xué)史的教育和引導(dǎo)功能，落實物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)工作。

1 ?把物理小故事作為新知識要點和新課題引入，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

物理學(xué)史是人類探索和認識自然現(xiàn)象的事件和活動，是物理學(xué)的重要組成部分。在教授新課時，可用一些與物理新授知識有關(guān)的物理學(xué)家的小故事作新課引子，例如伽利略用脈搏測時間發(fā)現(xiàn)單擺的等時性;法拉第發(fā)明第一臺電動機的故事;普朗克發(fā)現(xiàn)能量量子化前后的思想斗爭等。講授這部分科學(xué)家的物理發(fā)明時，可娓娓道來這類充滿趣味性、哲理性，引人深思的小故事，很容易就把學(xué)生引入到新課中相關(guān)的知識點，強烈激起學(xué)生學(xué)習(xí)的欲望，激發(fā)他們學(xué)習(xí)興趣，從中明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，有著“從旁指點桃源路，引得漁郎來問津”的效果。

2 ?重現(xiàn)物理學(xué)史上的經(jīng)典實驗案例，讓學(xué)生體驗科學(xué)研究的真諦

物理學(xué)史上有很多非常經(jīng)典的實驗，在現(xiàn)實教學(xué)過程中，卻由于物理實驗室條件有限，很多實驗硬件亦不足等原因無法實現(xiàn)實驗效果。因此教師上課時可利用一些仿真物理實驗平臺（例如Algodoo）來模擬經(jīng)典實驗。如Algodoo特有的正、負引力學(xué)數(shù)模式，可以模擬正、負點電荷的電場;可以利用Algodoo特有的場景設(shè)置功能，模擬密立根油滴實驗和盧瑟福的α粒子散射實驗及伽利略的理想斜面實驗等等[ 1 ]。通過對這些實驗的仿真模擬和實驗條件的變化，引導(dǎo)學(xué)生體會科學(xué)家們在實驗探究中的研究方法和探究過程。特別像伽利略自由落體運動規(guī)律的探究這一類實驗，雖然當(dāng)前科學(xué)技術(shù)先進許多，但在創(chuàng)新時也會遇到與伽利略相似的需要假設(shè)探究的問題，學(xué)習(xí)伽利略的研究方法正是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的有效途徑。而通過仿真模擬實驗，讓學(xué)生身臨其境地參與其中，對實驗探究過程、方法及思維都能有很大的幫助。通過對這些經(jīng)典實驗的梳理才能讓學(xué)生切身體驗科學(xué)探究過程概念建立的背景、典型的思維方式及研究中遇到的困難和解決方法，體驗科學(xué)家在科學(xué)探索中所表現(xiàn)出的精神和堅持，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，可使學(xué)生體會常用的物理學(xué)研究方法，從而培養(yǎng)學(xué)生觀察、模型建構(gòu)、抽象與數(shù)學(xué)表達等素養(yǎng)。

3 ?介紹物理學(xué)史，適時對學(xué)生進行人文精神教育

科學(xué)家的任何科研活動也都能體現(xiàn)和反映參與者的倫理觀、人生觀、世界觀和價值觀。這些科學(xué)家是很多學(xué)生的偶像，他們在應(yīng)用科研成果，甚至對自己生死存亡的態(tài)度上的表現(xiàn)對學(xué)生的未來人生的影響是很大的，對理想的執(zhí)著追求也鞭策著一代又一代的學(xué)生努力前進。例如愛因斯坦在第二次世界大戰(zhàn)期間，從維護人類生命公平正義出發(fā)，勸說美國總統(tǒng)羅斯福搶先在納粹德國前研究原子彈;當(dāng)原子彈研制成功之后，又從人性良知和社會責(zé)任感出發(fā)，和原子彈之父奧本海默一起反對在戰(zhàn)爭時使用原子彈，以此挽救了無數(shù)人的生命。還有一些科學(xué)家苦苦尋求人生夢想，追求人生最高價值的實現(xiàn)，甚至不惜以犧牲自己生命為代價。如布魯納，為了堅持“日心說”，在羅馬監(jiān)獄被關(guān)押長達八年，遭受宗教裁判所最嚴厲的審判，并被處以火刑，在臨死前，審判庭要求他只要親吻升到他唇邊的十字架，便可得救。在生死抉擇面前，他最終用寶貴的生命捍衛(wèi)了科學(xué)的真理，也實現(xiàn)了人生的最高價值，書寫了一座人類科學(xué)豐碑。在科學(xué)發(fā)展進程中，這些豐富的人文精神深深地蘊含在科學(xué)家們充滿人文主義生活態(tài)度和頑強拼搏精神之中，它們和世俗作斗爭，與人類科學(xué)進步密不可分，也共同構(gòu)成著物理學(xué)重要的教學(xué)內(nèi)容。如果我們在教學(xué)過程中有意識地對學(xué)生加以滲透教育，對培養(yǎng)學(xué)生的樂觀主義精神和嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度，為科學(xué)追求無悔奉獻青春，都具有極大的榜樣效果和推動作用。通過應(yīng)用物理學(xué)史進行物理課堂教學(xué)，實際上是以物理學(xué)家為中介，與歷史發(fā)生聯(lián)系，對學(xué)生進行人文精神教育。

4 ?介紹物理學(xué)史，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維

物理學(xué)就其終極意義來說是自然哲學(xué)，用辯證唯物主義的論點來闡述物理學(xué)史，把包含在物理知識中的哲學(xué)道理提煉出來，引出唯物主義辯證法的基本原理，對培養(yǎng)學(xué)生的哲學(xué)辯證思維具有重要意義。例如在“光的本性”這章的教學(xué)中，關(guān)于人類對光的本性認識，從牛頓最早提出微粒說，繼而惠更斯提出波動說，再次否定微粒說，進而麥克斯韋修正為光是一種電磁波，最終愛因斯坦提出了光子假設(shè)，最后才認識到光的波粒二象性。從對光的本性的探索過程引導(dǎo)學(xué)生觀察事物必須看到事物矛盾的多個方面，即學(xué)會全面地看待各種問題，從而有助于培養(yǎng)學(xué)生辯證客觀認識物理問題的哲學(xué)思維。通過追溯物理概念、規(guī)律的建立過程和方法，比直接從概念、規(guī)律出發(fā)去學(xué)習(xí)，更符合學(xué)生們的認知規(guī)律。同時物理學(xué)史的教育，可以幫助學(xué)生在哲學(xué)辯證思維基礎(chǔ)上，形成更加嚴謹科學(xué)態(tài)度與責(zé)任心，以及實事求是、不畏困難的精神品質(zhì)，從中體現(xiàn)出科學(xué)的哲學(xué)美。

5 ?多介紹近代中國的物理發(fā)展史和科學(xué)家，培養(yǎng)學(xué)生熱愛科學(xué)和增強民族自信心

在高中物理教材中，對近代物理學(xué)史上中國科學(xué)家及其成就的介紹偏少，易給學(xué)生造成一種錯覺：我國是否除了古代的四大發(fā)明，在近代科學(xué)發(fā)展史上，中國科學(xué)家好像都沒有太大的成就？這樣的理解當(dāng)然是不全面的。因此在平時的物理教學(xué)中，適時應(yīng)景地介紹中國科學(xué)家及其在不同領(lǐng)域為人類為祖國做出的巨大貢獻就顯得尤為必要。例如，2018年剛好在課堂授課核物理學(xué)內(nèi)容時，當(dāng)時中國“核司令”程開甲院士因病逝世（享年100歲），這也是中國科學(xué)界的巨大損失。結(jié)合此事筆者在上課前特地搜索了程院士的一些相關(guān)歷史資料并播放給學(xué)生們看，讓學(xué)生們對我國這位功勛卓著的老一輩科學(xué)家有了較為全面地認識：他是我國核試驗科學(xué)技術(shù)體系的創(chuàng)建者之一;是中國定向高功率微波研究新領(lǐng)域的開創(chuàng)者之一;出版了中國第一本固體物理學(xué)專著，提出了普遍的熱力學(xué)內(nèi)耗理論，導(dǎo)出了狄拉克方程，提出并發(fā)展了超導(dǎo)電雙帶理論和凝聚態(tài)TFDC電子理論等等[ 2 ]。當(dāng)把這些優(yōu)秀的中國科學(xué)家光輝事跡介紹給同學(xué)們時，能非常明顯感覺到學(xué)生們特別受鼓舞，這樣的物理學(xué)史的教育也利于學(xué)生在日后學(xué)習(xí)中逐漸找到學(xué)習(xí)物理的正能量動力，這些科學(xué)家的光輝事跡將會永遠激勵著學(xué)生們奮勇前行。

在高中物理教學(xué)中滲透物理學(xué)史可以是多方面、多維度的，具有非常重要的教育意義。但對物理學(xué)史在課堂中的應(yīng)用也應(yīng)該注意到幾個細節(jié)：首先不應(yīng)照搬物理學(xué)史，應(yīng)該根據(jù)課程需求、學(xué)生的反應(yīng)對物理學(xué)史進行一定的選擇和合理剪裁;其次引用物理學(xué)史時，應(yīng)對物理學(xué)史原著中那個年代的術(shù)語轉(zhuǎn)換為新時代更為通俗易懂的“翻譯”，把當(dāng)時科學(xué)家對物理現(xiàn)象的認知方式正確地展現(xiàn)出來;然后，在給學(xué)生介紹整個物理學(xué)的發(fā)展時，可以選取一定的典型研究過程，將這個理論從被物理學(xué)家開始關(guān)注直到最后被發(fā)現(xiàn)較為完整的過程予以展現(xiàn)出來，從而更加有畫面感、更加生動形象，易于吸引學(xué)生注意力。當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣被調(diào)動起來后，教師再輔之于一定的分析（包括對歷史背景、當(dāng)時的實驗條件等加以一定量的補充闡述），學(xué)生便有豁然開朗的感覺，從而較為全面地了解到所有物理發(fā)現(xiàn)、發(fā)明并不是無中生有，也不是天上掉下來的，而是需要付出一定的艱辛和努力而換來的，也可以從中培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)中學(xué)物理應(yīng)堅持踏踏實實、勤勤懇懇的態(tài)度。態(tài)度決定一切，當(dāng)學(xué)生下定決心為之努力時，物理學(xué)科在很多人眼中的“難”將變得更為有趣和鮮活而不再難。最后也建議把物理學(xué)史當(dāng)做一門校本選修課程，更加正式地引領(lǐng)學(xué)生們?nèi)ヌ剿鬟@部復(fù)雜的人類科學(xué)探究史。總的來說，物理學(xué)史對于學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)還有待于教師在以后的物理教學(xué)中不斷積極探索和加強。

參考文獻：

[1] 林真.物理情境創(chuàng)構(gòu)：運用Algodoo創(chuàng)設(shè)物理高效課堂[J].福建基礎(chǔ)教育研究，2019（1）：103-105.

[2] 丁駿.中國“核司令”程開甲的光輝人生[J].物理教學(xué)，2019（6）：74-76.