物理學(xué)史在高中物理教學(xué)中的貢獻(xiàn)

楊菡芬

摘 要：中學(xué)物理教育教學(xué)實(shí)踐的過(guò)程，是將理論分析與實(shí)踐研究相結(jié)合，既注重了理論教學(xué)又關(guān)注到實(shí)踐教學(xué)模式的改革和創(chuàng)新。物理教學(xué)主要以實(shí)驗(yàn)和理論教學(xué)為主體，在物理學(xué)歷史發(fā)展的長(zhǎng)河中，許多偉大的科學(xué)家為此做出了卓越的貢獻(xiàn)，因此在教學(xué)中對(duì)物理學(xué)史的學(xué)習(xí)也尤為重要。對(duì)此，本文立足于高中物理教學(xué)的現(xiàn)實(shí)條件，首先分析物理學(xué)對(duì)人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的影響，接著闡釋了對(duì)物理學(xué)史學(xué)習(xí)的重要性，最后分析了物理學(xué)史是在學(xué)科教學(xué)中的相關(guān)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：物理教學(xué);教學(xué)模式;改革和創(chuàng)新

引言：科學(xué)，就其本質(zhì)而言，通過(guò)不斷地重新評(píng)估，重新定義其位置，以致它可以坐得更近，來(lái)爭(zhēng)取真理的光輝理想。物理、運(yùn)動(dòng)和相互作用的研究，沒(méi)有什么不同。就像勤奮的抄寫(xiě)員一樣，物理學(xué)適當(dāng)?shù)剡m應(yīng)了宇宙對(duì)故事的每次含糊的修正。在這里，我們認(rèn)識(shí)到物理學(xué)史，有助于弄清這些存在的所有自然現(xiàn)象的古老故事。

人們普遍認(rèn)為，物理教學(xué)是一種復(fù)雜而跨學(xué)科的活動(dòng)。在本質(zhì)上有助于該活動(dòng)的知識(shí)領(lǐng)域中，我們將其命名為物理學(xué)、科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)、認(rèn)知科學(xué)和教育學(xué)。我們對(duì)這些領(lǐng)域中每個(gè)領(lǐng)域的貢獻(xiàn)的本質(zhì)的欣賞不斷變化，這反映了我們對(duì)物理教學(xué)的認(rèn)識(shí)的提升。根據(jù)教育研究來(lái)詳細(xì)說(shuō)明歷史材料在高中物理教學(xué)過(guò)程中感知角色方面的變化，可以在物理學(xué)教學(xué)中滲透學(xué)科文化，使歷史材料有新的鑒賞方式。

一、物理學(xué)對(duì)人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的影響

提倡使用物理學(xué)史的話語(yǔ)源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，始于Mach1和Duhem2，他們?cè)谝粋€(gè)多世紀(jì)前就斷然地主張?jiān)谖锢韺W(xué)教學(xué)中采用所謂的歷史方法（或遺傳方法）：合法、肯定和合理[1]。為學(xué)生準(zhǔn)備好接受物理假設(shè)的有效方法是歷史方法。追溯在最初勾畫(huà)理論形式時(shí)經(jīng)驗(yàn)物質(zhì)所通過(guò)的轉(zhuǎn)變;描述長(zhǎng)期的合作，通過(guò)這種合作，常識(shí)和演繹邏輯對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行分析并對(duì)該形式進(jìn)行建模，直到一個(gè)形式完全適合另一個(gè)形式，這是最好的方法，當(dāng)然甚至是唯一的方法，可以為研究物理學(xué)的人們提供正確的方法 并清晰地看到了該科學(xué)的非常復(fù)雜且活潑的組織。

科學(xué)和技術(shù)知識(shí)在很大程度上是文化決定的，并反映了在其中實(shí)踐科學(xué)和技術(shù)的社會(huì)、宗教、政治，經(jīng)濟(jì)和環(huán)境狀況。當(dāng)前關(guān)于多元文化科學(xué)教育的辯論旨在研究科學(xué)在多大程度上決定了文化，科學(xué)是否超越了人類(lèi)的差異，是跨文化、宗教和種族共同參與的來(lái)之不易的工具?？茖W(xué)與社會(huì)的相互關(guān)系可能具有民主、功利主義、文化和道德特征，這與托馬斯和杜蘭特關(guān)于促進(jìn)公眾對(duì)科學(xué)的理解的文獻(xiàn)論點(diǎn)概述相一致。物理學(xué)似乎是一個(gè)枯燥無(wú)味的領(lǐng)域，僅限于在風(fēng)化的黑板上弄碎白堊[2]。但是，正如我希望傳達(dá)的那樣，這個(gè)世界的人已經(jīng)取得了一些不可思議的壯舉。我相信物理學(xué)是它試圖研究的最純粹的科學(xué)。

二、物理學(xué)史學(xué)習(xí)的重要性

在物理學(xué)的研究中，歷史常常被忽視，但是歷史卻通過(guò)時(shí)間的理論和主題的記錄與科學(xué)探究有著內(nèi)在的聯(lián)系。整個(gè)歷史中的科學(xué)人物通常也充當(dāng)未來(lái)物理學(xué)家的榜樣。疏通歷史教科書(shū)似乎是推進(jìn)科學(xué)的一種荒唐方式，但請(qǐng)考慮，歷史涉及思想、理論和方程式，這些觀念、理論和方程式成為未來(lái)改進(jìn)的基礎(chǔ)。對(duì)學(xué)生關(guān)于科學(xué)本質(zhì)和科學(xué)與社會(huì)的相互關(guān)系的思想的研究屬于學(xué)習(xí)的元認(rèn)知范疇，它表明物理學(xué)的歷史是解釋這一領(lǐng)域?qū)W生替代思想的有用信息來(lái)源[3]。理解物理學(xué)史對(duì)物理學(xué)家和未來(lái)物理學(xué)家都可能有用的六個(gè)原因如下：

（一）歷史記錄了思想如何隨著時(shí)間發(fā)展和變化。

亞里士多德（Aristotle）通過(guò)使用經(jīng)驗(yàn)證據(jù)和對(duì)邏輯的依賴(lài)，深刻地影響了學(xué)術(shù)[4]。但是，他的一些理論也是錯(cuò)誤的：他相信天體是由“以太”制成的，女人的牙齒比男人的牙齒少，鰻魚(yú)是自發(fā)繁殖的。這些想法后來(lái)被使用亞里士多德的經(jīng)驗(yàn)證據(jù)和邏輯方法反駁。

（二）歷史闡明了科學(xué)方法。

伽利略是第一個(gè)通過(guò)對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行數(shù)學(xué)解釋和實(shí)驗(yàn)證明的方法來(lái)量化科學(xué)。他甚至開(kāi)發(fā)了幾種儀器來(lái)進(jìn)一步推進(jìn)他的觀察。伽利略鼓勵(lì)科學(xué)工作是可衡量的，因此是可重復(fù)的，這后來(lái)成為科學(xué)方法的標(biāo)志[5]。隨著時(shí)間的流逝，科學(xué)家進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了科學(xué)方法來(lái)增強(qiáng)科學(xué)結(jié)論的合法性。因此，歷史可以洞悉當(dāng)今公認(rèn)的科學(xué)實(shí)踐和過(guò)程是如何演變的。

（三）歷史從歷史和文化的角度展示了物理學(xué)的人文方面。

尼爾斯·波爾（Niels Bohr）于1921年在哥本哈根成立了尼爾斯·波爾研究所（Niels Bohr Institute），后來(lái)成為二戰(zhàn)期間逃離德國(guó)占領(lǐng)區(qū)的科學(xué)家的避難所[6]。他不僅為自己的發(fā)現(xiàn)，而且為幫助拯救眾多科學(xué)家的生命做出了巨大貢獻(xiàn)，為物理學(xué)界做出了巨大貢獻(xiàn)。玻爾（Bohr）指出，科學(xué)不僅限于實(shí)驗(yàn)室工作和方程式，還在于為全人類(lèi)改善生活。在運(yùn)用自己的物理學(xué)生涯和臭名昭著的過(guò)程中，玻爾做到了這一點(diǎn)，確實(shí)挽救了生命。

（四）歷史記載了物理學(xué)家之間的重大合作。

歐洲核研究組織（CERN）是世界上最大、最先進(jìn)的科學(xué)研究中心之一。只有通過(guò)多個(gè)國(guó)家之間的重大合作，CERN才有可能。時(shí)至今日，歐洲核子研究中心通過(guò)全球科學(xué)家的共同努力，繼續(xù)為科學(xué)知識(shí)和新發(fā)現(xiàn)做出貢獻(xiàn)，例如通過(guò)緊湊型介電螺線管（CMS）項(xiàng)目。這種合作對(duì)于科學(xué)的發(fā)展至關(guān)重要，因?yàn)樗Y(jié)合了不同人的才能，思想和觀點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)共同的目標(biāo)。整個(gè)歷史中的合作示例表明，人們一起工作可以取得更多成就。

（五）歷史詳述了物理學(xué)家的想法。

阿爾伯特·邁克爾森（Albert Michelson）是物理學(xué)家，也是第一位獲得諾貝爾科學(xué)獎(jiǎng)的美國(guó)人。他以測(cè)量光速和進(jìn)行邁克爾遜·莫雷實(shí)驗(yàn)而著稱(chēng)。他用來(lái)記錄他關(guān)于光速的想法，計(jì)算和結(jié)論的筆記本可以洞悉他的思維過(guò)程和方法。他的筆記詳盡詳盡，顯示了他在實(shí)驗(yàn)記錄中的方法性[7]。

（六）歷史激發(fā)人們追求物理學(xué)并取得新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

由于羅伯特·奧本海默（J. Robert Oppenheimer）在曼哈頓計(jì)劃上的工作，通常被稱(chēng)為“原子彈之父”[8]。奧本海默游說(shuō)國(guó)際控制和限制核電。反對(duì)派政治家通過(guò)撤銷(xiāo)他的安全許可進(jìn)行報(bào)復(fù)，這實(shí)際上切斷了他的政治影響力。盡管如此，奧本海默繼續(xù)教授工作和提升他所相信的立場(chǎng)。奧本海默只是一個(gè)歷史人物的例子，他提倡人們追求物理學(xué)，并證明逆境不應(yīng)該阻礙科學(xué)工作。

仍然不相信物理學(xué)史很重要嗎？至少，歷史先例激勵(lì)物理學(xué)家挑戰(zhàn)常識(shí)和流行觀點(diǎn)以尋求真相。尼古拉·哥白尼（Nicolaus Copernicus）就是這樣一位科學(xué)家，他否認(rèn)了普遍的看法，即太陽(yáng)繞地球旋轉(zhuǎn)，而是利用科學(xué)證據(jù)游說(shuō)了日心說(shuō)的模型。哥白尼面臨著這種模式的強(qiáng)烈反對(duì)，但這并沒(méi)有阻止他宣傳關(guān)于太陽(yáng)系的真相。從這個(gè)意義上講，物理學(xué)的歷史記錄了文明的過(guò)去成就，新知識(shí)和尚未回答的問(wèn)題。這樣的記錄是值得知道的。

三、物理學(xué)史與高中物理教學(xué)的結(jié)合

（一）加強(qiáng)物理學(xué)史學(xué)習(xí)

關(guān)于科學(xué)史的研究鼓勵(lì)人們將科學(xué)視為一項(xiàng)重要的文化成就的論點(diǎn)被不止一次地用于反對(duì)物理學(xué)教學(xué)過(guò)于技術(shù)化和對(duì)公眾無(wú)動(dòng)于衷的觀念的觀念，例如，在本世紀(jì)初，人們對(duì)物理教育作為義務(wù)教育的一部分的重要性提出了質(zhì)疑。自1960年以來(lái)，通過(guò)研究物理學(xué)史，已經(jīng)記錄了許多關(guān)于認(rèn)識(shí)物理學(xué)與文化之間關(guān)系以及作為我們文化遺產(chǎn)的一部分的物理學(xué)的建議。哥白尼和伽利略理論影響了我們?cè)谟钪嬷械奈恢?，牛頓理論認(rèn)為相同的運(yùn)動(dòng)定律適用于地球和太空，愛(ài)因斯坦的相對(duì)論被認(rèn)為是文化的基本要素。

物理學(xué)的學(xué)習(xí)主要以教師為主體，教師在不斷學(xué)習(xí)和提升的 過(guò)程之中促進(jìn)個(gè)人的綜合素質(zhì)。教師是整個(gè)教學(xué)實(shí)踐之中的主體和實(shí)踐者，教師所采取的教學(xué)理念會(huì)直接影響最終的教學(xué)質(zhì)量，教師需要提高個(gè)人修養(yǎng)、樹(shù)立終身學(xué)習(xí)的理念，了解物理學(xué)學(xué)習(xí)的相關(guān)要求，積極考慮不同的歷史影響要素，掌握歷史知識(shí)的基礎(chǔ)，站在方法論的角度研究物理科學(xué)的發(fā)展進(jìn)程，挖掘其中的教育內(nèi)涵和教學(xué)功能，只有這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)生的良性成長(zhǎng)和發(fā)展。

（二）研究物理學(xué)史教學(xué)的方法

隨著人們的生活的方式和生活質(zhì)量發(fā)生了變化，必須具備技術(shù)素養(yǎng)。例如，關(guān)于貝爾發(fā)明電話的故事或馬可尼發(fā)明無(wú)線的故事以及關(guān)于通信發(fā)展到現(xiàn)在的課程，再加上類(lèi)似的展覽，可能成為學(xué)校與日常技術(shù)之間的連接紐帶。我們?cè)谶M(jìn)行教學(xué)的過(guò)程中，可以把這些有趣的案例和結(jié)合生活的技能融入到教學(xué)的過(guò)程中去。物理學(xué)史在高中物理學(xué)習(xí)的過(guò)程中扮演著重要的角色，要想保證學(xué)生獲得一定的學(xué)習(xí)收獲，教師需要站在學(xué)生的角度研究物理歷史教學(xué)的具體方法，針對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)情況設(shè)置科學(xué)的教學(xué)目標(biāo)。另外物理學(xué)史教學(xué)需要遵從一定的內(nèi)在規(guī)律，實(shí)現(xiàn)不同環(huán)節(jié)的交叉結(jié)合，分析學(xué)科歷史解題之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，了解物理科學(xué)研究的背景，講述科學(xué)家成長(zhǎng)的故事，充分合理的運(yùn)用不同的方法論，積極的揭示歷史教育與思想品德教育之間的關(guān)系，更好的體現(xiàn)物理教育的重要性和價(jià)值，提高物理學(xué)教育的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)該學(xué)科的健康發(fā)展。最后，教師還需要科學(xué)合理的處理好物理歷史學(xué)習(xí)與物理實(shí)踐知識(shí)學(xué)習(xí)之間的關(guān)系相關(guān)性，促進(jìn)物理教學(xué)質(zhì)量和水平的穩(wěn)定提升，提高學(xué)生物理素養(yǎng)。

（三）改進(jìn)物理學(xué)史的教學(xué)方法

長(zhǎng)期的應(yīng)試教育導(dǎo)致許多物理教師在教學(xué)時(shí)不夠重視物理學(xué)史的教學(xué)，大部分的物理教學(xué)模式非常的落后和傳統(tǒng)，學(xué)生缺乏參與的積極性，無(wú)法意識(shí)到物理學(xué)學(xué)習(xí)的樂(lè)趣和奧秘。之所以會(huì)出現(xiàn)這一現(xiàn)象主要在于教師所采取的教學(xué)策略和教學(xué)手段過(guò)于落后，無(wú)法調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，物理學(xué)史教育與學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展需求之間存在一定的聯(lián)系，不符合該學(xué)科教學(xué)的具體目標(biāo)。對(duì)此，教師需要改進(jìn)物理學(xué)史的教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生參與小組合作，將情景教育融入其中，站在學(xué)生的角度進(jìn)行深入的解讀，只有這樣才能夠突破傳統(tǒng)應(yīng)試教育的桎梏，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的良性成長(zhǎng)。比如，在課堂上使用物理學(xué)史上的事件甚至是戲劇化的“歷史對(duì)話”演講，都可以鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)物理學(xué)的教與學(xué)持積極態(tài)度。

結(jié)束語(yǔ)

總之，在高中物理教學(xué)的過(guò)程之中滲透物理學(xué)史教育對(duì)提高學(xué)生的綜合學(xué)習(xí)能力、培養(yǎng)學(xué)生良好的歷史觀有著關(guān)鍵的作用，教師需要將物理學(xué)史教育與學(xué)科主體內(nèi)容教育相聯(lián)系，采取符合學(xué)生個(gè)性化發(fā)展特點(diǎn)的教學(xué)策略落實(shí)不同的教學(xué)任務(wù)，從而滿足在新時(shí)代下培養(yǎng)高素質(zhì)人才的需求。

參考文獻(xiàn)

[1]錢(qián)曙輝.物理學(xué)史在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用[J].讀與寫(xiě)（ 教育教學(xué)刊） ，2015，12（ 7） ： 150 - 150.

[2]周艱.淺議物理學(xué)史在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用[J].中學(xué)課程輔導(dǎo)（ 教師教育） ，2011（ 2） ： 48 - 48.

[3]吳杰.高中教學(xué)中物理學(xué)史的人文教育價(jià)值的實(shí)踐研究[D].天津師范大學(xué)，2011.

[4]Redish，E.F.，and Jack Wilson. Student Programming in the Introductory Physics Course：M.U.P.P.E.T. The American Journal of Physics 61 （1993）： 222-232.

[5]Redish，E. F. “Implications of Cognitive Studies in the Teaching of Physics.” American Journalof Physics. 62（6），（1994）： 796-803.

[6]Redish，E. F.，Richard N. Steinberg，and Jeffery M. Saul American Journal of Physics. 66（1998）：212-224.

[7]Holmyard，E. J.： 1923–4，‘The Historical Method of Teaching Chemistry’，School Science Review5（20），227–233.

[8]Holton，G.： 1952，Introduction to Concepts and Theories in Physical Science，Addison-Welsey，NewYork.