利用物理學史培養(yǎng)科學態(tài)度與責任實踐探索
——以“粒子的波動性”為例

應(yīng) 俊

(寧波市鎮(zhèn)海中學 浙江 寧波 315200)

科學態(tài)度與責任作為物理核心素養(yǎng)的四大維度之一，承擔培養(yǎng)品格、態(tài)度、責任感的重要使命.“科學態(tài)度與責任”是指在認識科學本質(zhì)，認識科學·技術(shù)·社會·環(huán)境關(guān)系的基礎(chǔ)上，逐漸形成的探索自然的內(nèi)在動力，嚴謹認真、實事求是和持之以恒的科學態(tài)度，以及遵守道德規(guī)范，保護環(huán)境并推動可持續(xù)發(fā)展的責任感.“科學態(tài)度與責任”主要包括科學本質(zhì)、科學態(tài)度、社會責任等要素[1].物理學史記載著人類認識自然、改造自然的生動畫卷，充滿豐富的物理學思想與方法，飽含著物理學家的高尚情操和精神品質(zhì)，因此物理課堂要挖掘其獨特的育人功能價值，幫助學生形成正確的科學態(tài)度與責任感.但在實際物理學史教學中存在著教學目標模糊、教學內(nèi)容缺失、教學方式單一、教學效果不佳等問題[2]，忽視學生情感品格上的培養(yǎng)，所以利用物理學史培養(yǎng)科學態(tài)度與責任實踐探索有著重要意義.

下面筆者從5個方面闡述利用物理學史培養(yǎng)科學態(tài)度與責任的教學途徑和策略，以人教版選修3-5“粒子的波動性”為例說明.

1 審視過程提高科學認識

審視物理發(fā)展的歷程，里面包含很多的認識論和方法論，要鼓勵學生在已有經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，多方位、多角度思考所遇到的問題，綜合運用自然科學以及人文社會科學領(lǐng)域的知識，分析影響問題解決的多種因素，提出解決問題的方案.為了更好地培養(yǎng)學生地科學素養(yǎng)，要求教師以科學的方法去融合與連結(jié)學科之間的知識、原理和方法，分析物理事件對自己、對他人、對集體的影響，分析于國、于科技、于歷史、于社會的意義，深入了解變化的因素和影響，提高科學認識[2].以“粒子的波動性”的引入為例說明，如表1所示.

表1 “粒子的波動性”教學設(shè)計

2 揭示因果追溯科學本質(zhì)

全面地認識和看待物理發(fā)展，需要揭示科學家當時所處時代的歷史背景和條件限制，揭示因果關(guān)系，追溯科學本質(zhì).探求因果關(guān)系和本質(zhì)因素，需要具有發(fā)展聯(lián)系的眼光，既要看到物理事件發(fā)生的原因，又要推出物理事件產(chǎn)生的結(jié)果；需要具有全面辯證的思維，既要看到客觀因素和主觀原因，又要看到積極意義和消極影響.根據(jù)科學家當時的背景和條件出發(fā)，能讓學生在利弊比較中明白物理發(fā)展的偶然與必然，揭示事物發(fā)生發(fā)展的本質(zhì).揭示因果關(guān)系追溯科學本質(zhì)具體通過3個途徑加以分析：追根溯源，由果溯因；以因推果，分析利弊；反面假設(shè)，推導結(jié)果.接下來以“粒子的波動性”中德布羅意提出實物粒子波粒二象性從“追根溯源，由果溯因”角度分析個人成長背景.

教學案例：回顧德布羅意的成長歷程.他從小就酷愛讀書，中學時代顯示出文學才華，18歲開始在巴黎索邦大學學習歷史，他善于用歷史的觀點和對比的方法分析問題，1910年獲文學學士學位.1911年，他聽到作為第一屆索爾維物理討論會秘書的莫里斯談到關(guān)于光、輻射、量子性質(zhì)等問題的討論后，激起了對物理學的強烈興趣，轉(zhuǎn)向研究理論物理學.從哥哥那里他了解到普朗克和愛因斯坦關(guān)于量子方面的工作，進一步引起對物理學的極大興趣.經(jīng)過一番思想斗爭之后，德布羅意放棄了研究法國歷史的計劃，選擇了物理學的研究道路.1924年，獲巴黎大學物理學博士學位，在博士論文中提出了“物質(zhì)波”概念.

問題：在德布羅意的成長中，哪些經(jīng)歷和因素對他提出物質(zhì)波的概念起到了積極的影響？

設(shè)計意圖：揭示德布羅意的學習經(jīng)歷，講述學習知識面廣、學習興趣愛好等方面的重要性，說明個人形成完善的認識論和方法論起到積極的影響，這些都為他能提出物質(zhì)波的想法奠定基礎(chǔ)，揭示物理歷史發(fā)展的必然性和偶然性，同時也對學生形成良好的學習觀起到積極影響.

3 模擬探究塑造科學態(tài)度

波恩提出好的科學課程應(yīng)該有科學史的滲透，并讓學生感受和了解科學研究中的細節(jié).物理學史集中體現(xiàn)人類如何與自然斗爭并逐步了解物理世界的現(xiàn)象、結(jié)構(gòu)、特征、規(guī)律和實質(zhì)的過程,它蘊含了物理學家的認識論、方法論和智慧的結(jié)晶，有必要將科學家的部分或者處理過的探究過程讓學生體驗，幫助學生塑造良好的科學態(tài)度.將物理學史的探究融入物理課堂不是簡單的史料穿插，不能簡單地向?qū)W生傳輸物理發(fā)展的歷程，而是要求在備課的時候進一步查閱資料，對歷史中的科學家做細致分析，深入挖掘科學家在從事科學研究過程中所體現(xiàn)出的研究方法、研究思路等多方面的內(nèi)容，挖掘自然科學的探索所需要的勇于創(chuàng)新、堅持真理、堅韌不拔的科學精神和科學態(tài)度[3].在物理教學中強調(diào)學生站在當時科學家的角度開展科學探究，注重科學方法的養(yǎng)成，有計劃地去設(shè)計，有步驟地去實施，并在探究后能夠做好討論交流.下面引導學生參與部分的物質(zhì)波的探究為例，如表2所示.

表2 “物質(zhì)波”教學設(shè)計

續(xù)表2

4 創(chuàng)設(shè)情境重視情感體驗

通過創(chuàng)設(shè)特定的物理學史情境，模擬歷史片斷，讓歷史人物和歷史事件穿越時空，感性地走進學生的視野、走進學生的心靈，引導學生參與情感體驗.我們“虛擬”的歷史情景，無法完全還原它的真實面目，只能憑借想象和理解去“再現(xiàn)”歷史，必須依據(jù)前人遺留下來的真實的歷史材料為背景來創(chuàng)設(shè)情境.依托情境問題，借助自身經(jīng)驗、判斷，形成許多真實、鮮活的課堂互動，在身臨其境的學習情境中，讓學生了解、評判、思考，豐富自己對物理歷史的認識和對現(xiàn)實的思考，有效避免了傳統(tǒng)教學中學生念書本的雷區(qū)，有效激發(fā)學生學習的興趣，鞏固了知識的同時又獲得情感體驗的機會，取得不錯的教學效果.

下面以亞歷山大·多維葉和G·P·湯姆孫對待驗證物質(zhì)波實驗存在的不同態(tài)度創(chuàng)設(shè)的情境為例，如表3所示.

表3 歷史上對待驗證物質(zhì)波實驗的不同態(tài)度

5 品味鑒賞陶冶道德情操

在物理教材中，有許多物理學史有關(guān)的《科學漫步》《科學足跡》和《科學史料》，在這些材料中介紹了很多物理學中重大發(fā)現(xiàn)過程和科學家的科學生涯,通過教學內(nèi)容組織與設(shè)計，讓學生參與分析、鑒賞、品味、陶冶和熏陶，讓學生品味科學探索的卓越品質(zhì)和精神，讓學生熏陶科學家的優(yōu)秀品格和情操，讓學生感受物理內(nèi)在的美學特征和魅力，有利于學生價值觀、科學態(tài)度和社會責任感的形成.例如物理的美表現(xiàn)為物理具有形式簡潔、對稱、和諧等類似藝術(shù)品的美學特征,物理學力求用簡單的方程或定律去概括自然規(guī)律，但其中內(nèi)涵卻是豐富而深刻的.許多著名的物理學家都有感知美的奇異本領(lǐng)，美學思想在許多物理學家創(chuàng)立與評價物理學理論時起著重大的啟發(fā)與指導作用，成為科學家們獻身科學、潛心研究的直接動力之一.所以我們應(yīng)該適當?shù)叵驅(qū)W生滲透物理學中包含的美學，體會其中的奧妙.下面以朗之萬和卡爾·烏辛感受物質(zhì)波中的鑒賞物理的美為例，如表4所示.

表4 感受物質(zhì)波的美

總而言之，物理學史是我們物理教學內(nèi)容的重要補充，有效地利用物理學史的資源有利于激發(fā)學生的興趣和潛能，培養(yǎng)學生的良好品質(zhì)和精神，幫助學生樹立崇高的社會責任感和道德情懷[4]，有利于培養(yǎng)學生良好的科學態(tài)度和責任感，應(yīng)該加以重視和落實.