淺論物理學(xué)史在高中物理習(xí)題教學(xué)中的應(yīng)用

趙華志

（盤錦市遼東灣實驗高級中學(xué) 遼寧 盤錦 124000）

高中物理課程知識量增大、理論性增強，展現(xiàn)出抽象、系統(tǒng)、綜合的特點，為教與學(xué)帶來一定挑戰(zhàn)，學(xué)練結(jié)合成為常用的教學(xué)模式。習(xí)題課作為夯實知識基礎(chǔ)、淬煉思維水平、提升應(yīng)用能力的重要載體，在高中物理教學(xué)中占據(jù)無可取代的地位。但是受制于應(yīng)試教育觀念，高中物理的習(xí)題教學(xué)深陷題海戰(zhàn)術(shù)泥潭，暴露出高費低效的問題，教師教的艱難，學(xué)生學(xué)的辛苦。在素養(yǎng)立意背景下，高中物理習(xí)題教學(xué)加快模式轉(zhuǎn)型迫在眉睫。近年來針對物理學(xué)史的考核與日俱增，為高中物理習(xí)題教學(xué)帶來啟發(fā)，將物理學(xué)史和解題訓(xùn)練融為一體或?qū)⒊蔀榱?xí)題課改變現(xiàn)狀的突破口。

1.物理學(xué)史在高中物理習(xí)題教學(xué)中應(yīng)用的意義

1.1 順應(yīng)新課改的必然

隨著新課程、新高考改革的深入，高中物理不再單純的傳遞事實性知識，而是以培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)為目標(biāo)，滿足學(xué)生終身發(fā)展的需求。物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的形成與發(fā)展并非一蹴而就，而是在學(xué)習(xí)過程中不斷積累、內(nèi)化塑造起來的。面對全新的教育形勢與教學(xué)要求，高習(xí)題課作為高中物理的重要教學(xué)板塊，需要改變枯燥的知識灌輸與機械的題海訓(xùn)練，根據(jù)學(xué)科特點與學(xué)生需求打造智慧型課堂，實現(xiàn)教學(xué)的提質(zhì)增效。物理學(xué)史與習(xí)題教學(xué)有機融合是順應(yīng)新課改的有力嘗試，極具研究價值與實踐意義。具體而言，第一，物理學(xué)史本身就是高中物理教學(xué)的不可獲取的組成部分，近年來高考中頻繁出現(xiàn)關(guān)于物理學(xué)史的考核，可見物理學(xué)史與習(xí)題課程的融合是提升學(xué)生新高考適應(yīng)力的有效手段。與此同時，在物理學(xué)史的加持下，能夠促使學(xué)生了解知識的來龍去脈，理解物理知識體系的宏觀大邏輯，快速的理清實際問題與物理知識之間的關(guān)聯(lián)，找到解決問題的方法。第二，物理學(xué)史中蘊含了豐富的科學(xué)探究案例，有機應(yīng)用于習(xí)題教學(xué)不僅大大提升了課堂的趣味性，讓學(xué)生感受到物理探索的樂趣，而且有助于擺脫“就題論題”的封閉學(xué)習(xí)思維，促使學(xué)生體會其中反映出的科學(xué)思維與思想方法，提升物理思維的靈活性與延展性。

1.2 提升解題能力的必然

高中物理習(xí)題教學(xué)是檢測學(xué)生學(xué)習(xí)效果的重要課程，其最終落腳點是加深學(xué)生對物理知識的理解層次，提升運用物理知識解決實際問題的能力。物理學(xué)史與習(xí)題教學(xué)的有機融合對于提升學(xué)生解題能力具有積極意義。具體而言，第一，高中物理作為一門理性課程，提升學(xué)生解題能力的方法并不是掌握所謂的“套路”，而是理解物理思想方法、洞察本質(zhì)規(guī)律。物理學(xué)史則反應(yīng)了物理學(xué)家認(rèn)識物理現(xiàn)象、探究物理規(guī)律、發(fā)現(xiàn)物理本質(zhì)的過程，其中蘊含了豐富的思想和方法。因此，教師將物理學(xué)史和習(xí)題教學(xué)融為一體，引導(dǎo)學(xué)生從前人的經(jīng)驗中獲得解題思路的啟發(fā)或找到高效的方法工具，對需要解決的物理問題做出準(zhǔn)確的分析與判斷，可以說依托物理學(xué)史做為習(xí)題訓(xùn)練的背景是促使學(xué)生站在巨人肩膀上審視現(xiàn)實問題的教學(xué)方法，讓剪不斷理還亂的物理問題變得清晰起來。第二，清晰的理解物理概念是高效解決問題的基本前提，但是由于高中物理知識的抽象性，學(xué)生會存在概念模糊的問題，例如，力與運動的關(guān)系是什么？光的本質(zhì)是什么？原子結(jié)構(gòu)的定義是什么等等，成為影響解題能力的癥結(jié)所在。而將物理學(xué)史融入習(xí)題教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生借助物理學(xué)家建立物理理論過程打破認(rèn)知困惑，突破前概念的桎梏，理解物理知識的多重意義，打開解決疑難問題的思路，提高解決問題的能力。

2.物理學(xué)史在高中物理習(xí)題教學(xué)中的應(yīng)用策略

2.1 構(gòu)建情境，增強物理練習(xí)趣味

在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，高中物理習(xí)題教學(xué)沿用布置練習(xí)任務(wù)、學(xué)生獨立完成題目練習(xí)、訂正答案與答疑的流程，一成不變的教學(xué)方式難免有些枯燥，容易出現(xiàn)學(xué)生興趣不高的問題，難以激活學(xué)生的思維，影響課堂教學(xué)效果。物理學(xué)史的有機融入能夠打破這一局限性，賦予枯燥的物理難題以生動的情境，讓習(xí)題教學(xué)重?fù)Q生機與活力，調(diào)動學(xué)生的積極情緒。例如關(guān)于原子核的物理練習(xí)題目，教師以科學(xué)家的探究事跡作為題干，引出所要解決的具體問題。比如以下題目:偉大的科學(xué)家之一的居里夫人，在放射性的研究方面取得了舉世矚目的成就。她曾經(jīng)克服惡劣的環(huán)境因素，通過處理不計其數(shù)的瀝青礦殘渣，歷時四年提取到了0.1g 氯化鐳。此外，她還是放射性元素釙的發(fā)現(xiàn)者與命名者，放射性元素釙的原子序數(shù)為84，是已知最為稀有的元素之一。正是由于居里夫人堅韌不拔、嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度讓物理學(xué)研究獲得了跨越式發(fā)展，她也因此獲得了諾貝爾獎。釙在放射時放出某種粒子X 后，形成新的原子核20682Pb。如果該放射源放在一個帶有小孔O 的正方形容器ABCD 內(nèi)，容器的邊長為L。粒子以不同的速度從AB 邊的中點處的小孔豎直向上射出，進入一個磁場感應(yīng)為B 的均強磁場中，且磁場區(qū)域足夠大，容器內(nèi)無磁場。若有一速度為v0de粒子恰好打在A 點。試寫出該核反應(yīng)方程，并判斷適何種衰變？這種粒子的電量與質(zhì)量之比是多少？如果有一粒子恰好打在D 點則該粒子的速度是多大？教師引導(dǎo)學(xué)生將物理知識與物理學(xué)史聯(lián)系起來，拓展認(rèn)知邊界的同時，增強物理練習(xí)的趣味性與實效性。

2.2 追本溯源，解讀物理思想方法

思想方法是支持學(xué)生分析物理問題與解決物理問題的關(guān)鍵因素，但也是學(xué)生普遍缺失的核心能力。教師改變套路式的講解方式，將教學(xué)指導(dǎo)的要點放在本質(zhì)探究層面，圍繞習(xí)題知識內(nèi)容展開追本溯源，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)相對應(yīng)的物理學(xué)史，并從物理學(xué)史中抽象出重要的思想方法，打開解題思路。例如，安培力學(xué)的練習(xí)題目，下面四幅圖顯示了磁場對通電指導(dǎo)線的作用力，其中正確的是（ ）？

此道題目是關(guān)于安培力方向的考核，雖然較為簡單，但是教師的教學(xué)指導(dǎo)不應(yīng)局限于讓學(xué)生找到正確答案，而是透過問題分析其中蘊含的物理思想方法。因此，教師可以引導(dǎo)學(xué)生重塑安培定律的發(fā)現(xiàn)過程，比如，奧斯特經(jīng)過一系列的研究發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，首次揭示了電與磁之間的關(guān)聯(lián)。安培從中獲得啟發(fā)，展開了一系列的探究實驗，對折導(dǎo)向通入大小相等的平行電流實驗得出結(jié)論之后，安培進一步優(yōu)化實驗，將載有反向電流的一段換成繞另一端的螺旋線，發(fā)現(xiàn)了電流元具有矢量的性質(zhì)。在此基礎(chǔ)上，將一個圓弧形狀的導(dǎo)體架在水銀槽上的實驗確定了作用在電流元上的力是與它垂直的這一關(guān)鍵理論。通過重塑安培法則的有關(guān)研究史料，促使學(xué)生找到物理問題與知識之間的關(guān)聯(lián)，快速、準(zhǔn)確的解決問題。通過物理學(xué)史的合理運用改變就題論題的教學(xué)方式，讓學(xué)生做到知其然亦知其所以然，掌握題目中的物理定理、一般規(guī)律或思想方法，并在解題中創(chuàng)造性的遷移應(yīng)用。

2.3 遞進練習(xí)，提升物理分析能力

高中物理知識深度與廣度大幅增加，對于學(xué)生的學(xué)習(xí)而言不失為一項挑戰(zhàn)，習(xí)題教學(xué)的設(shè)計應(yīng)杜絕急功近利，具有層次性與遞進性，引導(dǎo)學(xué)生由低起點切入，循序漸進的提升理解與應(yīng)用層次。例如，在物理學(xué)探究史上測量光速結(jié)果最為準(zhǔn)確的是邁克爾遜，他運用旋轉(zhuǎn)光鏡法測量到的結(jié)果為299764±4 千米每秒。教師圍繞這一物理學(xué)史設(shè)計組合式練習(xí)題目，邁克爾遜采用一束光射到八面鏡假設(shè)這面鏡子安放在45 千米遠的一處山上，如何調(diào)整八面鏡的轉(zhuǎn)速，使返回的光恰好被轉(zhuǎn)過的一面鏡子反射，問旋轉(zhuǎn)鏡的轉(zhuǎn)速是多少？問題三，假設(shè)八面鏡在一個圓周上轉(zhuǎn)動的平均半徑為20cm，每面鏡子的質(zhì)量均為20g，思考需要施加多大的向心力才能夠使得鏡子轉(zhuǎn)動？由測量光速的物理學(xué)史引申出關(guān)于運動學(xué)的階梯式練習(xí)題目，促使學(xué)生能夠多角度的解讀物理知識，能夠發(fā)現(xiàn)不同事物中蘊含的物理現(xiàn)象與問題，提升分析能力與思辨能力。

2.4 變式練習(xí)，發(fā)展物理高階思維

在新高考背景下，形成了一核四翼的考核評價體系，注重對核心價值、學(xué)科素養(yǎng)、關(guān)鍵能力和必備知識的考察，高中物理的考核趨勢由對理論知識的掌握程度向?qū)嶋H應(yīng)用能力方向轉(zhuǎn)變。針對高考形勢的變革，高中物理習(xí)題教學(xué)同樣需要做到與時俱進，增加變式練習(xí)，引領(lǐng)學(xué)生理解物理知識本質(zhì)，發(fā)展物理高階思維，能夠更為從容的應(yīng)對各項挑戰(zhàn)。例如，一道簡單的物理學(xué)史題目，經(jīng)典理論在解釋原子穩(wěn)定性和解釋原子光譜時遇到了什么困難？教師圍繞此題目展開變式練習(xí)。比如，丹麥物理學(xué)家玻爾意識到經(jīng)典理論在解釋原子結(jié)構(gòu)方面的困難，在對巴爾末得出結(jié)論深入研究的基礎(chǔ)上，引入了量子這一全新的物理概念，并對盧瑟福的行星系統(tǒng)模型做出了繡花，從而形成了量子化原子模型，使得原子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的問題得以有效解決，解釋了氫光譜。問闡線狀譜和連續(xù)譜是什么？概述光譜的探究過程是什么？經(jīng)典理論對原子光譜的解釋與實驗事實存在怎樣的出入？玻爾理論雖然獲得了重大突破，但是被成為“半經(jīng)典半量子”，其局限性是什么？通過變式練習(xí)打破學(xué)生的思維定式，引深學(xué)生的思考方向，能夠以批判性思維審視物理知識，學(xué)會在學(xué)習(xí)中思考，在思考中重塑。

結(jié)束語

總而言之，物理學(xué)史與習(xí)題教學(xué)的有機融合是改革創(chuàng)新的有力嘗試，也是實現(xiàn)課堂提質(zhì)增效的有效途徑。但是不可否認(rèn)，二者的融合實踐落實過程中，仍然會面臨諸多現(xiàn)實問題，需要教師改變經(jīng)驗主義的束縛，深入分析物理學(xué)史與習(xí)題之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，采取多元化的教學(xué)方式，增強教學(xué)實效性，促進學(xué)生綜合能力的發(fā)展。