物理学史在物理教学中的应用

物理学史在物理教学中的应用

发表时间：2019-03-07T17:00:39.780Z 来源：《教育学》2019年3月总第170期作者：焦颖

[导读] 本文通过对科学课堂的探索研究，结合自身的课堂经验，发现物理教学过程中结合物理学史，可以让学生对物理学知识的建构有一个更清醒的认识，更加有利于物理学习和培养探究精神。

陕西省西咸新区秦汉中学712000

摘要：本文通过对科学课堂的探索研究，结合自身的课堂经验，发现物理教学过程中结合物理学史，可以让学生对物理学知识的建构有一个更清醒的认识，更加有利于物理学习和培养探究精神。

关键词：物理学史科学探究

一、物理学史与物理教学结合的必要性

物理学史与物理教学的结合是国内外基础教育改革的一项重要课题。以逻辑方法为主的传统物理教育忽视了科学知识建构的过程，对科学方法论没有给以足够重视，忽视了学生的兴趣、态度、情感和创造力培养，不利于科学本质理解，不利于科学精神和创新能力的培养。物理学史和物理教学的结合是改革传统物理教学的有益手段。美国《面向全体美国人的科学-2061计划》和《国家科学教育标准》都非常重视“科学本质”和“历史观点”教育。斯诺的“两种文化”问题和萨顿的“将科学史作为联结科学文化和人文文化之间的一座重要桥梁”的观点使得科学史与科学教学结合的作用日益受到重视。

1.引用物理学史料可以帮助学生理解掌握物理学知识的本质。

物理学习中仅仅掌握住有关内容的理论、事实、定义、结论、公式和计算方法，还不等于理解了知识的深刻本质和丰富的内涵。现有的物理知识都是在人类与物理世界的长期对话中，经过无数的曲折与反复，抽象、概括而获得的。对现有知识的历史考察，可以把发现的本质放在更真实的背景下，使学生真正懂得它们的本质，并得到超出定律和公式的许多启示。比如伽利略著名的几个思想实验，一个是质量大的物理是否下落得更快，他通过把大球和小球连接起来，若大球快则会拖动小球，速度应该介于大球速度和小球速度之间，但是若大球小球看做整体按照前人的想法应该比单个大球下落速度更快。两项矛盾轻松地化解了这个存在于很多人意识中的错误。类似的实验很多，很容易理解，精巧的设计思路、科学假设和最后的总结，既让学生对重力有了更深层次的理解，又使学生在科学思维和科学方法上受到启迪。

2.可以让学生认识到真理的绝对性与相对性辩证关系。

光记住一些物理概念、数据、定律和公式，并不表示真正理解了物理学。因为科学的本质并不在于它所获得知识的多寡与深度，而更重要的在于“探索”。对物理学理论本质的全面理解，包含着对物理学理论发展的动态性以及对物理学理论的相对真理性的认识。作为知识的历史选择结果的物理学理论，都包含着对与错、真与假的双重因素，包含有大量未知因素，不可能完善无缺。在教学中作必要的历史回顾，会使学生从知识的更替演变中认识它的条件性、局限性，认识科学理论的相对真理性。在现代物理学发展的各个领域和各个时期，历来都有人做出发展已近尾声的预言，但物理学发展的历史却表明，每一个领域都会不断涌现出激动人心的新发现。可以肯定，物理学永远是一个充满生机和活力的学科，它永远不会老化和僵死，永远不会终止探索的步伐。比如，人们对原子结构从最早的汤姆孙模型到后来的玻尔量子化模型，直到近代量子力学建立后，人们才对原子核内部运动有了基本了解。学生们会理解真理的探究过程，增强他们的科学思维。

3.引用物理学史料让学生了解物理学基本观念的变革。

物理学的发展最本质地表现在物理学基本观念的演变上，一个新的概念甚至会发展成为一个新的领域。就像最初人们认为空气中存在氧素，后来拉瓦锡测定空气成分才发现了氧气等各种气体。再比如最初人们通过声音传播，认为光的传播也需要介质，而空间中到处存在这么一种介质成为以太，当然后来都证明了光传播不需要介质。每一种新的物理学发现不断地在推翻我们的认知，量子力学的出现推翻了无数经典力学的“真理”。通过对物理学史的学习，学生们可以感受到物理学的发展，有助于他们打破常规思路，开拓创新，探索前人所未敢触碰的地方。

4.培养学生的科学素质。

这里的科学素养包括独立思考和怀疑精神、想象力和判断力以及科学的探索问题探究问题的方法。1956年正是杨振宁和李政道敏锐地审察了从未被人怀疑过的宇称守恒定律的适用范围，大胆提出了弱相互作用中宇称不守恒的假说，从而导致了物理学理论的一个突破性进展。批判的头脑、怀疑的精神，是打开未知科学大门的钥匙。在我们以往的教学中，经常提到要培养学生“分析问题和解决问题的能力”，而忽视了“提出问题的能力”。但往往对于培养有创造性的、能独立思考的科学人才来说，这后一点才是最重要的。牛顿从苹果落地想到万有引力，汤姆孙从面包中得到原子模型的灵感，凯库勒梦见衔尾蛇想到的苯环结构，可见想象力在科学研究中的作用。其次物理学的探究过程充满了严谨的实验、严密的逻辑推理，这不仅是探究物理的方法，也是一个人探索世界的方法。

5.激发学生的兴趣和求知欲。

物理学是研究物质运动的一般规律和物质的基本结构的一门学科，是实践和理论相结合的产物。各种概念、定律、公式、法则之间关系复杂，学生在学习时一时难以掌握它们的物理意义以及它们之间的关系，久之则产生畏难情绪。因此，大多数学生觉得物理难学，有的甚至对物理课有一种恐惧感，所以在教学中适当加入一些物理学史知识，既可以使学生体会到自然界的奇妙，引发学生兴趣，又可以使学生了解物理学家长期探索、不断努力、刻苦钻研的奋斗过程，激发学生刻苦学习的决心。

例如，结合“单摆”一节内容的学习，教师可以向学生介绍古代有关时间的测量及摆钟发明的过程。早在远古时代，人们便学会了根据天文变化计算较长的时间间隔，对于比日更短的时间单位，人们不得不用某些不精确的办法。在中世纪，机械钟开始进入人们的生活，表盘上的指针是靠悬挂重物控制的齿轮来带动的，重物会使齿轮转动。但是，必须有一种十分恒定的运动，才能调节齿轮有规律地运转。荷兰科学家惠更斯敏锐地想到伽利略青年时代所发现的单摆运动的“等时性”，通过自己的反复构思和实验，发明了带摆的钟，成了人类测量时间的第一部精确仪器，科学实验为人类带来意想不到的好处。

二、物理学史与教学结合的方式和模式

考虑到学生的认知水平和对物理学史的需要情况，我们针对两种不同的物理知识，提出两种在基础物理教学中引入物理学史的方式。