優(yōu)品課件之融人文素養(yǎng)于科學(xué)教育之中

1、優(yōu)品課件 融人文素養(yǎng)于科學(xué)教育之中 一百多年前，馬克思就指出：“自然科學(xué)往后將包括關(guān)于人的科學(xué)， 正像關(guān)于人的科學(xué)包括自然科學(xué)一樣，將是一門科學(xué)”。他又說：“自 然界的社會現(xiàn)實(shí)，和人的自然科學(xué)或關(guān)于人的自然科學(xué)， 是同一個說 法。”當(dāng)今現(xiàn)實(shí)已經(jīng)證實(shí)了馬克思的預(yù)言，自然科學(xué)與社會科學(xué)統(tǒng)一， 科學(xué)整體化發(fā)展已經(jīng)成為不可抗拒的潮流。 所以在自然科學(xué)的教學(xué)中 如何貫穿人文素養(yǎng)教育，而不僅僅是具體學(xué)科知識的傳授，現(xiàn)象的羅 列深刻挖掘教材，融人文精神于科學(xué)精神之中，筆者做了初步嘗 試，以牛頓第一定律的教學(xué)為例加以論證。 牛頓第一定律是牛頓經(jīng)典力學(xué)體系的開篇，也是繼續(xù)學(xué)習(xí)牛頓第二、 第三定律的基礎(chǔ)。牛頓第一

2、定律在初中階段學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過， 但學(xué)的 比較簡單，對概念的理解也很膚淺；所以在高中階段再次學(xué)習(xí)這個內(nèi) 容時，不僅要在知識上有所突破，而且還要從科學(xué)的研究方法和認(rèn)識 論上有進(jìn)一步的提高。為此，筆者在教學(xué)中對教材在以下幾個方面做 了突破： 一、在科學(xué)知識的講授中，適當(dāng)穿插科學(xué)發(fā)現(xiàn)和發(fā)明的歷史以及科學(xué) 家的故事 從人類開始思考力和運(yùn)動的關(guān)系到形成牛頓第一定律歷時兩千多年， 這其中凝聚了無數(shù)人的心血，也走了一些彎路。了解它產(chǎn)生的歷史背 景、形成和發(fā)展的過程，了解它的來龍去脈，能夠更深刻地理解它們 的本質(zhì)。而且歷史上物理學(xué)家對某一物理現(xiàn)象、概念或規(guī)律的發(fā)現(xiàn)， 其思維過程與今天學(xué)生認(rèn)識這一問題的思路往往有

3、類似之處，現(xiàn)在學(xué) 生頭腦中認(rèn)識這一問題還存在“亞里士多德”式的錯誤。 所以借助于 物理學(xué)史料可以啟發(fā)學(xué)生思維，澄清認(rèn)識。 （一）教材上物理學(xué)史的-有以下不足： 1課本上引述了一段亞里士多德的話“必須有力作用在物體上，物 體才能運(yùn)動，沒有力的作用，物體就要靜止下來”。這是對力和運(yùn)動 的一個錯誤認(rèn)識。高一物理教材上對亞里士多德的介紹幾乎沒有， 談到他的時候都是引用他的一些錯誤觀點(diǎn)， 這樣很容易給學(xué)生造成一 種誤解。我們應(yīng)當(dāng)對在人類歷史長河中有卓越貢獻(xiàn)的人物有一個客觀 公正的論述。 2. 把牛頓第一定律當(dāng)成一個不變的、終結(jié)性的東西。對牛頓之前， 講了從亞里士多德以來近兩千年的歷史，而對牛頓之后卻只字

4、未提， 這就使學(xué)生對牛頓第一定律的領(lǐng)悟有一種僵化的感覺。事實(shí)上慣性定 律是人類理性在兩千多年的歷史長河中發(fā)展的產(chǎn)物，它不僅在牛頓之 前經(jīng)歷了曲折的發(fā)展歷程，在牛頓之后也有了很大的發(fā)展。 (二)教學(xué)中對不足之處做了如下改動： 1增加對亞里士多德的介紹：(Aristotle 公元前384前322)古 希臘著名的哲學(xué)家、教育家、文學(xué)評論家、物理學(xué)家、生物學(xué)家、教 育家、倫理學(xué)家和教師。他的講課被認(rèn)為是古希臘思想的百科全書。 引用黑格爾的話：“亞里士多德乃是歷史上最多才、最淵博(最深刻) 的科學(xué)天才之一，他是一個在歷史上無與倫比的人 柏拉圖的著作 被廣泛地閱讀，亞里士多德則直到最近還未被認(rèn)識， 所流行

5、的乃是關(guān) 于他的一些最錯誤的偏見”。 2. 增加牛頓之后思想家們對慣性及慣性定律的研究成果：在牛頓之 后，愛因斯坦與諾特爾對慣性定律的發(fā)展所做的創(chuàng)造性工作，特別是 愛因斯坦在創(chuàng)建了廣義相對論以后，使得慣性定律變得更具包容性。 主要事件有： (1) 1905年，愛因斯坦的“相對論”揭示了空間與時間是有聯(lián)系 的 (2) 1927年，“量子力學(xué)”的發(fā)展表明，基本粒子的性質(zhì)與對稱性 有極大關(guān)系 (3) 19561957年，楊振寧、李政道提出了“宇稱不守恒”，吳健 雄用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這一理論 3. 另外還要說明在科學(xué)上前人雖然已經(jīng)取得了輝煌的成就，但目前 已知的僅僅是很少的一部分，還有無數(shù)的未知之謎留待后人

6、去探研； 而前人所得到的結(jié)論，也決非金科玉律、不能變更。 教學(xué)實(shí)錄在課堂上，還出現(xiàn)了一個意想不到的小插曲：在講述物理學(xué) 史的過程中，為了增加同學(xué)們學(xué)習(xí)的興趣，我展示了幾個物理學(xué)家的 頭像。每一個頭像都會引起學(xué)生一陣小小的騷動。當(dāng)我把其中一個科 學(xué)家的頭像展示之后，一女同學(xué)大聲地說：“真對不起觀眾啊，怎么 長這樣呀？ ”她的話引起全班同學(xué)的哄堂大笑。我仔細(xì)一看，哦！這 個女生長得眉清目秀，怪不得敢這樣肆無忌憚的說話。 我稍微停頓了一下，沒有理睬她，繼續(xù)講述這個科學(xué)家的成就和貢獻(xiàn)， 只不過對他的介紹更加豐富細(xì)致了， 慢慢地教室里靜了下來，同學(xué)的 眼神也慢慢地變得嚴(yán)肅起來。介紹完了之后，我指著頭像說

7、：“現(xiàn)在 咱們同學(xué)再看看他感覺如何”？沒有人說話， 我又繼續(xù)說：“同學(xué)們 想沒想過我們現(xiàn)在學(xué)習(xí)的知識，學(xué)到的每一個公式、定律凝聚了多少 科學(xué)家們的心血和汗水，承載著多少曲折和艱辛；我們面對他們的時 候，感到的應(yīng)該是幸運(yùn)和感恩，他們是你成功的基石，前進(jìn)的云梯， 你要想看得更遠(yuǎn)，必須站在巨人的肩膀上，而他們就是巨人?！蔽抑v 到這里，一男生小聲地嘀咕：“從沒有那么想過”。我接著補(bǔ)充道： “那就從現(xiàn)在開始，用一種全新的目光去審視我們現(xiàn)在所學(xué)的知識及 創(chuàng)造這些知識的科學(xué)家”。 沒有人再笑了，同學(xué)們聽的很認(rèn)真 所以物理學(xué)史的引入還可以讓同學(xué)們重新審視我們所學(xué)的知識，因?yàn)?它承載了太多人的心血與汗水。 二、

8、科學(xué)教育要激發(fā)學(xué)生對科學(xué)的興趣 科學(xué)知識，包括概念規(guī)律方法等，不是死板的，而是從活生生的自然 現(xiàn)象中分析、抽象、總結(jié)出來的，是“有血有肉”的。 1在介紹伽利略反駁亞里士多德的關(guān)于力和運(yùn)動的觀點(diǎn)時，設(shè)計了 如下三個梯度： (1) 通過生活中的現(xiàn)象，分析現(xiàn)象的本質(zhì)。 演示實(shí)驗(yàn)：一輛小車從不同斜面的同一高度下滑， 在粗糙程度不同的 水平面上滑行，得出結(jié)論：小車停下來的原因是小車受到了阻力，所 以駁斥了“無力則?！薄．?dāng)水平面摩擦力越小，小車停下來要走的路 程就越長，當(dāng)小車不受阻力時，小車將永遠(yuǎn)運(yùn)動下去，從而駁斥了“有 力則動”。 (2) 通過課件介紹伽利略的理想實(shí)驗(yàn)。 (3) 通過氣墊導(dǎo)軌模擬物體間沒

9、有摩擦的理想情況。該實(shí)驗(yàn)提供了 阻力很小的條件，它的原理是氣泵給氣墊裝置打氣， 從而在滑塊與導(dǎo) 軌間形成一層空氣薄膜，滑動時阻力很小?？梢则?yàn)證滑塊的速度近似 勻速。 2. 慣性定律的實(shí)例分析 分析慣性在不同情況下的表現(xiàn)時，課上舉了大家司空見慣的現(xiàn)象，剎 車時人的上身傾斜，而腳卻可以在摩擦力的作用下和車一起減速。 引 導(dǎo)大家一起分析，得出結(jié)論：物體不受力時，物體的慣性維持原來的 靜止或勻速直線運(yùn)動的狀態(tài)不變； 物體受力時，物體的慣性使物體的 運(yùn)動狀態(tài)的改變需要時間。 3. 培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的人生態(tài)度和思維發(fā)展現(xiàn) 面對牛頓第一定律要使學(xué)生明白：任何一個概念和規(guī)律的形成都要經(jīng) 歷長期和復(fù)雜的過程，同時凝

10、聚了許多科學(xué)家的心血，我們要抱著一 種崇敬、感激和嚴(yán)肅的態(tài)度來學(xué)習(xí)，為將來的研究打下基礎(chǔ)。只有站 在巨人的肩膀上，我們才能站得更高、看得更遠(yuǎn)，才能在繼承的基礎(chǔ) 上發(fā)展和創(chuàng)新。 三、引導(dǎo)學(xué)生掌握科學(xué)的思維方法 物理學(xué)在長期的發(fā)展過程中形成的科學(xué)方法，不僅對物理學(xué)的研究， 而且對整個自然科學(xué)甚至社會科學(xué)的研究都有重大影響。 從亞里士多德對事物表面的粗糙的認(rèn)識到伽利略把實(shí)驗(yàn)和科學(xué)的推 理引入到科學(xué)研究中，這是一個偉大的飛躍。愛因斯坦曾這樣評說 “伽利略的發(fā)現(xiàn)及他所應(yīng)用的科學(xué)的推理方法是人類思想史上最偉 大的成就之一，它標(biāo)志著物理學(xué)的真正開端”。而伽利略的這兩種方 法，在本節(jié)課中都有體現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)的重要性

11、不言而喻。理想實(shí)驗(yàn)的方法 要多費(fèi)些筆墨，所謂理想化的方法就是設(shè)計合理的實(shí)驗(yàn)， 研究理想的 物理過程，從而形成概念，提取規(guī)律。而伽利略的實(shí)驗(yàn)正是設(shè)置了一 個理想化的裝置，認(rèn)為水平面不具有摩擦。用理想化方法研究物理現(xiàn) 象，從中提取反映物質(zhì)運(yùn)動內(nèi)在的、本質(zhì)的、相對穩(wěn)定的規(guī)律。 伽利略理想實(shí)驗(yàn)分析： 伽利略理想實(shí)驗(yàn)將可靠的事實(shí)和理論思維結(jié)合起來， 能更深刻地反映 規(guī)律，有關(guān)實(shí)驗(yàn)程序如下： (1) 兩個對接的光滑斜面，使靜止的小球沿一個斜面滾下，小球?qū)?滾上另一個斜面。 (2) 如果沒有摩擦，小球?qū)⑸仙结尫诺母叨取?(3) 減小第二個斜面的角度，小球在這個斜面上仍要達(dá)到原來的高 度。 （4）繼續(xù)減小第

12、二個斜面的傾角，最后使它處于水平位置，小球因 為永遠(yuǎn)也到不了原來的高度，所以沿水平面將永遠(yuǎn)的運(yùn)動下去。 事實(shí)（I）-推論（2）宀推論（3）宀推論（4） 四、建立正確的認(rèn)識論、發(fā)展觀 牛頓第一運(yùn)動定律（慣性定律）的建立，具有深刻的物理哲學(xué)意義， 它告訴人們慣性是所有物體具有的本性，打破了地上運(yùn)動和宇宙空間 運(yùn)動的人為界限，統(tǒng)一了宏觀與微觀物質(zhì)世界的運(yùn)動， 并提出了處理 任何運(yùn)動的單一模式。由此出發(fā)可順利研究物體運(yùn)動狀態(tài)改變的原因， 它是牛頓第二、第三運(yùn)動定律的基礎(chǔ)。 1. 形成正確的認(rèn)識論 由于人們是在有限時空范圍內(nèi)認(rèn)識無限發(fā)展變化的物理現(xiàn)象，所以人 們對物理概念的認(rèn)識也經(jīng)歷了一個由淺入深、 由

13、簡到繁、由表及里的 過程。換句話說，一個完整的概念往往是不可能一次了解清楚的，講 概念就要聯(lián)系到一個發(fā)展過程。 毛澤東在實(shí)踐論中對感性認(rèn)識和理性認(rèn)識的關(guān)系做出如下的論述： “感性材料固然是客觀外界某些真實(shí)性的反映，但他們僅是片面的和 表面的東西，這種反映是不完全的，是沒有反映事物本質(zhì)的。要完滿 地反映整個的事物，反映事物的本質(zhì)，反映事物的內(nèi)部規(guī)律性，就必 須經(jīng)過思考，將豐富的感性材料加以提煉，去粗取精、去偽存真、由 此及彼，由表及里的改造制作過程，造成概念和理論的系統(tǒng)化。就必 須從感性認(rèn)識躍進(jìn)到理性認(rèn)識。” 2. 用變化和發(fā)展的眼光看問題 事實(shí)上，任何一個物理概念的形成都經(jīng)歷了一個動態(tài)的、 歷

14、史的階段， 都有一個從感性到理性、從低級到高級、從粗糙到精密的產(chǎn)生、發(fā)展 和演變的過程。講物理概念，應(yīng)從歷史發(fā)展過程來講，講怎樣反復(fù)糾 正錯誤的概念，現(xiàn)在的概念是什么，使學(xué)生懂得所學(xué)的知識是發(fā)展的， 變化的。這樣就把概念講活了。否則，學(xué)生就以為物理概念是天經(jīng)地 義的、絕對不能破壞的，從而形成一種僵化的思想。事實(shí)不是這樣， 物理學(xué)永遠(yuǎn)是在不斷前進(jìn)、不斷發(fā)展的。沒有任何一個物理概念、定 律可以被視為終極真理，人們在有限時空范圍內(nèi)獲得的物理知識只能 是近似的、相對的真理、物理學(xué)大廈只能完善，卻永遠(yuǎn)不會封頂。 用變化的、發(fā)展的觀點(diǎn)，結(jié)合物理概念發(fā)展史講解物理概念，既符合 人類的認(rèn)識規(guī)律，又有著故事趣味性，自然會加深學(xué)生對物理概念的 理解，同時還有助于消除學(xué)生對物理概念來源的“神秘感”。當(dāng)物理 課的人文因素被充分挖掘出來之后， 干巴巴的知識立刻變得充實(shí)、豐 滿和有趣，再也不是平鋪直敘地羅