如何搞好高中物理教學(xué)中的物理學(xué)史教育

1、如何搞好高中物理教學(xué)中的物理學(xué)史教育物理學(xué)史是研究物理學(xué)發(fā)生、發(fā)展的歷史，是介紹物理學(xué)概念、定理、定律等發(fā)展與變革，以及人類對(duì)自然界各種物理現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)史。它不僅記述了物理實(shí)驗(yàn)與理論的發(fā)展過(guò)程，而且記述了物理學(xué)家的活動(dòng)。著名哲學(xué)家馬赫認(rèn)為：物理學(xué)史的教學(xué)是對(duì)學(xué)生進(jìn)行富有成效的科學(xué)教學(xué)的一種輔助手段1。1989年出版的普及科學(xué)美國(guó)2061計(jì)劃的總報(bào)告指出，“大部分科學(xué)概念是緩慢形成的，凝聚著許多研究人員的心血。沒(méi)有歷史實(shí)例，不論記憶多少一般概念，最多也不過(guò)是一些口號(hào)?！?科學(xué)史與基礎(chǔ)科學(xué)教育相結(jié)合可以說(shuō)已是一種教育改革的必然趨勢(shì)，我們教學(xué)的目的不是讓學(xué)生知道“歐姆只是一個(gè)定律，科里奧利只是一個(gè)加速

2、度，開爾文只是一個(gè)溫度，阿伏伽德羅僅僅是一個(gè)數(shù)目”。國(guó)內(nèi)物理教育界對(duì)物理教材中應(yīng)融入物理學(xué)史的做法也給與了充分肯定，2003年教育部頒布的普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（以下簡(jiǎn)稱課標(biāo)）提出教科書的編寫要重視科學(xué)的發(fā)生與發(fā)展過(guò)程，應(yīng)對(duì)科學(xué)過(guò)程所凝練和升華的科學(xué)思維方式和科學(xué)研究方法有較為精到的展示，使學(xué)習(xí)者汲取前輩科學(xué)家科學(xué)思維和研究方法的滋養(yǎng)，也要以鮮活的資料弘揚(yáng)其科學(xué)精神和獻(xiàn)身于科學(xué)的意志品質(zhì)，使學(xué)習(xí)者受到生動(dòng)的情感、態(tài)度與價(jià)值觀的熏陶和感染，有利于健全人格的養(yǎng)成。根據(jù)課標(biāo)編寫的各種版本的高中物理課本，都不同程度地在內(nèi)容上增加了很多歷史知識(shí)，主要呈現(xiàn)在“科學(xué)足跡”、“科學(xué)漫步”、“STS”等欄目中。從

3、國(guó)內(nèi)的關(guān)于高中物理課堂中物理學(xué)史教育的一項(xiàng)調(diào)查可以知道：在物理教學(xué)中進(jìn)行物理學(xué)史教育尚存在一些困難和制約因素，有教師認(rèn)為高考中關(guān)于考察物理學(xué)史內(nèi)容的考題幾乎沒(méi)有，他們?cè)诮虒W(xué)中就會(huì)削弱了對(duì)于物理學(xué)史教育的重視；有的認(rèn)為在教學(xué)中進(jìn)行物理學(xué)史教育有時(shí)占用了大量時(shí)間，有可能完成不了規(guī)定的教學(xué)內(nèi)容；對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，由于課業(yè)負(fù)擔(dān)繁重，他們沒(méi)有充足的時(shí)間去閱讀課本以外的物理學(xué)史資料；教師普通認(rèn)為加入物理學(xué)史素材毫無(wú)疑問(wèn)是有利的，可是怎樣加入，在實(shí)踐中還缺乏將物理學(xué)史內(nèi)容融入物理課程中的教學(xué)方法和策略。但不可否認(rèn)的是，在實(shí)際中還存在有輕視物理學(xué)史作用的傾向，認(rèn)為物理學(xué)史只不過(guò)是傳授物理知識(shí)的載體，或者是物理教學(xué)內(nèi)

4、容的附加而已，實(shí)際上這種只關(guān)注物理知識(shí)的教學(xué)傾向，不利于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升，低估、忽視了物理學(xué)史本身具有的教育價(jià)值。也有教師認(rèn)為物理學(xué)史在高中物理教學(xué)有著十分重要的作用，但教學(xué)效果難以評(píng)價(jià)。筆者認(rèn)為，并不能因其評(píng)價(jià)問(wèn)題而放棄物理學(xué)史的教學(xué)，物理學(xué)史對(duì)學(xué)生的影響是在潛移默化中的、不知不覺(jué)中的，正像著名科學(xué)家楊振寧教授所說(shuō)的那樣“學(xué)習(xí)有兩種辦法，一個(gè)辦法是按部就班的一個(gè)辦法是滲透性的。很多東西是在不知不覺(jué)中，經(jīng)過(guò)了一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)期的接觸, 就自己也不知道什么時(shí)候已經(jīng)懂了?！蹦敲慈绾卧诟咧形锢斫虒W(xué)中搞好物理學(xué)史的教育呢？筆者認(rèn)為應(yīng)從以下方面入手：一、掌握物理學(xué)史的教學(xué)方法（一）滲透法：所謂滲透法就是把與

5、物理課程相關(guān)的物理學(xué)史知識(shí)恰當(dāng)?shù)卮┎逶谖锢碚n堂中來(lái)逐步開展物理學(xué)史教育的方法。物理學(xué)史的滲透可以以問(wèn)題為線索來(lái)引入物理學(xué)家的軼聞趣事或者以往物理學(xué)家研究的過(guò)程或片斷，可以是大篇幅，也可以是幾句話，甚至一副圖等，此舉不僅可以緩解學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)疲勞，激發(fā)物理學(xué)習(xí)的熱情，可以使學(xué)生在心理上和情感上接近科學(xué)，增加物理學(xué)對(duì)學(xué)生的親和力，開拓學(xué)生的視野，使學(xué)生更具有洞察力；還可以使他們以一種移情的方式設(shè)身處地體驗(yàn)以往科學(xué)家的探究過(guò)程，促使他們主動(dòng)學(xué)習(xí)和建構(gòu)知識(shí)，并形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。例如在探究產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件時(shí)，先提出問(wèn)題“電流能產(chǎn)生磁場(chǎng)，那么磁場(chǎng)能否產(chǎn)生電流呢？若能產(chǎn)生，條件是什么？”接著介紹歷史上安培

6、、科拉頓、法拉第等科學(xué)家相繼提出的利用磁生電的方法。在歷史材料基礎(chǔ)上，讓學(xué)生討論、提出幾種產(chǎn)生感應(yīng)電流的猜想：將導(dǎo)線放在磁場(chǎng)中就能在導(dǎo)線中產(chǎn)生電流；導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)能在導(dǎo)線中產(chǎn)生電流；磁體運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體不動(dòng)能在導(dǎo)線中產(chǎn)生電流；導(dǎo)體和磁體都不動(dòng)讓穿過(guò)閉合電路磁場(chǎng)發(fā)生變化能在導(dǎo)線中產(chǎn)生電流。然后全班學(xué)生進(jìn)行分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，根據(jù)事實(shí)得出結(jié)論：穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就有電流產(chǎn)生。還可以插入科拉頓在這方面的研究軼事：“科拉頓在法拉第發(fā)現(xiàn)之前，曾做過(guò)這樣的實(shí)驗(yàn)，他把一個(gè)螺線管與電流計(jì)相連接，為了避免實(shí)驗(yàn)時(shí)磁鐵對(duì)電流計(jì)指針的影響，他將電流計(jì)放在另一個(gè)房間。實(shí)驗(yàn)時(shí)，他將磁鐵插入或抽出線圈以后，再跑

7、到另一個(gè)房間去觀察電流計(jì)指針的變化，結(jié)果當(dāng)然什么也看不到了。”再讓學(xué)生思考科拉頓沒(méi)有成功的原因在什么地方，“科拉頓的方法暴露出他實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的不夠嚴(yán)密，如果當(dāng)時(shí)他能安排一名助手在另一房間觀察電流計(jì)，那么他將最先在這一領(lǐng)域取得突破。這一事例從反面告訴我們思考問(wèn)題和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)必修要科學(xué)周密，不能有任何疏忽?！钡谡n堂滲透時(shí)，千萬(wàn)不可為了迎合學(xué)生們的需要而講大量的科學(xué)家軼事等等，這樣會(huì)喧賓奪主，沖淡主要教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。不能為了引入史料而引入史料，如果沒(méi)有必要引入時(shí)，就不引入。既要注重與課本結(jié)合，注重與學(xué)生的認(rèn)知能力結(jié)合，同時(shí)還要言簡(jiǎn)意賅。適時(shí)、適當(dāng)、適度地的進(jìn)行課堂滲透是一種有效的進(jìn)行物理學(xué)史教育的主要途

8、徑。（二）準(zhǔn)歷史法：所謂“準(zhǔn)歷史法”，就是在忠于歷史事實(shí)的情況下，按照歷史發(fā)展的順序?qū)⑴c教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的物理學(xué)史料進(jìn)行組織后貫穿在教學(xué)過(guò)程中來(lái)達(dá)到一定教學(xué)目的教學(xué)方法。這種方法要求科學(xué)的還原那些重要的歷史足跡，是對(duì)歷史最具體的重演，是很好的過(guò)程體驗(yàn)教學(xué)方式，而且在很大程度上符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展過(guò)程，讓學(xué)生更容易理解和接受物理規(guī)律并從相關(guān)歷史事件中廣泛吸取科學(xué)的思想方法和研究方法以及所蘊(yùn)含的科學(xué)精神與人文精神，把物理學(xué)史教育真正實(shí)踐在課堂教學(xué)中。具體步驟是：1 將物理學(xué)理論（教學(xué)內(nèi)容）的歷史發(fā)展過(guò)程按問(wèn)題起源提出的工作假設(shè)思辨以得出推論實(shí)驗(yàn)或思想實(shí)驗(yàn)對(duì)推論進(jìn)行檢驗(yàn)假設(shè)的修正及結(jié)論的推廣進(jìn)行整理，以形

9、成教學(xué)內(nèi)容的“準(zhǔn)歷史”過(guò)程。2 將學(xué)生對(duì)物理知識(shí)（教學(xué)內(nèi)容）的一般認(rèn)知過(guò)程，即對(duì)物理現(xiàn)象的觀察-提出問(wèn)題-假設(shè)或猜測(cè)-實(shí)驗(yàn)探索-結(jié)論及對(duì)認(rèn)知過(guò)程的反思，整合到已組織形成的教學(xué)內(nèi)容的“準(zhǔn)歷史”過(guò)程中，形成具體的教學(xué)過(guò)程。例如，在學(xué)習(xí)牛頓第一定律時(shí)，先向?qū)W生提出問(wèn)題：“根據(jù)生活中經(jīng)驗(yàn)，有力作用在物體上，物體才運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有力的作用，物體就靜止，這種說(shuō)法正確嗎？”然后讓學(xué)生討論形成自己的觀點(diǎn)（假設(shè)），再向?qū)W生闡述歷史人物對(duì)這個(gè)問(wèn)題的思考，即亞里士多德及同時(shí)代的人也都有“物體受力而運(yùn)動(dòng)，不受力則停止”的認(rèn)識(shí)。接下來(lái)，向?qū)W生闡明三百年前的物理學(xué)家伽利略認(rèn)為這種認(rèn)識(shí)是錯(cuò)誤的，再向?qū)W生展現(xiàn)伽利略為推翻這一論斷而

10、如何質(zhì)疑、如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的？最后慢慢讓全班的立場(chǎng)都站到正確的或更具優(yōu)勢(shì)的認(rèn)識(shí)上，使學(xué)生經(jīng)歷從錯(cuò)誤到如何突破、再到正確認(rèn)識(shí)的過(guò)程。再例如，在學(xué)習(xí)萬(wàn)有引力定律時(shí)，可以按照教材展現(xiàn)的人類對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)的過(guò)程，先提出是什么原因使行星圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題，然后引導(dǎo)學(xué)生追尋牛頓的足跡，重演歷史過(guò)程，動(dòng)手和動(dòng)腦，經(jīng)歷“發(fā)現(xiàn)”萬(wàn)有引力定律的過(guò)程，讓他們?cè)谌f(wàn)有引力的簡(jiǎn)潔公式中看到了宇宙的統(tǒng)一與和諧。二、重視物理學(xué)史課程資源的開發(fā)和利用根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)編寫的物理教材盡管通過(guò)多樣化的方式呈現(xiàn)了豐富多彩的物理學(xué)史內(nèi)容，但這些內(nèi)容還不能滿足老師教學(xué)的需求，網(wǎng)絡(luò)、課外讀物等已經(jīng)成為教師獲取物理學(xué)史課程資源的重要渠道。教

11、師可以從網(wǎng)絡(luò)上獲取物理學(xué)家奇特而偉大的構(gòu)思和重大發(fā)現(xiàn)，以及他們的成功與失敗等方面的材料展示給學(xué)生，或者讓學(xué)生真搜集整理物理科學(xué)發(fā)展資料，自主地了解物理發(fā)展的歷史，也可以定期舉辦物理學(xué)史講座，講座不一定要在大的會(huì)議室進(jìn)行，教師可以靈活自主的選擇在自習(xí)課的時(shí)間，在教室里或者以開主題班會(huì)的形式進(jìn)行。在講座過(guò)程中可以采用多媒體設(shè)施，播放一些科教系列片，這些都可以潛移默化的實(shí)現(xiàn)物理學(xué)史的教育功能。當(dāng)然如何選擇適合學(xué)生認(rèn)知水平、便于學(xué)生理解和激發(fā)學(xué)生興趣的講座內(nèi)容，則需要教師根據(jù)學(xué)生物理知識(shí)掌握情況及認(rèn)知規(guī)律而確定，因?yàn)槲锢韺W(xué)家的思維水平與學(xué)生思維水平間存在著一定程度的差異，學(xué)生可能很難深刻地理解他們的思

12、維方法和技巧。三、提高教師物理學(xué)史教育的素養(yǎng)教師具有的物理學(xué)史知識(shí)的豐富程度直接影響到他們?cè)诮虒W(xué)中對(duì)物理學(xué)史的自覺(jué)應(yīng)用程度。物理教育理論指出，為更好地完成物理教育的目的任務(wù)，教師不能只掌握物理學(xué)本身的概念、規(guī)律和理論，物理教師最低限度要掌握物理學(xué)知識(shí)、物理學(xué)史知識(shí)、物理方法論知識(shí)這三方面的專業(yè)知識(shí)。將物理學(xué)史知識(shí)列入物理教師必備的專業(yè)知識(shí)中，足見(jiàn)其重要性。教師只有對(duì)物理學(xué)史的內(nèi)容有全面、深入的了解，才能對(duì)其作出合理取舍，設(shè)計(jì)出符合中學(xué)生思維和認(rèn)識(shí)水平的教學(xué)方案，這同時(shí)要求教師能夠創(chuàng)造性地使用教材，除選入教科學(xué)的物理學(xué)史知識(shí)外，還要補(bǔ)充與物理知識(shí)直接相關(guān)的物理學(xué)史內(nèi)容。此外，教師還要特別關(guān)注物理學(xué)研究進(jìn)程中出現(xiàn)的各種概念、學(xué)說(shuō)、規(guī)律是怎樣建立的、怎樣形成的？這也是物理教師了解學(xué)生學(xué)習(xí)難點(diǎn)的有效