如何巧用物理學(xué)史設(shè)置物理情境

1、如何巧用物理學(xué)史設(shè)置物理情境物理學(xué)史是人類(lèi)對(duì)自然界各種物理現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)史,它提醒了物理學(xué)開(kāi)展的規(guī)律及其內(nèi)在邏輯性,集中表達(dá)了人類(lèi)探究和逐步認(rèn)識(shí)物理世界的歷程。學(xué)生的認(rèn)識(shí)過(guò)程與人類(lèi)認(rèn)識(shí)的歷史開(kāi)展過(guò)程有著許多相似之處,因此,在物理教學(xué)中正確而恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用物理學(xué)史,介紹物理史實(shí),不僅使學(xué)生從歷史的素材中,透視物理知識(shí)發(fā)現(xiàn)和開(kāi)展的來(lái)龍去脈,認(rèn)識(shí)物理學(xué)家的科學(xué)方法和科學(xué)思維特點(diǎn),加深對(duì)物理知識(shí)的理解,而且可以從中得到教益,受到啟示,進(jìn)步自身的科學(xué)素養(yǎng)。在物理教學(xué)中貫穿物理學(xué)史的教育,對(duì)培養(yǎng)創(chuàng)造性人才有著重要作用。?一、向?qū)W生介紹物理學(xué)史知識(shí)的必要性?學(xué)習(xí)一門(mén)學(xué)科首先要弄清楚這是一門(mén)怎樣的學(xué)科。物理學(xué)的本質(zhì)特

2、征是什么? 當(dāng)今物理學(xué)終究開(kāi)展到了哪個(gè)階段?在科學(xué)中的地位如何?與其他學(xué)科有什么聯(lián)絡(luò)?這些問(wèn)題大都不被學(xué)生理解。在教學(xué)中, 物理學(xué)史的滲入可以使學(xué)生初步理解物理學(xué)產(chǎn)生與開(kāi)展的過(guò)程, 體會(huì)物理學(xué)對(duì)人類(lèi)文明開(kāi)展的作用, 從而對(duì)物理有一個(gè)較為全面的認(rèn)識(shí):它既是一門(mén)科學(xué), 更是一種文化。物理學(xué)是研究物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一般規(guī)律和物質(zhì)根本構(gòu)造的科學(xué)。它研究的運(yùn)動(dòng)普遍存在于其它高級(jí)的復(fù)雜的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形態(tài)之中, 因此物理學(xué)是其他自然科學(xué)的重要根底, 對(duì)整個(gè)科學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生著深化地影響。?介紹必要的物理學(xué)史知識(shí)可以使學(xué)生在平時(shí)的學(xué)習(xí)中對(duì)所學(xué)問(wèn)題的背景產(chǎn)生更加深化的理解, 認(rèn)識(shí)到物理絕不是孤立的, 它與其他很多學(xué)科都關(guān)系親密,

3、物理學(xué)的知識(shí)及研究方法浸透到各個(gè)科學(xué)領(lǐng)域,許多領(lǐng)域內(nèi)的學(xué)生都發(fā)現(xiàn)自己正在學(xué)習(xí)物理學(xué),這是因?yàn)樗谒械默F(xiàn)象中起著根本的作用。比方:物理學(xué)與數(shù)學(xué)關(guān)系親密,源遠(yuǎn)流長(zhǎng),歷史上有許多著名科學(xué)家如牛頓,萊布尼茨,帕斯卡,高斯等對(duì)這兩門(mén)學(xué)科都作出重要的奉獻(xiàn)。牛頓為解決運(yùn)動(dòng)問(wèn)題,創(chuàng)立了和物理概念直接聯(lián)絡(luò)的數(shù)學(xué)理論微積分,順利地處理了一些詳細(xì)問(wèn)題,如切線問(wèn)題、求積問(wèn)題、瞬時(shí)速度問(wèn)題以及函數(shù)的極大和極小值問(wèn)題等。物理學(xué)與化學(xué)本來(lái)就是唇齒相依、息息相關(guān)的,有人說(shuō),化學(xué)是分子、原子程度上的物理學(xué);生物學(xué)是大分子集團(tuán)的物理學(xué),物理在生命科學(xué)中也具有廣闊的應(yīng)用前景。在物理學(xué)研究中形成的根本概念和理論,根本實(shí)驗(yàn)方法和精細(xì)

4、測(cè)試技術(shù),已經(jīng)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于其他學(xué)科,進(jìn)而極大地豐富了人類(lèi)對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí),極大地推動(dòng)了科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新和革命,極大地促進(jìn)了物質(zhì)消費(fèi)的繁榮與人類(lèi)文明的進(jìn)步。?課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)物理教學(xué)需要講授的物理學(xué)史內(nèi)容給出了明確的要求,新教材的編排為落實(shí)這一理念也做出了相當(dāng)努力,在物理學(xué)家生平、物理學(xué)研究方法、物理學(xué)實(shí)驗(yàn)等方面都有相應(yīng)的介紹,相應(yīng)的圖片資料,文字信息和閱讀鏈接都做得很到位。當(dāng)然課程標(biāo)準(zhǔn)新理念的詳細(xì)落實(shí),以及教材的實(shí)際操作,關(guān)鍵在于一線老師。如何引導(dǎo)學(xué)生去查閱資料,利用豐富的圖文資料展開(kāi)學(xué)習(xí),老師的組織和引導(dǎo)不可或缺。?從物理教學(xué)的角度上看,物理學(xué)史和物理教學(xué)方法不是物理課堂教學(xué)中可有可無(wú)的附屬物

5、和裝飾品,而是物理教學(xué)中必不可少的部分。人們常說(shuō),在物理教學(xué)中講物理理論,給學(xué)生以知識(shí);講物理學(xué)史,給學(xué)生以精神和智慧,二者不可偏廢。?二、如何在物理課堂教學(xué)中浸透物理學(xué)史知識(shí)?興趣是最好的老師,要想學(xué)生學(xué)好物理,首先要讓他們對(duì)物理學(xué)感興趣。物理學(xué)史中有許多有趣、有用的史料可以使學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到物理學(xué)是一門(mén)充滿活力的學(xué)科,可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣,并逐步引導(dǎo)學(xué)生由興趣轉(zhuǎn)化為志趣,從而形成學(xué)生的物理學(xué)科情感。?例如在講解“實(shí)驗(yàn):用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度時(shí),很多學(xué)生并不理解打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的作用,不能理解交流電源的頻率50赫茲與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)周期間的聯(lián)絡(luò),老師假如能結(jié)合人類(lèi)計(jì)時(shí)技術(shù)的開(kāi)展史,讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到打點(diǎn)計(jì)

6、時(shí)器是一種精細(xì)計(jì)時(shí)儀器,就能幫助學(xué)生進(jìn)一步理解本實(shí)驗(yàn)的原理及其意義。?我在授課時(shí),先給學(xué)生介紹了人類(lèi)使用技術(shù)工具的歷史和當(dāng)前計(jì)時(shí)工具的開(kāi)展?fàn)顩r,其中很多內(nèi)容都是學(xué)生以前所不知的,因此引起學(xué)生極大興趣。?例如:公元前20190年,史前人以在木棍和骨頭上刻標(biāo)記的方式來(lái)計(jì)時(shí);公元400年,中國(guó)開(kāi)展了機(jī)械漏刻;公元1350年,德國(guó)鐘表匠創(chuàng)造第一個(gè)機(jī)械鬧鐘;公元1700年,時(shí)鐘上除時(shí)針外又加上了分針;公元1800年,計(jì)時(shí)準(zhǔn)確度到1/100秒;公元1949年,創(chuàng)造第一臺(tái)原子鐘;公元1970年,計(jì)時(shí)準(zhǔn)確到微微秒;公元2019年,建立超冷銫原子鐘,比微微秒又要準(zhǔn)確10萬(wàn)倍。 ?學(xué)生聽(tīng)了我的介紹后,對(duì)人類(lèi)計(jì)時(shí)的

7、歷史有了一定的理解,知道了各類(lèi)計(jì)時(shí)工具及其準(zhǔn)確度,進(jìn)步了學(xué)習(xí)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的興趣,為下一步的教學(xué)工作帶來(lái)極大的便利。?在講授“伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究時(shí),我先讓學(xué)生查閱資料,全面理解亞里士多德和伽利略的生平以及對(duì)科學(xué)開(kāi)展的奉獻(xiàn)。亞里士多德是古希臘最偉大的、百科全書(shū)式的科學(xué)家,亞里士多德對(duì)世界的奉獻(xiàn)無(wú)人可比。不幸的是亞里士多德的物理理論有嚴(yán)重的局限性,他認(rèn)為數(shù)學(xué)對(duì)描繪地面現(xiàn)象沒(méi)有什么價(jià)值,另外,他強(qiáng)調(diào)直接的,定性的觀察是形成理論的根據(jù)。簡(jiǎn)單的定性觀察使亞里士多德在生物研究中獲得了很大的成就。但是,事實(shí)說(shuō)明,只是認(rèn)識(shí)到數(shù)學(xué)推導(dǎo)和精細(xì)測(cè)量的價(jià)值之后,物理學(xué)才真正得到開(kāi)展。伽利略的成功之處在于他對(duì)物理規(guī)

8、律的論證非常嚴(yán)格,他創(chuàng)立了對(duì)物理理象進(jìn)展實(shí)驗(yàn)研究并把實(shí)驗(yàn)的方法與數(shù)學(xué)方法、邏輯論證相結(jié)合的科學(xué)研究方法。此外,伽利略還創(chuàng)立了理想實(shí)驗(yàn)法,他設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)雖是想象中的,但卻是建立在可靠的事實(shí)的根底上。把研究的事物理想化,就可以更加突出事物的主要特征,化繁為簡(jiǎn),容易于認(rèn)識(shí)其規(guī)律。伽利略的這一自然科學(xué)新方法,有力地促進(jìn)物理學(xué)的開(kāi)展,他因此被譽(yù)為是“經(jīng)典物理學(xué)的奠基人。?我讓學(xué)生查閱資料,理解伽利略是如何用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證自己的猜測(cè),在實(shí)驗(yàn)中遇到了哪些困難,又是如何解決的。學(xué)生接到任務(wù)后,都很感興趣,分別行動(dòng),查閱了資料,并創(chuàng)造性地排演了一部科學(xué)小品,讓同學(xué)們?cè)趭蕵?lè)中學(xué)到了物理學(xué)史知識(shí),領(lǐng)會(huì)了物理學(xué)開(kāi)展的困難和伽

9、利略的過(guò)人之處,提升了自身的科學(xué)素養(yǎng)。?物理學(xué)史能告訴我們物理學(xué)思想的邏輯行程和歷史行程, 它的滲入不僅有助于學(xué)生理解各概念、定理、定律的來(lái)龍去脈, 而且有助于學(xué)生逐步掌握正確的科學(xué)思維方法,造就一個(gè)強(qiáng)大的頭腦。例如,在教學(xué)“牛頓第一定律時(shí),從古希臘的亞里士多德,到伽利略、牛頓, 循著偉人的研究歷程學(xué)習(xí),從而加深學(xué)生對(duì)力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的理解;在教學(xué)“電磁感應(yīng)的時(shí)候,以?shī)W斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)為線索,向?qū)W生介紹人類(lèi)對(duì)磁以及電和磁關(guān)系的認(rèn)識(shí)過(guò)程。通過(guò)講解安培、法拉弟、愣次和麥克斯韋等人在提醒電磁關(guān)系工作中的艱辛努力和所獲得的成果, 使學(xué)生在有了對(duì)電磁開(kāi)展總體認(rèn)識(shí)的根底上,加深對(duì)教材的理解和對(duì)左、右手定那

10、么、法拉弟電磁感應(yīng)定律、愣次定律等關(guān)鍵點(diǎn)的把握。物理學(xué)史知識(shí)的滲入可以引導(dǎo)學(xué)生不單純地承受老師傳授的知識(shí), 而是形成一種探究與研究的習(xí)慣, 對(duì)任何知識(shí)細(xì)節(jié)自覺(jué)地追根朔源,凡事都問(wèn)個(gè)為什么,去發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí)在一個(gè)問(wèn)題從產(chǎn)生到解決的過(guò)程中,真正創(chuàng)造了些什么,應(yīng)用了那些科學(xué)方法,從而可以在這種不斷學(xué)習(xí),不斷探究,不斷研究的過(guò)程中學(xué)會(huì)物理科學(xué)思維方法。?科學(xué)精神作為科學(xué)教育的重要方面,愈來(lái)愈受到人們的重視,這不僅是因?yàn)樗c科學(xué)知識(shí)、方法、技能與才能有著親密的關(guān)系,具有獨(dú)特的教育價(jià)值。如在原子物理教學(xué)中,介紹一些著名科學(xué)家的故事:居里夫婦在極其簡(jiǎn)陋的條件下,從幾噸礦渣中找到了幾克鐳;在散射實(shí)驗(yàn)中,盧瑟福和他

11、的學(xué)生共記下了十萬(wàn)次以上的閃光,終于發(fā)現(xiàn)了個(gè)別被金原子核彈回的粒子,并以嚴(yán)密的論證提出了原子的核式構(gòu)造學(xué)說(shuō)等。這些優(yōu)秀事例,都表達(dá)了科學(xué)研究的艱辛和科學(xué)之美。?如今許多中學(xué)生生活條件優(yōu)越,幾乎沒(méi)有受過(guò)什么挫折,不懂得美妙生活和科技成果的來(lái)之不易。面對(duì)這樣的學(xué)生,老師在物理學(xué)史中可以找到很多正面素材加以教育。如焦耳為了探究“熱與“功之間的數(shù)量關(guān)系,在1840年到1879年間,做了幾百次實(shí)驗(yàn),才測(cè)出了準(zhǔn)確的熱功當(dāng)量值。法拉第為了找到“磁生電的方法,整整花了十年時(shí)間。老師要通過(guò)教育使學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到:人對(duì)自然規(guī)律的認(rèn)識(shí)是一個(gè)迂回曲折的過(guò)程,是一代又一代的科學(xué)家經(jīng)過(guò)精心觀察、實(shí)驗(yàn)和復(fù)雜、艱巨的創(chuàng)造性勞動(dòng),付出了宏大的代價(jià)才獲得的,一項(xiàng)科學(xué)成就的獲得不是一蹴而就的。?物理教學(xué)中一定要重視培養(yǎng)運(yùn)用科學(xué)方法解決物理問(wèn)題的才能。著名科學(xué)家巴甫