對物理學史教育功能的再認識

物理學是一門觀察、實驗和物理思維相結合的科學;是一門研究物質運動形式最一般規律且應用十分廣泛的基礎科學;是一門定量的精密科學;是一門帶有方法論性質的科學。物理學的特點決定了它不僅僅是新技術、新學科、新思維的原動力，而且具有重要的教育和文化價值。物理學是迄今為止發展得最為完善的自然科學學科之一，具有結構嚴謹、理論深奧、方法奇特等特征。物理學始終站在科學前沿，推動技術的進步和創新，極大地影響著社會和經濟的發展。因此，在現代教育體系中，物理也成為一門不可或缺的重要學科。于是，如何讓學生盡可能多地掌握物理知識，如何盡可能多地發掘學生在物理學方面的潛力便也成為擺在教師面前的一個重大課題。

概言之，物理學知識主要包括物理現象、物理概念、物理規律及其應用等幾方面。而物理學賴以形成的物理概念，以及構成物理學基本框架的物理規律是物理教學中的重點。在以往的物理教學中，對物理學概念、物理學規律的教學標準主要是放在講清內涵、外延以及相關概念、規律間的聯系與區別上。這種教學方法，注重的是教學的狀態，著眼的是教學的結果，而忽視了教學的過程，即忽視了物理概念、規律的形成和發展過程及方式。這不僅不利于培養學生的正確思維方法，也不利于能力的培養，對物理概念、規律的深刻理解也是不利的。比如學生對運動的兩種量度(動量與動能)的認識，即使在物理力學部分學完之后，也很難有一個清醒的認識。但若能將歷史關于這兩個量的爭論(長達半個世紀之久)引入教學，可以使學生輕松地理解、掌握這兩個概念，清楚動量是以機械運動形式來量度機械運動;動能是以機械運動轉化為一定量的其他形式的運動的能力來量度機械運動。也就是說，動量適用于量度持續的機械運動，沒有發生運動形式的轉化(包括動能向勢能的轉化);動能則適用于量度消失了的機械運動，以相當的其他運動形式的能量出現。還可以使學生認識到運動的不滅，不能僅僅從數量上去把握，而且要從質量上去理解，必須從運動形式的多樣性、運動形式之間的相互轉化去理解。這樣的教學還使學生認識到只有以辯證的思維為指導，運用基于科學事實的科學分析方法，才能使問題得以解決。

因此，筆者認為要幫助學生理解和掌握物理知識，提高學生的物理能力，培養學生的物理創新素質，就必須將物理學史引進到物理教學之中，從物理學的發展過程來談物理教學方法，揭示物理學發展過程的實質，揭示新知識同已有知識之間的聯系，揭示物理學家的思想方法和思維過程，從而幫助學生從中獲取有益的學習和探索方法，以達到發展其能力的目的。

一、 揭示物理學的發展過程，是建立科學、系統的物理知識結構的需要

物理學的各個組成部分并非孤立存在，而是相互聯系，融匯貫通的。每一個概念、公式、定理、定律與其它概念、公式、定理、定律的聯系，是自身成立的依據。概念的提出、形成、發展以及解題方法的探索，解題規律的概括，環環相扣，緊密相聯。由于客觀因素的制約，教材不可能完美而充分地體現這一切，只有依靠教師在對“物理學發展過程”具有充分認識的基礎上，通過組織教學展現出來。事實上，否定或割裂物理學的發展過程，就是切斷物理知識之間的內在聯系，學生也就不會懂得物理知識的本源，就不能把物理知識有機地聯系起來，靈活運用。教學中常見這樣的現象，教師沒有花足夠的力量幫助學生形成正確的概念便往下講，結果師生之間缺乏描述同一對象的共同語言，學生也就不能很好地掌握與之相關的知識。可見，只有通過揭示物理學的發展過程，找到知識間的本質聯系，才能牢固地建立和強化物理知識體系。知識體系的完善和合理程度，是人的智力的反映。可以說，揭示物理學的發展過程對幫助學生建立科學、系統的知識結構以及強化智力有著重要的作用。

二、揭示物理學的發展過程，是適應認識規律的需要

縱觀大量人類獲得知識的歷史事實，都具有以下這些共同特征：一是對新知識的認識總是要經歷一定的探尋過程；二是對新知識的認識總是以已獲得的知識或經驗作為基礎；三是新的認識必須通過抽象、概括、判斷、推理等過程獲得；四是認識從實踐開始，并且由具體、個別的活動組成。人類在長期、大量的認識活動中顯示出來的認識規律，支配著人們對物理學認識的發展和對物理學發展的認識，同樣支配著每一個學生的認識活動。也就是說，學生每學習一項新的知識，都需要經歷一定的過程；需要利用已有的知識和經驗作為基礎，展開邏輯思維；需要遵循從個別到一般，從具體到抽象，從感性到理性，由低級到高級的規律，只不過由于有了教師和書本，這一過程得以大大縮短。學生學習的認識過程和人類獲得知識過程的一致性說明：只有遵循知識發展過程的教學，充分揭示知識認識的思維活動，才能使學生按照人類認識的一般規律，進行有效的學習；也只有承認的遵循這一過程，才能使學生牢固掌握知識。

三、揭示物理學的發展過程，是激發學生學習積極性，鞏固已有知識的需要

教師采取適當的方式引導學生揭示物理學發展的過程，本身就是一個探索的過程，是極有利于激發學生思維的手段。在探索過程中學生是認識活動的主體，他們的求知欲和學習積極性可以得到最大限度的激發和調動。不僅如此，探索新知識的活動本身就需要利用已有的知識進行綜合、分析、應用，也即是對已有知識最有效的鞏固。

四、揭示物理學發展過程，是培養學生能力的需要

物理教學的根本目的，是使學生具備系統的物理知識和解決實際問題的能力，學校不可能為學生提供未來所將面臨的所有問題的模式和解決辦法，因此，培養學生掌握學習的方法和解決問題的能力就顯得極其重要。知識的認識過程，實際就是發現新舊知識聯系，利用已有知識處理新問題的過程。它們在產生、認識過程中可體現的一般思想、方法（如觀察、歸納、猜想、證明）都反映了物理科學研究的一般方法，其中的具體方法，又往往是解決同類問題的有效而基本的方法。物理教師應該通過物理教學發揮其指導和示范作用，將物理學發展過程中物理學家的思想方法、思維過程和勤于思考、實事求是、努力工作的作風揭示給學生，讓他們學會像物理學家那樣思考，這無疑對培養學生的能力起到了積極的作用。

五、引入物理學史是培養學生的創新素質的需要

物理學的發展史，就是一部創新史，它的每一個新發現，新理論的形成，都蘊涵著科學家的創新活動。教學中引入物理學史，可以使學生領略科學家們的一系列創造性活動，對培養他們的創新素質將起到重要作用。

人類對原子結構的認識可以很好地說明這個問題。1897年，湯姆生發現了電子。這一重大發現使人們認識到原子是有結構的，它不是最小的終極粒子。因此人們創造性地提出了各種原子模型，其中較有影響的是湯姆生的蛋糕模型。這一模型被盧瑟福的α粒子散射實驗所否定，于是出現了盧瑟福的核式結構模型，該模型雖然解釋了一些現象，但在對原子的穩定性進行解釋時卻發生了與經典電磁理論的矛盾。為此，玻爾又創造性地將普朗克的量子概念引入原子結構理論，提出了著名的玻爾原子模型。但由于這一模型是半經典，半量子化的，所以在解釋比氫原子稍復雜的原子行為時遇到了很大困難。這一困難是索末菲創新性地將經典理論完全拋棄提出了完全量子化的原子結構理論才得以解決。可見，人們對原子結構的認識經過了不少人的創新活動，才使問題的認識一步步接近真理，離開了任何前人的創新成果都是行不通的。

以往的教學不注重培養學生提出問題、解決問題創新能力，往往只教給學生確鑿的定論，只注重運用現成的物理知識去解決抽象的、脫離實際的習題的能力，很少將注意力集中在“思”的方面，忽視科學內在的精神氣質的作用和影響。這樣的教育極大地限制了學生的創造性，學生不會也不能夠創新。在物理學發展過程中，人類對每一個物理現象的認識過程，都可能有充滿失敗的艱辛，由于錯誤觀念而引發的彎路，還有科學思維火花的閃現而帶來的成功的喜悅。物理學史體現出真正的富有人情味兒的研究過程，具有豐富的創新思想，創新精神和智慧，將其引入教學無疑會對培養學生的創新素質起到潛移默化的積極作用。