物理學史科學教育功能再認識

陸良榮

摘要：本文就物理學史的科學教育功能提出新的認識，認為物理教學中結合物理學史可在知識習得、過程體驗及情感升華方面對學生產生積極作用，應予以重視。

關鍵詞：物理學史，科學教育功能

中圖分類號：G42文獻標志碼：A 文章編號：1673—9094（2012）09—0028—03

物理學史集中體現了人類探索和逐步認識物理世界的現象、特性、規律和本質的歷程，它包含了認識論和方法論的因素。本文就物理教學中發揮物理學史的科學教育功能談點筆者的管見。

一、教學中適當結合物理學史可以讓學生更好理解物理概念、重視實驗，去了解物理學的基本觀點和思想。

1.在物理教學中適當結合物理學史可以幫助學生深入理解物理概念，糾正錯誤觀念。

認知心理學家奧蘇貝爾的有意義學習理論認為，在學習新知識時可以適當利用相關的、概括性的并且比較清晰、穩定的引導性材料。這種引導性材料就是所謂的“先行組織者”，它有助于促進學習和保持信息，并在一定程度上為新知識提供一種“腳手架”，使學生進行有意義的學習。在物理基本概念和規律的教學中，很多時候，物理學史可以提供比較性的組織者或說明性的組織者。比如，在講述力的概念時，從亞里士多德到伽利略、牛頓，循著偉人的探索歷程，比較他們的見解，可以加深學生對力的概念的理解；在講述電磁感應時，以安培、法拉第、楞次和麥克斯韋等物理學家在揭示電磁關系工作中的艱辛努力和所得的成果為主線，使學生在對電磁發展總體認識的基礎上，加深對教材的理解和對概念、定律、公式的掌握。

此外，教師在進行概念教學時，往往是經過抽象的理論分析加以表述，結果會使學生對科學概念的產生和發展引起誤解，以為不管什么結論都可以用數學推導出來。引入物理學史，講清理論的由來和發展，講述它的成功，它解決了哪些問題，講述它的局限和發展前景，使學生知道科學發展經歷的是一條曲折、艱難的求索道路，不把物理學當一門死科學來學，這樣就能更好地理解和掌握物理知識。

2.在物理教學中適當結合物理學史可以促使學生充分認識實驗在物理學中的地位和作用。

縱觀物理學史，每一個理論的產生與發展都是建立在實驗的基礎上，而物理學發展所經歷的每一次理論上的大綜合和大統一，都伴隨著實驗技術與實驗思想的進步。在物理教學中，應該結合教學內容介紹物理學史上一些有重大意義的物理實驗，不但要說明實驗的背景、條件、手段、方法和過程，而且更要闡明這些著名實驗的設計思想和研究處理問題的方法、闡明實驗與理論的關系以及實驗所做出的重大歷史貢獻。比如通過結合伽利略對自由落體的研究使學生認識到物理實驗是物理學研究的最重要的工具，物理實驗對物理理論的產生、發展和驗證都有決定性的作用，從而深切理解實驗在物理學中的地位和作用；同時也有助于增強學生的實驗設計意識，提高學生對實驗現象的科學洞察力和對實驗結果的分析能力，從而減少物理實驗中的失誤。

3.在物理教學中適當結合物理學史有助于學生了解物理學的基本觀點和思想。

物理教學不僅要使學生掌握物理概念和概念間的聯系即規律，還要結合物理學的發展史引導學生了解物理學的基本觀點、基本思想及其變革。例如，物理學的“運動觀”——包含著運動的絕對性、運動描述的相對性、力和運動的關系、分子運動理論等方面的內容；物理學的“守恒觀”——包含著動量守恒、能量守恒、電荷守恒和質量守恒等方面的內容等。在教學中結合物理學史，讓學生了解這些物理學基本思想和觀念產生的歷史背景，以及這些物理學基本觀念和思想的歷史變革過程，使學生在學習一個新的物理理論的同時，逐步改變自己陳舊的思想觀念和思維方法，從而實現從整體上把握物理世界圖景、深刻領會物理學思想的真諦。

二、在教學中滲透物理學史可以幫助學生去理解科學的探究本質，進行科學方法和科學思維的熏陶，形成知識的相對觀和發展觀。

1.在物理教學中滲透物理學史有助于對學生進行科學方法和科學思維的熏陶。

物理學的研究思想和方法是人類智慧的結晶，它們的傳授與學習，只有緊密地與物理學史結合起來，才不流于形式、成為空洞無物的條款堆集，而是成為有聲有色的活例。在物理教學中適當結合物理學史，展現物理學發展中有代表性的科學家探索知識的思維過程，可以使學生了解前人是用什么樣的方法去研究和探索，從而發現新的規律和理論的，從中去領悟物理學的研究方法。比如，通過介紹伽利略的斜面實驗，可以使學生了解正是伽利略開創了把物理實驗與科學思維相結合的物理學研究方法，就像愛因斯坦評論中所說的：“伽利略的發現，以及他所用的科學推理方法，是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標志著物理學的真正開端。”物理學中常見的研究方法都貫穿在物理學發展的整個過程中，因此在物理教學中滲透物理學史，能使學生學到解決問題的種種方法，也會使學生認識到科學研究方法是多種多樣的，很多途徑都可導致真理的發現或揭示更深層次的奧秘。

2.在物理教學中滲透物理學史有助于學生全面理解科學的探究本質，學習物理學家在研究中所采用的科學方法。

物理學發現的歷史也就是物理學探究的歷史，在探究過程中洋溢著科學精神，滲透著科學思想和方法。在課堂上教師可選擇物理學史上著名的實驗或發現事例，經簡化、設計，形成富有啟發性的材料，讓學生“追蹤”當年科學家的發現思路，模擬科學家的發現過程，領會科學家的思維方法，而不是只是介紹結論。這樣做雖然不是真正的科學“發現”或“創造”，但它不僅能激勵學生學習科學家奮勇探索、敢于創新的精神，而且也能使學生從中學到物理學的一些探究方法，豐富自己的思路。

3.在物理教學中滲透物理學史有助于培養學生的質疑、批判精神，讓學生形成正確的知識的相對觀和發展觀。

物理學史上大量的事例表明，不囿于傳統理論和傳統觀念，不迷信權威和書本，是科學創新的思想前提，是科學前進的動力。比如人們對原子結構的認識，首先是湯姆生提出了棗糕模型，在此基礎上湯姆生的學生盧瑟福依據α粒子散射實驗的結果提出了原子的核式結構模型，盧瑟福的學生玻爾把量子理論運用到原子系統上，建立了玻爾原子模型，這樣使人們對原子結構的認識由錯誤到正確并不斷加以完善，三代物理學家對原子結構的研究都是在承襲前人的理論的基礎上進行創新，從而使得原子物理學飛速發展。在物理教學中，滲透這些物理學家質疑、批判、創新的物理學史，對于培養學生的質疑、批判精神和創新能力是大有裨益的。

三、在教學中引入物理學史可以激發學生學習物理的興趣，培養學生的科學精神和人文精神。

1.把物理學史引入物理教學中可以激發學生學習物理的興趣，產生學好物理的驅動力。

心理學家赫爾的學習理論認為學習系統首先要有驅動力，驅動力是處于需要時產生的一種動力狀態。只有當學生對學習有了興趣，才能表現出學習的自覺性、主動性，才能在學習中去開拓、去探索，去克服學習中遇到的困難。如果我們把歷史引入教學中，把科學理論的建立，科學發現的過程，科技發明對人類社會發展的貢獻用生動事例展示給學生，并通過了解物理學家的生平、各學派間的爭端以及尚未解開的物理課題來激發學生學習物理的興趣，就能讓學生從中學習到物理學家嚴謹的科學態度和科學的思維方法，變被動學習為主動獲取知識。物理學史中有許多科學家為真理獻身的動人事跡，如伽利略為宣傳哥白尼的日心說而被教會終身監禁、利赫曼為引雷電而捐軀、居里一家的艱難困苦、盧瑟福長期研究α射線以及量子理論早期發展所經歷的曲折和磨難等。這些物理學史的引入，都會使學生萌發一種為人類作貢獻的激情，產生學好物理的驅動力。

2.把物理學史引入物理教學中可以培養學生敢于堅持真理、勇于創新和無私奉獻的科學精神。

課程目標明確要求高中學生要“具有敢于堅持真理、勇于創新和實事求是的科學態度和科學精神。”這不僅是學習物理本身的需要，更是時代對中學生的要求。對于物理教學來說，滲透科學精神的教育主要是通過教師講解和分析物理學史來實現的。例如，在講解《電磁感應現象》這一節時，教師就應該講述法拉第從奧斯特發現的“電流的磁效應”這一事實中得到啟示，堅持“磁場也能產生電流”的信念，經過長達十年的努力，最終取得了重大突破。作為教師要號召學生學習這種為探求真理而堅持不懈的精神。此外，法拉第舍棄榮華富貴，幾次拒絕接受封爵而甘當“平民法拉第”的人格和品行也是對學生進行教育的好素材，因為這種高尚的品格對于端正學生的學習動機，樹立學生對真理的非功利性追求，具有重大意義。

3.把物理學史引入物理教學中可以培養學生的人文精神和愛國主義精神。

《新課程標準》提出：注重物理學與日常生活、社會科學以及人文科學的融合，讓學生切身體驗物理學與社會的相互作用以及物理學對人類文明的影響。作為一線的物理教師，通過物理學史的教學，使學生受到科學和人文相結合的教育，讓學生在學習過程中在情感態度與價值觀等方面得到熏陶，培養學生健全的人格，也使學生對科學的本質、功能等對社會的影響，有更深刻的理解。比如愛因斯坦在第二次世界大戰期間，從人類的正義感出發，勸說美國總統羅斯福搶在納粹德國以前研制原子彈，當研制成功以后，他又從人類的良知和社會責任感出發，和原子彈之父奧本海默一起，聯袂反對使用原子彈。科學家在致力于科研活動的同時，處處重視人的價值，孜孜不倦地追求社會的和諧發展，是科學精神和人文精神結合的楷模。教學中將這些物理學史與物理知識相融合，其中蘊涵的科學家充滿人文主義的態度和精神必將激起學生心靈的震動。

總之，物理學史是一塊蘊藏著巨大精神財富的寶地，值得我們去開墾，從中吸取營養。在新課程改革的形勢下，教師對物理學史的教育功能要有正確、深刻的認識，要加強對物理學史的了解，研究如何在物理教學中引入物理學史，更好地實現新課程目標。

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