新課程改革下物理學史和物理教學融合的教學模式探究

　　物理學是研究物質的運動形式和物質各層次的結構、相互作用和運動的基本規律的科學。如其他學科一樣，物理學的基本概念、基本定律和基本定理都經歷過一番從醞釀到產生，從萌芽到建立的辯證發展過程。因此，物理學史作為研究物理學發展及規律的科學隨之出現了。著名物理學家錢三強說：“物理學史是一塊蘊藏著巨大精神財富的寶地，這塊寶地值得我們去開墾，這些精神財富值得我們去發掘。如果我們能重視這塊寶地，把這塊精神財富發掘出來，從中吸取營養，我相信對我國教育事業和人才培養都會大有益處。”物理學史是物理學產生發展的歷史，是人類文明進程的重要組成部分。通過對物理學史的學習，不僅可以了解前人的科學精神、科學思想，還可以達到“益人神智”的作用。因此，在提倡素質教育的今天，教師應該把物理學史融入物理教學中，在為學生傳遞知識和技術的同時，拓展學生思維、培養學生的科學精神，推動物理理論教學順利實施。
　　一、 我國物理學史教育的現狀及存在的問題
　　傳統的物理史教學內容單一并未獨立成課，甚至未獨立成篇，往往是物理教師在教學時捎帶講授。有的教師甚至開門見山、直接教授理論性強的知識，對物理學理論的產生、發展、應用介紹甚少，更少關注學生科學素質的培養。在傳統物理教學中，物理學史與物理學教育未能有機結合，物理學史的意義教師沒有充分重視，導致學生對物理學史態度淡漠，忽視了物理學史的引導作用，從而影響了物理教學和學習的效果。物理作為科學發展中的一門基礎學科，其中的理論方法、定律公式深刻地影響著人類對物質世界的基本認識、思維方式和社會生活。因此，在物理教學中有機融入物理學史教學，對于培養學生的科學素質具有重要意義。
　　二、 物理教學中滲入物理學史的重要意義
　　法國著名物理學家郎之萬說：“在科學教育中，加入歷史的觀點有利而無一弊。”物理學傳遞的是知識，物理學史則傳達的是智慧。因此，物理學與物理學史的結合、知識與智慧的結合、學習物理科學成果與學習物理學發展過程的結合對于科學素養的培養具有重要意義。
　　1.讀史使人明智
　　學習物理學史可以培養學生的科學思想和精神。學習物理科學的發展史，就是為了讀前人的成敗興衰，領會其科學思想，并指導我們的工作學習。物理學史教學常見的內容是一些有關科學家的小故事。如阿基米德在浴盆內發現了浮力定律，牛頓從蘋果落地的現象中發現了萬有引力，瓦特因發現燒水壺的壺蓋被沸騰的開水所掀動而發明了蒸汽機，奧斯特在上電學課時無意中移動了小磁針而發現了電流的磁效應……就是這些科學軼事使理論學習變得更有吸引力。物理學史教學的目的是讓學生系統了解物理學，即使不能對物理學有深入研究，學習了物理學家探索物理世界所具有的物理思想、高尚的品質，也會使學生端正學習態度，對學生的工作和生活進行指導，使其終身受益。
　　2.加深理解，提高智能水平
　　了解科學思想的邏輯發展和歷史行程，對學習物理學大有益處。開始學習物理時，常會為不理解一些新概念而煩惱。這時，若能了解一下這些物理學概念形成的歷史，則有助于加深理解這些概念。例如，“慣性”是一個難以理解的概念，定義眾所周知，但仍然不能掌握它。倘若我們從概念產生的歷史出發，就容易理解了。古希臘學者亞里士多德從觀察到的現象出發，得出了一條定律，叫“強迫運動定律”，即物體的運動依賴于外力，外力一消失，運動就會停止。所以他得出的結論是：力是維持物體運動的原因。伽利略用理想斜面的試驗推翻了這一錯誤的“強迫運動定律”，得出了正確的理論：運動不需要力來維持。從而用它可以解釋更多的物理現象。兩個簡短的歷史故事對比鮮明，使學生對慣性的理解一目了然。在回顧慣性概念的形成過程中，我們對其本質有了較為明確的認識，這比硬背定義學習物理概念要生動有趣得多，印象也深刻得多。
　　3.有利于培養學生的科學素質
　　“科學素質”雖然離不開“科學知識”，卻并不等同于知識，它是更深層次的、基礎性的東西，是對知識本質的理解和內化。科學教育不僅要讓學生掌握知識，更要求學生具有熱愛科學、并不斷探索的科學意識和科學精神。現有的物理學知識都是人類從與物理世界的長期對話中，經過無數的曲折與反復，抽象概括而獲得的。但物理教科書上那種公理化、邏輯化的講授方式，卻掩蓋了概念、定律和理論的發展過程，將科學理論靜止化、僵硬化、神圣化、教條化。世界上一切客觀的東西都是永恒的運動和變化的，物理學的發展是一種不斷獲取知識并使其一切知識成果不斷經受檢驗、證偽而獲得發展的批判的、非教條的事業，永遠不會達到無事可做的認識的終點。在這樣的物理學辯證的發展過程中，只有通過物理學史的學習，才能使學生樹立正確觀念，使學生認識到，人類對于客觀世界的認識運動是永無止境的，永遠不存在什么終極真理，所有理論只有在發展中不斷充實、不斷完善，才能永葆青春。
　　4.有助于培養學生的創新精神
　　科學的本質在于探索，科學的生命在于創新。物理學史在培養學生的創新素質方面具有獨特的功能。創新能力首先表現在懷疑和批判的精神，即力求以發展、變化的思想為標準來裁決和審視一切科學假說與科學理論，不迷信權威，這是科學能不斷向前發展的動力。然而在現實的物理教學中，各類概念、公式、定律被神圣化、教條化。在以灌輸知識為目的的教學中，剝奪了學生的批判精神。在物理學發展的進程中，物理學家的批判精神，是推動物理學不斷發展的動力，伽利略對亞里士多德的懷疑和批判，推翻了錯誤的落體定律和強迫運動定律，得出了慣性定律；愛因斯坦拋棄了牛頓的絕對時空觀，得出了相對論；普朗克否定了傳統的能量是連續的觀點，得出了量子論……這些物理學發展的史實，增強了學生的批判精神，同時培養了他們的創新精神，這對他們今后的學習和工作是大有好處的。
　　5.有利于培養學生良好的道德品質
　　真正的科學家不僅僅能增長人類的自然知識，而且還傳播一種在思想上獨立思考、有條理的懷疑的科學精神，傳播一種在人類生活中相當寶貴的協作、友愛和寬容的精神。科學家是德、才、識的結合，是真、善、美的象征，他們不僅因為取得輝煌的科學成就而被千古傳頌，還因為具有高尚的道德情操而流芳百世。他們在思想品質上都有一些共同的特點：對科學有濃厚持久的興趣和真誠執著的追求，具有堅韌不拔的毅力和鍥而不舍的精神，持之以恒的頑強奮斗；追求真理的科學理想和獻身科學的犧牲精神；學習與創造同時并舉，繼承與創新相輔相成，科學實驗與科學思想有機結合，形象思維與抽象思維綜合運用，智力因素與非智力因素互相促進，無畏精神與科學態度高度統一……這些正是學生需要學習的道德素養，然而這些道德素養在物理理論學習過程中是無法充分了解的，只有通過對物理學史的學習才能被學習到。
　　6.有利于培養學生的審美素養
　　物理學的探索、建立和發展過程同樣是對自然美的狂熱的追求過程。如哥白尼認為“只有一光輝的太陽居于宇宙的中心，才能充分顯示出宇宙具有令人贊嘆的對稱性與軌道運動和大小的和諧性。”從而創立了日心說。法拉第深信電與磁的對稱性，經過10年的不懈努力，終于發現了電磁感應現象。開普勒用他的行星三定律論述了天體的運動是如此驚人的簡單與和諧。因此，通過對學生進行物理學史教育，可以使學生形成正確的審美觀、陶冶情操、熱愛科學。
　　三、 滲透物理學史教育探索物理教學的途徑
　　縱觀我國歷次物理課程目標和任務的變化和教學的實際，人們逐漸把關注傳授知識、技能、方法為主的科學教育擴展到關注學生態度、科學精神、人文精神、價值觀等整體性的發展。物理課程目標要為提高學生的素質促進學生全面發展服務，為社會培養所需人才服務。因此，物理課程目標既要考慮社會需求人才的基本素質要求，又要考慮所需人才是多層次和多規格的，學生個性是多樣化發展的。在傳授學生物理學知識的同時，培養學生的科學精神、人文精神；培養學生分析和解決問題能力、科學探究能力及創新能力；發展學生自主學習能力和獨立探究能力；培養學生的質疑能力、信息收集和處理能力、交流合作能力。為了實現這樣的目標就需要在物理教學過程中采取有效的方法來開發學生的潛能。而在物理教學中滲透物理學史教育，不失為一個實現新的教育目標的有效手段之一。但是由于我國物理學史教育還處于恢復、探索階段，有關內容、形式和方法論述比較少，需要在實踐中加強研究。筆者結合教學實踐，在此方面提出了一些探索的途徑。
　　1.以文字材料形式，將物理學史融入教材
　　我們目前的教材關于物理學史的內容很少，而且教師又不太重視給學生傳授物理學史知識。若在教材中，按教材內容的需要，適時、適量地插入一些物理學史的內容，學生就可以很容易從課本教材中了解到與所學知識有關的歷史背景和發展過程，這樣會有很好的教學效果。如在胡克定律這節，若在教材中介紹：權威人士認為應將胡克定律改稱為“鄭玄——胡克定律”。因為物理學史中記載了早于胡克1500年，在《考工記·弓人》一文中記載了這個彈性定律……。通過對這些史料的介紹，能加深學生對定理和定律的印象和理解，使知識形象化，更容易記憶。從而，激發學生樹立攀登科學高峰的信心。
　　2.通過教師講授形式，將物理學史引入課堂教學
　　雖然物理學本身不是歷史學，但它含有豐富的歷史背景素材。物理教師應該在日常教學活動中認真挖掘歷史素材，多方位展示物理規律的由來和背景，讓學生在學習科學知識的同時受到物理學家探索精神的陶冶。教師在進行物理學史教學時主要采取課堂授課方式，因為課堂教學是貫徹物理學科教學的主渠道。這就要求教師必須具備與之相適應的素質和知識結構，教師一方面要重視教材中的物理學史教學，不能一帶而過甚至避而不談；另一方面要不斷補充必要的物理學史內容，并應做到恰當地與物理理論教學有機的融合，在教學中，教師可以講述一些科學家的故事和事跡。例如，富蘭克林為研究雷電冒險進行的“費城實驗”；法拉第鄙視名利，探索一生，老死在書桌旁；居里夫婦為提煉鐳元素而甘受放射線的傷害，他們的女兒和女婿因長期從事放射線研究而英年早逝……。用這些科學家的事跡感染和熏陶學生，激發學生的美的人格力量。這樣才能在教學過程中充分發揮物理學史的教育潛能，從而達到預期的教學目的。
　　3.以學生自學形式，利用第二課堂途徑傳播史學資料
　　物理課堂時間是有限的，教學內容也有一定的局限性，一節課的教學內容，不會涉及某一領域的全貌。教師可以利用課外時間，適時開展學史講座或是專題討論會，使學生對所學部分物理知識從整體上進行把握，進一步加深理解，使所學的知識立體化、網絡化，全面提高學生科學素養。另外，教師還可以指導學生在業余時間閱讀和搜集整理一些有關物理學史的資料，使學生了解更多的物理學史知識，開闊視野，培養學生的科學態度，以進一步實現物理學史的教育價值。學生通過自己查閱史料，還可以提高學生的初步科研能力，為以后從事科研工作打下基礎。
　　4.利用多媒體形式，將物理學史滲入物理教學
　　在物理教學中，可以采用多樣化的教學手段，如幻燈片、電影、錄像、電視、廣播、計算機等多媒體工具。教師在平時要注意物理學史方面資料的積累，通過電視或網絡等手段收集與物理學史有關的內容。然后再采用多媒體播放這種直觀的教學手段，將物理學史素材展現給學生，學生通過觀看或是收聽這些資料，不僅可以開闊他們的眼界，而且能激發他們的創造積極性和學習的興趣。
　　如今，在物理教學中引入物理學史的內容，作為一種教學手段已經受到國內外許多物理教育工作者的廣泛關注。物理學史集中體現了人類探索和認識物理世界的現象、特性、規律和本質的歷程。它本質上是一門歷史科學，它以人類與物理世界的歷史為研究對象。所以它必然融合與物理學有關的自然科學以及與人類思想、社會歷史發展有關的文史哲等多學科知識，是一門自然科學、人文科學、社會科學、思維科學緊密交叉滲透的綜合學科，這種特性決定了物理學史在實施科學教育與素質教育結合中起到特殊作用。正如諾貝爾物理學獎獲得者勞厄所說：“重要的不是獲得知識，而是發展思維能力。教育無非是一切已學過的東西都遺忘掉的時候所剩下的東西。”物理學史有著永恒的教育價值，揭示了物理學家在認識自然規律過程中的艱難歷程，展示了科學家探索真理、追求完美的精神和品格。所以，在具體教學過程中將教學內容與其涉及的物理學史知識正確地結合在一起，有助于開闊學生的視野，拓展思維，培養他們的創新精神，從而樹立正確的科學精神。
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　　（責任編輯 郭振