“物理學史”融入課堂教學的實效性研究

王家林

摘 要： 現行人教版高中物理新教材在各模塊中多處引入物理學史，教師在教學過程中應注重將物理學史有機融入課堂教學。物理學史的特殊性決定了科學教育和人文教育的交融綜合，增強了教學的實效性。

關鍵詞： 物理學史 科學方法 科學本質 人文精神

物理學家勞厄說：“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的東西都遺忘掉的時候所剩下的東西。”[1]新教材要求教師走出誤區：把會做題、會考試作為完成了教學任務，達到了教學目的；認為在課堂上講述物理學史是浪費時間，對于定理和結論的得出，只從幾個基本原理出發，運用數學演繹手段，邏輯地推演出來。在這樣的教學體系中，真正的認識發展過程中的歷史曲折被抹平了，科學探索者的觀測、困惑、試探和創新的智慧之光被掩蓋了。這種教學方法的結果，給學生造成了科學理論“直線發展”的錯覺，泯滅了學生的創造力天賦，對以后的發展產生了嚴重的負面影響。

物理學史融合了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的多學科知識，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。物理學史以其內容的獨特性，在素質教育中發揮特殊的作用，通過物理學史展示人類揭開物理世界奧妙和令人興奮的探索歷程，了解科學家的科學創造之路，從而給學生進行學習科學方法及科學思維的訓練，培養質疑精神和提出科學問題的能力，激發學習興趣，進行德育滲透，樹立辯證唯物主義思想，培養審美觀等教育。由于物理學史內容的特點及它所具有的豐富教育因素，說明了物理學史與物理教學的結合是基礎教育改革的有益手段，決定了它融入課堂后取得的實效。

一、能夠使學生掌握科學方法

通過把物理學史融入課堂，學生受到物理學家利用科學方法一步步地揭開真理帷幕的感染，從身臨其境感受中獲得科學方法的升華。在物理學的長期發展中，確立了很多很成功的成熟的常規方法，如理想模型、理想過程、理想實驗，這些可行的、近似抽象的方法促成了許多定律的發現。其他有如觀察和實驗，分析和綜合，歸納和演繹，類比和聯想，猜測和試探，邏輯推理，證明與反駁，以及數學方法、控制論，等等。

把科學方法和物理學史結合起來，讓方法成為有聲有色、有血有肉的活例，使學生了解前人是通過什么方法研究和探索發現新的規律與理論的，真正領悟物理學的研究方法，從而引導和啟發學生的科學思維，解決和處理各種問題。伽利略創立了科學實驗方法，改變了從直觀感覺或臆想出發純粹邏輯地推演出結論的思辨方法，強調了對直觀感覺材料要做理性分析，要由實驗檢驗。他重視觀察和實驗，制造出望遠鏡對星體進行觀察；為了證實重物下落不比輕物快的結論，他親自登上比薩斜塔做自由落體實驗。伽利略還把實際的實驗和理論思維緊密結合起來，形成了一種新的方法——理想實驗的方法，并用此法發現了慣性定律。物理學史上，曾用類比推理法建立了歐姆定律；惠更斯將聲和光類比，提出光的本質也是一種波動；德布羅意將實物與光進行類比，首創物質波概念；湯姆生運用類比方法，證明了電子的存在；庫侖通過與萬有引力定律的類比，提出了庫侖定律；法拉第通過磁力線類比，提出了電力線概念，為電磁場理論打下基礎；麥克斯韋通過與流體力學的類比，建立了電磁理論的麥克斯韋方程，預言了電磁波的存在。又如玻意爾，馬略特，查理，蓋·呂薩克等物理學家用隔離法分別得到三個氣體實驗定律，然后綜合得到理想氣體狀態方程。科學家通過質點、剛體、光滑平面、彈性碰撞、理想氣體、絕熱過程、點電荷、電光源等物理模型，區分物理過程中的主要和次要因素，使抽象的假說和理論形象化，便于思考和研究。應該說，讓學生掌握這些思考方法，比掌握物理理論本身更加重要。

教學的各個環節中融入各種思維方法，學生得到了現實說法的科學方法的熏陶和鍛煉，發展了創造性思維能力，逐步了解和掌握了科學的思維方法，從而能夠觸類旁通，舉一反三，使構建的知識網絡化和體系化。

二、有助于學生理解科學本質

物理學史走入課堂，拉近了學生和科學家的距離，學生把偉大科學家的生平及重要貢獻的來龍去脈弄得一清二楚，把物理定律的發現過程掌握得明明白白。學生在這一過程中已經完全消除了心中對科學研究遙不可及的神秘感，把對科學家的崇拜轉化成了科學精神的動力。在新教材中注重使學生了解歷史，知道前人是如何開展科學研究的，讓學生了解科學問題是如何提出的，自然原型和理想模型是什么，問題是如何解決的，相應的概念和定律是如何萌生、提煉和發展的，從而進一步體會和理解科學本質。

學生借助網絡資源查找資料，追蹤當年科學家的發現思路，模擬科學家的發現過程，有助于學生理解物理學的科學本質。例如學生以第一人稱的手法，生動講解庫侖扭秤的創作過程及庫侖定律的發現過程。庫侖扭稱創作過程：法國科學院懸賞征求改進船用指南針的方案。庫侖想到磁針支放在架上，必然會帶來摩擦，所以庫侖提出用絲線懸掛磁針。受此啟發，他進而研究金屬絲的扭力，得到扭力跟扭角成正比，提出金屬絲扭力定律。給出一種測極小力的方法，從而設計了新型測力儀器——扭秤。庫侖扭秤的構造：細銀絲下端懸掛絕緣棒，棒的一端是一個帶電的金屬小球A，另一端有一個不帶電的球與A所受的重力平衡。學生總結了庫侖研究的物理方法：控制變量法。通過庫侖扭秤，當把另一個帶電的金屬球C插入容器并使它靠近A時，A、C間距離為r，它們間的作用力使懸絲扭轉，扭轉角度為36度，當使A、C間距離為r/2時，懸絲扭轉144度，通過懸絲扭轉角度跟力成正比，可以比較出力的大小得到。在庫侖年代，不知道怎樣測量物體所帶的電荷量，這難不倒他，庫侖讓兩個相同的帶電金屬小球互相接觸后，它們對放在正中間的第三個帶電小球的作用力相等。如果把一個帶電金屬小球與另一個不帶電的完全相同的金屬小球接觸，前者的電荷量就完全分給后者一半。庫侖用這個方法把帶電小球的電荷量q分為、q/4、q/8，從而得到了庫侖定律F=kq1·q2/r2。通過自主探索物理學史，學生更深刻地了解探索過程的艱辛與漫長，定律能夠成功確立需要科學的研究方法和正確的推理思維方式，從而有助于學生更好地了解、體會科學過程，理解科學的本質，更深層地把握物理知識。

三、提升學生的人文精神

《物理新課程標準》指出：“物理課程除了發揮特有的科學素養功能外，應重視和發揮同樣為物理課程所具有的但尚未受到重視的人文素質功能。”[2]依據這一課程改革新理念，教師應充分利用好新教材，把物理學史融入課堂教學中，滲透人文精神。

通過物理學史，學生學習到了科學家實事求是的科學態度，對知識要做到一絲不茍，了解了科學技術發展及物理新知識的獲得離不開可靠的、精確的、反復的實驗過程。教師可對學生進行挫折教育，培養學生堅韌不拔的毅力和不斷探索、勇往直前的精神。居里夫人發現鐳的經歷，可以說是給學生很好的教材。居里夫人為了找出新的放射性元素，和丈夫在一間破爛不堪的小棚里，艱苦工作了四年。他們冒著刺鼻的濃煙把瀝青鈾礦燒融，然后用沉重的鐵棒在大鍋里攪拌幾個小時，再一勺一勺地處理瀝青，把里面放射性物質挑出來，一點一點地處理了成噸的鈾礦，再對挑出來的東西加以提煉和濃縮。笨重的體力勞動加上刺鼻的濃煙，還有放射性射線輻射，對人的健康損害極大。但是，為了科學研究，居里夫婦以無比堅強的毅力和耐心，不分晝夜地工作，終于制得了0.1克新的放射性元素“鐳”，獲得了諾貝爾物理學獎；盧瑟福在用α粒子從氮14中打出質子后，為了證實這實驗結果，英國物理學家布拉愷特在充滿氮的云室里重復了這個實驗，拍攝了兩萬多張云室照片，他又從四十多萬條α粒子徑跡的照片中尋找到了8萬條徑跡產生分叉，再對徑跡分叉情況進行了分析，方才確認為盧瑟福實驗的正確性。盧瑟福及其助手在做α粒子散射實驗時發現，平均八千個入射的α粒子中只有一個獲得大角度的偏轉，從而得出了“絕大多數”，“少數”，“極少數”的結論，進而提出原子的核式結構模型。

了解物理學后，學生感受到科學家堅定不移的意志力、嚴謹的科學態度，體會到科學探索中的挫折和失敗對科學發現的重大意義。學生能夠客觀地接受失敗的必然性，但永不言敗，堅定為科學不懈努力的決心，發揚為科學進步而勇于獻身的精神。如通過介紹哥白尼發現“日心說”到布魯諾為捍衛“日心說”這一真理而獻身的事例，使學生樹立正確的信念，形成對人、對社會應具有的正義感和奉獻精神。富蘭克林通過親自進行大量實驗，統一了天電和地電，徹底破除了人們對雷電的恐懼、迷信。富蘭克林用綢子做了一個大風箏，風箏上安上一根鐵絲，用來捉電，用麻繩與鐵絲相連，麻繩的末端拴一把銅鑰匙，鑰匙塞到萊頓瓶中間。他和兒子一起放風箏，一陣雷電下來，富蘭克林感到一陣電麻，靠近鑰匙的手和鑰匙間產生火花。天電終于捉下來了。他用這種方法給萊頓瓶充電，發現天電可以點燃酒精，從而證明了天電和地電的一致性。在捕捉雷電地過程中，他多次遭到電擊，輕則兩手發麻，重則當場昏迷。富蘭克林深知做這類實驗的危險性，他為科學而獻身精神時刻鼓舞后人。

在物理教學中，要不失時機地介紹我國古代科學家取得的科技成果及對世界文明史的貢獻，介紹新中國成立以來，我國在社會主義建設和科學技術上取得的成就，在學生了解我國古代燦爛文明的同時，激發民族自豪感，培養愛國主義情操，從而形成正確的政治立場和觀點，激發學生對科學的興趣、對理想的憧憬。

物理學史融入課堂后，學生對物理學發展的歷史有所了解，對物理學上的重大突破在人類認識史上所產生的震撼人心的沖擊，以及在人類社會發展史上所引起的重大技術變革有所了解，正確認識到物理學的進步對人類社會發展的重大作用，從而激起對物理學的感情，樹立頑強學習、刻苦鉆研物理知識的決心。

參考文獻：

[1]徐學軍.對高中物理新教材的研究.物理教學探討，2003（6）.

[2]華中師范大學走進高中課程編寫組.走進高中新課程[M].武漢：華中師范大學出版社，2004：109.

[3]教育部《基礎教育課程》編輯部組織編寫.中學新課標資源庫—物理卷.北京：北京工業大學出版社，2004.2.