物理學史在高中物理教科書中的滲透*
——以人教版必修模塊為例

丁建楠　王較過

(陜西師范大學物理學與信息技術學院　陜西 西安　710119)

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教材與書評

物理學史在高中物理教科書中的滲透*
——以人教版必修模塊為例

丁建楠王較過

(陜西師范大學物理學與信息技術學院陜西 西安710119)

物理學史在物理教學在中起著重要的教育作用，以人教版高中物理教科書中必修模塊為例，對其中滲透的物理學史內容及呈現方式進行統計并分析其特色．提出在教材中滲透物理學史內容的3點建議．

中學物理物理學史教材分析

科學史與學科教學相結合的課題一直受到重視，英國科學促進會(BAAS)主席惠威爾曾呼吁:“我們要教給年輕人的,與其說是科學結論,不如說是科學方法,更不如說是科學史”[1]．可見，在科學教學中，不但要注重知識本身，而且要更加注重知識形成發展的過程．隨著基礎教育課程改革地不斷深入，廣大物理教育工作者越來越重視物理學史在物理教學中的滲透．《普通高中物理課程標準(實驗)》(以下簡稱《課標》)指出物理學史的滲透在培養學生的科學態度、科學素養及促進學生正確科學觀的形成過程中，起到直接且重要的教育作用[2]．因此，依據課標編寫的物理教材都非常重視物理學史的滲透．那么，物理教材中滲透了哪些物理學史內容？這些內容又是如何滲透的呢？

本文以人教版高中物理必修模塊教科書(以下簡稱必修模塊)為例，對其中滲透的物理學史內容及呈現方式進行探討．

1　必修模塊的物理學史內容及特色

物理學史不但涉及與物理學有關的自然科學的多個學科，而且融合了與人類思想和社會發展有關的文、史、哲等多學科知識，是蘊含著無限科學精神財富的寶地[3]．物理學是在一代接一代的科學家的探索中逐步發展并完善的，其發展過程既包含科學家的探索歷史，又包含物理學思想方法和物理知識的發展歷史．

筆者就分別從物理學家和物理知識發展兩個維度分析必修模塊中滲透的物理學史內容，其中物理學家維度包括物理學家的生平簡介、人物畫像和名言等；物理知識發展維度包括物理概念形成過程及物理規律的探索歷程、物理方法、物理實驗和學派間的爭議等．統計數據見下表1和表2．

從表1可見，必修模塊滲透的物理學家史料共29處，其中物理學家的生平簡介15處，人物畫像4處，人物名言10處；

從表2可見，物理知識發展史料共13處，其中物理概念形成過程及物理規律的探索歷程6處，物理方法6處，物理實驗1處．分析發現，必修模塊滲透的物理學史內容具有以下4個特色．

表1必修模塊滲透的物理學家史料統計

生平簡介人物畫像名言必修1亞里士多德(簡述,第8頁)普朗克(簡述,第30頁)伽利略(詳述,第48頁)牛頓(簡述,第68頁)丁肇中(簡述,第92頁)亞里士多德(第46頁)伽利略(第48頁)牛頓(第68頁)亞里士多德(第8頁)普朗克(第30頁)愛因斯坦(第47頁)笛卡爾(第69頁)必修2基爾霍夫(簡述,第1頁)拉普拉斯(簡述,第31頁)開普勒(簡述,第31頁)哥白尼(簡述,第34頁)哈雷(簡述,第42頁)牛頓(詳述,第51～52頁)勞厄(簡述,第54頁)邁爾(簡述,第81頁)焦耳(簡述,第81頁)亥姆霍茲(簡述,第81頁)開普勒(第32頁)基爾霍夫(第1頁)拉普拉斯(第31頁)勞厄(第43頁)勞厄(第54頁)費恩曼(第55頁)齊奧爾科夫斯基(第44頁)數量統計15410

表2必修模塊滲透的物理知識發展史料統計

物理概念形成過程及物理規律的探索歷程物理方法物理實驗學派間的爭議必修1自由落體運動(第46～48頁)牛頓第一定律(第68～69頁)構建理想模型法(第10頁)比值定義法(第15頁)實驗檢驗法(第47頁)數學法(第48頁)理想實驗法(第68頁)伽利略斜面實驗(第47,68頁)必修2行星運動認識(第32～35頁)萬有引力(第36～38頁)黑洞(第46頁)能量守恒定律(第81頁)歸納與演繹法(第52頁)數量統計661

1.1滲透了大量的物理學家的生平簡介

在必修模塊的滲透中，物理學家的生平簡介共15處．其中有13處是簡述，有2處是詳述．簡述主要是用于對物理學家的生平介紹，比如在必修1第二章“勻變速直線運動的研究”中提到的普朗克，書中以“普朗克(Max Karl Ernst Ludwig Planck，1858-1947年)，德國物理學家，量子論的奠基人．1900年，他在黑體輻射研究中引入能量量子，因此于1918年獲得諾貝爾物理學獎．”寥寥幾筆共62字，將他的國籍、所處時代及貢獻成果都展示出來，在不占用本章大量篇幅的情況下，開闊了學生視野．詳述一般用于對所學章節物理知識起重大影響的物理學家的生平介紹，筆墨多用于描述他們在發現真理的過程中遇到的各種艱難險阻以及他們堅持不懈、最終克服困難，取得成果的科學精神．比如在自由落體運動部分，書中以700多字詳細地介紹了伽利略所處的時代背景，他為捍衛科學真理遭受的種種迫害與磨難，及他在艱苦環境下堅持完成著作的偉大精神．滲透這些內容能夠使學生從中領略到科學探索的艱辛，以及科學家不畏艱難險阻，追求真理的科學精神，有利于幫助學生正確看待學習及成長過程中遇到的困難，從而促進學生形成積極的“情感態度與價值觀”．

1.2注重滲透物理學家名言

必修模塊中滲透的物理學家名言共10處，占物理學家史料的三分之一．名言大多出現在每一章節的引言部分，其內容主要涉及到物理學家對物理學和物理方法的認識．如勞厄所說“物理學的任務是發現普遍的自然現象．因為這樣的規律的最簡單的形式之一表現為某種物理量的不變性，所以對于守恒量的尋求不僅是合理的，而且也是極為重要的研究方向．”勞厄對物理學及其任務的闡述不但有助于學生認識物理學的本質，而且有助于學生領悟物理學思想．再如普朗克所說“物理定律不能單靠‘思維’來獲得，還應致力于觀察和實驗．”這句話不但強調了物理研究方法的重要性，而且有助于引導學生領會學習物理的正確方法．可見，物理學家名言就像一盞明燈，指導學生用正確的方法學習物理．

1.3注重物理概念形成過程及物理規律的探索歷程

必修模塊共6處滲透了物理概念形成過程及物理規律的探索歷程，幾乎占到物理知識發展史料的一半．其中滲透的物理概念及規律都是所屬章節中的重點知識．比如必修1第四章“牛頓運動定律”中滲透的牛頓第一定律的發展過程，眾所周知，牛頓定律奠定了動力學的基礎，而牛頓第一定律又是牛頓定律的基礎．滲透其發展過程，可以更好地促進學生對牛頓運動定律的深入理解，為之后動力學的學習打下堅實的基礎．

必修模塊對物理概念及規律的相關過程的滲透詳細且全面．比如必修2第二章“萬有引力與航天”中，細述了從托勒密到哥白尼，再到第谷和開普勒等各個時期的物理學家對行星運動規律的認識發展過程，學生在學習過程中不但可以加深對開普勒三大定律的認識，也可以認識到科學發展的艱辛與曲折．

1.4注重滲透物理方法

由表2可見，必修模塊有6處滲透了物理方法．在滲透方法時，不僅有比較詳細的物理方法的提出過程，還有專門對所提出的物理方法的使用小結．比如第一章“運動的描述”一節，在質點概念提出的過程中介紹了構建理想模型法，并在結尾處小結：“在物理學中，突出問題的主要方面，忽略次要因素，建立理想化的物理模型，并將其作為研究對象，是經常采用的一種科學研究方法．質點就是這種物理模型之一．”這段小結概括性地描述了理想模型法的構建條件，這樣不但幫助學生更好地理解質點模型建立的條件和過程，同時能夠促進學生掌握構建物理模型的方法，引導學生掌握正確的物理學習方法，為以后處理類似的問題提供了思路，引導學生勤于動腦思考．

2　必修模塊中物理學史內容的呈現及特色

必修模塊內容的呈現方式可分為導學系統、課文系統和課文輔助系統3種類型[4]．導學系統主要包括卷首語、導言、引言等，它為教學提供必要的準備和幫助；課文系統主要包括正文、活動等，是教師進行教學的具體材料；課文輔助系統包括注釋、習題、附錄等，增進學生對知識的理解，拓展學生的科學知識和提高問題解決能力．對必修模塊的物理學史內容的呈現方式統計結果見表3．

表3人教版必修模塊教科書物理學史內容的呈現方式的數量統計

物理學史內容的呈現方式物理學史內容數量統計導學系統卷首語物理模型法1導言物理學與人類文明1引言亞里士多德、霍爾頓、普朗克、基爾霍夫、拉普拉斯、勞厄等名言6課文系統正文亞里士多德及伽利略對運動的認識天體運動認識的發展過程、能量守恒思想的發展3活動科學足跡人類對行星運動規律的認識牛頓的生平簡介2科學漫步黑洞的發現過程、航天事業的發展2STS伽利略生平簡介2課文輔助系統注釋亞里士多德、普朗克、米開朗琪羅、基爾霍夫、拉普拉斯、勞厄、邁爾、焦耳、亥姆霍茲生平簡介9習題附錄學生實驗丁肇中對實驗的看法及其成就、電磁學發展簡介2課題研究課外讀物《物理學的進化》、《阿西莫夫最新科學指南》《物理與頭腦相遇的地方》、《大眾天文學》、《宇宙》5

從表3可見，物理學史內容在必修模塊中導學系統有8處，課文系統有9處，課文輔助系統有16處，共33處．呈現特色主要體現在2個方面．

2.1課文輔助系統內滲透的物理學史內容廣泛

課文輔助系統內的注釋、習題及附錄部分共16處滲透了物理學史內容，幾乎占到總數的一半．注釋中滲透了9處物理學家的生平簡介，附錄中介紹了5本物理學史類書籍．其中《物理學的進化》以通俗的語言向讀者介紹從牛頓、伽利略的經典力學到現代物理的物理學觀念的演變過程，其涉及內容廣泛，文字淺顯易懂，學生在閱讀中既增長了知識，又加深了對物理學的理解；在學生實驗部分，滲透的電磁學知識的發展過程，說明了實驗的重要性，同時也為后面電磁的學習做了鋪墊．

2.2課文系統內的物理學史內容緊扣知識的形成過程

課文系統內有9處滲透了物理學史，幾乎占到總數的三分之一．課文系統的學史內容密切結合物理概念、物理規律產生發展過程．比如必修1“伽利略對自由落體運動的研究”正文部分滲透的亞里士多德和伽利略對運動的認識及研究過程，介紹了人們對運動的理解從錯誤到正確，從直觀到抽象的過程，同時還包含研究過程中物理學家的科學態度、思維與方法等．由于課文系統是教學過程中師生互動最活躍的部分，所以師生在課堂上“重演”整個概念規律的發展過程時，不僅能大大提高學生學習該知識的積極性，同時也能促進學生合理地建構知識體系，培養嚴密的邏輯思維．

3　對教材中滲透物理學史的建議

從上述分析易見，必修模塊選擇了教育教學功能指向性強的物理學史內容進行滲透，其呈現符合青少年學生心理和思維發展規律[5]．但筆者認為必修模塊滲透的物理學史內容的深度、廣度及呈現方式仍需要進一步改進．

3.1部分內容要加大物理學史知識的滲透力度

部分知識內容滲透的物理學史過于簡略，學生無法了解物理學史料．比如在“彈力”一節中，彈簧發生彈性形變時遵循胡克定律，而關于胡克定律的發現者胡克，書中只用了這樣一句話“這個規律是英國科學家胡克發現的”來進行介紹，導致學生只知胡克的國籍，而關于他的時代背景、生平事跡、科研情況等完全不知．事實上，胡克在力學、光學方面都有一定的發現和貢獻，他的科學研究，上承伽利略，下啟牛頓，教科書上不應該就一句話帶過，不再做任何介紹．

3.2部分物理學史內容的呈現形式有待改進

不恰當的呈現形式會破壞知識的整體性，對學生的學習起到反作用．比如在“萬有引力與航天”中的行星的運動里，書中在正文部分介紹了人們對宇宙的認識從“地心說”到“日心說”再到“開普勒提出的三大定律”的過程，但是并沒有提及“地心說”“日心說”的代表人物，只是在“科學足跡”活動閱讀部分簡單地提及了托勒密和哥白尼．如果學生沒有良好的閱讀習慣，這個重要的知識就會被忽略，從而無法深入地理解物理知識．因此應在正文部分提及兩個學說的代表人物并配以相應的圖畫和文字．

3.3加大選取反面素材及觀點紛爭史料的力度

教科書中滲透的物理學史內容絕大部分是正面的，這可能會讓學生對物理學的認識片面化和簡單化，認為物理學家的發現簡單而容易，物理學的發展一帆風順、暢通無阻．事實上，物理學的發展道路困難且艱辛，每一個物理定律、理論的發現，都是在物理學家反復對其進行研究、探討甚至于激烈的爭論中，才得以確定落實．比如胡克與牛頓在引力研究方面持有不同的看法，并有過尖銳的爭論，正是不同的看法及爭論，才促進了牛頓的科學研究[6]．因此，適當地讓學生了解一些學派之間的爭論，學史上的反面資料，使學生對科學史發展有一個多角度、多方面的認識，促進學生辯證思維的培養及正確價值觀的養成．

1魏冰.科學史、科學哲學與科學教學.比較教育研究,1999(3):52～54

2中華人民共和國教育部.全日制普通高中物理新課程標準.北京:人民教育出社,2003.8～10

3人民教育出版社,課程教材研究所物理課程教材研究中心.普通高中課程標準實驗教科書物理1,2(必修).北京:人民教育出版社,2010

4谷雅慧.從三維培養目標看物理學史在高中物理教科書中的應用.中小學教材教學，2006(11):31～32

5武小琴.高中物理課標教科書中物理學史的內容及呈現形式研究：[碩士論文].重慶：西南大學，2008:3～4

6蔡志凌.物理學史教學的現狀、問題與對策研究.課程·教材·教法，2003(7):35

7丁慶紅，馮爽.談牛頓平方反比的形成.物理教師，2013，34(3):66～67

丁建楠(1993-)，女，在讀碩士研究生，研究方向：物理課程與教學論.

指導教師：王較過(1957-)，男，教授，研究方向：物理課程與教學論.

2016-04-19)

*系2016年陜西師范大學“4+2+1”卓越教師班碩士研究生教師教育研究“物理教材滲透物理學史的研究——以人教版必修模塊為例”專項資助成果之一.