加強物理學史教育培養學生科學素養

文︳徐鐵剛

加強物理學史教育培養學生科學素養

文︳徐鐵剛

物理學史是人類對自然界中各種物理現象的認識史，包含物理實驗與理論體系、物理概念和定律定則、思維方法和研究手段的產生和發展過程以及物理學家的研究探索歷程。物理學發展史是一座理論與實驗、挫折與成功、邏輯與直覺混合的科學素養培養素材寶庫。筆者在中學物理教學中，通過加強物理學史教育，激發學生濃厚的學習興趣，培養學生的科學思維、科學態度與社會責任。

一、加強物理學史教育對培養學生科學素養的意義

1.有利于培養學生的科學思維，形成良好的思維品質

物理學史的教育可以促進學生形成科學思維的方法和品質。例如,伽利略在對自由落體運動的研究中，用邏輯反證推理和實驗驗證的辦法，終結了“重的物體下落得快，輕的物體下落得慢”這個綿延兩千年的錯誤，有利于培養學生的批判精神和創新意識；卡文迪許扭秤實驗，用等效和放大的方法，巧妙地將不易觀察的微小變化量，轉化為容易觀察的顯著變化量，測量出非常微弱的力，證實了萬有引力定律的正確性，并比較簡便地測出了地球的質量，讓馬克·吐溫感嘆“科學真是迷人”；法拉第引入電場和磁場概念，指出電和磁的周圍都存在著“場”，進而提出了電場線和磁感線概念，用來解釋電、磁現象，化無形為有形，化抽象為具體，形象直觀，體現了類比法、對稱法等思維方法的魅力，是物理學理論的一次突破。學生對物理學家研究探索過程的學習和體驗，認識和學習科學家的思維方法，能有效提高自己的科學思維品質。

2.有利于培養學生嚴謹踏實的科學態度和合作精神

在物理教學中加強物理學史教育，讓學生走進物理學家的精神世界，感受他們的科學態度和謙遜品格，對于培養學生的科學精神、科學態度和協作意識有非常重要的作用。例如，牛頓發現萬有引力定律的過程，從對行星和太陽間的引力的研究，到月地檢驗，再到發明微積分解決兩個均勻球體間的引力計算問題，最后才大膽地推廣到宇宙中的任何兩個物體間，提出萬有引力定律。其研究過程艱辛漫長，細致嚴謹，讓學生明白對科學的探求過程是曲折的，有時還可能是乏味的，需要有一種百折不撓、愿為科學獻身的精神。又如，原子結構及原子核結構的認識過程，是眾多科學家前赴后繼、不斷創新超越的過程，也讓我們認識到物質是無限可分的，認識是沒有止境的。

3.有利于培養學生勇于擔當的精神和對科學的責任意識

物理學史中有許多科學家為真理獻身的動人事跡，讓我們明白了真理終將戰勝謬誤，但有時不得不付出生命的代價。伽利略為宣傳哥白尼的日心說而被教會終身監禁，布魯諾更是被活活燒死，這些將激勵后人為科學、為真理、為人類的發展進步而不懈奮斗。為研究“上帝之火”——雷電，富蘭克林多次被擊昏，未喪身雷電事故完全是一種僥幸。他冒險弄清了雷電的本質，提出了用避雷針來保護建筑物的建議，為人類解除了雷電帶來的巨大災害。科學家們為了科學的發展，為了人類的安全與和平，不畏艱險、不怕權威、不惜生命、追求真理的高尚品質，培養了學生為科學獻身的探索精神以及為科技發展和人類進步的責任意識。

二、在物理教學中加強物理學史教育的幾點嘗試

1.課前運用物理學史引入新課，激發學生興趣

“興趣是最好的老師”。適當運用物理學史引入新課可以增強學生的學習興趣。例如，在講自由落體運動時，可以從伽利略的比薩斜塔實驗的小故事引入新課，同時讓學生自己做實驗驗證不同的物體下落的快慢與什么因素有關，激發學生興趣和參與意識；又如，在講行星的運動時，先提問：“有一位科學家被人們尊稱為‘天空立法者’。你知道是誰因為什么獲得了這一殊榮嗎？”然后讓學生閱讀教材“科學足跡”內容，一起學習人類對于宇宙的認識過程，這樣能讓學生較深刻理解開普勒三定律及其歷史性貢獻；再如，提問：“同學們知道海王星、冥王星是如何發現的嗎？”作為“萬有引力理論的成就”一課開場語，來學習用牛頓定律的理論指導實踐在天文學上的成功案例；在講述核裂變時，可提問導入新課：“你知道原子彈和氫彈的主要區別是什么嗎？”利用學生對原子彈、氫彈的神秘感和強烈興趣，給學生造成懸念，吸引學生的注意，激發起學生的興趣，使學生帶著問題專心聽講、積極思考；學習經典力學的局限性時，可提問“你知道我國在世界領先的量子保密通信和量子計算機是怎么回事嗎？”進行課堂導入，講解經典力學的適用范圍，簡要講述相對論力學對高速運動物體的研究妙趣，和量子力學對微觀世界的探索奧秘，鼓勵學生今后投入到這兩大物理學領域的學習和研究，培養學生科學素養，引導學生立志獻身科學技術的研究和運用。

2.課中運用史料還原歷史過程，幫助學生理解物理知識

課堂上若能適時穿插和還原物理學史案例，將使學生進一步加深對知識的理解，使學生受到多方面的啟迪。例如，在講電磁感應定律時，為了加深對磁生電時磁通量變化這一條件的深刻理解，穿插科拉頓的實驗研究的故事，師生一起模擬演示科拉頓的實驗。老師接通或斷開原線圈回路開關，穩定后再去看檢流電流表，模擬科拉頓在兩個房間做實驗。雖然實驗中電流表偏轉了，但他什么也沒看到；學生雖然看到了電流的產生，卻未能理解所看到的現象意味著什么。科拉頓失去了發現電磁感應現象的機會，他的學生也未能敏銳地捕捉這一激動人心的瞬間，成了科學史上的一樁憾事；又如，講光的波粒二象性時，讓學生分成“微粒說”組和“波動說”組進行辯論，分別展示兩種學說的觀點和實驗事實，最后兩組握手言和得出光的波粒二象性。這樣使學生對前面學習了的諸多物理知識進行復習和運用，更好的了解光的波粒二象性的來龍去脈及其實驗基礎，加深學生對光的本性的認識。

3.課外開展物理學史研究性學習活動，提升學生科學素養

教師可以利用學生課外活動時間，指導學生閱讀科學家傳記和科普讀物，上網查找物理學家及其研究過程，開展關于物理學史研究性學習活動。讓學生寫研究課題報告，讀后感、科普小論文等，談自己對科學思維的理解，對科學的態度和自己肩負的責任等。備課組組織對全年級學生的研究成果進行評價和獎勵，將優秀研究報告和小論文在全校范圍內展示。這樣的研究性學習活動，不僅豐富了學生的課外活動，提高學生的初步科研能力，也可以進一步培養學生的科學素養。

（作者單位：長沙市長郡雙語實驗中學）