滲透物理學(xué)史 發(fā)揮育人功效
——發(fā)揮物理學(xué)史功效培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)

朱惠忠

(江蘇省吳江中學(xué) 215200)

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》(實(shí)驗(yàn))在課程目標(biāo)中明確要求高中學(xué)生“初步了解物理學(xué)的發(fā)展歷程”.因此，物理學(xué)史的內(nèi)容在高中歷史教材中得到了多處引用.物理學(xué)的發(fā)展史，如一部壯麗的科學(xué)史詩(shī)，囊括了物理學(xué)的起源與發(fā)展過程，歌頌了科學(xué)家們創(chuàng)造且嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維，閃耀勇于探索、排除困難的科學(xué)精神.這些物理學(xué)史的內(nèi)容，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生正確的人生觀、世界觀，滲透素質(zhì)教育有著積極的影響.“讀史可以明智”，將充滿曲折與艱辛的物理學(xué)史中充滿積極影響的內(nèi)容融入物理教學(xué)中，對(duì)開拓學(xué)生的視野，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的情感、態(tài)度等具有重大意義.那么如何在有限的課堂時(shí)間內(nèi)，寓物理學(xué)史于物理教學(xué)之中，以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，在感染和熏陶中促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展呢？筆者從如下幾方面進(jìn)行了有益探索.

一、領(lǐng)悟猜想魅力，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

探究性學(xué)習(xí)是新課標(biāo)推崇的一種積極的學(xué)習(xí)過程.在高中物理教學(xué)中，教師應(yīng)積極付諸行動(dòng)中，在學(xué)生探究性學(xué)習(xí)的過程中巧妙引入物理學(xué)史，為探究提供物理情境和問題，感受猜想與假設(shè)在物理理論建立、發(fā)展過程中的重要性，形成科學(xué)的思維方法，提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理興趣.

例如在教學(xué)關(guān)于“萬有引力定律”的內(nèi)容時(shí)，我在課堂上先提出問題：“地上的力與天上的力是和諧統(tǒng)一的嗎？”新奇的問題引起了課堂不小的騷動(dòng).我再趁勢(shì)道出牛頓是如何檢驗(yàn)他認(rèn)為的“地上的力與天上的力是出于同一本源”的猜想的：各大星體間有引力，地球上的物體會(huì)受到重力，假設(shè)這兩種力是同一性質(zhì)的力，且與自身之間的距離的平方成反比關(guān)系，因?yàn)樵滦牡降匦牡木嚯x是地球半徑的60倍，根據(jù)萬有引力強(qiáng)度，可以得到月球繞地球做近似勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度就應(yīng)該是地面重力加速度的1/3600，從而驗(yàn)證了天上的力與地上的力是同一性質(zhì)的力，遵循共同的規(guī)律，這就是著名的“月地”檢驗(yàn).在這個(gè)過程中，牛頓根據(jù)月球繞地球運(yùn)動(dòng)的周期T和運(yùn)行的軌道半徑r，地球表面的重力加速度g，計(jì)算得到了月球圍繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度為：

這就是猜想與假設(shè)的魅力！從上面的分析可以發(fā)現(xiàn)，這兩種方法求得的數(shù)值十分接近，牛頓的猜想得到了驗(yàn)證，證實(shí)了地上的力與天上的力屬于同一性質(zhì)，兩者遵循同一規(guī)律.

同樣，伽利略的“自由落體運(yùn)動(dòng)”、伽利略的理想斜面實(shí)驗(yàn)等，都可以成為教師引導(dǎo)學(xué)生感受科學(xué)探究魅力的有效素材，可以讓學(xué)生知道，猜想與假設(shè)是開啟探究的大門，總結(jié)失敗，不斷探究，才能走向成功.

二、展現(xiàn)探究過程，理解科學(xué)本質(zhì)

物理學(xué)史本就是對(duì)物理世界的現(xiàn)象、規(guī)律等的探究過程，是物理學(xué)成果的發(fā)現(xiàn)過程.在教學(xué)中，用歷史的觀點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)，將物理本質(zhì)、規(guī)律的探究過程展現(xiàn)為一段段波瀾壯闊、可歌可泣的歷史過程，感受物理科學(xué)家的孜孜不倦，領(lǐng)悟物理學(xué)成果的來之不易，明白科學(xué)觀的形成與被檢驗(yàn)，從而更深刻的理解科學(xué)探究的本質(zhì).

在關(guān)于“自由落體運(yùn)動(dòng)”的教學(xué)過程中，教師可以突出落體定律的研究方法，展現(xiàn)伽利略科學(xué)的探究過程，如：

(1)亞里士多德是如何提出“重者比輕者下落得快”的落體學(xué)說的？伽利略又是如何通過巧妙的邏輯推理進(jìn)行反駁的？

(2)伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)提出了怎樣的運(yùn)動(dòng)假設(shè)？并如何從假設(shè)中進(jìn)一步推出下落位移與時(shí)間的平方是成正比的？

(3)落體研究為何要轉(zhuǎn)化成斜面實(shí)驗(yàn)研究？伽利略是如何在當(dāng)時(shí)的條件下順利完成實(shí)驗(yàn)研究的？

(4)伽利略是如何合理運(yùn)用數(shù)學(xué)推理和“等末速度假設(shè)”將斜面實(shí)驗(yàn)結(jié)果推廣到落體運(yùn)動(dòng)的？

科學(xué)的探究本無止境，通過歷史探究過程的展現(xiàn)，使自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和伽利略開創(chuàng)的科學(xué)研究方法呈現(xiàn)在學(xué)生面前，學(xué)生不但能掌握物理知識(shí)，從這些探究案例中學(xué)習(xí)物理問題的思考和解決，有助于幫助學(xué)生領(lǐng)悟科學(xué)知識(shí)的獲得過程，養(yǎng)成探究的習(xí)慣.

三、培養(yǎng)科學(xué)精神，增強(qiáng)情感體驗(yàn)

教材中與學(xué)科相關(guān)的物理學(xué)史不僅呈現(xiàn)了物理學(xué)壯觀的發(fā)展，更是情感、態(tài)度、價(jià)值觀培養(yǎng)的好素材，那么雄偉壯麗的發(fā)現(xiàn)過程就是一部科學(xué)史詩(shī)，真理來之不易，離不開前輩科學(xué)家們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維和勇于探索的科學(xué)精神.比如在《行星的運(yùn)動(dòng)》這一節(jié)中講述的人類發(fā)現(xiàn)宇宙觀規(guī)律的艱難歷程，對(duì)提高學(xué)習(xí)物理興趣、開拓視野、培養(yǎng)學(xué)生堅(jiān)定的研究意志具有很高的價(jià)值.

(1)以“地心學(xué)”與“日心說”發(fā)展歷程對(duì)學(xué)生進(jìn)行情感教育

“惑則辯、辯則析、析則明”，這既是真理的發(fā)現(xiàn)過程，也是人們對(duì)未知世界逐漸認(rèn)識(shí)的歷程.教學(xué)中，設(shè)計(jì)問題：“在古代先有地心說后有日心說，你認(rèn)為這觀點(diǎn)對(duì)嗎？”讓學(xué)生充分“討論”人類對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)過程，并通過物理學(xué)史更正錯(cuò)誤認(rèn)知，來達(dá)到情感教育目的.

(2)以日心說的艱難確立之路來培養(yǎng)學(xué)生對(duì)待科學(xué)的態(tài)度

日心說的觀點(diǎn)雖自古有之，卻常遇到反對(duì)者，哥白尼一直觀測(cè)星體并研究學(xué)術(shù)史料，盼望能找出一種比托勒密體系更簡(jiǎn)潔的解釋，最終發(fā)表《天體運(yùn)行論》一書.哥白尼去世三年后，捍衛(wèi)地心說的第谷在丹麥出生，他從不間斷的測(cè)繪行星位置，憑著堅(jiān)強(qiáng)的意志力，耗用20年的時(shí)間將天體位置的測(cè)量誤差從10′減到小2′.有著數(shù)學(xué)天賦的開普勒是第谷的助手，經(jīng)過4年多的刻苦計(jì)算終于發(fā)現(xiàn)了真實(shí)的“橢圓”軌道，形成了著名的“開普勒三定律”，使得哥白尼體系被普遍接受.這一段艱難的確立之路，讓學(xué)生深切感受到日心說曲折的發(fā)展過程.通過物理學(xué)史的介紹，培養(yǎng)學(xué)生正確的人生觀、價(jià)值觀和正確的科學(xué)態(tài)度.

(3)以介紹科學(xué)家來培養(yǎng)學(xué)生正確的人生觀、價(jià)值觀

天文學(xué)的發(fā)展離不開科學(xué)家堅(jiān)定的信念和對(duì)真理的不懈追求，才把人類從神學(xué)帶到了科學(xué)，人性的光輝在他們身上得以顯現(xiàn)，如身為宮廷教師的第谷，孜孜不倦的投身于天體位置的測(cè)量中.當(dāng)宗教與這些科學(xué)家們所信奉的科學(xué)發(fā)生沖突時(shí)，有妥協(xié)，有潛逃，有迎死，在對(duì)比中感受求實(shí)精神的難能可貴，體會(huì)科學(xué)家的生命價(jià)值.引導(dǎo)學(xué)生去設(shè)想：如果布魯諾不死，那么又會(huì)發(fā)生些什么？從而激起學(xué)生的價(jià)值沖突，幫助學(xué)生形成正確的價(jià)值取向.

我國(guó)著名的物理學(xué)家錢三強(qiáng)曾指出：“在物理教學(xué)中適當(dāng)增加一點(diǎn)物理學(xué)史的內(nèi)容，讓學(xué)生更多地了解科學(xué)發(fā)展的歷程，這對(duì)他們的成長(zhǎng)將會(huì)是有意的.”物理學(xué)史對(duì)于確保物理教學(xué)的有效進(jìn)行具有重要意義.教師應(yīng)遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，結(jié)合教學(xué)實(shí)際情況，優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)，采用不同的教學(xué)措施引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和感知物理學(xué)史，體驗(yàn)科學(xué)家的人格魅力，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而提高學(xué)生的核心素養(yǎng).