探究物理學(xué)史與高中物理教學(xué)融合的有效途徑

吳春亮

摘 要：物理學(xué)史著重講述物理學(xué)基本概念、基本定律和各主要分支的形成，特別側(cè)重于“現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展史”，被廣泛應(yīng)用于高中物理教材中。通過對這些物理學(xué)史的學(xué)習(xí)，不但能增長見識(shí)，加深對物理學(xué)的理解，開闊視野;更能從前人經(jīng)驗(yàn)中得到啟示，感受到物理學(xué)家為探索物理世界不畏艱難險(xiǎn)阻，勇于追求真理的科學(xué)態(tài)度。高中物理教師要提高對物理學(xué)史的重視程度，優(yōu)化物理學(xué)史，合理的將物理學(xué)史融入到課堂中，充分發(fā)揮其教學(xué)價(jià)值。

關(guān)鍵詞：高中物理;課堂教學(xué);物理學(xué)史

高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)中明確指出：高中物理教學(xué)要堅(jiān)持學(xué)生課堂主體地位，提高學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣以及追求真理、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。物理學(xué)史不僅記載著物理學(xué)理論與實(shí)驗(yàn)研究的發(fā)展過程，而且記載著諸多物理學(xué)家的實(shí)踐過程，其中每一個(gè)物理概念、物理規(guī)律、物理本質(zhì)被發(fā)現(xiàn)和被證實(shí)的過程，一方面，可以幫助學(xué)生了解物理學(xué)家追求真理的人生經(jīng)歷，取其精華去其糟粕;另一方面，可以幫助學(xué)生了解物理學(xué)的基本概念、基本原理以及基本定律的同時(shí)，了解這些概念、原理、定律的形成過程，從而加深對物理學(xué)知識(shí)的認(rèn)知、理解和運(yùn)用。

一、物理學(xué)史的教學(xué)在高中物理教學(xué)中的作用

物理學(xué)是研究自然界物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、相互作用和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，作為自然科學(xué)的帶頭學(xué)科，物理學(xué)研究大至宇宙，小至基本粒子等一切物質(zhì)最基本運(yùn)動(dòng)形式和規(guī)律，因此成為自然科學(xué)領(lǐng)域中的一門基礎(chǔ)學(xué)科。科學(xué)的發(fā)生和發(fā)展一開始是由生產(chǎn)決定的，在生產(chǎn)發(fā)展的推動(dòng)下，通過理論、實(shí)踐，物理學(xué)不斷的發(fā)生分化和總結(jié)，逐步形成了嚴(yán)密的理論體系，并在科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，成為現(xiàn)代自然科學(xué)體系中一門重要的基礎(chǔ)學(xué)科。物理學(xué)的發(fā)展史是唯物主義與唯心主義的斗爭史，是物理思想的方法論和物理觀念辯證法的變革史，是理性思維與感性思維的辯證統(tǒng)一史，對現(xiàn)代教育具有重要的意義。

對物理學(xué)史的學(xué)習(xí)，則要求學(xué)生在掌握物理科學(xué)知識(shí)的前提下，注重科學(xué)方法的學(xué)習(xí)。在高中物理教學(xué)中引入物理學(xué)史激發(fā)學(xué)生的物理學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生對物理知識(shí)追根溯源，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和分析問題的能力。將物理學(xué)史應(yīng)用到教學(xué)中去，把物理學(xué)基本思想和觀念的產(chǎn)生背景滲透給學(xué)生，不僅能讓學(xué)生學(xué)習(xí)到新的物理理論，更能提高學(xué)習(xí)能力和認(rèn)識(shí)自然的能力，進(jìn)而更好地進(jìn)行物理學(xué)的學(xué)習(xí)。

二、如何有效將物理學(xué)史融入高中物理課堂教學(xué)

1.優(yōu)化課堂導(dǎo)入情境，豐富學(xué)生情感體驗(yàn)

興趣是最好的老師，學(xué)生只有對物理課程產(chǎn)生興趣，才能將注意力集中到課堂上，以頑強(qiáng)的毅力去克服學(xué)習(xí)生活中的困難。創(chuàng)設(shè)課堂導(dǎo)入情境是高中物理課堂導(dǎo)入時(shí)常用的教學(xué)方法之一，創(chuàng)設(shè)情境有利于學(xué)生循著知識(shí)脈絡(luò)去準(zhǔn)確掌握學(xué)習(xí)知識(shí)。物理學(xué)史是物理課堂教學(xué)中獨(dú)特的物理文化，物理學(xué)家在探索物理世界過程中留下的歡樂、困惑、驚奇，都是豐富學(xué)生情感體驗(yàn)、引發(fā)學(xué)生情境共鳴的優(yōu)秀素材。這些素材不僅能幫助學(xué)生順利實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移和應(yīng)用，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能使學(xué)生在學(xué)習(xí)中產(chǎn)生比較強(qiáng)烈的情感共鳴，增強(qiáng)情感體驗(yàn)。

例如，在學(xué)習(xí)“電磁感應(yīng)現(xiàn)象”時(shí)，教師可以利用奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)時(shí)的趣事來創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境。奧斯特從大學(xué)開始，便有了探索電力和磁力之間聯(lián)系的想法，但經(jīng)歷了無數(shù)次實(shí)驗(yàn)后依舊一無所獲。直到十五年后的一節(jié)課中，奧斯特偶然想起了他的研究課題，做了一次即興實(shí)驗(yàn)，當(dāng)伽伐尼電池與鉑絲相連時(shí)，靠近鉑絲的小磁針擺動(dòng)了。這一不顯眼的現(xiàn)象沒有引起觀眾的注意，卻讓奧斯特激動(dòng)的摔了一跤。教師利用一段物理趣事的敘述，將學(xué)生帶到了奧斯特研究電磁效應(yīng)的課堂中，使學(xué)生感受到了物理學(xué)家在發(fā)現(xiàn)電磁效應(yīng)時(shí)的激動(dòng)心情，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。因此適時(shí)的講授有趣的物理故事，能夠滿足學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，增加對物理實(shí)驗(yàn)的熱情，提高高中物理教學(xué)的趣味性，實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

2.配合課堂實(shí)驗(yàn)演示，提高學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)效

物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)學(xué)科，任何理論和學(xué)說的建立都離不開實(shí)驗(yàn)。高中物理實(shí)驗(yàn)多是對所學(xué)物理知識(shí)進(jìn)行再驗(yàn)證，已經(jīng)學(xué)習(xí)了相關(guān)知識(shí)的學(xué)生對這種實(shí)驗(yàn)并不是很感興趣，使得實(shí)驗(yàn)教育達(dá)不到預(yù)期效果。為了提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣，教師要通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，聯(lián)系物理學(xué)史、生活實(shí)際等方法，引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生探究興趣，培養(yǎng)學(xué)生對物理實(shí)驗(yàn)的熱情。

例如，在學(xué)習(xí)“自由落體運(yùn)動(dòng)”相關(guān)內(nèi)容時(shí)，自由落體運(yùn)動(dòng)是在不受任何阻力，只在重力作用下而降落，學(xué)生受生活經(jīng)驗(yàn)的影響，對羽毛和鐵球在同一高度同時(shí)釋放會(huì)同時(shí)落地提出了質(zhì)疑。于是，教師就可以講述亞里士多德的故事：亞里士多德認(rèn)為重的物體比輕的物體下降速度快，而且這個(gè)結(jié)論與人們生活中的經(jīng)驗(yàn)結(jié)果相一致，但事實(shí)是否這樣呢，只有實(shí)驗(yàn)才能檢驗(yàn)這個(gè)結(jié)論的真假。后來，伽利略為了證明自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，在比薩斜塔進(jìn)行重力實(shí)驗(yàn)，才證明物體自由下降的時(shí)間只與高度有關(guān)系。我們在課堂中也可以準(zhǔn)備羽毛、鐵球、真空管等實(shí)驗(yàn)器材，在課堂中展示羽毛、鐵球在空氣阻力下的落體運(yùn)動(dòng)和羽毛、鐵球在真空狀態(tài)下的落體運(yùn)動(dòng)。利用先進(jìn)器材優(yōu)化了伽利略的比薩斜塔實(shí)驗(yàn)，更準(zhǔn)確地驗(yàn)證了自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，有助于幫助學(xué)生形成正確的認(rèn)知，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的準(zhǔn)確性和時(shí)效性。在實(shí)際的物理教學(xué)中，要將教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際歷史上擁有重大意義的物理實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，讓學(xué)生更深刻地了解到物理實(shí)驗(yàn)對于物理學(xué)習(xí)的重要性，提高對錯(cuò)誤的分析和總結(jié)能力，減少學(xué)習(xí)中出現(xiàn)的失誤。

3.揭示規(guī)律產(chǎn)生過程，降低學(xué)生理解難度

物理學(xué)習(xí)中學(xué)生有時(shí)候會(huì)對物理概念的理解和物理規(guī)律的掌握出現(xiàn)困難，教師可通過深入淺出的分析，生動(dòng)有趣的實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生理解和掌握。在物理規(guī)律教學(xué)中必須重視過程與方法，傳統(tǒng)的物理規(guī)律的教學(xué)方式很簡單：復(fù)習(xí)-推導(dǎo)-解說-應(yīng)用說明，對于學(xué)生的要求是停留在能用規(guī)律說明一些生活現(xiàn)象，解決具體的物理問題的階段上。但是新課程標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生具有科學(xué)探究方法，自主學(xué)習(xí)能力以及良好的思維能力，所以物理規(guī)律教學(xué)更應(yīng)該強(qiáng)調(diào)過程與方法，不僅要教給學(xué)生物理知識(shí)，而且更為重要的是還應(yīng)通過揭示物理學(xué)的發(fā)展過程來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。充分利用物理學(xué)史為學(xué)生呈現(xiàn)物理學(xué)家當(dāng)時(shí)的研究過程，展示這些物理概念發(fā)現(xiàn)、形成、創(chuàng)建的曲折歷程，讓學(xué)生感受到物理知識(shí)來源于生活和實(shí)際，拉近學(xué)生與物理知識(shí)的距離，消除學(xué)生的畏難心理，使學(xué)生更加輕松自在地理解并掌握所學(xué)知識(shí)，樹立學(xué)習(xí)物理的信心。

例如在學(xué)習(xí)牛頓第一定律時(shí)，教師可以通過介紹伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)來幫助學(xué)生理解“力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因”。如果小球從斜面靜止釋放，小球?qū)?huì)滾上另一個(gè)斜面，并上升到與釋放點(diǎn)幾乎相等的高度。伽利略認(rèn)為這個(gè)微小高度差是小球在斜面運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的摩擦造成的;如果在沒有摩擦的斜面上小球再滾上另一個(gè)斜面后，應(yīng)該上升到與釋放點(diǎn)相同的高度。由此推論，第二個(gè)斜面傾角越小，小球在斜面上達(dá)到原來的高度需要的路程就越長。當(dāng)?shù)谌齻€(gè)斜面成為水平面時(shí)，小球再也無法達(dá)到原來的高度，只能沿水平面以恒定的速度持續(xù)運(yùn)動(dòng)下去，而且這時(shí)小球所受的外力為零。教師利用這段史料糾正學(xué)生對“物體受力才會(huì)運(yùn)動(dòng)”的錯(cuò)誤認(rèn)知，使學(xué)生能夠正確理解牛頓第一定律。

總之，對學(xué)生進(jìn)行物理學(xué)史教學(xué)，能使學(xué)生深入地理解物理學(xué)中的知識(shí)與技能，過程與方法以及情感態(tài)度和價(jià)值觀。了解各個(gè)物理規(guī)律和物理理論的形成過程，降低學(xué)生對物理學(xué)習(xí)的恐懼，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性，使學(xué)生能夠歷史地、客觀地學(xué)習(xí)物理知識(shí)，又能促進(jìn)學(xué)生正確理解人與自然、人與社會(huì)的關(guān)系，形成敢于質(zhì)疑、堅(jiān)持真理、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，樹立崇高的社會(huì)責(zé)任感和正確的價(jià)值觀。

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