系統(tǒng)了解物理學(xué)史是形成科學(xué)思維的有效途徑

呂建平

摘 要：物理是高中學(xué)習(xí)的一門重要科目，也是學(xué)生成長(zhǎng)所必須學(xué)習(xí)的基本知識(shí)。但受到當(dāng)前應(yīng)試教育的影響，學(xué)生在學(xué)習(xí)物理時(shí)大多采取題海戰(zhàn)術(shù)，教師在授課時(shí)重點(diǎn)也都放在基本物理知識(shí)和習(xí)題的講解上，而忽視了對(duì)物理學(xué)發(fā)展史的講解。主要探討在高中物理課堂教學(xué)中融入物理學(xué)史的重要性、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式，并分析學(xué)習(xí)物理學(xué)史對(duì)科學(xué)思維養(yǎng)成的重要意義。

關(guān)鍵詞：物理學(xué)史;科學(xué)思維;高中物理

物理學(xué)史研究的主要內(nèi)容是物理學(xué)產(chǎn)生和發(fā)展的歷史進(jìn)程，通過學(xué)習(xí)物理學(xué)史，學(xué)生可以更加全面地了解人類對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)和理解的過程。物理學(xué)史不僅僅是關(guān)于物理學(xué)科發(fā)展變化的過程，更包含著歷代物理學(xué)家的探索方法和思維方式，通過學(xué)習(xí)物理學(xué)史可以有效幫助學(xué)生形成科學(xué)思維，拓寬思想維度。

一、高中物理課堂教學(xué)融入物理學(xué)史的重要性

物理是一門研究自然事物發(fā)展規(guī)律的學(xué)科，其主要探究?jī)?nèi)容是自然界中客觀事物的發(fā)展規(guī)律、物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和相互作用的方式、能量的轉(zhuǎn)化過程等，物理學(xué)的學(xué)習(xí)與研究需要特定的科學(xué)思維能力和思考習(xí)慣。新課標(biāo)教育理念對(duì)學(xué)校人才培養(yǎng)提出了新的要求，不僅要求學(xué)生掌握相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)，還要幫助學(xué)生形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維能力、科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任感，僅僅依靠教材內(nèi)容學(xué)習(xí)無法滿足要求。在高中物理課堂教學(xué)中融入物理學(xué)史相關(guān)知識(shí)，不僅僅是新課程標(biāo)準(zhǔn)下的要求，還可以幫助學(xué)生提高對(duì)物理學(xué)習(xí)的興趣，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)自然現(xiàn)象和規(guī)律的好奇心和探索欲。通過向?qū)W生講解物理學(xué)家生平的奇聞?shì)W事，可以拓寬學(xué)生的視野和知識(shí)面，加深對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)和概念的理解，提高課堂教學(xué)效率。同時(shí)還可以激發(fā)學(xué)生的愛國(guó)情懷，在物理學(xué)界有建樹的華人物理學(xué)家數(shù)目較少，通過學(xué)習(xí)物理學(xué)史可以幫助學(xué)生認(rèn)清我國(guó)與世界先進(jìn)水平之間的差距，激發(fā)學(xué)生為國(guó)服務(wù)的擔(dān)當(dāng)感與責(zé)任感。

二、高中物理課堂教學(xué)融入物理學(xué)史的內(nèi)容

1.物理學(xué)家們的名言警句

在對(duì)學(xué)生進(jìn)行物理學(xué)史教學(xué)中，可以介紹一些與學(xué)科發(fā)展相關(guān)的名言警句，不僅可以增強(qiáng)對(duì)知識(shí)的記憶，還有助于培養(yǎng)學(xué)生勤于思考和探索的習(xí)慣。牛頓曾說過，他之所以偉大，是因?yàn)檎驹诹司奕说募绨蛏希@也啟發(fā)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不能驕傲自大，取得如此成就的人尚且謙虛，我們又有什么理由高傲呢？“站在巨人的肩膀上”啟示我們?cè)趯W(xué)習(xí)和研究過程中可以充分利用前人的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，在已有的研究基礎(chǔ)上進(jìn)行思考和創(chuàng)新，同樣也可以取得一定的成就。

2.重要定理的發(fā)現(xiàn)過程

物理學(xué)界很多重要定理的發(fā)現(xiàn)都是物理學(xué)家們不斷努力的成果，其中也蘊(yùn)含著物理學(xué)家們開闊的思維方式，對(duì)于學(xué)生學(xué)習(xí)具有一定的啟迪作用。在對(duì)原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行探究時(shí)，許多物理學(xué)家都根據(jù)自身的思考提出了相應(yīng)的模型，湯姆生認(rèn)為原子核與電子的關(guān)系類似于葡萄干面包中的葡萄干與面包塊的關(guān)系，電子鑲嵌在原子中間;盧瑟福根據(jù)對(duì)天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行觀察，提出了行星運(yùn)動(dòng)模型，認(rèn)為原子核位于整個(gè)原子的中央，電子圍繞原子核進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)，之后波爾提出了關(guān)于原子核分布的電子分層排布模型。許多重大定理的發(fā)現(xiàn)都不是一朝一夕之功，凝集著許多物理學(xué)家的努力，這啟發(fā)學(xué)生在學(xué)習(xí)中應(yīng)該腳踏實(shí)地，認(rèn)真鉆研，為物理學(xué)的發(fā)展貢獻(xiàn)自己的一分力量。

3.重要物理發(fā)現(xiàn)對(duì)當(dāng)時(shí)社會(huì)的影響

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是社會(huì)進(jìn)步的第一生產(chǎn)力，人類歷史中許多重大發(fā)明都得益于物理學(xué)中重要定理的發(fā)現(xiàn)。法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律促進(jìn)了交流電的問世，改變了世界的能源供應(yīng)方式，促進(jìn)了第二次科技革命的問世。通過對(duì)電磁波進(jìn)行研究促進(jìn)了通信技術(shù)的飛速發(fā)展，加快了人類進(jìn)入信息時(shí)代的步伐。通過向?qū)W生介紹相關(guān)物理發(fā)現(xiàn)對(duì)社會(huì)的影響可以激發(fā)學(xué)生的事業(yè)心和使命感，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

4.物理學(xué)家們的奇聞?shì)W事

物理是一門客觀自然學(xué)科，學(xué)生在學(xué)習(xí)物理的過程中很多時(shí)候都會(huì)感覺枯燥乏味，因此課堂學(xué)習(xí)的積極性不高。因此教學(xué)在教學(xué)過程中應(yīng)該想辦法豐富課堂內(nèi)容，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在進(jìn)行物理研究的過程中，物理學(xué)家們也發(fā)生了許多有趣的故事。通過向?qū)W生講解這些奇聞?shì)W事可以幫助老師活躍課堂氣氛，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的趣味性。

三、物理學(xué)史融入高中物理課堂的教學(xué)方式探索

1.將物理學(xué)史作為背景材料

在對(duì)相關(guān)研究定理進(jìn)行講授時(shí)，物理教師可在講課之前介紹相關(guān)定理的研究和發(fā)現(xiàn)歷程及其對(duì)當(dāng)時(shí)社會(huì)的影響，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)背景的了解，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和探索的熱情。教師在授課之前應(yīng)做好教學(xué)準(zhǔn)備，盡量使物理學(xué)史部分的講解生動(dòng)有趣。

2.以緒論課的方式授課

緒論課是教學(xué)活動(dòng)開始之前對(duì)相關(guān)背景的基本介紹，其目的是幫助學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容有基本的了解和認(rèn)識(shí)。在高中物理教學(xué)中，一些教師為了延長(zhǎng)理論課學(xué)習(xí)的課時(shí)而放棄了緒論課的講解，這對(duì)學(xué)生的科學(xué)思維和責(zé)任感培養(yǎng)是不利的，因此在物理教學(xué)中應(yīng)加入相關(guān)緒論課的內(nèi)容。

3.開展第二課堂活動(dòng)

為豐富教學(xué)內(nèi)容，在教學(xué)時(shí)可抽出一定課時(shí)作為第二課堂展示環(huán)節(jié)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組，并安排物理學(xué)史的學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生可以以角色扮演或者制作微電影的方式來展示相關(guān)物理學(xué)家的研究發(fā)展過程。

4.利用信息技術(shù)進(jìn)行教學(xué)

隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及和信息技術(shù)的發(fā)展，多媒體教學(xué)工具已逐漸進(jìn)入各大學(xué)校。教師可充分利用這一工具進(jìn)行教學(xué)，通過播放相關(guān)視頻的方式幫助學(xué)生了解物理學(xué)發(fā)展進(jìn)程，提高學(xué)生的課堂參與度。

四、了解物理學(xué)史對(duì)科學(xué)思維養(yǎng)成的意義

1.以史為鑒，幫助學(xué)生構(gòu)建模型

在高中物理學(xué)習(xí)中會(huì)涉及許多物理模型的構(gòu)建和分析，應(yīng)用理想化的物理模型可以使復(fù)雜的問題簡(jiǎn)單化，幫助學(xué)生降低解題難度。在構(gòu)建物理模型時(shí)學(xué)生要根據(jù)實(shí)際條件做出合理的假設(shè)，簡(jiǎn)化一些對(duì)問題解決影響不大的次要因素，將具體的實(shí)際問題抽象化，但通過理念的教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)構(gòu)建科學(xué)合理的物理模型一直是學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的難點(diǎn)。

在高中物理開篇學(xué)習(xí)中，首先接觸到的是運(yùn)動(dòng)學(xué)的相關(guān)內(nèi)容，在對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體進(jìn)行研究時(shí)，會(huì)將物體理想化為質(zhì)點(diǎn)模型。在物理學(xué)中質(zhì)點(diǎn)是指沒有大小，但有質(zhì)量的點(diǎn)，在對(duì)問題進(jìn)行研究時(shí)如果物體的大小和幾何形狀對(duì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律沒有顯著影響，就可以忽略其大小和形狀，簡(jiǎn)化為一個(gè)僅僅具有一定質(zhì)量的點(diǎn)進(jìn)行研究。在課堂教學(xué)中為了讓學(xué)生更好地理解質(zhì)點(diǎn)這一模型的概念和建立過程，教師在課堂教學(xué)中可結(jié)合具體實(shí)例進(jìn)行講解，對(duì)質(zhì)點(diǎn)建立的要求和條件進(jìn)行探討。以宇宙中的天體運(yùn)動(dòng)模型為例，雖然火星、太陽等天體與地球相比體積均比較大，但由于與地球的距離非常遠(yuǎn)，天體本身的直徑與整體距離相比只占其中的一小部分，因此在計(jì)算其運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)可以忽略其大小的影響，將其簡(jiǎn)化為質(zhì)點(diǎn)。再以分子運(yùn)動(dòng)規(guī)律為例進(jìn)行分析，雖然分子與天體相比體積非常小，但在對(duì)單個(gè)分子進(jìn)行研究時(shí)卻無法將其簡(jiǎn)化為質(zhì)點(diǎn)，其原因是分子周圍存在著許多其他微觀粒子，這些粒子對(duì)分子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有著很大的影響，因此無法將其看作質(zhì)點(diǎn)來分析，可見在建立物理模型時(shí)不僅僅要看物體本身的體積大小，還要根據(jù)具體問題來進(jìn)行分析。

物理學(xué)家們?cè)谘芯窟^程中還建立了許多物理模型，如光滑斜面、彈簧振子等，通過學(xué)習(xí)這些模型建立的過程，可以幫助學(xué)生掌握分析和解決問題的方法和思想，形成科學(xué)思維。

2.以史為鑒，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)辯證思維的形成

物理學(xué)知識(shí)理論體系的建立并非一朝一夕之功，是幾百年甚至幾千年來歷代物理學(xué)家不斷探索努力的智慧結(jié)晶，全面了解物理學(xué)史可以幫助學(xué)生形成物理學(xué)科思維。但現(xiàn)在高中階段的物理教科書中物理學(xué)史部分的內(nèi)容介紹相對(duì)比較零碎，且篇幅不多，基本上起不到啟迪思維，培養(yǎng)物理學(xué)邏輯思維的作用。在學(xué)生學(xué)習(xí)物理的過程中，科學(xué)的辯證思維能力是分析和解決問題的必備工具。僅僅依靠理論知識(shí)講解和習(xí)題訓(xùn)練無法幫助形成系統(tǒng)全面的邏輯思維能力，教師在授課過程中還應(yīng)結(jié)合物理學(xué)家們?cè)谘芯刻剿髦薪鉀Q問題的方法和思路進(jìn)行講解。

以物理教材萬有引力部分的學(xué)習(xí)為例，課本中對(duì)萬有引力形成和發(fā)現(xiàn)的歷史講解并不夠具體全面。為幫助學(xué)生更好地理解萬有引力定律，教師可以向?qū)W生介紹牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力的具體過程和分析思路。萬有引力定律雖然是由牛頓提出，但他也是在總結(jié)開普勒“天體運(yùn)動(dòng)的三大定律”、伽利略對(duì)于慣性的思考等的基礎(chǔ)上總結(jié)得到的。該定律的發(fā)現(xiàn)過程雖然不屬于學(xué)生必須掌握的部分，但通過講解物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)該定律的歷史可以幫助學(xué)生更好地了解抽象晦澀的科學(xué)定律。通過學(xué)習(xí)物理學(xué)史，可以幫助學(xué)生了解和理解時(shí)代局限、實(shí)驗(yàn)局限和認(rèn)識(shí)局限，提高學(xué)生的邏輯思維能力。

3.以史為鑒，引導(dǎo)學(xué)生形成批判性思維

追溯科學(xué)發(fā)展的歷史，當(dāng)科學(xué)有更奏效的發(fā)現(xiàn)時(shí)，科學(xué)會(huì)毫不猶豫地修改或拋棄舊理論。因此，科學(xué)思想的本質(zhì)是質(zhì)疑和批判，而依賴科學(xué)形成的世界觀也必將隨科學(xué)的發(fā)展而更新。在物理教學(xué)中學(xué)科發(fā)展歷史中科學(xué)家們對(duì)已知規(guī)律提出質(zhì)疑，并對(duì)自身觀點(diǎn)提出證明的經(jīng)歷可以幫助學(xué)生了解質(zhì)疑思維，形成批判性的思維方式。

在對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)的自由落體規(guī)律進(jìn)行教學(xué)時(shí)，可以結(jié)合伽利略對(duì)真理進(jìn)行勇敢追求的故事進(jìn)行講解。在自由落體規(guī)律發(fā)現(xiàn)之前，人們信奉的是亞里士多德提出的經(jīng)典學(xué)說，許多人因?yàn)槊つ砍绨荻拗屏俗陨淼乃季S發(fā)展。伽利略之所以發(fā)現(xiàn)自由落體的真相，不僅是因?yàn)榭茖W(xué)理論思維的支撐，更是得益于他敢于向權(quán)威挑戰(zhàn)的精神。在日心說出現(xiàn)之前，人們一直認(rèn)為地球是宇宙的中心，所有的天體都在圍繞地球運(yùn)動(dòng)。哥白尼通過對(duì)以往天文學(xué)家的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并結(jié)合自身的思考，發(fā)現(xiàn)了地心說是謬誤學(xué)說，并提出了劃時(shí)代的日心說。因?yàn)檫@一觀點(diǎn)，他受到了教會(huì)和其他保守派人士的迫害，但他始終堅(jiān)持真理。通過介紹這些優(yōu)秀科學(xué)家探索真理的實(shí)際，可以幫助學(xué)生打破傳統(tǒng)的思維觀念，增強(qiáng)挑戰(zhàn)權(quán)威的勇氣，幫助學(xué)生形成批判性思維。

五、結(jié)語

物理學(xué)史是物理學(xué)習(xí)中的重要組成部分，在課堂教學(xué)中融入物理學(xué)史可以幫助學(xué)生形成辯證科學(xué)思維和批判性思維能力，在物理教學(xué)中將物理學(xué)史與基本理論知識(shí)相融合是課程發(fā)展的必然趨勢(shì)。

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編輯 王振德