在大學物理教學中引入物理學史的探討

王雪方

(鶴壁職業技術學院，河南 鶴壁 458030)

1 在大學物理教學中引入物理學史的重要意義

隨著社會的發展，大學物理原有的教學模式暴露出越來越多的問題[1-2]。以考試要求的解題內容為中心的教學，教師講課的重點變成了基本的物理概念、重要公式及應用，使得大學物理變成了一項枯燥無趣的課程。物理學史與物理學教學的結合是國內外基礎教育改革的一項重要課題[3-4]，放棄以公式為基礎的教學而轉變為以提高科學素養為目的的教學，才能為大學教育做出應有的貢獻。通過具體實踐的方法將物理學史引入教學，將物理學史引入大學物理的教學過程中[5-6]，讓學生了解物理規律的背景知識，知道物理規律的發展過程，學習科學家在科學發現和創造的過程中的物理思想和科學研究方法，從而改變學生的學習狀態，真正發揮大學物理在學生學習發展中的作用。

2 主要內容和方法

以鶴壁職業學院學生為主要調查對象，通過問卷調查、教學實踐以及案例研究等相結合的方式研究在大學物理教學的過程中引入物理學史的必要性，如何引入以及引入物理學史對學生的影響和作用。

研究主要內容包括：a.物理學史與物理教學結合的學生需求性分析。b.將物理學史引入大學物理教學的方法和途徑。c.教學實驗班的具體實施過程以及對成績的影響。

3 研究成果

3.1 成果一：物理學史與物理教學結合的學生需求性分析

以鶴壁職業技術學院學生為調研對象，采用按院系分層隨機抽樣的方式，通過網絡問卷調研，發放問卷180份，收回問卷130份，回收率72%，結合現場詢問發現：

學生對物理科學的發展過程有著濃厚的興趣。關于“教師如何引入新課”這個問題，有88.89%的學生希望教師在講課本內容前以跟這個內容相關的物理背景為線索，將本節所學的內容串聯起來，了解為什么學這個，怎么去學，在學習的過程中需要注意什么，需要體會怎樣的科學態度和方法。

對于物理概念的講解，已有75%的人認為，教師在講授知識點的時候應該講清楚物理概念以及定律之間的區別和聯系，只有理解了基礎概念才能夠利用它們更好地解決問題，在做題的過程中才能以不變應萬變。

對于物理教學中引入歷史知識的作用這個問題，統計結果表明，93%的學生認為物理學史的引入不但不會影響教學中學生對知識結構的理解，還會提高學生學習的熱情，幫助學生更深入地理解基本概念，為學好這門課打下基礎。只有少部分的學生能夠認真閱讀課本中提到的與物理相關的歷史性內容，大多數學生只是簡單瀏覽下，甚至有一部分學生根本沒有讀過。

學生是希望教師能提前告訴學科的整體框架，讓學生清楚自己接下要學什么，在整個學科中占據什么樣的地位。66.67%的學生認為不知道學科的概念、公式以及定律通過怎樣的聯系構成了整個學科知識體系。

由此說明，在物理教學過程中，物理學史的引入方式是多種多樣的，大多數的學生都愿意在教學中引入物理學史，從而加深對基礎概念的理解。

3.2 成果二：將物理學史引入大學物理教學的方法和途徑

結合國內的具體實踐和個人的研究可歸納出，物理教學引入物理學史的主要方法有以下幾種：第一，按照歷史發展的順序將知識點串起來。在授課過程中，按照時間先后順序，將本次課要講的知識點以歷史事件的發展串起來，讓學生對這個定理定律有了初步的了解和認識，在學習知識點的時候就會更有興趣，更有利于學習。第二，讓學生理解并掌握科學的研究方法。在教學中，通過分享科學家的歷史故事，讓學生體會科學的研究方法以及持之以恒的研究態度更加重要。當代教育一直在強調學生要有創新能力，在引入物理學史的過程中就有利于培養學生的創新思維。第三，讓學生充分了解物理知識的由來。引入物理學史，讓學生體會科學家是如何探索，經歷了怎樣的過程才得出規律性的認識這個結論又怎樣被后人證實是正確的。讓學生明白任何一項成果都需要很多人付出大量的努力，培養學生堅強的品質。另外，由于了解了物理定律的形成過程，更有利于學生對這個知識點的理解和掌握。第四，讓學生體會到科學的美。物理學具有空間時間的對稱美；物理學中所研究的事物各要素、部分之間配合得當，協調有序所表現出來的一種和諧美。平時通過觀察演示實驗和學生實驗，建立起物理規律、形成物理概念，同時應用知識解決實際問題，掌握知識結構等，從而認識物理美、感受物理美。

3.3 成果三：教學實驗班的具體實施過程及對成績的影響

實驗班級的確定，2017級電子電氣班為實驗班。

實驗過程和內容實踐是2019年9月-2020年1月。在實驗過程中，任課教師認真備課，在實驗班采用雨課堂教學，盡量通過物理學史與物理教學結合方式對學生加強科學方法教育、創造性思維能力和物理學習情感等的培養。在普通班嚴格按照常規教學方法進行，不會專門阻礙學生科學方法的培養，但是也不像實驗班那樣著意開發。

教學實驗的評價方法和結果。研究是在Monk和Osborne[7]的教學模式下開展探究的，主要包含四個過程：針對概念進行教學，發表意見，對結果進行反省，最后進行總結評價。主要收集學生的期末考試成績，以檢驗物理學史融入教學對學生學習成績的影響。

考試所使用的試卷是由教務處教師從試題庫中抽選的，具有隨機性，題目的難易程度和往常一樣，題量適中，題目覆蓋了所學的內容，是符合考試大綱要求的。試卷中單選題、填空題、簡答題和計算題所占比例分別為20%、15%、20%和45%。在閱卷環節，每個教師負責不同的題目，流水改卷，成績真實可靠。根據最終成績，按普通班和實驗班進行分類，得表1及表2。表1為普通班試卷統計分析表。表2為實驗班試卷統計分析表。

表1 普通班試卷統計分析表Tab.1 Statistical analysis of test papers of common classes

表2 實驗班試卷統計分析表Tab.2 Statistical analysis of test papers of experimental classes

綜合分析表1和表2可知：實驗班成績優秀比例比普通班要高，實驗班不及格比例相對較低。普通班的平均分為65.2分，實驗班平均分為70.6分，實驗班高出普通班3.4分。普通班成績分布于70～100分數段的人數為31人，而實驗班成績分布在70～89的比例為53.5%，普通班成績分布在這個分數段的學生比例54.6%，基本持平。

由以上結果發現，將物理學史融入教學的實驗組，平均成績優于普通組，對于整體學生的成績提高有益處，特別是成績優秀的學生比例明顯比普通班高，成績不合格的學生比例也有所降低。所以物理學史融入教學中不僅不會對學生的學習產生負面影響，還能提高學生學習的積極性，幫助學生深入理解基本概念，真正掌握知識點，能夠熟練解題。

4 結語

在物理教學過程中結合教學內容適當地引入一些物理學史知識，既有助于激發學生的學習興趣，又有助于學生理解和掌握所學的物理知識，提高學生的創新能力。在大學物理教學中引入物理學史并不是一件容易的事情，還需要在具體的教學過程中不斷探索，才能最大限度發揮物理學史在物理教學過程中的重要作用。