談物理學史教學對科學本質觀形成的作用

張艷艷

摘 要：《普通高中物理課程標準（2017年版）》（以下簡稱《課程標準》）明確將正確認識科學本質作為學生必須達到的學習目標。因而，在高中物理教學中，如何體現科學本質是教師需要特別關注的問題。物理學史教學對學生正確認識科學本質具有重要的意義，但目前高考的考試形式并不能很好地考查這個學習目標的達成度，導致現階段很多教師僅讓學生背記一些科學家和科學家的貢獻。本文以“萬有引力與航天”這一章節為例，結合物理學史的內容，初步探究物理史的教學方法和策略，以期幫助學生更好地認識科學本質。

關鍵詞：科學本質;物理學史;教學方法;教學策略

中圖分類號：G427? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2095-624X（2021）26-0028-02

引 言

科學本質可以從“科學知識”“科學探究”和“科學事業”這三個方面進行闡述。科學知識的本質是世界是可認識的，科學知識是可變的，科學并不能解決所有問題;科學探究的本質，是科學講究實據，所以一切理論都需要通過實驗來驗證，科學是邏輯和想象的結合體，具有解釋和預測的功能，同時反對權威;科學事業的本質是科學是一種復雜的社會活動，是在不同領域的探究，同樣必須考慮倫理的原則。科學家作為專家又作為公民參與公眾事務，要考慮科學對全人類的影響。高中物理從很多方面盡量去體現科學本質，如教材的編寫、《課程標準》的要求等。但目前很多教師讓學生以考高分為目標，忽略了教材、《課程標準》等在這方面的改變，如教師將規律概念濃縮成若干精練的語言或公式，讓學生直接解題，忽略得出規律的過程。特別是物理學史的教學，教師通常讓學生直接記憶一些高考可能考查的內容，對于高考不考的內容可能直接忽略掉。而物理學史講的是人類對自然界中各種物理現象的認識過程，對學生理解物理知識和培養學生的核心素養至關重要[1]。

一、目前教材對物理學史的編寫及編寫目的

物理學史在課本中一般以三種方式呈現。（1）單獨出現在引導環節。例如，人教版普通高中課程標準實驗教科書物理選修3-1第一章第3節“電場強度”一節中對超越空間發生的相互作用力的討論和說法做了敘述。學生通過學習本課內容，不僅能了解到電場這種看不見、摸不著的客觀物質的提出過程，還能深刻感受到科學家們對科學真理的不懈追求。（2）人教版高中物理教材經常以“科學漫步”這一內容呈現物理學史。（3）物理學史內容隨著理論、概念、定義和方程出現。例如，在“行星的運動”這一節內容中，教材在編排時，并不是開篇就介紹“開普勒三大定律”，而是從古代人類對行星運動認識的發展過程出發，進行物理學史的介紹。文中有這樣一段話：“德國天文學家開普勒用了20年的時間研究了丹麥天文學家第谷的行星觀測記錄，發現如果假設行星的運動是勻速圓周運動，計算所得的數據與觀測數據不符，只有假設行星繞太陽運動的軌道不是圓，而是橢圓，才能解釋這種差異。”學生自己閱讀教材，一定會感受到人類對自然的認識是對自然的觀測、歸納，然后由科學家們利用自己的智慧進行推理、演算，或者想象并經過驗證才得到的。同樣，科學知識是發展的，不是一成不變的，當新的實驗證據、更合理的解釋等出現，科學知識可能發生改變。通過對科學知識發展過程的學習，學生能夠了解科學家的思維發展過程，這對學習理論知識有很大的幫助[2]。

例如，人教版普通高中課程標準實驗教科書物理選修3-5中原子結構這一內容的編寫，是從古希臘的原子論認為物質只能分割到原子為止，再到德國物理學家普呂克爾的實驗，到湯姆森的陰極射線實驗發現電子，得到原子可再分;然后盧瑟福的α散射實驗，駁斥湯姆森的棗糕模型，發現核式結構。還有關于中學生熟悉的一個規律——牛頓第一定律，普通高中課程標準實驗教材先從亞里士多德的關于運動和力的觀點出發，到伽利略的“理想斜面實驗”，再到笛卡爾的觀點，最后才到牛頓第一定律，使學生在不知不覺中對運動和力的關系有了正確的認識，并加深了印象。教材的編寫目的就是讓學生通過了解知識的獲得過程，更深刻地理解知識，也讓學生通過對物理學史的學習，體會到科學精神就是一種批判的態度、一種變革的勇氣，隨時否定那些似乎天經地義的規律，承認科學知識是發展的;更讓學生通過了解科學家們的生平事跡，體會到與他人合作對研究的重要性。

在物理學教學中，教師依據具體的教學內容恰到好處地引用一些精確的、生動的物理學史知識，不僅能激發學生的學習興趣，增強學生的求知欲望，還能引導學生仔細揣摩物理學家分析問題、解決問題的科學思維方法，使其樹立辯證唯物主義思想，培養質疑精神和提出科學問題的能力。

現以高中新課程標準實驗教科書物理必修二第六章“萬有引力與航天”為例，簡要介紹物理學史的教學方法和策略。物理學史貫穿在整個章節中，大致被分為12處，現歸納如下（見表1）。

二、物理學史的教學方法

物理學史的內容一般可以分為：物理規律的發現過程，物理學家的生平事跡，各物理學派學說的陳述和假說間的爭議。本文現就物理學史的內容及教學的作用提出以下幾種教學方法。

（一）重演—歸納法

重演—歸納法就是通過現象提出問題，引導學生像歷史上的科學家一樣分析問題、思考問題，正確認識現象，歸納得出規律。如從地心說與日心說之爭，到開普勒定律的提出，這個內容就非常適合利用重演—歸納法，讓學生感受到科學規律的得出除了依靠觀察現象，還需要理性的假設和科學的計算，也使學生領悟到科學探究、規律的得出并不是一蹴而就的，而是需要經歷不斷的探究和驗證。

（二）文獻—陳述法