利用物理學史培養科學態度與責任實踐探索
——以“粒子的波動性”為例

應 俊

(寧波市鎮海中學 浙江 寧波 315200)

科學態度與責任作為物理核心素養的四大維度之一，承擔培養品格、態度、責任感的重要使命.“科學態度與責任”是指在認識科學本質，認識科學·技術·社會·環境關系的基礎上，逐漸形成的探索自然的內在動力，嚴謹認真、實事求是和持之以恒的科學態度，以及遵守道德規范，保護環境并推動可持續發展的責任感.“科學態度與責任”主要包括科學本質、科學態度、社會責任等要素[1].物理學史記載著人類認識自然、改造自然的生動畫卷，充滿豐富的物理學思想與方法，飽含著物理學家的高尚情操和精神品質，因此物理課堂要挖掘其獨特的育人功能價值，幫助學生形成正確的科學態度與責任感.但在實際物理學史教學中存在著教學目標模糊、教學內容缺失、教學方式單一、教學效果不佳等問題[2]，忽視學生情感品格上的培養，所以利用物理學史培養科學態度與責任實踐探索有著重要意義.

下面筆者從5個方面闡述利用物理學史培養科學態度與責任的教學途徑和策略，以人教版選修3-5“粒子的波動性”為例說明.

1 審視過程提高科學認識

審視物理發展的歷程，里面包含很多的認識論和方法論，要鼓勵學生在已有經驗的基礎上，多方位、多角度思考所遇到的問題，綜合運用自然科學以及人文社會科學領域的知識，分析影響問題解決的多種因素，提出解決問題的方案.為了更好地培養學生地科學素養，要求教師以科學的方法去融合與連結學科之間的知識、原理和方法，分析物理事件對自己、對他人、對集體的影響，分析于國、于科技、于歷史、于社會的意義，深入了解變化的因素和影響，提高科學認識[2].以“粒子的波動性”的引入為例說明，如表1所示.

表1 “粒子的波動性”教學設計

2 揭示因果追溯科學本質

全面地認識和看待物理發展，需要揭示科學家當時所處時代的歷史背景和條件限制，揭示因果關系，追溯科學本質.探求因果關系和本質因素，需要具有發展聯系的眼光，既要看到物理事件發生的原因，又要推出物理事件產生的結果；需要具有全面辯證的思維，既要看到客觀因素和主觀原因，又要看到積極意義和消極影響.根據科學家當時的背景和條件出發，能讓學生在利弊比較中明白物理發展的偶然與必然，揭示事物發生發展的本質.揭示因果關系追溯科學本質具體通過3個途徑加以分析：追根溯源，由果溯因；以因推果，分析利弊；反面假設，推導結果.接下來以“粒子的波動性”中德布羅意提出實物粒子波粒二象性從“追根溯源，由果溯因”角度分析個人成長背景.

教學案例：回顧德布羅意的成長歷程.他從小就酷愛讀書，中學時代顯示出文學才華，18歲開始在巴黎索邦大學學習歷史，他善于用歷史的觀點和對比的方法分析問題，1910年獲文學學士學位.1911年，他聽到作為第一屆索爾維物理討論會秘書的莫里斯談到關于光、輻射、量子性質等問題的討論后，激起了對物理學的強烈興趣，轉向研究理論物理學.從哥哥那里他了解到普朗克和愛因斯坦關于量子方面的工作，進一步引起對物理學的極大興趣.經過一番思想斗爭之后，德布羅意放棄了研究法國歷史的計劃，選擇了物理學的研究道路.1924年，獲巴黎大學物理學博士學位，在博士論文中提出了“物質波”概念.

問題：在德布羅意的成長中，哪些經歷和因素對他提出物質波的概念起到了積極的影響？

設計意圖：揭示德布羅意的學習經歷，講述學習知識面廣、學習興趣愛好等方面的重要性，說明個人形成完善的認識論和方法論起到積極的影響，這些都為他能提出物質波的想法奠定基礎，揭示物理歷史發展的必然性和偶然性，同時也對學生形成良好的學習觀起到積極影響.

3 模擬探究塑造科學態度

波恩提出好的科學課程應該有科學史的滲透，并讓學生感受和了解科學研究中的細節.物理學史集中體現人類如何與自然斗爭并逐步了解物理世界的現象、結構、特征、規律和實質的過程,它蘊含了物理學家的認識論、方法論和智慧的結晶，有必要將科學家的部分或者處理過的探究過程讓學生體驗，幫助學生塑造良好的科學態度.將物理學史的探究融入物理課堂不是簡單的史料穿插，不能簡單地向學生傳輸物理發展的歷程，而是要求在備課的時候進一步查閱資料，對歷史中的科學家做細致分析，深入挖掘科學家在從事科學研究過程中所體現出的研究方法、研究思路等多方面的內容，挖掘自然科學的探索所需要的勇于創新、堅持真理、堅韌不拔的科學精神和科學態度[3].在物理教學中強調學生站在當時科學家的角度開展科學探究，注重科學方法的養成，有計劃地去設計，有步驟地去實施，并在探究后能夠做好討論交流.下面引導學生參與部分的物質波的探究為例，如表2所示.

表2 “物質波”教學設計

續表2

4 創設情境重視情感體驗

通過創設特定的物理學史情境，模擬歷史片斷，讓歷史人物和歷史事件穿越時空，感性地走進學生的視野、走進學生的心靈，引導學生參與情感體驗.我們“虛擬”的歷史情景，無法完全還原它的真實面目，只能憑借想象和理解去“再現”歷史，必須依據前人遺留下來的真實的歷史材料為背景來創設情境.依托情境問題，借助自身經驗、判斷，形成許多真實、鮮活的課堂互動，在身臨其境的學習情境中，讓學生了解、評判、思考，豐富自己對物理歷史的認識和對現實的思考，有效避免了傳統教學中學生念書本的雷區，有效激發學生學習的興趣，鞏固了知識的同時又獲得情感體驗的機會，取得不錯的教學效果.

下面以亞歷山大·多維葉和G·P·湯姆孫對待驗證物質波實驗存在的不同態度創設的情境為例，如表3所示.

表3 歷史上對待驗證物質波實驗的不同態度

5 品味鑒賞陶冶道德情操

在物理教材中，有許多物理學史有關的《科學漫步》《科學足跡》和《科學史料》，在這些材料中介紹了很多物理學中重大發現過程和科學家的科學生涯,通過教學內容組織與設計，讓學生參與分析、鑒賞、品味、陶冶和熏陶，讓學生品味科學探索的卓越品質和精神，讓學生熏陶科學家的優秀品格和情操，讓學生感受物理內在的美學特征和魅力，有利于學生價值觀、科學態度和社會責任感的形成.例如物理的美表現為物理具有形式簡潔、對稱、和諧等類似藝術品的美學特征,物理學力求用簡單的方程或定律去概括自然規律，但其中內涵卻是豐富而深刻的.許多著名的物理學家都有感知美的奇異本領，美學思想在許多物理學家創立與評價物理學理論時起著重大的啟發與指導作用，成為科學家們獻身科學、潛心研究的直接動力之一.所以我們應該適當地向學生滲透物理學中包含的美學，體會其中的奧妙.下面以朗之萬和卡爾·烏辛感受物質波中的鑒賞物理的美為例，如表4所示.

表4 感受物質波的美

總而言之，物理學史是我們物理教學內容的重要補充，有效地利用物理學史的資源有利于激發學生的興趣和潛能，培養學生的良好品質和精神，幫助學生樹立崇高的社會責任感和道德情懷[4]，有利于培養學生良好的科學態度和責任感，應該加以重視和落實.