活用高中物理學史的教學策略

夏 麗

（上海市盧灣高級中學，上海 200023）

物理學史是研究人類對自然界各種物理現象的認識史，研究物理學發生和發展的基本規律，研究物理學概念和思想發展和變革的過程.［1］而在《普通高中物理課程標準》（2017年版）中明確指出引導學生結合物理學史認識實驗探究與科學思維的結合對物理學發展的重要作用.［2］由此可見，物理學史是高中物理課程、教材中不可或缺的一部分，高中物理學史是發展學生物理核心素養的一個重要抓手，而如何在新課程新課標的雙新背景下活用物理學史則是我們面臨的一個新挑戰.在此筆者將結合自己的教學實踐從以下4方面展開.

1 巧用物理學史為主線的單元設計，形成章節邏輯，提高學習效率

利用物理學史的素材，可以從時間和空間的維度梳理出物理學發展的脈絡，清晰地了解到是怎么通過一代又一代的科學家們的不懈探索，發展成今天非常自洽的物質觀念、運動與相互作用觀念、能量觀念，為學生形成正確的物理觀念提供史料.比如在選修三的原子與原子核的章節中，可以用物理學家們前赴后繼的貢獻為主線串起整個章節，形成如下圖所示的單元設計，既可以讓各節的碎片知識形成內在的邏輯整體，又能讓整個章節的學習高效省時，免去繁瑣無序的死記硬背.

圖1

圖2

2 抓住若干物理學史典型，進行個例學習，體悟研究物理的科學方法

人類探索自然、認識規律的方法大抵是：觀察現象→提出問題→猜想假設→實驗研究和邏輯推理（包括數學推演）→得出結論→修正或推廣假設的循環，在任何一個物理規律和公式背后都有一段發現它的曲折經歷，而恰恰是這些物理學史的素材可以教給學生研究物理的科學方法，真正培養他們的科學思維和科學探究能力.

例如伽利略對自由落體運動的研究就是一個能讓學生深刻體悟科學推理方法的史學材料.伽利略觀察并質疑亞里士多德重物下落快于輕物的現象，利用大、小兩塊石頭的邏輯推理駁斥了對落體運動的錯誤認識；接著“聰明地提問”：落體運動的規律究竟是怎樣的？并且“大膽地猜測”：落體運動的速度v與時間t成正比；然后巧妙地設計了斜面實驗解決了計時的困難，做了上百次的實驗和數據分析，得到了不同質量物體由靜止開始向下運動的距離總是與所用時間的二次方成正比，而且這個比值隨傾角的增大而變大；最后他又把斜面上運動的實驗結論用數學邏輯推理的方法外推到實驗范圍之外的豎直情況，從而得出自由落體運動是由靜止開始的、速度隨時間均勻增加的變速直線運動.伽利略不單在研究落體運動時，在利用斜面理想實驗研究物體運動和力的關系時也采用這樣的科學研究方法.

圖3

通過像這樣抓住若干典型，進行個例剖析，對某一個事件、某一項發現或某一位科學家的成就進行充分的揭示，說明其前因后果、來龍去脈，分享其成功的要素，總結其經驗教訓，提煉出可供共享的精神財富.可以進一步讓學生體會感悟科學探究的方法，更好地促進科學思維的培養，養成正確的科學態度與責任.

3 講物理故事，利用物理學史幫助學生熟記物理規律

物理是理性的、數據的、科學的，但就因為這樣的學科特點有時難免陷入嚴肅的課堂氣氛，如果我們能適時地插播一些感性有趣的物理故事輔佐教學，不僅可以切換一下學生腦袋讓課堂氣氛輕松活躍片刻，而且可以幫助他們熟記物理規律.比如在探究單擺周期公式時，通過實驗得到單擺的周期與擺長的平方根成正比很容易，但與重力加速度之間的關系是很難在教室范圍內實驗探究得到的，在這時候可以通過講述惠更斯發現單擺周期故事的這段物理學史娓娓道來.

通過這段有別于實驗探究的物理學史的切換，不但讓學生印象深刻地記住的單擺的周期公式，而且能很容易區分開惠更斯和伽利略在單擺研究的貢獻.此外比如在學習萬有引力的時候，介紹卡文迪什設計扭秤實驗測量引力常量G的物理學史，就不會再鬧“庫侖設計了扭秤實驗”的笑話了，因為學生肯定有力學研究早于電學研究的常識.

4 布置查閱物理學史的課題作業，實現多元評價方式，著實發展學生的物理核心素養

教學不能光局限于課堂內的師生活動，還應把教學活動延申到課堂之外的廣大空間去.首先在雙新背景下編寫的上海物理教材是一套圖文并茂、由淺入深、可以讓學生自學的教材，主編們在很多章節中都花了大量的筆墨去介紹一些經典的物理學史，但限于篇幅的限制，還有很多引人入勝的史學材料卻沒法搬到其中.所以教師可以布置自學預習教材、閱讀課外讀物或查閱文獻資料等課題作業，［3］讓學生們事先對本章或本節內容相關的物理學史做一個廣度的查閱，在課堂上以讀書報告的形式交流匯報，各課題小組可以自評互評師評，發揮教師和學生不同角色在評價中的作用，實現多元的評價方式.

法拉第在實驗室工作

科拉頓做電磁感應實驗的漫畫圖 圖4

例如布置查找電磁感應研究的相關物理學史的課題作業，除了法拉第，學生們肯定也會查找到“跑失良機”的瑞士科學家科拉頓.科拉頓為了避免磁鐵對電流計的指針產生影響，用一根很長的導線把螺線管和電流計連接起來，并把電流計放在隔壁的房間里，實驗時他將磁鐵分別插入或拔出螺線管，然后跑到隔壁房間觀察電流計的擺動情況，但不管他跑得多快，卻始終沒有看到電流計的偏轉.當這段看似與教學內容不相關的物理學史經由某組同學分享匯報后，一方面效果肯定要甚于教師千遍萬遍“只有在磁通量變化瞬間才有感應電流”的嘮叨，另一方面這組學生的搜集信息能力、組織匯報能力、語言表述能力得到了來自于同伴的正面評價，大大鼓舞了他們學好物理的信心.

圖5 G.P.湯姆孫早期的電子衍射圖樣（樣品為金箔）

再如讓學生去查閱光學的物理學史，他們不但能自學完成牛頓的微粒說和惠更斯的波動說之爭、托馬斯·楊的雙縫干涉實驗、菲涅爾和泊松的陰差陽錯，還能從德布羅意的物質波、G.P.湯姆孫電子衍射圖樣接觸到前沿的量子力學，為他們今后進入大學之后的研究方向埋下科學的種子.布置這類查閱物理學史的課題作業，可以進一步提升學生的綜合素質，著實發展核心素養，使學生具有理想信念和社會責任感，具有科學文化素質和終身學習能力，具有自主發展能力和溝通合作能力.

總而言之，物理學史就像一塊蘊藏著巨大財富的寶地，值得我們去開墾去挖掘.