陕西省西咸新区秦汉中学 712000
摘 要：本文通过对科学课堂的探索研究，结合自身的课堂经验，发现物理教学过程中结合物理学史，可以让学生对物理学知识的建构有一个更清醒的认识，更加有利于物理学习和培养探究精神。
关键词：物理学史 科学 探究
一、物理学史与物理教学结合的必要性
物理学史与物理教学的结合是国内外基础教育改革的一项重要课题。以逻辑方法为主的传统物理教育忽视了科学知识建构的过程，对科学方法论没有给以足够重视，忽视了学生的兴趣、态度、情感和创造力培养，不利于科学本质理解，不利于科学精神和创新能力的培养。物理学史和物理教学的结合是改革传统物理教学的有益手段。美国《面向全体美国人的科学-2061计划》和《国家科学教育标准》都非常重视“科学本质”和“历史观点”教育。斯诺的“两种文化”问题和萨顿的“将科学史作为联结科学文化和人文文化之间的一座重要桥梁”的观点使得科学史与科学教学结合的作用日益受到重视。
1.引用物理学史料可以帮助学生理解掌握物理学知识的本质。
物理学习中仅仅掌握住有关内容的理论、事实、定义、结论、公式和计算方法，还不等于理解了知识的深刻本质和丰富的内涵。现有的物理知识都是在人类与物理世界的长期对话中，经过无数的曲折与反复，抽象、概括而获得的。对现有知识的历史考察，可以把发现的本质放在更真实的背景下，使学生真正懂得它们的本质，并得到超出定律和公式的许多启示。比如伽利略著名的几个思想实验，一个是质量大的物理是否下落得更快，他通过把大球和小球连接起来，若大球快则会拖动小球，速度应该介于大球速度和小球速度之间，但是若大球小球看做整体按照前人的想法应该比单个大球下落速度更快。两项矛盾轻松地化解了这个存在于很多人意识中的错误。类似的实验很多，很容易理解，精巧的设计思路、科学假设和最后的总结，既让学生对重力有了更深层次的理解，又使学生在科学思维和科学方法上受到启迪。
2.可以让学生认识到真理的绝对性与相对性辩证关系。
光记住一些物理概念、数据、定律和公式，并不表示真正理解了物理学。因为科学的本质并不在于它所获得知识的多寡与深度，而更重要的在于“探索”。对物理学理论本质的全面理解，包含着对物理学理论发展的动态性以及对物理学理论的相对真理性的认识。作为知识的历史选择结果的物理学理论，都包含着对与错、真与假的双重因素，包含有大量未知因素，不可能完善无缺。在教学中作必要的历史回顾，会使学生从知识的更替演变中认识它的条件性、局限性，认识科学理论的相对真理性。在现代物理学发展的各个领域和各个时期，历来都有人做出发展已近尾声的预言，但物理学发展的历史却表明，每一个领域都会不断涌现出激动人心的新发现。可以肯定，物理学永远是一个充满生机和活力的学科，它永远不会老化和僵死，永远不会终止探索的步伐。比如，人们对原子结构从最早的汤姆孙模型到后来的玻尔量子化模型，直到近代量子力学建立后，人们才对原子核内部运动有了基本了解。学生们会理解真理的探究过程，增强他们的科学思维。
3.引用物理学史料让学生了解物理学基本观念的变革。
物理学的发展最本质地表现在物理学基本观念的演变上，一个新的概念甚至会发展成为一个新的领域。就像最初人们认为空气中存在氧素，后来拉瓦锡测定空气成分才发现了氧气等各种气体。再比如最初人们通过声音传播，认为光的传播也需要介质，而空间中到处存在这么一种介质成为以太，当然后来都证明了光传播不需要介质。每一种新的物理学发现不断地在推翻我们的认知，量子力学的出现推翻了无数经典力学的“真理”。通过对物理学史的学习，学生们可以感受到物理学的发展，有助于他们打破常规思路，开拓创新，探索前人所未敢触碰的地方。
4.培养学生的科学素质。
这里的科学素养包括独立思考和怀疑精神、想象力和判断力以及科学的探索问题探究问题的方法。1956年正是杨振宁和李政道敏锐地审察了从未被人怀疑过的宇称守恒定律的适用范围，大胆提出了弱相互作用中宇称不守恒的假说，从而导致了物理学理论的一个突破性进展。批判的头脑、怀疑的精神，是打开未知科学大门的钥匙。在我们以往的教学中，经常提到要培养学生“分析问题和解决问题的能力”，而忽视了“提出问题的能力”。但往往对于培养有创造性的、能独立思考的科学人才来说，这后一点才是最重要的。牛顿从苹果落地想到万有引力，汤姆孙从面包中得到原子模型的灵感，凯库勒梦见衔尾蛇想到的苯环结构，可见想象力在科学研究中的作用。其次物理学的探究过程充满了严谨的实验、严密的逻辑推理，这不仅是探究物理的方法，也是一个人探索世界的方法。
5.激发学生的兴趣和求知欲。
物理学是研究物质运动的一般规律和物质的基本结构的一门学科，是实践和理论相结合的产物。各种概念、定律、公式、法则之间关系复杂，学生在学习时一时难以掌握它们的物理意义以及它们之间的关系，久之则产生畏难情绪。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因此，大多数学生觉得物理难学，有的甚至对物理课有一种恐惧感，所以在教学中适当加入一些物理学史知识，既可以使学生体会到自然界的奇妙，引发学生兴趣，又可以使学生了解物理学家长期探索、不断努力、刻苦钻研的奋斗过程，激发学生刻苦学习的决心。
例如，结合“单摆”一节内容的学习，教师可以向学生介绍古代有关时间的测量及摆钟发明的过程。早在远古时代，人们便学会了根据天文变化计算较长的时间间隔，对于比日更短的时间单位，人们不得不用某些不精确的办法。在中世纪，机械钟开始进入人们的生活，表盘上的指针是靠悬挂重物控制的齿轮来带动的，重物会使齿轮转动。但是，必须有一种十分恒定的运动，才能调节齿轮有规律地运转。荷兰科学家惠更斯敏锐地想到伽利略青年时代所发现的单摆运动的“等时性”，通过自己的反复构思和实验，发明了带摆的钟，成了人类测量时间的第一部精确仪器，科学实验为人类带来意想不到的好处。
二、物理学史与教学结合的方式和模式
考虑到学生的认知水平和对物理学史的需要情况，我们针对两种不同的物理知识，提出两种在基础物理教学中引入物理学史的方式。
1.在教授常规科学时期的概念规律时。
物理学史是在物理学探究中逐渐形成的，它是研究的方法，是从具体上升到抽象，而叙述的方式是从抽象上升到具体。我们要教授给学生的是研究的方法，因而存在这样的矛盾，教科书采用的是叙述的方式，教给学生的应当是研究方法。我们可以通过在讲解物理知识的过程中介绍物理学史的内容加以解决。物理学史是描述物理概念、定律、理论和研究方法的发展脉络，揭示物理学基本概念、方法和内容的产生、发展的原因和规律性的科学。通过对物理学史材料的介绍，我们可以让学生了解某个科学家在进行具体的科学研究时所运用的方法，进而从中学习真正的研究方法，同时也可以让学生看到物理研究方法在物理学的发展过程中所起的作用。我们可以按照科学家个人研究方法，比如伽利略的实验法、牛顿的数学推理加以观察。也可以用不同的具体物理研究方式，比如运动学、力学的质点和理想化模型、分子热运动的统计学，或者采用归纳、假说、推理、类比等科学方式。
2.在教授科学革命时期的概念规律时。
科学不完全是一个积累的过程，有些时候是一个大的跨越，如从经典物理到量子物理的大跨越。量子概念是普朗克于1900年提出的，但他对这一行动长期惴惴不安，总想回到经典理解的立场，企图用麦克斯韦电磁理论来解释辐射定律。1909年后，当他重新投入研究量子问题时，他告诫自己和其他人尽可能避免采取冒险步骤，“在将作用量子h引入理论时，应当尽可能保守从事;也就是说，除非业已表明绝对必要，否则不要改变现有理论。”这表明经典原理在他的头脑中是多么地根深蒂固。1910年他提出一个理论，认为虽然发射过程在时间上是不连续的，但吸收过程则是连续的。1914年他又提出一个理论，干脆撤消了量子假说，而认为发射过程也应当假定是连续的。就在他多年的徘徊中，量子理论却已飞速地向前发展了。所以普朗克这两个理论都受到了批评，这使普朗克最终放弃了倒退的立场。普朗克对量子假说的真正认识尚且经历了十四年，对于我们的学生而言，要想理解这些概念恐怕更非易事。前面我们指出，多数中学生和刚进大学学习的学生中还有半数以上处于具体运演阶段，即他们要在同具体事物联系的情况下，进行逻辑推演。对于这部分学生如不讲清概念的来龙去脉，则很难让他们理解。这些概念的学习应当采用顺应学习的方式，因为学生要想理解它们就必须改变原有认知结构或创建新的认知结构。如果我们在讲授这些概念时，引入物理学史料，讲清楚概念的产生、发展的过程，对于促进学生完成这种顺应学习过程是具有积极意义的。从前面我们对教材的调查可以看出，目前流行的教材对这方面内容的介绍非常欠缺。因此我们提出，在讲解科学革命时期概念的变革时，引入相关物理学史料，讲清概念的来龙去脉和变化，以便于学生理解掌握。
三、总结
物理教学中引入物理学史作为改革物理教育的一种手段正受到国内外物理教育工作者的关注，物理学史工作者等越来越广泛地重视。物理教学中引入物理学史，从教育学上讲，对于帮助学生理解科学的本质、物理概念和定律，培养学生的创造性思维能力及学习、研究物理学的兴趣、信心和科学精神等有很重要的教育价值，而且物理学史的需求调查表明物理教学中引入物理学史符合学生的愿望。我国中学物理教材己重视物理学史和物理教学的结合，但也存在不足，例如科学方法、假说的中间过程等比重小、介绍不够，存在“准历史”现象。要消除“准历史现象”，发挥物理学史和物理教学结合的积极作用，物理教师要树立科学人文价值观，具有良好的物理学史素养。通过好的物理教学带动一批优秀青年，为我国未来的物理事业贡献力量。
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论文作者:焦颖
论文发表刊物:《教育学》2019年3月总第170期
论文发表时间:2019/3/7
标签：物理学论文; 物理论文; 科学论文; 学生论文; 概念论文; 方法论文; 普朗克论文; 《教育学》2019年3月总第170期论文;