追溯与探索——在物理教学中引入物理学史的作用及重要性

林 喆

(台州学院物电学院,浙江台州 318000)

追溯与探索
——在物理教学中引入物理学史的作用及重要性

林 喆

(台州学院物电学院,浙江台州 318000)

随着我国教育改革的不断深入,教师们越来越注意到在传授知识的同时,必须考虑到要培养学生的认知能力,教学生学会如何思维,提高创造力,全面培养学生的各方面素养。在物理教学中适当穿插物理学史的讲授能有效培养学生的科学素养,让学生了解科学思想和方法,学习科学家的探索创造精神,树立正确的科学成败观,有助于学生综合素质的提高。

教学改革;物理学史;物理教学

德国物理化学家、诺贝尔奖获得者威廉·奥斯特瓦尔德在他的《精密科学的经典作家》一书中讲了如下的话:“虽然,用现在的教授方法很成功地讲授了在现今发展状态中的科学知识,但是杰出的和有卓识远见的人不得不一再地指出时常出现在当前我们的青年科学教育中的一个缺点,这就是缺乏历史感和缺少关于作为科学大厦基础的一些重大研究的知识。”[1]当前国际上物理教学改革的潮流之一,就是更多地把物理学史的内容引入物理教学,以增强知识性、内容教学的趣味性、思想性和启发性,提高教学质量,把它作为活跃学生思想,训练科学方法,发展科学思维,培养创造能力的有效手段之一。

随着我国教育改革的不断深入,从事一线物理教学工作的教师们也越来越注意到在传授知识的同时,必须考虑到要培养学生的认知能力,即掌握知识和发展能力,要教学生学会如何思维,提高创造力;要教学生如何做人,即培养正确的价值观和人生观,有更高的思想道德水平和文化素养。而在教学中适当地穿插物理学史的讲授能有效地培养学生的科学素养,让学生了解科学发现、科学论争、科学蒙难、重大实验中孕育的科学思想和方法,学习科学家的探索创造精神、逻辑思维能力,树立正确的科学成败观。新课程改革赋予物理学史许多新的教育功能,将物理学史融入物理教学,是对知识与技能,过程与方法,情感、态度和价值观的有效整合,有助于学生综合素质的提高。

一、课堂教学中穿插物理学史能激发学生学习兴趣和求知欲望

物理学是一门实验科学,脱离了实验和观察,难以达到理想的教学效果。而我们现在的很多课堂教学,没有安排演示实验,因此,单纯的理论教学,若不讲究适当的方法,将会枯燥无味,提不起学生的学习兴趣。作为教师有义务和责任在课堂上提高学生的学习兴趣,提高课堂的学习效率。如果在讲课过程中适当插入一些科学家小传、趣闻以及物理科学史,不仅可以拓宽学生的视野,扩大学生的知识面,而且可以激发学生的兴趣,活跃课堂气氛。学习兴趣在学习过程中具有原动力作用,对创新学习与创新人才成长极为重要。教育应重视学生学习兴趣的培养,尊重学生的兴趣爱好,为创新人才成长营造环境。

例如,在进行开普勒三大定律的教学时,既没有演示实验,也没有理论推导,若只讲三个定律的内容则如背诵古文般难以理解、枯燥无味,并且这内容在当时的数学程度来说非常来之不易,而以当前学生的数学基础却很快就会讲完,这样学生的学习就味同嚼蜡,毫无兴趣。因此,教师在讲授三定律时,就可以把三定律的内容融合在物理学史中进行讲授。从第谷数十年刻苦观察、记录,得到精确的天文数据,到具有数学天才的开普勒对数据进行整理,终于得到第一、第二定律,最后用十年时间才发现第三定律,学生不仅从中感觉到自然规律是那样巧合有趣,而且还加深了对所学知识的理解,调动了学习积极性,逐步提高学习物理的兴趣。

二、实验教学中引用物理学史能更好地培养学生学习能力和良好习惯

物理是一门以实验为基础的学科,科学实验在物理学的形成和发展中,始终起着主导和决定性的作用,在教学中引入一些物理学史,可以培养学生善于观察、勤于思考的良好习惯。

物理学史描述了许多科学家善于从不被人注意的一些平常现象中细心地观察与思考的事例。比如,德国物理学家伦琴长期在物理学领域中进行大量的实验研究工作,1895年的一天他在进行阴极射线的实验时第一次注意到放在射线管附近的氰亚铂酸钡小屏上发出微光。他没有放过这一容易被忽略的微小细节,经过几天废寝忘食的研究,他确定了荧光屏的发光是由于射线管中发出的某种射线所致。因为当时对于这种射线的本质和属性还了解得很少,所以他称它为 X射线,表示未知的意思。其实在伦琴发现之前,1800年哥尔茨坦曾发现过这种现象,1887年克鲁克斯曾发现过未知射线使他的底片变黑,他却以为是底片质量问题……而正是伦琴的这种观察能力、分析能力,使他发现了这道神秘的射线,从而获得第一个物理学诺贝尔奖。学生在了解物理学史知识的过程中便可以认识到注意观察和认真进行实验是学好物理的关键,因此在今后的学习中就要有目的地观察,亲自动手实验,逐步培养勤观察、勤思考的习惯,这种能力的培养在今后的工作中将使他们受益无穷。

三、讲述物理学史能激励学生努力学习、培养勇于进取的精神

物理学家的成长道路,敏锐的观察力、独特的思考和创造力、对待困难的态度、顽强拼搏的毅力以及对名利的看法等,都值得我们了解、学习和借鉴。

开普勒的一生充满了不幸:幼年体弱多病,落得一只手半残,妻死子病,终生贫困,最后惨死于索取欠薪的途中。但他一直没有被悲惨的命运压倒,他以惊人的毅力为人类作出了巨大贡献——开普勒三大定律。开尔文对热力学第二定律的贡献是举世公认的。对于热力学第二定律的发现,他曾写道:“我提出这些说法无意于争夺优先权,因为首先发表、用正确原理建立命题的是克劳修斯……我只要求补充这样一句:恰好在我知道克劳修斯宣布或证明了这个命题之前,我也给出了证明。”开尔文 24岁时就预见了热力学第三定律的存在,比能斯特正式提出早了 60年,但他没有和能斯特争夺优先发现权,而是支持能斯特。开尔文的正直和学术精神是我们学习的楷模。玻尔是 20世纪除爱因斯坦之外最伟大的物理学家。他是一位帅才,不仅自己聪明能干,而且为人谦虚宽厚。他的周围总是聚集着一批有才华的年轻人,如海森堡、泡利、狄拉克、玻恩、朗道等,形成了著名的哥本哈根学派,主导了 20世纪量子论的研究。玻尔曾说:“我愿意当着年轻人的面承认自己愚蠢。”而且,他对中国文化也很感兴趣,其族徽是太极,这种宽厚与博大使人震撼[3]。

同时,物理史中有许多科学家为真理献身的动人事迹。伽利略为宣传哥白尼的日心说而被教会终生监禁、利赫曼为引雷电而捐躯、居里一家的艰难困苦、卢瑟福长期研究阿尔发射线以及量子理论早期发展所经历的曲折和磨难、法拉第舍弃荣华富贵,几次拒绝接受封爵而甘当“平民法拉第”、亚里士多德富有批判和怀疑精神等。这些科学家不畏艰险,不惜生命,不慕利禄,不惧权威,追求真理的高尚品质,有利于培养学生实事求是的科学态度,献身科学的探索精神,为以后的学习和研究打下良好的基础。

四、学习物理学史有利于学生科学方法观的形成

科学方法建立的途径很多,但通过物理学史,让学生去感受历史上产生的那些研究问题的奇思妙想与方法,使学生通过感受科学方法的产生过程及在历史上的应用来解决疑难问题,更好地理解和掌握科学方法,灵活主动地应用科学方法。在物理教学中,教师可以引导学生从前辈科学家的创新活动中学习他们处理问题的方法。例如:他们是怎样抓住新课题,从而把握科学发展新动态,发现新规律、新现象的;他们是怎样借鉴前人总结历史的经验教训,从而找到新的途径的;他们是怎样对待矛盾,从矛盾的对立中找到突破口的;他们是怎样设计实验,从而得到判决性结果的。

比如,伽利略作为近代科学之父,在对运动的研究中所形成的科学实验与数学逻辑推理相结合的科学方法,对物理学乃至整个自然科学起了很大推动作用,这种方法也是中学阶段探究物理问题的基本方法,物理教师在教学中应注意渗透。在自由落体运动研究中,教师应让学生体会如何通过“落体佯谬”的理想实验来推翻亚里士多德统治人们两千多年的观点,建立对落体运动的正确认识,又是如何通过“对接斜面”的理想实验确立惯性原理。理想实验的方法,首先在伽利略的手中成为科学创造的工具。

五、引入中外物理学史也有助于对学生进行爱国主义教育

上述例子中的人物、故事都是外国的物理学家。确实,很多物理教师在教学中避谈我国物理,往往认为中国的科学除了“四大发明”,其他不值一提。近、现代物理确实起源于西方,但实际上西方科学从东方的古老文明中汲取了大量的营养:英国科学史家李约瑟在他所著的《中国科技技术史》序言中说:“中国的这些发明和发现往往超过同时代的欧洲,特别是在 15世纪之前更是如此。”“在人类了解自然和控制自然方面,中国人是有过贡献的,而且贡献是伟大的。”[2]中国古代思想家不少富有哲理性的精辟之论述,在现代自然科学发展中引起了异乎寻常的反响,成为现代科学理论思维发展的启迪和源泉。现在越来越多的科学家已经认识到,西方近代科学思想与中国文化对整体性、协和性理解的结合,将形成符合现代科学精神的新的自然观。

例如,在理论著作方面,《墨经》中对力学、光学的论述,《天工开物》中关于简单机械的记述,《梦溪笔谈》对磁角的论述,《考工记》中关于工程技术,声音传播的记载等在当时都遥遥领先于世界各国,在今天仍有参考价值。在实用技术方面,指南针、地球仪、浑天仪、船闸、石拱桥、火箭等,也是我国最早发明的。教师在“反冲运动”的教学中,可列举:(1)火箭产生于我国宋代;(2)现代火箭的发源地并非中国;(3)随着“神州”五号载人飞船的成功发射和回收,我国已成为世界仅有的几个能发射和回收载人飞行器的国家之一。通过讲授这段历史,使学生为我国悠久的科学历史而骄傲,认识到中华民族是伟大、智慧的民族,增强了民族自豪感,同时又认识到科学上不进则退的道理,对学习也是一种促进。讲授原子核物理学时,可简单介绍 1964年 10月 16日我国第一颗原子弹试爆成功,其中包括赵忠尧、钱三强、邓稼先、周光召等科学家,放弃国外优厚的生活待遇,在解放前恶劣的社会环境和政治条件下的准备工作和解放后物质和经济严重缺乏的条件下,对核武器研究所的筹建以至最后试爆成功的艰苦历程,让学生懂得科学成果来之不易,应该珍惜和热爱。从而逐步激发他们的爱国热情,热爱自己的祖国,学习科学家们勇于探索,为科学发展兢兢业业的奉献精神。

六、通过教学中物理学史的二次学习提高教师自身的素质修养

“读史可以明智”,这句话对学生是这样,对物理教师也是如此。正所谓“言教不如身教”、“其身正不令则从,其身不正虽令不从”。具有崇高人格魅力的教师可以感染学生,与学生产生心灵的碰撞,有利于教学互动,达到最佳教学效果。反之,即使你讲得很精彩,也可能因为你的为人,学生产生抵触情绪,而使你的课黯然失色,效果变得不好。

晚年的牛顿沽名钓誉,品德低劣,而且有时不择手段。牛顿首先和天文学家夫莱姆斯梯德发生冲突,又与胡克争吵色彩理论,争夺万有引力定律的发现权,接着又与德国数学家莱布尼兹争夺微积分的发现权,表现得很没学术风范。做人和做学问是相通的,都需要脚踏实地,而且做人也会对做学问产生很大影响。青年时代的牛顿是一个谦虚、谨慎的人,他的主要学术成果就是这个时期完成的。而中年以后的牛顿,却是傲慢的、甚至是卑鄙的,这决定了他在这个时期不可能有什么大的贡献。事实上,牛顿中年以后也确实鲜有建树。作为物理教师,应不断向前人学习、向他人学习,做一个正直、坚强、博大的人,塑造自己的人格魅力。

另外,物理学史的渗透,还增加了教学的人文特征,使客观知识蕴涵了主观精神的灵动。科学是人创造的,在物理学史的衬托下,知识变得不再刻板和抽象,甚至连失误和遗憾也变得那般的宝贵和可爱。而这一点正是我们当前物理教学中极为欠缺的。因此,师生双方应在教学过程中长期坚持引入、学习物理学史,并不断在方法、内容上加以完善,真正做到从追溯前人中探索物理学的将来。

[1][美]F.卡约里.物理学史[M].桂林:广西师范大学出版社,2002.

[2]陈世鸥.新课程理念下物理学史再认识[J].四川教育学院学报,2005,(5).

[3]杨晓荣,雷文华.物理学史对西藏地区物理教师的启示[J].西藏大学学报,2009,(1).

Abstract:W ith the development of education reform in China,teachers are aware thatmore and more attention should be focused on students'cognition,thinkingway,and creativity in the processof learning.The appropriate physical history teaching could be a betterway to improve students'comprehensive competency because it can help shape students'science sense,make them understand science method,learn scientists'innovational spirit,establish a correct outlook on scientific success and failure and improve students' comprehensive quality.

Key words:education reform;physical history;physical teachingmethod

(责任编辑:侯秀梅)

Retrospection and Exploration——Effect and Lmportance of the Introduction of Physical History into Physics Teach ing

L IN Zhe
(Physics and Electrical EngineeringDepartment,Taizhou University,Taizhou 318000,China)

G642.41

A

1001-7836(2010)06-0059-03

2010-04-15

林喆 (1981-),女,浙江台州人,研究实习员,从事教育管理研究。