在高中物理新课程教学中引入近代物理学史的实验研究

夏良英

（东莞市东莞中学松山湖学校，广东 东莞 523808）

1 问题的提出

目前，对于粤教版《物理》必修1、必修2及选修3－1、3－2的教材分析已经很多，但是对于选修3－4、3－5教材的分析尚处于起步阶段.在3－4、3－5这两个模块中的相对论、原子物理、量子力学的内容，与原人教版选修内容相似，但是增加了许多新的知识，在编排上也有新的特色.而目前在中学物理教学中，只是把近代物理当成经典物理来教，忽视了其中蕴涵的思想和精神.最主要的原因是这部分内容在高考中所占的比例不大，教师往往是简单地介绍一下知识点，学生也只是机械地记忆.

如何有效地对这部分内容的教学进行改革、高效地向学生传授涉及近代物理学的知识，值得我们去探索与研究，这对于帮助学生学习物理知识与技能，培养其科学探究能力，使他们逐步形成科学态度与科学精神具有重要的现实意义.

2 高中物理新课程中近代物理学史教学现状的调查研究

2.1 调查目的

了解学生对近代物理部分内容的理解情况，以及对目前教学方式的认可程度，同时为提出新课程理念下高中近代物理部分研究性教学的策略提供依据.

2.2 调查对象

高中近代物理部分内容是学生在高中二年级下学期学习的，我们选择了东莞市一重点中学2008级高三学生（110人）为调查对象.

2.3 研究方法

2.3.1 访谈法

为了了解高中生学习量子论和相对论内容时碰到的困难以及困难产生的原因，教师该如何讲解这些内容才能促进学生更好的理解等方面，对东莞市该重点中学部分高三学生进行了访谈.

（1）访谈内容.

问：你们认为量子论和相对论的内容与力学和电磁学的内容有什么明显的不同？

98%的学生都反映，力学和电磁学研究的是宏观低速的物理世界，而量子论和相对论研究的是微观高速的物理世界，因而力学和电磁学的内容较贴近人们的日常生活，而量子论和相对论的内容十分抽象，是人们生活中很难见到和感知的；力学和电磁学的很多规律能够通过实验来验证，而且不少实验现象容易观察到，而量子论和相对论内容缺少可以观察的实验.

问：你们觉得教师在课堂中引入物理学史内容的机会多吗？

85%的学生认为，教师在课堂中引入近代物理学史内容的机会不是很多，大部分教师为了讲内容而讲内容，在讲解这一部分内容时相对比较枯燥.

问：你们希望教师怎么样讲解量子论和相对论的内容才能更好地促进你们对内容的理解？

75%的学生认为，教师应该多介绍一些量子论和相对论的发展史，让他们对这些知识产生的背景和过程有一个大概的了解，以便提高学习兴趣；同时多给他们介绍这些理论知识在实际生活和各个科技领域中的应用实例，让他们能够感知、感觉到这些理论知识的有用性、重要性.

问：为了更好地学习量子论和相对论的知识，你们心目中的教材在这部分应该是个什么样的呢？

68%的学生认为，教材应该安排更多量子论和相对论理论产生的历史背景和过程，介绍普朗克是怎么样提出量子论的，爱因斯坦又是如何解释相对论的，同时能够给学生呈现出这些知识的发展脉络.

（2）分析与讨论.

访谈结果显示，这部分内容因为高考涉及很少，教师不愿意花费时间和精力去查找资料，同时教师对近代物理知识的理解也不透彻；学生提出的问题教师经常讲不清楚，因而对这部分内容的学习，感兴趣的学生比例不高.另外，教材是学生学习的重要资源，对于量子论和相对论，多数学生反映教材呈现的内容太抽象，缺少可以观察的实验，缺少理论应用的实例，内容没有贴近学生生活，造成学生很难理解这部分学习内容.访谈结果同时也显示更多的学生希望在这部分内容的教学中应该更多地引入近代物理学史，使他们知道这些知识的来龙去脉，以易于理解.

2.3.2 问卷调查法

（1）问卷的设计.

问卷包括以下几个维度：对近代物理部分内容的理解、对现有教学方式的评价、对教学方式的期望3个方面（问卷见文末附录）.如表1所示.

表1 高中近代物理部分教学现状调查问卷细目表

（2）调查的实施.

2010年9月21日下午对东莞市一中学2008级高三学生进行调查.共发出问卷110份，收回有效问卷110份.

（3）对问卷结果的统计.

对调查问卷中的16个小题学生回答的每个选项结果进行统计，见表2所示.

表2 学生调查问卷结果数据统计表

（4）分析与讨论.

① 对近代物理学史的理解（问题1、2、3、4、5）.

在问题2中，有54.5%的学生想了解光电效应实验对当时科学研究的意义，31.8%的学生想了解科学家在该实验研究上曾有过的失败以及克服困难的方法.

在问题3中，有47.3%的学生想了解普朗克的主要贡献及其对科学发展的影响.有32.7%的学生想了解该科学家研究方法的特点和思维特点.

在问题4中，有50.9%的学生认为在近代物理部分教学中引入一些历史知识可以增强学习物理的兴趣.有31.89%的学生认为有助于理解、掌握物理概念和定律.

从以上数据显示，更多的学生希望在这部分内容的教学中更多地引入近代物理学史实，使他们能知道这些知识的来龙去脉，更易于理解.

在教学中发现，高中生对近代物理部分知识的理解存在着不少偏差，这反映了高中物理教学以高考为纲的现状，高考考什么，教师教什么，不考的就不教，以致学生对近代物理部分知识的印象只有几个条条框框，并没有对其形成深入、基本、准确的认识.

② 对现有教学方式的评价（问题6、7、8、9）.

在问题6中，对讲授概念为主的课堂教学，有48.2%的学生不喜欢，理由是没有学生自己的思考，也有35.5%的学生喜欢这种课型，认为可以在较短时间内学到更多的知识，有16.4%的学生对此的态度为无所谓.

由这组数据可以看出，有一半的学生对自己的学习能力有较高的要求，他们不仅要求能学到知识，还希望能学会自己进行思考.然而多年的应试教育的影响还是根深蒂固的，仍有一部分的学生满足于接受式的教学，满足于知识点的学习，而对于学习能力的提高则意识不强和要求不高，这也与我们教师的教学理念有关.

在问题7中，有29.1%的学生说教师对涉及物理学史和科学家探究精神的内容从来不讲，可见我们的教师在教学过程中很注重“实效”.这种注重“实效”的教学显然是不得学生之心的.要知道有关物理学史和科学家探究精神的内容是不可多得的对学生进行人文教育、思想教育和科学品质教育的好素材.

③ 对教学方式的期望（问题10、11、12、13、14、15、16）.

在问题10～16中，有81.8%的学生希望物理课上多讲与科技、生活有关、有用的内容.在讲课形式中，45.5%的学生希望在教师的指导下，循着历史发展的过程，探究人类对原子结构的认识历程，但仍有超过一半的学生希望多讲要考的、对解题有帮助的内容.

可见，学生有较强烈的自主学习、通过物理课程的学习获得学习能力、情感体验和思维训练等方面的愿望.但由于应试教育的影响，也有部分教师在课堂教学中仍扮演“演讲者”的角色，没有突出学生的主体性.

3 高中物理教学中引入近代物理学史的实践研究

3.1 实验设计

本实验采用等组实验设计，自变量是在高中物理新课程教学中引入近代物理学史，因变量是学生的学业成绩有所提高.

3.2 被试选择

被试选自东莞市一重点中学2008级高二（11）、（12）班的学生，两班是由同一教师所教的两个平行班.这两平行班上学期末的成绩相当，男女生比例大致相同.其中，确定（11）班为实验班，（12）班为控制班，并以上学期期末考试成绩将两班分为高、中、低3个组（高、中、低分组的标准是：前25%为高分组，后25%为低分组，其余为中分组）.

3.3 主试

笔者（中学高级教师，有16年教龄）.

3.4 试验材料

3.4.1 前测

以高二上学期期末考试成绩作为前测成绩.

3.4.2 自编实验教案

3.4.3 后测

以高二下学期期末考试成绩作为后测成绩.

3.5 实验方法

实验班：根据实验教材（教案）进行教学.

控制班：按现行教材，用传统方法进行教学.

3.6 实验程序

实验班与控制班的教学比较，用下学期期末考试为后测进行比较.

3.7 实验结果及其分析

3.7.1 实验班与控制班前测成绩比较

（1）实验班与控制班前测成绩差异比较，见表3所示.

表3

表3表明，实验班与对照的比较，前测成绩差异不显著.

（2）实验班与控制班前测成绩分层比较，见表4所示.

表4

表4表明，实验班与控制班优、中、差生前测成绩差异均不显著，这就保证了参与实验的两个班起点的一致性.

3.7.2 实验班与控制班后测成绩比较

（1）实验班与控制班后测成绩比较，见表5所示.

表5

表5表明，实验班与控制班学生的平均成绩有较大的差别，从两班的标准差来看，实验班的离散度小于控制班，这说明经过一学期的教学实践过程，引入物理学史的教学在实验班学生中产生了较好的效果，而传统的教学已使控制班学生的成绩出现了分化情况.

（2）实验班与控制班后测成绩分层比较，见表6所示.

表6

表6表明，实验班和控制班的中分组和低分组后测成绩差异显著，这说明引入物理学史的教学效果显著，但高分组的差异不显著.

3.8 讨论

在本次教学实验中，实验班与控制班期末成绩有明显差异，说明在高中物理教学中引入物理学史对提高学生物理学习成绩有显著的效果.实验班与控制班高分组前测、后测均无显著差异.因为优生在平时的学习中已积累、摸索了出一套适合自己的学习策略和学习方法，学生的自学能力与解决问题的能力等方面都比较强，加之优生的前测成绩已达到一定的高度，若要使其成绩显著再上升有一定的难度，所以实验效果不明显，这就是两班高分组差异不明显的原因.

实验班与控制班的中分组、低分组差异显著，说明实验班的中等生、差生是本次教学实验的最大受益者.中、差学生由于学习方法不当等多方面原因造成物理学习成绩不理想，进而导致自信心和学习兴趣的下降.通过一学期的引入物理学史的教学，首先消除了学生对物理学习的畏惧感和对物理学家的神秘感.一位进步显著的学生与笔者交谈时说：“以前认为物理知识太难，只有那些物理学家们才能搞懂.现在才明白原来物理学家也是由开始的不懂，逐步摸索、研究，经历了无数次的失败才获得了成功.由此，增强了我的自信心和学习兴趣.”中、差学生通过物理学史的学习，加深了对物理概念和物理规律的理解，增强了学习物理的自信心和兴趣，逐步掌握了学习物理的方法，他们学习成绩的明显提高也就是水到渠成的事情.

学生成绩提高的因素有很多，一次的教学改进，并不能充分说明什么，笔者又继续在2009级高二两个班做了一次教学实验研究，得到了同样的上述结果，这充分证明了在物理教学中引入物理学史对提高学生物理学习成绩确有显著效果.

4 结论与展望

近代物理学史及其相关内容在高中物理教学中起着非常重要的作用.它们可以加深学生对基本概念和基本规律的理解，认识和掌握物理问题研究和探索的方法，激发学生的兴趣和求知欲.在高中物理新课程教学中引入近代物理学史的教学，应以课堂渗透的教学方式为主，专题讲座方式为辅，同时要结合学生自主参与的学习方式.

课堂渗透方式就是教师结合物理学基础知识、基本技能的教学，逐步开展物理学史的教育.教师在教学中对一些物理学史的相关内容应见缝插针、随时渗透，让学生在潜移默化之中受到教育，起到“润物细无声”的效果.这种方式的优点是不需要增加课时，并且可以不增加学生课业负担而开展有效的、生动活泼的教学.具体操作程序是：了解和学习相关的物理学发展的内容——对相关内容进行筛选——将历史内容与相关教学内容进行整合——在课堂传授知识时渗透物理学史的教育.

本教学实验研究，对笔者来说是一次挑战.在做实践研究的过程中，笔者对高中物理教学中涉及到的近代物理学史内容做了系统的学习，对高中物理教学引入物理学史的方式作了初步的探索研究，哪些物理学史内容采用课堂渗透，哪些方面该进行专题讲座，哪些地方需增加有关内容，如何引入物理学史会有更好的效果等，做了较为系统的思考，对物理学史的无穷魅力有了更深的感悟，对物理学史教育的重要性有了进一步的认识，从中对新的课程计划也有了进一步的理解.

1 刘湘敏，张军朋.国外对中学量子力学教学的研究及启示.中学物理教学参考，2006（5）.

2 王春凤，郭玉英.中学物理教师量子概念的调查.物理教师，2005（5）.

3 尹弘庵，李子建.再论课程实施取向.高等教育研究，2005（1）.

4 冯凭.谈物理学史在教学中的运用.沈阳师范学院学报，1999（1）.

5 申先甲等.谈谈物理学史在素质教育中的作用.大学物理，2000（11）.