物理学史在中学教育方法当中的应用

叶智彬，吉萍洪

摘要：物理学史作为物理学上非常重要的一个环节，在物理课程教育当中具有重要的地位。然而，由于当今应试教育制度的发展，物理学史在物理学教育当中始终是一个薄弱环节。如何引导并运用好物理学史便成为当今物理教育教学研究的一个重中之重。本文将首先通过对当今物理教材当中的物理学内容进行反思，总结出当今教材的不足，随后再根据所得经验分别从课内与课外两个不同的环节对物理学史引入方法进行分析，得出最优化的结论。

关键词：物理学史；物理学；物理教育

中图分类号：G633.7 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）30-0134-03

一、概念的界定

物理学史：本研究中的物理学史，主要指的是物理学产生和发展的历史，主要涉及物理学发展过程中的事件、人物（科学家），也包括物理学概念或理论形成过程的一般陈述。具体地说，它研究物理学概念、物理学理论和物理学思想的产生、演化过程及其发展规律，考察物理学家的生平、成就、思维方式及研究方法上的特点，探究物理学家科研上的成败原因，研究历史上物理学发展中不同观点和理论之间的纷争与融合，考察物理学发展的内部逻辑、外部动力和相互关系，研究历史上物理学与社会发展之间的关系等。

二、关于中学教材中物理学史内容的反思

物理学史教育的意义不在于简单地介绍历史知识，而在于培养学生的科学素养和人文素养。物理学史进入教科书面临的首要问题是内容的选择，并非所有与课程内容相关的物理学史都有必要进入教科书。教科书的容量终归有限，而科学史的内容纷繁复杂，如何在物理教科书有限的空间内挖掘出科学史丰富的内涵呢？既要针对教材中的不同内容选取与其相关的物理学史内容，又要考虑能够为学生所接受和具有促进学生深入理解物理学的作用。为此，我们翻阅了不同版本的中学物理教材，均存在对物理学史的选取或表述不当的地方，以下几点是我们现在中学物理教材中存在的关于物理学史的表述引入不足之处：

1.片面呈现物理学史。现有高中教材对亚里士多德不全面的阐述，导致学生对亚里士多德形成了片面的认识。例如，必修1中的牛顿第一定律，粤教版教材中写道：两千多年前，古希腊学者亚里士多德从日常经验出发，得出一个结论：力是维持物理运动的原因。学生实际上都有疑问：对于空中飞行的物体，似乎很容易与这一结论矛盾，难道亚里士多德就没有考虑过这么简单的情形？查看亚里士多德相关书籍发现，他对抛射体的解释是：在抛射体的后面形成了虚空区域，由于自然界惧怕虚空，于是就有空气立即填补了这一虚空区域，因而形成了推力。可以看到，亚里士多德的推理仍然是严谨的，在当时来看，这是一种严谨的自圆其说的理论，也是基本符合客观事实的，并非学生想象的那样的愚蠢。

2.只凸显研究的艰辛，不提研究的快乐。如，粤教版教材中写道：1820年4月，丹麦物理学家奥斯特发现一枚放在通电细长铂丝导线附近的小磁针发生了偏转，这正是他多年企盼证实的电流能产生磁场的效应！1822年，法拉第在日记中写下了“由电产生磁，由磁产生电”的大胆设想，并由此开始了长达十年的艰苦探索。教材中一再强调研究的艰辛漫长，避而不谈研究中的乐趣，导致学生对物理学的研究产生恐惧感，望而却步，认为物理学的研究都是要经过漫长艰辛的过程，不利于培养学生探索物理学的兴趣。

3.只呈现历史上我国的光辉成就，避而不谈需要反思的方面。例如，粤教版在圆周运动中介绍了我国祖先的牛力齿轮翻车、纺车；在万有引力定律实践拓展中指出，我国古代在天文学方面曾取得光辉的成就，查阅资料，其实不然，有夸大事实之嫌。而在能源的利用与开发一节讲到：2003年8月14日下午至15日晚发生在美国东部的大停电时间，通信、交通一片混乱，工厂停产，许多人有家不能归，还造成了六十多亿美元的经济损失。然而当我们查阅新闻资料时，实际情况却不是这样，美国也没有这么悲惨。教材中提到我国时一味地写好，而写到国外时，就强调国外如何的糟糕、悲惨，向不好的方面叙述，导致学生形成片面认识，成为井底之蛙，不能正确认识世界，片面地认为我国很优秀了。

4.只注重学科内的物理学史，没有展现出个人、社会与物理发展的相互影响。教材中多数物理学史只是就物理说物理，并没有提及研究的社会背景，以及社会与个人之见的相互关系。例如，选修3-3热力学第二定律，只是提到克劳修斯和开尔文的表述，并没有提到当时的时代背景。19世纪以来，蒸汽机得到越来越广泛的应用，如何进一步提高蒸汽机的效率，成为人们非常关注的问题。1824年，法国年轻的工程师卡诺，总结了研究成果，阐明了热机工作的原理，找出热机不完善性的原因，并指出热机的效率仅仅取决于热源的温度差。克劳修斯在其基础上提出了热力学第二定律。实际上，近代自然科学历史的最初篇章，就是用坚持科学真理的自然科学家的生命和献血写成的。例如，布鲁诺完全抛弃了太阳是宇宙中心的观点，认为宇宙是无限的，更有力地冲击了宗教关于宇宙有限、人类中心、地球中心的观点，被阴谋骗回意大利，被宗教裁判逮捕下狱，并被活活烧死在罗马鲜花广场。

5.只注重呈现科学家个人，没有体现团体。翻阅教材发现，高中教材中出现的科学家基本上都是个人的努力成果，而实际上，当代科学研究往往以研究团队的形式，围绕某个主题开展系列研究，这种思想需要在高中就予以适当的渗透。而教材中却很少提及。例如，高中提及的麦克斯韦、发现电子的汤姆孙、卢瑟福、劳伦斯等，都是历任英国剑桥大学卡文迪许实验室的主任，在历任主任的带领下，一百多年的发展中，卡文迪什实验室共有25位获得了诺贝尔奖，成为了科学的摇篮。

6.只介绍静态的物理研究成果，不介绍物理发展的脉络。例如，关于电磁学的内容，涉及到电场、磁场、电路、电磁感应、交变电流等，各内容在历史上是怎样的一个先后顺序，教材并没有进行简单的介绍。实际上，利用物理学史的发展顺序，将内容重新理顺一次，既加深了对物理发展的认识，又加深了学生的印象。endprint

7.科学本质重视不够。从当前文献资料与及一些调研资料中分析可知，目前中学物理对物理学史的科学重视不够，其中又包括科学知识本质、科学方法本质与科学事业本质三个层面。①科学知识本质不够重视，如教科书介绍和解释了公认的科学理论，并举例说明了这些理论的许多或全部运用，教学时又用示范性的观察和实验作证明，从而给学生这样一种暗示，书中所描述的各种规则定律和理论已经完美地表述了科学内容，学生毫不怀疑地接受这些科学真理，将来从事科学研究时感到没有必要证明所使用的每一个概念都合理，也不会积极开辟和确立新的研究领域。②科学方法本质不够重视，如当提到物理学研究时，学生认为只有采用控制变量法的研究才是真正的研究。当提到物理学研究时，学生认为只有采用真实实验的研究才是真正的研究。③科学事业本质不够重视，例如，马德堡半球实验，教材中并没有提及实验的实施者格里克的故事，也没有提及实验的背景。在17世纪那个时候，德国有一个热爱科学的市长，名叫奥托·冯·格里克.他是个博学多才的军人。他从小就喜欢听伽利略的故事；爱好读书，爱好科学；1646年他当选为马德堡市市长。但无论在军旅生涯中，还是在市府内，他都没停止科学探索。1654年，格里克听到托里拆利的事，又听说还有许多人不相信大气压；还听到有少数人在嘲笑托里拆利；再听说双方争论得很激烈，互不相让，针锋相对.他对此很抱不平。为此，他自掏腰包，竟花费了4千英镑，在公众面前演示了马德堡半球实验。

三、物理学是在课堂教学的应用

1.在中学教学中引入物理学史的必要性。在中学物理教学中适当渗透物理学史教育，对学生的学习可以起到事半功倍的作用。通过物理学史在课堂上的渗透，引导学生体验物理先驱们在探究物理规律时的思考过程，适当让学生自己思考和设计验证物理规律的实验，让学生更好地融入课堂学习当中，体验思考探究过程中的乐趣和真理探究过程的曲折性。适当地学习一些物理学史还可以加深对物理概念的理解，更好地掌握物理规律。另外，现在的物理教学受升学率和高考两大指挥棒的影响，中学物理教师的教学理念就落在提高学生的学科接受能力以及做题能力上，教学重点无可厚非地放在一些考纲上着重要求或是涉及的知识点上。因此，在中学教学中，教学方法主要是通过不断地在着重要求的知识点上做类似的题目来让学生明白解题的方法，这样的教学方法或许的确会对应试有很好的效果，但枯燥而单一地做题却不利于学生对物理学产生兴趣，但是如果能在平时讲题的过程中适当地涉及一些物理学史的内容，不仅能活跃课堂气氛，而且还能够激起学生对物理学的兴趣，甚至让部分学生走上物理研究的道路。而最重要的一点是，对于大部分学生来讲，学习物理学只是他们中学学习课程中的一门必不可少的必修课，到了社会之后可能除了能用一些基本物理规律解释一些简单的物理现象之外就不会有太大的直接用处了，那对于这部分学生来讲，中学物理学习的最大意义是让他们学习物理学中的思想，而物理学史中蕴含着丰富的物理学思想，对学生们足以产生深远的影响。如何在中学物理学教育中引入物理学史？为了不给学生增加太多负担，应主要采用课堂中穿插的方式，侧重于让学生了解物理学史的内在价值而不盲目地追求教学的广度，以教师为主导，以学生为主体，引导学生进行思考。

2.穿插科学家的故事。这种物理学史的运用方式比较灵活，不会占用太多的上课时间，可以视时间还有课堂气氛进行有效、灵活的安排。简单地介绍一些科学家的成长经历，研究中的比较有趣的故事，一些研究中提出的新的思想可以引起学生的兴趣，活跃课堂气氛。而适当地介绍近代物理学史的内容可以让学生了解一些他们还不知道的东西，引起他们的好奇心，引起他们对未知物理学的兴趣。

3.以比较完整的物理学史贯穿知识点的教学。这种引入物理学史的方式虽然比较能调动学生的思考与讨论，但由于其耗时较长，同时也要考虑学生的理解能力、知识储备不足等条件的限制，不能过多地开展，每个学期大概只能视情况开展一到两次左右的教学，所以也应当选取比较经典的部分如牛顿第一定律、自由落体等课程开展。

四、物理学史在课外的应用

除了在课内讲课时能涉入物理学史的内容，我们还能在课外针对物理学史进行有针对性的活动，以此与课堂上的物理学史教育形成相互补充，从而弥补课堂上对物理学史教育的不足或缺陷。在实践中，经过我们的讨论，总结出以下几种较为切实可行的物理学史课外教育实践方法。

1.充分利用和挖掘教科书内容在课堂上开展物理学史渗透教育。课本作为物理学史教育的主渠道，课本中具有较多的物理学史内容，但大部分都是蜻蜓点水，欲言又止，因而我们可以在原有的基础上对课本的物理学史进行更多的补充和延伸，以此来帮助学生了解物理学史的内容。

2.开发与开设物理学史校本课程。因如今大多数学校都有本校的特色校本课程，因而我们在实践中开发出物理学史校本教材，以选修课的形式开设物理学史选修课程。

3.编辑物理学史小册子。学校的物理学科组可以针对物理学史的内容定期进行资料的收集和整理，编制一本物理学史的特色小册子派发给学生，让学生对物理学史有较为系统的了解，同时作为补充，学校还可以针对小册子进行如读书笔记征文比赛之类的补充性比赛，以此激发学生对物理学史与物理学学习的兴趣。

作者简介：叶智彬（1992-），男，广东佛山人，本科在读，研究方向：中学物理教学。endprint