“物理学史”融入课堂教学的实效性研究

王家林

摘 要： 现行人教版高中物理新教材在各模块中多处引入物理学史，教师在教学过程中应注重将物理学史有机融入课堂教学。物理学史的特殊性决定了科学教育和人文教育的交融综合，增强了教学的实效性。

关键词： 物理学史 科学方法 科学本质 人文精神

物理学家劳厄说：“重要的不是获得知识，而是发展思维能力，教育无非是一切已学的东西都遗忘掉的时候所剩下的东西。”[1]新教材要求教师走出误区：把会做题、会考试作为完成了教学任务，达到了教学目的；认为在课堂上讲述物理学史是浪费时间，对于定理和结论的得出，只从几个基本原理出发，运用数学演绎手段，逻辑地推演出来。在这样的教学体系中，真正的认识发展过程中的历史曲折被抹平了，科学探索者的观测、困惑、试探和创新的智慧之光被掩盖了。这种教学方法的结果，给学生造成了科学理论“直线发展”的错觉，泯灭了学生的创造力天赋，对以后的发展产生了严重的负面影响。

物理学史融合了与物理学有关的自然科学，以及与人类思想、社会历史发展有关的文史哲的多学科知识，是一门自然科学、人文科学、社会科学、思维科学紧密交叉渗透的综合学科。物理学史以其内容的独特性，在素质教育中发挥特殊的作用，通过物理学史展示人类揭开物理世界奥妙和令人兴奋的探索历程，了解科学家的科学创造之路，从而给学生进行学习科学方法及科学思维的训练，培养质疑精神和提出科学问题的能力，激发学习兴趣，进行德育渗透，树立辩证唯物主义思想，培养审美观等教育。由于物理学史内容的特点及它所具有的丰富教育因素，说明了物理学史与物理教学的结合是基础教育改革的有益手段，决定了它融入课堂后取得的实效。

一、能够使学生掌握科学方法

通过把物理学史融入课堂，学生受到物理学家利用科学方法一步步地揭开真理帷幕的感染，从身临其境感受中获得科学方法的升华。在物理学的长期发展中，确立了很多很成功的成熟的常规方法，如理想模型、理想过程、理想实验，这些可行的、近似抽象的方法促成了许多定律的发现。其他有如观察和实验，分析和综合，归纳和演绎，类比和联想，猜测和试探，逻辑推理，证明与反驳，以及数学方法、控制论，等等。

把科学方法和物理学史结合起来，让方法成为有声有色、有血有肉的活例，使学生了解前人是通过什么方法研究和探索发现新的规律与理论的，真正领悟物理学的研究方法，从而引导和启发学生的科学思维，解决和处理各种问题。伽利略创立了科学实验方法，改变了从直观感觉或臆想出发纯粹逻辑地推演出结论的思辨方法，强调了对直观感觉材料要做理性分析，要由实验检验。他重视观察和实验，制造出望远镜对星体进行观察；为了证实重物下落不比轻物快的结论，他亲自登上比萨斜塔做自由落体实验。伽利略还把实际的实验和理论思维紧密结合起来，形成了一种新的方法——理想实验的方法，并用此法发现了惯性定律。物理学史上，曾用类比推理法建立了欧姆定律；惠更斯将声和光类比，提出光的本质也是一种波动；德布罗意将实物与光进行类比，首创物质波概念；汤姆生运用类比方法，证明了电子的存在；库仑通过与万有引力定律的类比，提出了库仑定律；法拉第通过磁力线类比，提出了电力线概念，为电磁场理论打下基础；麦克斯韦通过与流体力学的类比，建立了电磁理论的麦克斯韦方程，预言了电磁波的存在。又如玻意尔，马略特，查理，盖·吕萨克等物理学家用隔离法分别得到三个气体实验定律，然后综合得到理想气体状态方程。科学家通过质点、刚体、光滑平面、弹性碰撞、理想气体、绝热过程、点电荷、电光源等物理模型，区分物理过程中的主要和次要因素，使抽象的假说和理论形象化，便于思考和研究。应该说，让学生掌握这些思考方法，比掌握物理理论本身更加重要。

教学的各个环节中融入各种思维方法，学生得到了现实说法的科学方法的熏陶和锻炼，发展了创造性思维能力，逐步了解和掌握了科学的思维方法，从而能够触类旁通，举一反三，使构建的知识网络化和体系化。

二、有助于学生理解科学本质

物理学史走入课堂，拉近了学生和科学家的距离，学生把伟大科学家的生平及重要贡献的来龙去脉弄得一清二楚，把物理定律的发现过程掌握得明明白白。学生在这一过程中已经完全消除了心中对科学研究遥不可及的神秘感，把对科学家的崇拜转化成了科学精神的动力。在新教材中注重使学生了解历史，知道前人是如何开展科学研究的，让学生了解科学问题是如何提出的，自然原型和理想模型是什么，问题是如何解决的，相应的概念和定律是如何萌生、提炼和发展的，从而进一步体会和理解科学本质。

学生借助网络资源查找资料，追踪当年科学家的发现思路，模拟科学家的发现过程，有助于学生理解物理学的科学本质。例如学生以第一人称的手法，生动讲解库仑扭秤的创作过程及库仑定律的发现过程。库仑扭称创作过程：法国科学院悬赏征求改进船用指南针的方案。库仑想到磁针支放在架上，必然会带来摩擦，所以库仑提出用丝线悬挂磁针。受此启发，他进而研究金属丝的扭力，得到扭力跟扭角成正比，提出金属丝扭力定律。给出一种测极小力的方法，从而设计了新型测力仪器——扭秤。库仑扭秤的构造：细银丝下端悬挂绝缘棒，棒的一端是一个带电的金属小球A，另一端有一个不带电的球与A所受的重力平衡。学生总结了库仑研究的物理方法：控制变量法。通过库仑扭秤，当把另一个带电的金属球C插入容器并使它靠近A时，A、C间距离为r，它们间的作用力使悬丝扭转，扭转角度为36度，当使A、C间距离为r/2时，悬丝扭转144度，通过悬丝扭转角度跟力成正比，可以比较出力的大小得到。在库仑年代，不知道怎样测量物体所带的电荷量，这难不倒他，库仑让两个相同的带电金属小球互相接触后，它们对放在正中间的第三个带电小球的作用力相等。如果把一个带电金属小球与另一个不带电的完全相同的金属小球接触，前者的电荷量就完全分给后者一半。库仑用这个方法把带电小球的电荷量q分为、q/4、q/8，从而得到了库仑定律F=kq1·q2/r2。通过自主探索物理学史，学生更深刻地了解探索过程的艰辛与漫长，定律能够成功确立需要科学的研究方法和正确的推理思维方式，从而有助于学生更好地了解、体会科学过程，理解科学的本质，更深层地把握物理知识。

三、提升学生的人文精神

《物理新课程标准》指出：“物理课程除了发挥特有的科学素养功能外，应重视和发挥同样为物理课程所具有的但尚未受到重视的人文素质功能。”[2]依据这一课程改革新理念，教师应充分利用好新教材，把物理学史融入课堂教学中，渗透人文精神。

通过物理学史，学生学习到了科学家实事求是的科学态度，对知识要做到一丝不苟，了解了科学技术发展及物理新知识的获得离不开可靠的、精确的、反复的实验过程。教师可对学生进行挫折教育，培养学生坚韧不拔的毅力和不断探索、勇往直前的精神。居里夫人发现镭的经历，可以说是给学生很好的教材。居里夫人为了找出新的放射性元素，和丈夫在一间破烂不堪的小棚里，艰苦工作了四年。他们冒着刺鼻的浓烟把沥青铀矿烧融，然后用沉重的铁棒在大锅里搅拌几个小时，再一勺一勺地处理沥青，把里面放射性物质挑出来，一点一点地处理了成吨的铀矿，再对挑出来的东西加以提炼和浓缩。笨重的体力劳动加上刺鼻的浓烟，还有放射性射线辐射，对人的健康损害极大。但是，为了科学研究，居里夫妇以无比坚强的毅力和耐心，不分昼夜地工作，终于制得了0.1克新的放射性元素“镭”，获得了诺贝尔物理学奖；卢瑟福在用α粒子从氮14中打出质子后，为了证实这实验结果，英国物理学家布拉恺特在充满氮的云室里重复了这个实验，拍摄了两万多张云室照片，他又从四十多万条α粒子径迹的照片中寻找到了8万条径迹产生分叉，再对径迹分叉情况进行了分析，方才确认为卢瑟福实验的正确性。卢瑟福及其助手在做α粒子散射实验时发现，平均八千个入射的α粒子中只有一个获得大角度的偏转，从而得出了“绝大多数”，“少数”，“极少数”的结论，进而提出原子的核式结构模型。

了解物理学后，学生感受到科学家坚定不移的意志力、严谨的科学态度，体会到科学探索中的挫折和失败对科学发现的重大意义。学生能够客观地接受失败的必然性，但永不言败，坚定为科学不懈努力的决心，发扬为科学进步而勇于献身的精神。如通过介绍哥白尼发现“日心说”到布鲁诺为捍卫“日心说”这一真理而献身的事例，使学生树立正确的信念，形成对人、对社会应具有的正义感和奉献精神。富兰克林通过亲自进行大量实验，统一了天电和地电，彻底破除了人们对雷电的恐惧、迷信。富兰克林用绸子做了一个大风筝，风筝上安上一根铁丝，用来捉电，用麻绳与铁丝相连，麻绳的末端拴一把铜钥匙，钥匙塞到莱顿瓶中间。他和儿子一起放风筝，一阵雷电下来，富兰克林感到一阵电麻，靠近钥匙的手和钥匙间产生火花。天电终于捉下来了。他用这种方法给莱顿瓶充电，发现天电可以点燃酒精，从而证明了天电和地电的一致性。在捕捉雷电地过程中，他多次遭到电击，轻则两手发麻，重则当场昏迷。富兰克林深知做这类实验的危险性，他为科学而献身精神时刻鼓舞后人。

在物理教学中，要不失时机地介绍我国古代科学家取得的科技成果及对世界文明史的贡献，介绍新中国成立以来，我国在社会主义建设和科学技术上取得的成就，在学生了解我国古代灿烂文明的同时，激发民族自豪感，培养爱国主义情操，从而形成正确的政治立场和观点，激发学生对科学的兴趣、对理想的憧憬。

物理学史融入课堂后，学生对物理学发展的历史有所了解，对物理学上的重大突破在人类认识史上所产生的震撼人心的冲击，以及在人类社会发展史上所引起的重大技术变革有所了解，正确认识到物理学的进步对人类社会发展的重大作用，从而激起对物理学的感情，树立顽强学习、刻苦钻研物理知识的决心。

参考文献：

[1]徐学军.对高中物理新教材的研究.物理教学探讨，2003（6）.

[2]华中师范大学走进高中课程编写组.走进高中新课程[M].武汉：华中师范大学出版社，2004：109.

[3]教育部《基础教育课程》编辑部组织编写.中学新课标资源库—物理卷.北京：北京工业大学出版社，2004.2.