渗透物理学史教育 提高课堂教学效益

陆良荣

(吴江高级中学,江苏 苏州 215200)



渗透物理学史教育 提高课堂教学效益

陆良荣

(吴江高级中学,江苏 苏州 215200)

笔者从高中物理的教学实践中认识到及时、适当地渗透物理学史教育有利于提高高中物理课堂的教学效益．这样做,不仅能引导学生客观地认识物理学的发展,辩证地认识科学创新的意义和价值,而且可以加深学生对科学发展的认识,进而激励学生更加努力地去学好物理的知识和方法．

高中;物理学史;渗透性教育;物理教学;科学教育

在物理教学中,许多教师可能会忽略物理知识和方法的由来、产生等史学过程,这往往会导致学生对物理学发展的认识产生误解．这种做法可能使得学生看到了科学发展中“偶然”的荣耀,却看不到其中“必然”的信念;看到了“突破”的成就,却看不到“继承”中的坚守;看到了“质变”的成功,却看不到“量变”中的积累．为了能让学生更客观地看待物理学的发展,也为了提高教学效益,笔者刻意在高中物理教学中渗透物理学史的教育,取得较好的效果.下面谈谈笔者的管中之见与老师们作交流．

1 认识物理学发展中的偶然与必然,引导学生认识科学信念的力量

“偶然”是指客观事物在发展过程中存在的一种有可能出现、也有可能不出现的趋向;“必然”是指客观事物在发展过程中出现的一种不可避免、一定如此的趋向．两者是矛盾统一的, 在偶然中隐藏着必然,而必然又通过偶然来表现和实现．

在科学发展中有大量的偶然事件,正是这些偶然事件引发了科学的重大发现．这常使得我们的学生容易从表面上去看待这些科学发现,认为只是“那些科学家的运气好罢了”．例如学生在学习奥斯特实验时,就觉得实验现象很简单,奥斯特也只是“碰巧”获得了这个意义重大的发现而已．所以,有必要在物理教学中更多地渗透物理学史教育,让学生正确认识到科学发现中的偶然与必然,突出科学创新中在科学家身上体现出的科学信念的力量．

笔者在奥斯特梦圆“电生磁”的教学中,以“讲故事”的形式如下向学生呈现了当年奥斯特发现的历史背景．

自从库仑提出电和磁有本质上的区别以后,包括安培在内,很少有人再去考虑它们之间的联系．但是奥斯特受“自然界中各种运动形式之间存在着相互联系并相互转化的思想”的影响,一直坚信并坚持去找寻电、磁、光、热等现象相互存在内在的联系．奥斯特分析了那些失败的找寻电和磁联系的实验后认为:既然在电流的方向上去找“纵向作用”看来是不可能的,那么电流的磁效应的作用会不会是横向的呢?终于在1820年4月的一次讲座上,小磁针一个不显眼的摆动,没有引起听众的注意,却让奥斯特敏锐意识到:他找到了电与磁的联系．

这个故事让学生明白了是奥斯特的科学信念让他证明了电和磁能相互转化的问题,也为电磁学的融合发展打下了基础．这种教师通过“讲故事”的形式渗透物理学史的教育,既可以为学生还原科学发展的本来面目,也可以让学生认识到偶然背后的必然,去感受科学家的科学信念,显然是非常有益的．

2 感悟物理学发展中的继承与突破,引导学生认识科学勇气的重要

“继承”是指对原有事物中合理部分的接续,是否定中的肯定,克服中的保留,是“取舍”;“突破”也就是旧事物向新事物的转变,是“旧质”向“新质”的飞跃,是“扬弃”．两者相互依存、相互影响、相互作用、相互渗透,并在一定的条件下相互转化．

物理学理论作为认识历史的选择,它包含着对与错、真与假的双重因素, 包含着大量未知因素, 它不可能完美无缺．在教学中作必要的历史回顾, 能使学生从知识的更替演变中了解它的条件性、局限性, 认识到科学理论的相对真理性．科学发展的历程是一条曲折、艰难的求索道路,却总体上呈现出“继承——突破——再继承——再突破”的循环往复,构成了事物由肯定到否定再到否定之否定的辩证发展和永恒运动的前进过程．

例如,在“原子结构”的教学中,笔者引导、帮助学生进行了如下的比较(见表1所示)．

在教学中向学生展示这段科学发展史的做法,凸显出了由错误到正确并不断加以完善的过程,这对学生产生了较为深刻的启迪:几代物理学家的研究都是在承袭前人理论的基础上进行的创新,从而使得原子物理学得到飞速的发展．在科学本身的矛盾已经显现出来时,谁能首先同束缚科学发展的传统观念决裂, 勇于提出新思想、新见解, 谁就可能抢占到科学发展的前沿阵地, 作出突破性的发现．

表1

3 关注物理学发展中的量变到质变,引导学生认识科学积累的意义

“量变”是指事物数量的增减和场所的变更,是一种渐近的、不显著的变化;“质变”是指事物根本性质的变化,是事物由一种质态向另一种质态的飞跃,是一种根本的、显著的变化．自然界里一切事物的发展变化过程, 都是从量变到质变的过程．

物理学史上的众多发现,无不例外地经历了量变到质变的过程．而不少学生往往会认为物理结论都可以用数学推导得到,不然就是几位天才的奇迹创造．例如对于“万有引力定律”的发现,大多数学生就认为只是牛顿从苹果落地的“顿悟”中产生的．所以,有必要在教学中渗透物理学史教育,让学生体会到物理先辈们的巨大付出．

在“万有引力定律”教学之前,笔者有意安排学生通过各种方式查询这段科学发现的历史,并要求学生按时间先后的顺序进行汇总整理．在课堂教学时以课题投影的方式如下呈现科学家们不断深化的研究成果．

(1) 早在17世纪初,吉尔伯特、开普勒、伽利略等人就提出过天体间存在万有引力的思想．

(2) 1645年,法国天文学家布里阿尔德奥(I.Bulliadus)第一次提出太阳对行星的引力跟二者距离的平方成正比的假说．

(3) 在牛顿正式提出万有引力定律之前,1661年英国皇家学会已成立一个专门委员会研究重力问题．

(4) 胡克(Robert Hooke)、哈雷(Edmund Halley)、雷恩(Christopher Wren)在万有引力相关问题的研究上都作出了重大贡献．

(5) 胡克已觉察到引力和地球上物体的重力有相同的本质;哈雷和雷恩也在1679年按照圆形轨迹,由开普勒第三定律和惠更斯的向心力公式证明了作用于行星的引力跟它们到太阳距离的平方成反比．

(6) 由于无法找到能证明吸引力跟距离的平方成反比的普遍规律,哈雷于1684年还曾到剑桥大学向牛顿请教．

(7) 最终,牛顿在研究和概括前人的研究成果,并用数学方法对月球与地球间引力及运动规律作了大量的验证工作之后,于1685年提出了万有引力定律的表达式．

结合这段历史进行万有引力的教学,笔者不仅顺利地达成了教学目标,而且获得了额外的收益,那就是帮助学生去澄清历史事实,让学生认识到科学的创新都经历了众多科学家的巨大付出,都是一个从量变到质变的过程,认识到明显的质变是不明显的量变积累的结果．显然,教学中进行物理学史的渗透教育,能使学生意识到要促进事物的发展,必须要做好科学积累,从而为质变创造条件．这样做就提高了课堂教学的效益．

4 把握物理学发展中的主要与次要,引导学生认识科学判断的价值

在复杂事物中包含着多个矛盾,其地位和作用是不平衡的,其中必有一个矛盾居于支配地位,对事物的发展起着决定作用,这个矛盾就是主要矛盾．反之,不处于支配地位、对事物的发展不起决定作用的矛盾就是次要矛盾．矛盾的主次方面,既相互排斥,又相互依赖,并在一定条件下发生相互转化．

物理学的发展过程同样时时处处充满着主次矛盾,但我们的学生却少有机会接触物理学中的主次矛盾,以为物理学的发展都是顺风顺水的．因为他们接触的条件都是理想化的,利用的数据都是较完美的．学生由于没有机会去领略问题中矛盾的主次,也就不会有判断与处理主次矛盾的体验,这显然不利于他们的认识与发展．

例如在“自由落体”的教学中我们教师往往会向学生说明伽利略基于大量的实验,由斜面实验外推至自由落体运动．为了改进教学笔者在课堂中还向学生作了以下强调及说明．

伽利略当年所使用的器材在斜面倾角超过5°就很难准确地计时了,伽利略的外推法是建立在直觉和逻辑之上的精准判断．然而,伽利略更为伟大之处在于他对自由落体运动是匀加速直线运动的论断建立在他作出的修正之上:“如果完全排除空气阻力,那么,所有物体下落都将一样快．”伽利略的修正与他的勇气与直觉分不开,因为在那个年代,大家对力的认识还很模糊,更谈不上在真空环境中进行实验验证,足见他的惊人的科学勇气和科学判断．

笔者在课堂上结合物理学史,渗透伽利略的“在科学研究中,懂得忽略什么,有时与懂得重视什么同等重要”的思想,较成功地让学生认识到要做好事情,既要着重把握主要矛盾,集中力量解决主要矛盾;又要学会统筹兼顾,恰当地处理次要矛盾．

总之,正如法国著名物理学家朗之万所说“在科学教育中,加入历史的观点是有百利而无一弊的．”显然,物理学史知识不仅能帮助学生正确理解物理规律,还能让他们不断地从中学到严谨的科学态度和科学的思维方法,逐步树立科学的世界观和方法论．物理教师若能在教学中及时、适当地渗透物理学史教育,必定能事半功倍,使得课堂教学取得更好更多的教学效益．

1 申先甲.谈谈物理学史在素质教育中的作用[J].大学物理,2000(11):36-40.

2 施坚.基于物理学史与活动探究的课堂之旅[J].物理教学,2015(8):4-7.

3 郭奕玲,沈慧君.物理学史[M].北京:清华大学出版社,1993.

4 李艳平,申先甲.物理学史教程[M].北京:科学出版社,2009.

5 侍敏.浅谈物理学史的教育作用[J].中学物理教学参考,2015(7):16-17.

6 姜金龙.物理教学中的物理学史教育[J].中学物理,2014(4):47-48.

本文系苏州市教育科学“十三五”规划课题“指向核心素养的物理学史教育功能的研究”(16032069)阶段性研究成果.

2017-03-05)