论物理学史对提升学生科学素养的作用

黄秀绢

摘 要：物理学史是一门关于物理学发展过程的学科，它包含了物理学基本概念和基本定律的产生、发展过程。物理学史中有很多值得挖掘的教育资源。文章分析了在物理教学中有机渗透物理学史的有关内容对于提升学生科学素养的作用。

关键词：物理学史； 科学素养； 物理教学

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2018）7-0067-3

著名物理学家钱三强教授曾说过：“科学发展史是一块蕴藏着巨大精神财富的宝地。”[1]物理学史是一门关于物理学发展历史过程的学科，它具有十分丰富的内容，包含了物理知识、方法、思想等内容的来龙去脉，还有许多物理学家为追求真理敢于向權威挑战、坚持不懈、勇于创新的感人事迹。有研究表明，物理学史的有关内容对科学素养的培养有着非常重要的作用[2-5]。

1 物理教学中渗透物理学史的有关内容，有助于提高学生的学习兴趣

物理学作为自然科学的核心，它的发展过程中蕴含了许多可作为提高学生学习兴趣的素材。但是，在教学中，这些素材常常被忽略，只剩下枯燥无味的物理概念、定理、定律，从而使学生感到索然无味，学生也就很难有学习物理知识的兴趣了，物理学习的内在动机自然不足。布鲁纳强调学习主要是一种内在动机，对学习材料感兴趣是学习的最初动力来源。教育心理学认为，兴趣是一个人倾向于认识、研究并获得某种知识的心理特征，是推动人们求知的一种内在力量。当某个事件能引起学生的兴趣，必然引起他主动探索，从而能对相关事物产生深刻的认识和理解。因此，思考如何激发学生的学习兴趣是教师在课前准备一定要做的事。只有引起学生的兴趣，才能高效率地学习。在物理教学中，可以把物理学发展过程中一些既有趣、又能引发学生思考的事讲述给学生听，调节课堂气氛，激发学生兴趣，从而有效提高教学效果。例如，学生在学习“万有引力定律”时，可作如下介绍：一个夏天的中午，年少的牛顿坐在他母亲的农场里休息。这时候，从树上落下来一个苹果，刚好落在牛顿的脑袋上。牛顿虽然被砸到，但他并没有因为这件事而不快，而是思考这样一个问题：苹果为什么是向下落而不是向上飞呢？他就跑去问妈妈，妈妈也没办法给他合理的答案。为了解开这个谜团，牛顿经过不断地研究、探索，他认为，苹果向下落而不是向上飞的原因是由于它受到了地球某种力量吸引的结果。于是，万有引力的存在被牛顿首先发现了。学生听完这个小故事将对本节课要学习的内容产生兴趣，同时学生从这个小故事中还将体会到善于观察、善于思考的品质对于成功的重要性。再如，在“运动的相对性”教学中，教师可以利用以下故事创设问题情景，以激发学生的学习兴趣：在第一次世界大战期间，一名来自法国的飞行员，在2000 m高空飞行，他发现有一只“小虫子”就在旁边，于是伸手去抓“小虫子”，一看，大吃一惊，原来不是“小虫子”，而是一颗子弹。故事讲完，接着教师向学生提出如下问题：高空飞行的子弹为什么会被法国飞行员用手抓到？在这一背景下，学生探究其中奥秘的兴趣将被激发，产生弄清真相的强烈愿望，也就产生了学习的内在动机，提高学习的主动性、积极性。

如果能有意识地把相关物理学史的内容融入教学中，学生将会对物理知识感兴趣，增强了学习的内在动机。

2 物理教学中渗透物理学史的有关内容，有助于学生掌握物理知识

教育重演论认为，“现代学生的学习过程是对人类文化发展过程的一种认知意义上的重演，即现代人的认知发展是对其祖先认知水平长期演化过程的浓缩”[6]。这为物理学史促进学生更好地掌握物理知识提供了有力的理论依据。

如果说物理学的基本概念、定理、定律等构成了物理学理论体系的骨架，那骨架上的血肉就是物理学史。如果学生在学习中对所学的知识的来龙去脉不清楚，缺乏相应的背景作支撑，就容易感到深奥、枯燥，对这些知识只能死记硬背，不可能在理解的基础上内化、重建知识结构。物理教学不是让学生死记定理、公式，而是要学生能真正理解、掌握它们，在此基础上提升科学素养。为此，在教学中应创造条件，让学生能够在对物理的发展演变过程有一定了解的基础上学习。在物理教学中，教师如果能结合物理学史引导学生搞清楚知识的产生、形成与演化过程，让学生清楚该理论的成功之处，它能解决当前哪些问题，它还存在哪些局限性。借助物理学史，使学生在较短时间内对物理知识的形成过程有了“亲身经历”，在遇到实际问题时才能灵活地运用所学物理知识加以解决。不仅如此，学生还会从知识的历史形成过程中认识到定理、定律等的条件性，体会真理的相对性。

例如，“光学”这一部分中，光的波动性、波粒二象性是学生学习的难点。学生在学习了机械波的干涉和衍射后，知道一切波都能发生干涉、衍射现象以及其产生的条件，这是学生学习这部分知识的基础，但学生没有把机械波的特点与光进行对比思考。同时，由于光的波长太短了，在现实生活中是很难见到光的干涉（除肥皂泡膜的干涉）和衍射现象，学生的脑海中缺少相应的生活经验。光是一种波一时不能被学生具有的知识和生活经验所接受，这就增加了学生学习的困难。如何突破这一难点？我们可以采取教学开始就向学生介绍人类对光本质的认识过程：历史上关于光的本质曾经出现两种学说。一种是牛顿主张的微粒说，微粒说的观点是：光是一种物质微粒。对于“光在同一种均匀介质中沿直线传播的现象和光的反射现象”微粒说能很好地作出解释。但是，微粒说却很难对“光在两种介质界面处同时发生反射和折射现象”作出合理的解释。17世纪，惠更斯提出了关于光的本质的另一学说——波动说。光的波动说认为光是某些振动以波的形式向外传播。波动说能很好地解释微粒说难以解释的光现象，因为日常生活中经常看到机械波发生这些现象。如两列水波交叉相遇后能按各自原有的方式继续向前传播而不受到相遇波的影响，声波也能产生这种现象。接着提出问题：怎样证明光具有波动性呢？如果光具有波动性，在满足一定条件下就应该出现波特有的干涉现象、衍射现象。到底能否产生干涉、衍射现象呢？然后介绍：历史上，第一个成功地观察到了光的干涉现象的是科学家托马斯·杨。他从假定光是一种波出发，把小孔或单缝发出的光分成两部分（经双孔或双缝），再让它们叠加在一起，发现光是具有波动性，因为产生了干涉现象——明暗相间的干涉条纹。最后向学生介绍：光的衍射现象、干涉现象证明了光的波动说的正确性。但它在解释光电效应现象上又发生了困难。微粒说和波动说都只能解释部分光现象。到19世纪，麦克斯韦和爱因斯坦分别提出了“光的电磁说”和“光子说”，这时，人们才认识到光既是一种波，又是一种粒子，光既有波动性又有粒子性，即光具有波粒二象性。通过介绍相关物理学史，学生能够在较短时间内“经历”知识的形成过程，了解了人类对光本质的认识是个不断发展的历史过程，这不仅有利于学生对光的本质的理解，而且有助于学生能从中体会到真理的相对性。

3 物理教学中渗透物理学史的有关内容，有助于学生掌握科学方法

科学方法是人类在认识和实践活动中的正确方法。科学方法是科学素养的重要组成部分。

物理理论体系的建立过程本身就包含着丰富的科学方法。在教学中，结合物理学史的有关内容，引导学生像科学家那样去思考，沿着科学家寻找真理时走过的足迹去探究，从而促进学生体会科学方法的精髓，有助于学生掌握科学方法。如在“牛顿第一定律”的教学中，可以向学生介绍伽俐略采用的“假设、推理”的科学方法推翻统治人们两千多年的“物体的运动需要力来维持”的观点。伽俐略的理想实验：让小球从斜面上无初速度地滚下来，小球会沿另一斜面滚上去。如果两个斜面都是光滑的，小球将在第二个斜面上滚到与原来同样高度的地方。当减小第二个斜面的倾角，小球必须在第二个斜面上滚过更远的距离才能达到与开始滚下时同样高度的地方。持续减小第二个斜面的倾角，直到它成为水平面，这时，水平面上的小球不管滚过多远的距离，再也没办法达到开始滚下时同样的高度，就在这个光滑水平面上保持恒定的速度不停地运动下去。據此，伽利略指出：在水平面上运动的物体，它的速度会不断减小，最后会停下来，原因在于物体在运动过程中受到了摩擦力的作用。设想没有了摩擦力，只要物体具有一定的速度，它将以这个速度持续地运动下去。这样，学生既清楚了定律是怎么得来的，又能理解这一科学研究方法。在进行《自由落体运动》一节的教学时，可以向学生介绍：伽利略研究自由落体运动时开创的研究方法：抽象思维、数学推导和科学实验相结合的方法。通过物理学史的介绍，学生将体会伽俐略这种研究方法的巧妙，从而促进学生对科学研究方法的掌握。

物理规律的发现，离不开科学家科学的研究方法。教学中渗透物理学史，有助于学生对科学方法的掌握。

4 物理教学中渗透物理学史的有关内容，有助于培养学生的科学精神

科学精神是人们在长期的科学实践活动中形成的共同信念、价值标准和行为规范的总称。科学精神以“实事求是”作为其核心内容，以“开拓创新”作为其活力之源。科学精神起着调节和约束着科学家的行为规范的作用，是科学家取得成功的保证。

根据具体的教学内容，把物理学史的相关内容融入到教学当中，促进学生了解科学家取得成就的道路并不是一帆风顺的，而是充满了各种各样的矛盾斗争，物理学史中有很多培养学生科学精神的好素材，利用这些素材能比较有效地培养学生实事求是、坚持不懈、勇于创新的精神。在教学“电磁感应现象”这一部分内容时，可把英国物理学家法拉第凭着惊人的毅力，在十年间不断地探索，克服重重困难，发现了电磁感应现象的事迹介绍给学生。这些物理学家体现出的科学精神，都是促进学生科学素养形成的很好的素材。教学中，通过把物理学家在科学研究中体现其科学精神的相关例子介绍给学生，学生将受到潜移默化的影响。

5 结束语

物理学史是一门关于物理学发展历史过程的学科，它呈现了物理学理论体系的发展过程，里面包含了科学知识、方法，还体现了科学精神。因此，物理学史在提升学生科学素养方面有着不可忽视的功能。

参考文献：

[1]陈世鸥.浅谈物理学史在中学物理教学中的作用[J].四川教育学院学报，2004（11）：78-79.

[2]郭春景.谈物理教学中物理学史教育对学生科学素质的培养[J].焦作大学学报，2008（1）：100-102.

[3]林喆郭.追溯与探索——在物理教学中引入物理学史的作用及重要性[J].黑龙江教育学院学报，2010（6）：59-61.

[4]敖琳春. 在物理教学中引入物理学史——物理学史在科学素质教育中的作用[J].科技导报（中旬刊），2014（3）：76-77.

[5]田春刚.在物理教学中引入物理学史[J].科技风，2012（15）：209.

[6]张华.课堂与教学[M].上海：上海教育出版社，2000.

（栏目编辑 张正严）