浅谈物理学史在培养学生学科核心素养中的作用——以“库仑定律”教学为例

王静琦 徐 莹

(东北师范大学物理学院物理学国家级实验教学示范中心,吉林 长春 130024)

学科核心素养在三维教学目标的基础上进行了凝练与升华,是学科育人价值的集中体现,指向学生的终身发展,成为教育领域一座“新灯塔”.其中物理学科核心素养主要包括“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”4个方面.它们相互依存不可分割.这就要求教师在教学中要既要关注理论知识的输出,也要关注知识形成过程的输入,追本溯源方能创新.因此在课堂中渗透物理学史,展现物理学的完整面貌,将有助于提升教学过程的高效性.

1 教材分析

库仑定律选自人教版高中物理必修3第9章第2节,被安排在电荷之后.《普通高中物理课程标准(2017年版)》对该部分内容要求为:“知道点电荷模型.知道两个点电荷间相互作用的规律,体会探究库仑定律过程中的科学思想和方法,例如体会库仑扭秤实验设计的巧妙之处”.库仑定律是电磁理论的基本定律之一,也是对电荷之间作用力由定性研究跨越到定量研究的开始.由库仑定律能够推导出静电场方程甚至麦克斯韦方程组,奠定了静电学理论的基础.所以库仑定律的提出是电磁学史上的一次重大转折,在物理学史上有着举足轻重的作用.

2 问题的引入

2.1 理论知识欠缺

2.2 知识体系分裂

电磁学是一个完整的理论体系,无论是从知识的联结还是从思维方法的相互渗透都在科学发现过程中得到充分的体现.传统的模块式的学习固然能够在一定程度上减轻学生的学业负担,但也会带来一定的负面影响:学生认为每一个模块都是孤立存在的.学生的思想得不到足够的迁移,从而在解决实际问题时思维的灵活性就会降低,自然会阻碍创造性思维的养成.此外教材将库仑定律的内容安排在定性探究与定量探究之间,有悖历史的发展进程,不利于逻辑性思维的形成.

2.3 缺乏探究意识

库仑扭秤实验和电摆实验在设计上蕴含着丰富的科学思想,堪称物理实验中的经典之作.但是由于扭秤实验不易操作的特征,一些教师在对库仑定律内容的讲解之后削弱了对该实验的详细阐述,对于电摆实验更是只字未提.学生没有见过实验装置缺乏感性认识,更谈不上动手操作,对物理学家的探究过程也是一知半解.久而久之就会丧失探究兴趣,难以产生自主探究意识并养成规范的操作习惯.

2.4 忽视人文科学价值

迫于考试的需求与压力,知识点的熟练掌握与分数的提升成为了传统教学所追求的目标，从而忽略其中的情感因素,使得学生对科学的认识片面化和理想化.这其中主要包括: ① 学生认为学术研究都是科学家的工作与自己无关,失去社会责任感; ② 由于教师对于物理学上重大发现过程的轻描淡写,使得学生感觉知识的获得轻而易举,难以形成严谨的科学态度和持之以恒的精神.

3 物理学史在学生学科核心素养培养中的作用

3.1 物理学史是物理观念形成的有效途径

物理学史作为一门研究物理知识、理论和方法发生与发展规律的历史科学,能够以一种通俗易懂的方式向人们展示出事物的本质与发展的历程.使学生对知识的形成,体系的建立有一个清晰的脉络.如果将知识点类比成砖瓦,那么物理学史则是混凝土.没有黏土的粘合,砖瓦的堆砌终将不堪一击.所以在教学过程中渗融入物理学的相关史料,能够使学生对物理本质有深入的理解,形成对物理知识完整的建构,加深对物理观念的认知.

3.2 物理学史是开拓思维、增长智慧的间接工具

思维象征着一个人处理事务的方式,面对问题的整体把握.定理有条件而思维无边界.随着时间的推移培养出来的科学思维会愈发增强.物理史料记录了物理学的整个发展历程,极大地显化了科学家的思维方式,包括科学家是如何发现问题,建构模型,解决困难并批判性地看待问题.每一次科学史上的重大发现都蕴藏着丰富的教育价值.学生通过了解科学家的思维方式受到启发,从而在学习过程中得到正向迁移;同样,他们失败的原因也会加深学生的印象、引起反思,从而在探究中趋利避害,提升学习过程的有效性.

3.3 物理学史是科学探究情景重现的有利资源

人的大脑有着相同的结构,所以人类的认识便有着相似的过程.将学生置身于科学探究的原始情景,能够拉近与科学探究的距离.面对相同的时代背景,他们可能会遇到相似的困惑,提出相似的问题.如何去进行整体方案的规划,以及针对环境的局限性怎样去突破疑难,学生的好奇心和求知欲在此时就应运而生了.

3.4 物理学史是科学态度与科学精神的充分体现

科学探究是个漫长而艰辛的历程,科学家们始终秉承严谨的态度和实事求是的科学精神.或许现在看来,教材中呈现在我们眼前的仅是一些实验装置和实验数据,然而背后隐藏的是科学家几十年甚至上百年的努力.他们不畏艰辛勇于创新,对物理探索时刻充满热情,开辟了众多未知领域,形成了一套相对完备的知识系统,为我们留下了宝贵的财富.学生通过史料走进物理学家的生活,近距离地接触科学家的世界,能够消除对物理的畏难情绪,激发好奇心和求知欲.同时能够辩证地看待问题.

4 渗透物理学史的库仑定律教学设计与分析

表1 教学设计与分析

续表

续表

新课标为物理教学提出了新的要求,如何将核心素养内化为学生的品质成为我们不断探索的方向,也是每一位教育工作者不断需要思考的问题.教材所能够展示的仅是冰山的一部分,教师的任务就是不拘泥表面,努力挖掘出更深层次的内在世界.通过物理学史在课堂中的有效渗透,使学生在认知结构上有清晰的建构,思维上受到适宜的启迪,探究能力得到充分的训练,科学态度与责任获得良好的养成,将知识这潭水搞活,提升核心素养,促进终身发展,还以学生一个完整的物理世界.