系统了解物理学史是形成科学思维的有效途径

吕建平

摘 要：物理是高中学习的一门重要科目，也是学生成长所必须学习的基本知识。但受到当前应试教育的影响，学生在学习物理时大多采取题海战术，教师在授课时重点也都放在基本物理知识和习题的讲解上，而忽视了对物理学发展史的讲解。主要探讨在高中物理课堂教学中融入物理学史的重要性、教学内容和教学方式，并分析学习物理学史对科学思维养成的重要意义。

关键词：物理学史;科学思维;高中物理

物理学史研究的主要内容是物理学产生和发展的历史进程，通过学习物理学史，学生可以更加全面地了解人类对客观世界的认识和理解的过程。物理学史不仅仅是关于物理学科发展变化的过程，更包含着历代物理学家的探索方法和思维方式，通过学习物理学史可以有效帮助学生形成科学思维，拓宽思想维度。

一、高中物理课堂教学融入物理学史的重要性

物理是一门研究自然事物发展规律的学科，其主要探究内容是自然界中客观事物的发展规律、物质运动和相互作用的方式、能量的转化过程等，物理学的学习与研究需要特定的科学思维能力和思考习惯。新课标教育理念对学校人才培养提出了新的要求，不仅要求学生掌握相关的基础知识，还要帮助学生形成严谨的科学思维能力、科学态度和社会责任感，仅仅依靠教材内容学习无法满足要求。在高中物理课堂教学中融入物理学史相关知识，不仅仅是新课程标准下的要求，还可以帮助学生提高对物理学习的兴趣，激发学生学习自然现象和规律的好奇心和探索欲。通过向学生讲解物理学家生平的奇闻轶事，可以拓宽学生的视野和知识面，加深对相关知识点和概念的理解，提高课堂教学效率。同时还可以激发学生的爱国情怀，在物理学界有建树的华人物理学家数目较少，通过学习物理学史可以帮助学生认清我国与世界先进水平之间的差距，激发学生为国服务的担当感与责任感。

二、高中物理课堂教学融入物理学史的内容

1.物理学家们的名言警句

在对学生进行物理学史教学中，可以介绍一些与学科发展相关的名言警句，不仅可以增强对知识的记忆，还有助于培养学生勤于思考和探索的习惯。牛顿曾说过，他之所以伟大，是因为站在了巨人的肩膀上，这也启发学生在学习过程中不能骄傲自大，取得如此成就的人尚且谦虚，我们又有什么理由高傲呢？“站在巨人的肩膀上”启示我们在学习和研究過程中可以充分利用前人的知识和经验，在已有的研究基础上进行思考和创新，同样也可以取得一定的成就。

2.重要定理的发现过程

物理学界很多重要定理的发现都是物理学家们不断努力的成果，其中也蕴含着物理学家们开阔的思维方式，对于学生学习具有一定的启迪作用。在对原子内部结构进行探究时，许多物理学家都根据自身的思考提出了相应的模型，汤姆生认为原子核与电子的关系类似于葡萄干面包中的葡萄干与面包块的关系，电子镶嵌在原子中间;卢瑟福根据对天体运动规律进行观察，提出了行星运动模型，认为原子核位于整个原子的中央，电子围绕原子核进行圆周运动，之后波尔提出了关于原子核分布的电子分层排布模型。许多重大定理的发现都不是一朝一夕之功，凝集着许多物理学家的努力，这启发学生在学习中应该脚踏实地，认真钻研，为物理学的发展贡献自己的一分力量。

3.重要物理发现对当时社会的影响

科学技术的发展是社会进步的第一生产力，人类历史中许多重大发明都得益于物理学中重要定理的发现。法拉第发现电磁感应定律促进了交流电的问世，改变了世界的能源供应方式，促进了第二次科技革命的问世。通过对电磁波进行研究促进了通信技术的飞速发展，加快了人类进入信息时代的步伐。通过向学生介绍相关物理发现对社会的影响可以激发学生的事业心和使命感，激发学生的学习兴趣。

4.物理学家们的奇闻轶事

物理是一门客观自然学科，学生在学习物理的过程中很多时候都会感觉枯燥乏味，因此课堂学习的积极性不高。因此教学在教学过程中应该想办法丰富课堂内容，以提高学生的学习兴趣。在进行物理研究的过程中，物理学家们也发生了许多有趣的故事。通过向学生讲解这些奇闻轶事可以帮助老师活跃课堂气氛，增强学生学习的趣味性。

三、物理学史融入高中物理课堂的教学方式探索

1.将物理学史作为背景材料

在对相关研究定理进行讲授时，物理教师可在讲课之前介绍相关定理的研究和发现历程及其对当时社会的影响，增强学生对学习背景的了解，引导学生自主学习和探索的热情。教师在授课之前应做好教学准备，尽量使物理学史部分的讲解生动有趣。

2.以绪论课的方式授课

绪论课是教学活动开始之前对相关背景的基本介绍，其目的是帮助学生对所学内容有基本的了解和认识。在高中物理教学中，一些教师为了延长理论课学习的课时而放弃了绪论课的讲解，这对学生的科学思维和责任感培养是不利的，因此在物理教学中应加入相关绪论课的内容。

3.开展第二课堂活动

为丰富教学内容，在教学时可抽出一定课时作为第二课堂展示环节，对学生进行分组，并安排物理学史的学习任务，学生可以以角色扮演或者制作微电影的方式来展示相关物理学家的研究发展过程。

4.利用信息技术进行教学

随着互联网的普及和信息技术的发展，多媒体教学工具已逐渐进入各大学校。教师可充分利用这一工具进行教学，通过播放相关视频的方式帮助学生了解物理学发展进程，提高学生的课堂参与度。

四、了解物理学史对科学思维养成的意义

1.以史为鉴，帮助学生构建模型

在高中物理学习中会涉及许多物理模型的构建和分析，应用理想化的物理模型可以使复杂的问题简单化，帮助学生降低解题难度。在构建物理模型时学生要根据实际条件做出合理的假设，简化一些对问题解决影响不大的次要因素，将具体的实际问题抽象化，但通过理念的教学实践发现构建科学合理的物理模型一直是学生学习过程中的难点。

在高中物理开篇学习中，首先接触到的是运动学的相关内容，在对运动的物体进行研究时，会将物体理想化为质点模型。在物理学中质点是指没有大小，但有质量的点，在对问题进行研究时如果物体的大小和几何形状对运动规律没有显著影响，就可以忽略其大小和形状，简化为一个仅仅具有一定质量的点进行研究。在课堂教学中为了让学生更好地理解质点这一模型的概念和建立过程，教师在课堂教学中可结合具体实例进行讲解，对质点建立的要求和条件进行探讨。以宇宙中的天体运动模型为例，虽然火星、太阳等天体与地球相比体积均比较大，但由于与地球的距离非常远，天体本身的直径与整体距离相比只占其中的一小部分，因此在计算其运动规律时可以忽略其大小的影响，将其简化为质点。再以分子运动规律为例进行分析，虽然分子与天体相比体积非常小，但在对单个分子进行研究时却无法将其简化为质点，其原因是分子周围存在着许多其他微观粒子，这些粒子对分子的运动状态有着很大的影响，因此无法将其看作质点来分析，可见在建立物理模型时不仅仅要看物体本身的体积大小，还要根据具体问题来进行分析。

物理学家们在研究过程中还建立了许多物理模型，如光滑斜面、彈簧振子等，通过学习这些模型建立的过程，可以帮助学生掌握分析和解决问题的方法和思想，形成科学思维。

2.以史为鉴，促进学生科学辩证思维的形成

物理学知识理论体系的建立并非一朝一夕之功，是几百年甚至几千年来历代物理学家不断探索努力的智慧结晶，全面了解物理学史可以帮助学生形成物理学科思维。但现在高中阶段的物理教科书中物理学史部分的内容介绍相对比较零碎，且篇幅不多，基本上起不到启迪思维，培养物理学逻辑思维的作用。在学生学习物理的过程中，科学的辩证思维能力是分析和解决问题的必备工具。仅仅依靠理论知识讲解和习题训练无法帮助形成系统全面的逻辑思维能力，教师在授课过程中还应结合物理学家们在研究探索中解决问题的方法和思路进行讲解。

以物理教材万有引力部分的学习为例，课本中对万有引力形成和发现的历史讲解并不够具体全面。为帮助学生更好地理解万有引力定律，教师可以向学生介绍牛顿发现万有引力的具体过程和分析思路。万有引力定律虽然是由牛顿提出，但他也是在总结开普勒“天体运动的三大定律”、伽利略对于惯性的思考等的基础上总结得到的。该定律的发现过程虽然不属于学生必须掌握的部分，但通过讲解物理学家发现该定律的历史可以帮助学生更好地了解抽象晦涩的科学定律。通过学习物理学史，可以帮助学生了解和理解时代局限、实验局限和认识局限，提高学生的逻辑思维能力。

3.以史为鉴，引导学生形成批判性思维

追溯科学发展的历史，当科学有更奏效的发现时，科学会毫不犹豫地修改或抛弃旧理论。因此，科学思想的本质是质疑和批判，而依赖科学形成的世界观也必将随科学的发展而更新。在物理教学中学科发展历史中科学家们对已知规律提出质疑，并对自身观点提出证明的经历可以帮助学生了解质疑思维，形成批判性的思维方式。

在对运动学的自由落体规律进行教学时，可以结合伽利略对真理进行勇敢追求的故事进行讲解。在自由落体规律发现之前，人们信奉的是亚里士多德提出的经典学说，许多人因为盲目崇拜而限制了自身的思维发展。伽利略之所以发现自由落体的真相，不仅是因为科学理论思维的支撑，更是得益于他敢于向权威挑战的精神。在日心说出现之前，人们一直认为地球是宇宙的中心，所有的天体都在围绕地球运动。哥白尼通过对以往天文学家的观测数据进行分析并结合自身的思考，发现了地心说是谬误学说，并提出了划时代的日心说。因为这一观点，他受到了教会和其他保守派人士的迫害，但他始终坚持真理。通过介绍这些优秀科学家探索真理的实际，可以帮助学生打破传统的思维观念，增强挑战权威的勇气，帮助学生形成批判性思维。

五、结语

物理学史是物理学习中的重要组成部分，在课堂教学中融入物理学史可以帮助学生形成辩证科学思维和批判性思维能力，在物理教学中将物理学史与基本理论知识相融合是课程发展的必然趋势。

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编辑 王振德