物理學(xué)史教育在中學(xué)物理教學(xué)中的作用報告

物理學(xué)史教育在中學(xué)物理教學(xué)中的作用報告

　　物理學(xué)史是研究物理學(xué)發(fā)展的學(xué)科，它是物理科學(xué)體系中重要的組成部分。物理學(xué)史教育是通過(guò)傳授物理學(xué)史方面的知識，培養學(xué)生科學(xué)意識、科學(xué)精神及科學(xué)方法等多方面品質(zhì)的過(guò)程。在教學(xué)活動(dòng)中深刻體會(huì )到，物理學(xué)史教育是中學(xué)物理教學(xué)中不可缺少的組成部分。尤其在全面推進(jìn)素質(zhì)教育，實(shí)施課程改革的今天，對發(fā)展中學(xué)生綜合素質(zhì)提出了更高的要求，物理學(xué)史的教育功能則更加明顯。但是由于缺乏物理學(xué)史教育的研究，妨礙了它在發(fā)展中學(xué)生綜合素質(zhì)方面的作用，影響了中學(xué)物理教學(xué)質(zhì)量的提高。為此，在總結教學(xué)經(jīng)驗的基礎上，對物理學(xué)史教育在中學(xué)物理教學(xué)中的重要性、可能發(fā)揮的作用以及加強物理學(xué)史教育的途徑，做了初步的研究。

　　一、加強物理學(xué)史的教育，實(shí)現中學(xué)物理教學(xué)目的

　　隨著(zhù)中學(xué)全面推進(jìn)素質(zhì)教育及“跨世紀素質(zhì)教育工程”的啟動(dòng)，對中學(xué)生應具備的基本素質(zhì)提出了更高的要求。為了迎接新世紀人才競爭的挑戰，為了適應知識經(jīng)濟時(shí)代的特點(diǎn)，他們需要多方面的、綜合性的心理品質(zhì)�？茖W(xué)素質(zhì)就是其中重要的組成部分�？茖W(xué)素質(zhì)是由科學(xué)意識、科學(xué)精神、科學(xué)知識、科學(xué)方法與行為等要素組成�？茖W(xué)意識是指對科學(xué)本質(zhì)及價(jià)值的正確認識，表現為對科學(xué)的積極態(tài)度，如對科學(xué)的信任、依賴(lài)、追求等�？茖W(xué)精神是指科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)探索的積極心理狀態(tài)，其核心是實(shí)事求是的工作態(tài)度、探索創(chuàng )新的思想�？茖W(xué)知識，是指反映客觀(guān)世界的知識體系，如物理、化學(xué)等等學(xué)科知識。這里所說(shuō)的科學(xué)方法，主要指科學(xué)思維方法，它在一定程度上具有方法論的意義，大多蘊含在科學(xué)探索的過(guò)程中�？茖W(xué)行為是指受科學(xué)思想意識支配表現出來(lái)的外在活動(dòng)，對于中學(xué)生來(lái)說(shuō)，主要指在生活和學(xué)習活動(dòng)中科學(xué)的習慣和方式。從目前中學(xué)學(xué)科設置的情況看，培養中學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的任務(wù)，主要由物理、化學(xué)、生物等理科教學(xué)承擔，其中，物理教學(xué)的責任最重。顯然，培養中學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)，已成為現代中學(xué)物理教學(xué)不可推卸的責任，因而成為重要的教學(xué)目的之一。為了實(shí)現這一教學(xué)目的，需要進(jìn)一步研究物理教學(xué)中影響科學(xué)素質(zhì)發(fā)展的因素。描述了構成科學(xué)素質(zhì)的各要素與中學(xué)物理教學(xué)內容各組成部分之間的關(guān)系。一個(gè)人的科學(xué)意識、科學(xué)精神、科學(xué)方法和行為等大部分科學(xué)素質(zhì)要素，都要建立在對科學(xué)及科學(xué)發(fā)展過(guò)程了解的基礎上，才能逐漸形成，這些都與物理學(xué)史教育有密切關(guān)系。通過(guò)物理學(xué)史教育，可以培養學(xué)生科學(xué)的思維方法、創(chuàng )造性的思維能力，激發(fā)追求真理、獻身于人類(lèi)文明進(jìn)步事業(yè)的精神。所以，為了實(shí)現現代中學(xué)物理教學(xué)目的，必須加強物理學(xué)史教育。

　　物理學(xué)史中就有許多催人淚下的事例。比如：M．居里由于長(cháng)期從事放射性研究得了白血病逝世，為科學(xué)獻出了寶貴的生命；利赫曼為引雷電而捐軀；法拉第舍棄榮華富貴，幾次拒絕接受封爵而甘“平民法拉第”；布魯諾為捍衛日心說(shuō)犧牲在羅馬鮮花廣場(chǎng)的熊熊烈火之中；伽利略為捍衛日心說(shuō)受到羅馬教皇殘酷的迫害和折磨，但他沒(méi)有放棄對真理的追求，年近七旬又體弱多病的伽利略被迫在寒冬季節前往羅馬，跪在冰冷的石板地上接受羅馬宗教裁判所的審判，先是被判終審監禁，后又改為在家軟禁，精神和肉體上的折磨仍然沒(méi)有動(dòng)搖他的信念，直到1642年1月8日病逝。300年以后的1979年羅馬教庭才為他公開(kāi)平反昭雪�？茖W(xué)家可歌可泣的獻身精神對我們現代人應該有所啟發(fā)。

　　伽利略認真讀過(guò)亞里士多德的《物理學(xué)》等著(zhù)作，認為其中許多是錯誤的。伽利略依靠工匠們的實(shí)踐經(jīng)驗與數學(xué)理論的結合，依靠他自己敏銳的觀(guān)察和大量的實(shí)驗成果，通過(guò)雄辯和事實(shí)，粉碎了教會(huì )支持的亞里士多德和托勒密思想體系兩千多年來(lái)對科學(xué)的禁錮，在運動(dòng)理論方面奠立了科學(xué)力學(xué)的基石（如速度、加速度的引入，相對性原理、慣性定律、落體定律、擺的等時(shí)性、運動(dòng)疊加原理等）。二十世紀最偉大的自然科學(xué)家愛(ài)因斯坦，被稱(chēng)為“物理學(xué)革命的旗手”，就是因為他在科學(xué)的道路上不斷創(chuàng )新，創(chuàng )立了一個(gè)又一個(gè)嶄新的理論體系。1905年3月他發(fā)表了論文《關(guān)于光的產(chǎn)生和轉化的一個(gè)推測的觀(guān)點(diǎn)》，提出了光的量子論，歷史上第一次揭示了微觀(guān)客體的波動(dòng)性和粒子性的統一，即波粒二象性；1905年6月他寫(xiě)了一篇開(kāi)創(chuàng )物理學(xué)新紀元的長(cháng)論文《論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》，完整的提出了狹義相對論，解決了十九世紀末出現的古典物理學(xué)的危機，推動(dòng)了整個(gè)物理學(xué)的革命。之后愛(ài)因斯坦并不感到滿(mǎn)足，不懈的創(chuàng )新精神促使他在真理的道路上進(jìn)行艱難曲折的探索，到1916年3月，他寫(xiě)了一篇總結性的論文《廣義相對論基礎》，宣布了廣義相對論的創(chuàng )立。

　　通過(guò)物理學(xué)史的教育可以培養學(xué)生熱愛(ài)科學(xué)、獻身科學(xué)的精神，可以培養學(xué)生的創(chuàng )新精神，對實(shí)施素質(zhì)教育具有重要意義。

　　二、凸現物理學(xué)史教育的功能

　　物理學(xué)史是研究物理學(xué)發(fā)展歷史的科學(xué)，把它真實(shí)記載描述了物理科學(xué)形成發(fā)展的歷程，解釋與分析了歷程的形成背景與規律，包含物理科學(xué)知識體系逐步成熟發(fā)展的過(guò)程，包括科學(xué)家們探索追求真理的事實(shí)與故事，和物理新課程的過(guò)程與方法，情感、態(tài)度與價(jià)值觀(guān)有機結合起來(lái)。充分利用物理學(xué)史中蘊藏著(zhù)科學(xué)家──人，研究過(guò)程──事，研究成果──知識體系等多方面的教育資源，對學(xué)生的教育價(jià)值是巨大的。因此，中學(xué)物理教學(xué)中不可能進(jìn)行完整的物理學(xué)史教育，只能從中選取很少部分內容。盡管如此，它仍具有多方面的教育功能，主要有以下幾個(gè)方面：

　　1．進(jìn)行科學(xué)方法論教育的功能

　　物理學(xué)史可以提供豐富的物理科學(xué)發(fā)展的史料，將物理概念、定律的歷史發(fā)展過(guò)程展現給學(xué)生，使之熟悉科學(xué)家發(fā)現規律的思維過(guò)程和科研方法，并從科學(xué)家的成功中得到啟示。從長(cháng)遠意義上講，學(xué)生掌握這些內容比學(xué)習物理知識、技能更為重要。學(xué)生在學(xué)習過(guò)程中不斷接受科學(xué)方法教育，潛移默化地培養科學(xué)的思維模式。例如，在“自由落體運動(dòng)”的教學(xué)中，圍繞歷史的發(fā)展提出問(wèn)題，進(jìn)行物理學(xué)史教育。以此幫助學(xué)生揭示出科學(xué)探究的一般程序：提出問(wèn)題──猜想與假設──制定計劃與設計實(shí)驗──進(jìn)行實(shí)驗與收集證據──分析與論證──修正推廣。使學(xué)生從中領(lǐng)略到什么是科學(xué)探究，科學(xué)家是怎樣用科學(xué)方法進(jìn)行研究的，受到科學(xué)的思維方法的熏陶，有利于學(xué)生從“機械學(xué)習、被動(dòng)思考、獲得知識”向“靈活學(xué)習、積極思考、勇于探索”轉化，獲得真正的“智慧”。

　　在物理教學(xué)中分析物理學(xué)的發(fā)展史有助于學(xué)生了解各概念、定理、定律的來(lái)龍去脈和科學(xué)知識的運動(dòng)過(guò)程。例如：在講到力的概念時(shí)，從古希臘的亞里士多德，到伽利略、牛頓，循著(zhù)偉人的研究歷程，從而加深學(xué)生對力的概念的理解，在講高二年級“電磁感應”的時(shí)候，以?shī)W斯特發(fā)現電流的磁效應為線(xiàn)索，向學(xué)生介紹人類(lèi)對磁及電和磁關(guān)系的認識過(guò)程。通過(guò)講解安培、法拉第、楞次和麥克韋等人在揭示電磁關(guān)系工作中的艱辛努力和所取得的成果，使學(xué)生在有了對電磁發(fā)展總體認識的基礎上，加深對教材的理解和對左、右手定則、法拉第電磁感應、楞次定律等關(guān)鍵點(diǎn)的把握。

　　物理教學(xué)中涉及的研究方法主要有觀(guān)察、實(shí)驗、類(lèi)比、假說(shuō)、模型等等，這些研究方法對學(xué)習物理也具有重要價(jià)值。比如意大利物理學(xué)家伽利略，1853年在比薩教堂注意到一盞懸燈的擺動(dòng)受到啟發(fā)，用線(xiàn)懸銅球模擬單擺實(shí)驗，確證了微小擺動(dòng)的等時(shí)性和擺長(cháng)對周期的影響；德國物理學(xué)家倫琴在進(jìn)行陰極射線(xiàn)實(shí)驗時(shí)，注意到放在射線(xiàn)管附近氰亞鉑酸鋇的小屏上發(fā)出微光，而發(fā)現了X射線(xiàn)（倫琴射線(xiàn)）；1780年伽伐尼在解剖青蛙時(shí)偶然發(fā)現青蛙腿痙攣而發(fā)現了“生物電”；早已膾炙人口的牛頓蘋(píng)果落地的傳說(shuō)，使牛頓從中悟出了地球引力的存在等等，這些事例都說(shuō)明觀(guān)察的重要性。培養學(xué)生觀(guān)察能力和觀(guān)察習慣，可以起到鞏固消化，加深理解的重要作用。比如富蘭克林的風(fēng)箏實(shí)驗：在風(fēng)雨交加的情況下，利用風(fēng)箏將大氣中的電收集到萊頓瓶中使其充電，證明了“閃電和靜電的同一性”；比如光的顏色問(wèn)題，從亞里士多德到笛卡兒都認為“白光是純潔的、均勻的，是光的本質(zhì)”，而色光只是光的變種，但是他們都沒(méi)有象牛頓那樣做過(guò)認真的實(shí)驗驗證。大約1666年牛頓用棱鏡進(jìn)行光的色散實(shí)驗，終于得出“白光是由各種折射程度不同的彩色光組成的非均勻混合體”；又如伽利略的落體實(shí)驗證明了物理下落速度與物體重量無(wú)關(guān)的重要結論，徹底否定了亞里士多德關(guān)于落體運動(dòng)的錯誤結論。比如荷蘭物理學(xué)家惠更斯，就是用類(lèi)比的方法根據光也象聲波那樣能發(fā)生反射、折射，而提出光是一種波動(dòng)的假說(shuō)，為光的波動(dòng)理論奠定了基礎；法國物理學(xué)家德布羅意用類(lèi)比的方法根據光的波粒二象性而推論微觀(guān)粒子也具有波動(dòng)性，提出了物質(zhì)波的概念；庫侖就是從牛頓的萬(wàn)有引力定律中得到啟發(fā)，把電荷之間的作用力類(lèi)比萬(wàn)有引力，推論電力也象萬(wàn)有引力一樣服從平方反比定律，從而發(fā)現了庫侖定律，如果沒(méi)有類(lèi)比的方法，單靠實(shí)驗數據的積累不知得到何年何月，才能得到嚴格的庫侖定律的表達式。如在“電勢差，電勢，電勢能”的教學(xué)中，可類(lèi)比為高度差，高度及重力勢能，等等。但是必須讓學(xué)生知道類(lèi)比的局限性，類(lèi)比得到的結論有對有錯，必須經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗，否則就會(huì )造成知識的混亂

　　2．培養科學(xué)意識和科學(xué)精神的功能

　　物理學(xué)是研究物質(zhì)運動(dòng)一般規律和物質(zhì)基本結構的科學(xué)，是自然科學(xué)的重要組成部分，人類(lèi)只有尊重事實(shí)、尊重規律，才能獲得進(jìn)步。物理學(xué)發(fā)展史是人類(lèi)探索自然規律的歷史。通過(guò)史料教育學(xué)生，可以培養實(shí)事求是、嚴謹治學(xué)的科學(xué)意識。例如，通過(guò)盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗、倫琴射線(xiàn)的發(fā)現等生動(dòng)事例，激發(fā)學(xué)生對科學(xué)家的敬重之情，進(jìn)而培養學(xué)生求實(shí)、嚴謹的科學(xué)意識與勇于創(chuàng )新的科學(xué)精神。從而培養學(xué)生學(xué)習物理的良好情感、態(tài)度與價(jià)值觀(guān)。

　　3．進(jìn)行思想品德教育的功能

　　在推進(jìn)素質(zhì)中，加強思想品德教育是一項重要任務(wù)。因此，品德教育應滲透到各科教學(xué)中。在物理教學(xué)過(guò)程中，由于眾多物理學(xué)史料中有很多品德教育素材，將品德教育與知識教育有機結合，能夠更好地發(fā)揮物理學(xué)史的思想品德教育功能。例如，布魯諾為追求真理而獻身；居里夫人命名新元素為“釙”以紀念祖國；富蘭克林冒生命危險做“風(fēng)箏實(shí)驗”。這些科學(xué)家的故事對學(xué)生有特殊感染力，教育效果非常明顯

　　三、開(kāi)發(fā)物理學(xué)史教育的途徑

　　當前，加強物理學(xué)史教學(xué)在培養學(xué)生科學(xué)素質(zhì)方面的作用，已經(jīng)成為中學(xué)物理教學(xué)改革的重要內容之一，尤其在新課程教學(xué)中得到認可。為此必須動(dòng)員物理教師及教材編寫(xiě)、研究多方面力量相互配合與協(xié)作，構建物理學(xué)史教育資源庫，以期達到資源共享。

　　1．加強物理學(xué)史學(xué)習，提高教師自身素質(zhì)

　　眾所周知，能否發(fā)揮教材教育功能的關(guān)鍵在教師。同樣，為了有效發(fā)揮學(xué)史教材的教育功能，物理教師本身也必須具有較高的物理學(xué)史素養，這樣他才能在掌握學(xué)史知識的基礎上，從認識方法論的角度，把握物理科學(xué)的發(fā)展軌跡與規律，才能挖掘學(xué)史的教育功能。不僅如此，提高學(xué)史素質(zhì)對教師全面理解和把握物理學(xué)科的知識體系，提高教學(xué)水平，具有長(cháng)遠的意義。

　　2．深入研究學(xué)史教學(xué)的規律，調整物理學(xué)史教學(xué)內外關(guān)系

　　2學(xué)史教學(xué)作為一種教學(xué)活動(dòng)，必然有其自身的規律，只有掌握了這些規律，才能自如地進(jìn)行教學(xué)，才能使教學(xué)達到預期的目的。學(xué)史教學(xué)有著(zhù)多方面的規律，目前需要盡快認識和把握的，我認為有學(xué)史教學(xué)與知識、技能教學(xué)之間的關(guān)系；各學(xué)史教學(xué)內容之間的關(guān)系，如科學(xué)家故事、科學(xué)探索的背景、科學(xué)發(fā)現過(guò)程、方法論等之間的關(guān)系；教學(xué)中思想品德教育與智育之間的關(guān)系等幾個(gè)方面。教師對這些關(guān)系的認識、協(xié)調與處理，既是提高學(xué)史教學(xué)質(zhì)量的基礎，也是保證其健康發(fā)展的條件。例如，只有當真正解決好物理學(xué)史教學(xué)與知識、技能教學(xué)之間的關(guān)系，與過(guò)程、方法教學(xué)之間的關(guān)系，才能保證物理教學(xué)質(zhì)量的全面提高，才能促進(jìn)學(xué)生思想品德、科學(xué)素質(zhì)、智力和操作技能的均衡發(fā)展，而不致走向顧此失彼、矯枉過(guò)正的偏頗境地，甚至阻礙了物理學(xué)史教學(xué)的正常發(fā)展。

　　3．廣泛開(kāi)展學(xué)史教學(xué)實(shí)踐研究，改進(jìn)教學(xué)方法

　　由于輕視物理學(xué)史教學(xué)的結果，使目前學(xué)史教學(xué)方法較為落后，一般僅限于講故事，“貼德育標簽”（即在講完故事后，加上幾句口號）的傳統教學(xué)方法，這顯然不符合學(xué)史教學(xué)目標的要求。為此，必須引導廣大教師重視學(xué)史教育，有計劃地組織物理教師在實(shí)踐中大力開(kāi)展學(xué)史教育研究，深入分析教材內容，適當補充引入科學(xué)史料，積極改進(jìn)教學(xué)方法，達到學(xué)科素質(zhì)教育的目的。目前中學(xué)物理教材中學(xué)史內容所占比例甚微（僅2%左右），其中內容僅限于科學(xué)家故事。因此，教師應進(jìn)行物理學(xué)史教材的分析，適當補充有關(guān)科學(xué)探索的背景、科學(xué)發(fā)現過(guò)程以及方法論方面的學(xué)史材料，挖掘教材的教育功能。同時(shí)用現代學(xué)習理論為指導，提高學(xué)生學(xué)習的興趣和能力，促使學(xué)生主動(dòng)學(xué)習物理發(fā)展歷史，領(lǐng)會(huì )科學(xué)精神，掌握科學(xué)思維方法，培養良好的科學(xué)行為。

　　教學(xué)實(shí)踐告訴我們，不僅要教給學(xué)生現代科技所必需的系統的物理知識，還應教給學(xué)生科學(xué)的學(xué)習和研究方法，科學(xué)既是一種人類(lèi)的知識體系又是人類(lèi)認識世界的一種方式和探索過(guò)程，而通常的科學(xué)方法都貫穿在物理學(xué)發(fā)展的過(guò)程中。物理學(xué)具有很強的繼承性，許多科學(xué)家就是從對本學(xué)科的歷史研究中，開(kāi)始自己的創(chuàng )造活動(dòng)的，牛頓說(shuō)過(guò)：“如果說(shuō)我比別人看的遠一點(diǎn)，那是因為我站在巨人的肩上”。不僅牛頓如此，凡是作出重大貢獻的物理學(xué)家都是善于批判和繼承的，學(xué)習物理學(xué)史有助于活躍思維，增強膽識，使學(xué)生更自覺(jué)地繼承前人的事業(yè)，有效地進(jìn)行學(xué)習研究，高中課程設置已將“研究性學(xué)習”納入新的課程體系，通過(guò)物理學(xué)史進(jìn)行科學(xué)方法教育變得尤為重要。綜上所述，把物理學(xué)史的知識融于物理教學(xué)中，無(wú)疑應該具有重要價(jià)值，特別是實(shí)施新課程改革的今天更是迫切需要的，同時(shí)也是切實(shí)可行的。

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