物理學史在新課標下的教育價值

摘要：物理學史是科學發(fā)展史，物理學史會把科學家在探索過程中的智慧之光帶給學生，從而激發(fā)他們獻身科學。本文通過對物理學史的深入挖掘，體現(xiàn)出其在新課標下的教育價值。

關(guān)鍵詞：物理學史；興趣；實驗教學；人生觀；教育價值

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2013）2（S）-0014-3

《高中物理課程標準》明確提出，高中物理的課程目標是旨在提高全體學生的科學素養(yǎng)，從“知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀”三個維度來培養(yǎng)學生。而物理學史對實現(xiàn)新課程的三維目標發(fā)揮著不可替代的功能。物理學史體現(xiàn)了人類探索和逐步認識物理世界的現(xiàn)象、特性、規(guī)律和本質(zhì)的歷程，在物理教學中通過展現(xiàn)歷史上物理學家探索物理世界奧秘的艱辛歷程。可以讓學生從物理學發(fā)展的歷史中領(lǐng)悟到科學的本質(zhì)、人性、思想、方法和精神，從而全面提高學生的人文素質(zhì)、科學素質(zhì)、創(chuàng)新素質(zhì)和思想素質(zhì)。因此應(yīng)該重視物理學史在新課程改革中的應(yīng)用，充分發(fā)揮物理學史的現(xiàn)代教育價值。

一本物理教科書實際上就是一部物理學發(fā)展史的縮影。在新課標下的物理教學中加強物理學史教育，展現(xiàn)歷史上物理學家探索物理世界奧秘的艱辛歷程，以其中的歡樂、困惑、驚奇和哲理去感染學生。把物理知識的邏輯展開與物理學認識的歷史發(fā)展有機結(jié)合起來，將物理教學過程設(shè)計成“凝固的文化激活”的過程，讓文化傳播和學習轉(zhuǎn)化成為歷史上的創(chuàng)造者與今天的學習者之間的對話。讓學生以物理學家認識世界的本來面目去認識世界，確立物理學的歷史意識，這將是一件很有意義的工作。

1 激發(fā)學生學習物理的興趣。樹立勇于探索的獻身精神

將科學理論的建立，科學發(fā)現(xiàn)的過程，科技發(fā)明對人類社會發(fā)展的貢獻用生動事例展示給學生。并通過了解物理學家的生平、各學派間的爭端以及尚未解開的物理課題來激發(fā)學生學習物理的興趣，讓學生從中學到物理學家嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和科學的思維方法，不斷提高自身的科學素質(zhì)、養(yǎng)成良好的學習習慣。

例如伽利略在教堂里面對擺動的吊燈注目凝想；阿基米德在澡盆中頓悟浮體規(guī)律；愛迪生坐在雞窩里“孵蛋”；少年時代的愛因斯坦陷入“追光”問題的深思……等等傳說，我們在物理教學中未嘗不可運用類似的史料來讓科學家“現(xiàn)身說法”，這對新課的引入、重點難點的突破、后進學生的激勵都是大有裨益的。比如，在講述磁現(xiàn)象時，我們就可用孩提時代的愛因斯坦在看過父親拿來的一只羅盤后，便喚起他探索自然奧秘的好奇心、“打破砂鍋問到底”的求知精神，以之誘導學生透過物理現(xiàn)象，尋求其本質(zhì)規(guī)律。又如。1820年奧斯特所做的著名的電流磁效應(yīng)實驗，在過去很長一段時間內(nèi)被誤傳為一次“偶然的機遇”。其實，這正是奧斯特在統(tǒng)一自然力思想的啟迪下孜孜以求的必然結(jié)果。若無濃厚的興趣和堅強的毅力是難以成功的，此例同樣能給學生以深刻的啟發(fā)和教育。

2 讀史使人明智，激發(fā)愛國熱情

英國哲學家培根的名言：“讀史使人明智?！睂τ诂F(xiàn)在的高中生，在學校教育中他們吸收了科學的知識，但常常沒有體會到科學的思想和精神，而無法體會科學的真諦和魅力，對科學的學習表現(xiàn)為無動于衷。所以若能引導學生回顧科學的歷史，在學習和接受科學知識的同時接受科學的思想和精神，從而變得深思熟慮、深謀遠慮。

我國是世界四大文明古國之一，在物理學的理論和實踐方面有著輝煌的成就。例如，在理論著作中，《墨經(jīng)》對力學、光學的論述；《天工開物》關(guān)于簡單機械的記述；《夢溪筆談》對磁角的論述等在當時都是遙遙領(lǐng)先于世界各國，就是在今天仍有參考價值。在實用技術(shù)方面，更是不勝枚舉。指南針、地球儀、渾天儀、船閘、石拱橋、火箭等，都是我國最早發(fā)明的。還有中國古籍《尚書緯-考靈曜》中關(guān)于相對性概念的敘述“地恒動而人不知，譬如人在大舟中閉牖而坐，舟行而人不覺。”就早于伽利略關(guān)于封閉船艙內(nèi)發(fā)生的力學現(xiàn)象的一段描述至少約一千五百余年。又如，高一學生學過牛頓三大定律后，深為牛頓的驚人成就所拜服，倘若物理教師能針對學生的這種贊佩心理而引出遠在兩千年以前墨翟所著《墨經(jīng)》一書中早有“力，形之所以奮也”（形，指物體，奮就是加速的意思），“力，重之謂”（物體有重量，是力的表現(xiàn)之一）等論述，即令學生嘆為觀止，強烈的民族自豪感將油然而生。介紹我國在物理學方面對世界的杰出貢獻?？梢允箤W生了解祖國古代燦爛文化，激發(fā)他們的民族自尊心和自豪感。以我們祖先在物理學方面的真知灼見，以及解放后我國物理學突飛猛進發(fā)展的偉大成就對學生進行開導，兼而能收到愛國主義教育，振奮民族精神之效。在我國古代文明的智慧寶庫里，關(guān)于這方面的史料是異常豐富的。

3 展示實驗設(shè)計操作技巧，重視實驗在物理學中的地位和作用

物理學是以實驗為基礎(chǔ)的科學。縱橫物理學史，每一個理論的產(chǎn)生與發(fā)展都是建立在實驗的基礎(chǔ)上，而每一次物理學發(fā)展所經(jīng)歷的理論上的大綜合和大統(tǒng)一，都伴隨著實驗技術(shù)與實驗思想的進步。在物理實驗教學中，要說明實驗的背景、條件、手段、方法和過程，更要闡明實驗的設(shè)計思想和研究處理問題的方法、闡明實驗與理論的關(guān)系以及實驗所做出的重大歷史貢獻，使學生認識到物理實驗是物理學研究的最重要的工具，是物理實踐活動的最重要的手段，領(lǐng)悟到物理實驗對物理理論的產(chǎn)生、發(fā)展和驗證都有決定性的作用，從而深切理解實驗在物理學中的地位和作用。

例如電磁感應(yīng)現(xiàn)象的教學，教師可提供給學生一些實驗器材。將教學過程設(shè)計成為學生自主設(shè)計實驗方案、自主選擇器材進行實驗、自主尋找產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，讓他們像科學家那樣去思考、探究和遭受曲折，同時適當介紹物理學史上的曲折歷程使學生領(lǐng)悟探究過程的艱辛和電磁感應(yīng)現(xiàn)象的本質(zhì)。奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)不久，安培、科拉頓和法拉第等科學家都相繼提出了利用磁產(chǎn)生電的設(shè)想，但他們開始都未意識到這是個“動態(tài)”效應(yīng)。安培認為，只要在導體附近有一強電流或強磁體，導體中就會感應(yīng)出電流，他進行了實驗但沒有成功。法拉第在很長一段時間內(nèi)的想法與安培的想法大致是一樣的，他做的許多實驗都失敗了。直到1881年8月以后，才意識到這可能是一種“動態(tài)”效應(yīng)，終于發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。而克拉頓在法拉第發(fā)現(xiàn)之前，曾做過這樣一個實驗：他把一個螺線管與電流計相連接，為了避免實驗時磁鐵對電流計指針的影響，他將電流計放在另一個房間。實驗時，他將磁鐵插入或抽出線圈以后，再跑到另一個房間去觀察電流計指針的變化，結(jié)果當然什么也看不到了。他哪里知道，就在他從一個房間跑到另一個房間的過程中，電流計的指針早已恢復原狀了。在教學中引導學生對上述歷史探究過程的再探究，學生對電磁感應(yīng)現(xiàn)象的“動態(tài)”效應(yīng)的理解就更為深刻了。

4 追尋科學家的足跡。獲取研究的方法

物理學的思想和方法是在物理學發(fā)展過程中，在物理學家長期的科學實踐中，逐步摸索、積累、形成和發(fā)展起來的，是人類智慧的結(jié)晶。它已經(jīng)滲透到許多學科的研究中去，成為現(xiàn)代科學研究和處理問題的重要思想和方法。學生了解和掌握這些思想和方法，對于今后從事任何研究和工作，對于解決和處理各種問題，都是很有用的，是終生受益的。

例如伽利略通過邏輯推理和實驗方法發(fā)現(xiàn)了自由落體定律、利用理想斜面實驗的方法得到了慣性定律；牛頓用實驗觀察方法和歸納方法研究光的色散現(xiàn)象、運用數(shù)學方法和綜合方法得到萬有引力定律和力學三定律：庫侖和歐姆分別運用類比研究方法得到了庫侖定律和歐姆定律：愛因斯坦運用直覺思維和理想實驗方法創(chuàng)立了相對論等等。通過展現(xiàn)物理學家揭開自然界之謎和艱難的探索歷程，使學生感受到他們用有效的方法一步一步地掀開遮蔽真理的神秘面紗的那種科學發(fā)現(xiàn)的震撼與激動，從身臨其境的體驗感知中，獲得科學方法論思想的熏陶與升華。

5 了解物理學發(fā)展過程，學會批判繼承和發(fā)展創(chuàng)新

物理學發(fā)展的歷史向我們昭示了這樣一條真理：有懷疑的思考，即力求以發(fā)展、變化、聯(lián)系的思想為標準來裁決和審視一切科學假說與科學理論。不迷信權(quán)威，這是科學能不斷向前發(fā)展的動力。然而在現(xiàn)實的物理教學中，在紛至沓來的新概念、新術(shù)語、新公式、新定律面前，學生逐漸形成了這樣的觀念：這就是真理，學習它、記住它。久而久之，歷史性的、進化著的科學理論被神圣化、教條化。這種以灌輸為目的的教學不自覺地剝奪了學生的懷疑和批判精神，致使大多數(shù)學生對科學家和科學理論永遠懷著一種崇敬心情。這種心情扼殺了學生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題的積極性，從而抑制了學生的科學精神和創(chuàng)新能力。

在物理學發(fā)展的進程中，有許多史實向我們表明，物理學家的批判精神，是促使物理學向前發(fā)展的動力，如伽利略對亞里士多德的懷疑和批判，推翻了錯誤的落體定律和強迫運動定律，得出了慣性定律，為牛頓力學的建立打下了理論基礎(chǔ)；愛因斯坦拋棄了牛頓的絕對時空觀，得出了相對論；普朗克否定了傳統(tǒng)的能量是連續(xù)的觀點，得出了量子論……在物理教學中滲透這些物理學批判性發(fā)展的精彩事例，能促使學生養(yǎng)成獨立思考的習慣，提高善于提出科學問題的靈性和聰慧，使他們的思想沉浸在好奇之中。沒有任何一個物理學理論可以被看作是最終完美的，因為它的內(nèi)容的有限性總是和可能觀察到的無限豐富多樣性相對立，人們在一定條件下對物理學的認識只能是近似的、相對的。這種有意識地對學生進行辨證唯物主義真理觀的教育。能清除學生對物理學知識絕對化、僵化的理解，也可以防止學生不加限制地機械搬用物理定律、公式去解決問題，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識。

6 彌補傳統(tǒng)物理教學的人文缺陷，教導學生樹立正確的人生觀、價值觀回報社會

在傳統(tǒng)的物理教學中，注重的是知識的傳授和技能訓練，所謂的“上課教條條、課后背條條、回家用條條、考試考條條”，就是這種教育的真實寫照。而新課程改革在觀念上更注重知識面的拓展，注重學生探究能力的培養(yǎng)，關(guān)注將人文的因素滲透到其中。美國物理學家和物理教育家拉比認為：“只有把科學和人文融為一體，我們才能期望達到與我們時代和我們這一代相稱的智慧的頂點。”

物理學的發(fā)展與哲學、數(shù)學、天文學等學科都具有密切關(guān)系。在物理學的發(fā)展歷程中，如果沒有對數(shù)。開普勒難以建立開普勒三定律；沒有微積分，牛頓就難以得到萬有引力定律；沒有統(tǒng)計學，無法發(fā)展分子運動論；奧斯特是受康德哲學的啟發(fā)，堅信電力和磁力有共同的根源，才發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)等。在教學中介紹這些相關(guān)的歷史案例，有利于使學生認識到物理學知識及其發(fā)展與其它學科知識有著密切的聯(lián)系。

物理學的發(fā)展對社會經(jīng)濟的發(fā)展也產(chǎn)生巨大影響。特別是近代以來歷次物理學重大進展通過技術(shù)革命為中介轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，從而推動了社會經(jīng)濟發(fā)展，并最終引發(fā)社會革命。從蒸汽時代到電力時代、電子和原子能時代以至現(xiàn)今的信息時代的生動歷史，更會使學生深刻了解科學技術(shù)的巨大社會功能。同時，也要讓學生了解科學技術(shù)進步所帶來的負面效應(yīng)，如環(huán)境污染、生態(tài)失調(diào)、自然資源過度消耗以及最初以殺人武器出現(xiàn)的原子彈等等，體會到科學技術(shù)的“雙刃劍效應(yīng)”。

居里夫人和她的女兒長期從事核物理研究，將自己畢生的精力奉獻給了科學事業(yè)和自己的祖國，并三次獲得了諾貝爾獎，最后均因長期接觸放射物質(zhì)而死于白血病，因而人文精神也可以說是一種獻身精神。人文精神還體現(xiàn)為團結(jié)、合作、民主的精神，曾任卡文迪什實驗室主任的湯姆孫總是把他所知道的和所能想到的全部告訴助手和學生，甚至把他自己設(shè)計的方案無代價的給予學生，在他任期內(nèi)共培養(yǎng)了84位物理學教授，27名英國皇家學會會員，諾貝爾獎獲得者7人。教學中將這些物理學史內(nèi)容與物理知識相融合，其中蘊涵的科學家充滿人文主義的態(tài)度和精神將激起學生心靈的震撼。

物理學發(fā)展史是一幅理論與實驗交叉、失敗與成功并存、邏輯與非邏輯思維并用的豐富多彩的畫面，是一部跌宕起伏、曲折前進的英雄樂章。物理學家的生平事跡、高尚情操、成功與挫折、智慧與幽默、分歧與爭論，物理學思想與方法的演變、物理學發(fā)展跳動的脈搏，都可以喚起學生強烈的好奇心和奮發(fā)向上的激情，引起濃厚的興趣和積極的思考。物理學史將會把科學家在探索過程中的智慧之光帶給學生，從而為科學而獻身。

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（欄目編輯 趙保鋼）