加強(qiáng)物理學(xué)史教育培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)

文︳徐鐵剛

加強(qiáng)物理學(xué)史教育培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)

文︳徐鐵剛

物理學(xué)史是人類對自然界中各種物理現(xiàn)象的認(rèn)識史，包含物理實(shí)驗(yàn)與理論體系、物理概念和定律定則、思維方法和研究手段的產(chǎn)生和發(fā)展過程以及物理學(xué)家的研究探索歷程。物理學(xué)發(fā)展史是一座理論與實(shí)驗(yàn)、挫折與成功、邏輯與直覺混合的科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)素材寶庫。筆者在中學(xué)物理教學(xué)中，通過加強(qiáng)物理學(xué)史教育，激發(fā)學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任。

一、加強(qiáng)物理學(xué)史教育對培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的意義

1.有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，形成良好的思維品質(zhì)

物理學(xué)史的教育可以促進(jìn)學(xué)生形成科學(xué)思維的方法和品質(zhì)。例如,伽利略在對自由落體運(yùn)動的研究中，用邏輯反證推理和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的辦法，終結(jié)了“重的物體下落得快，輕的物體下落得慢”這個(gè)綿延兩千年的錯(cuò)誤，有利于培養(yǎng)學(xué)生的批判精神和創(chuàng)新意識；卡文迪許扭秤實(shí)驗(yàn)，用等效和放大的方法，巧妙地將不易觀察的微小變化量，轉(zhuǎn)化為容易觀察的顯著變化量，測量出非常微弱的力，證實(shí)了萬有引力定律的正確性，并比較簡便地測出了地球的質(zhì)量，讓馬克·吐溫感嘆“科學(xué)真是迷人”；法拉第引入電場和磁場概念，指出電和磁的周圍都存在著“場”，進(jìn)而提出了電場線和磁感線概念，用來解釋電、磁現(xiàn)象，化無形為有形，化抽象為具體，形象直觀，體現(xiàn)了類比法、對稱法等思維方法的魅力，是物理學(xué)理論的一次突破。學(xué)生對物理學(xué)家研究探索過程的學(xué)習(xí)和體驗(yàn)，認(rèn)識和學(xué)習(xí)科學(xué)家的思維方法，能有效提高自己的科學(xué)思維品質(zhì)。

2.有利于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)踏實(shí)的科學(xué)態(tài)度和合作精神

在物理教學(xué)中加強(qiáng)物理學(xué)史教育，讓學(xué)生走進(jìn)物理學(xué)家的精神世界，感受他們的科學(xué)態(tài)度和謙遜品格，對于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神、科學(xué)態(tài)度和協(xié)作意識有非常重要的作用。例如，牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的過程，從對行星和太陽間的引力的研究，到月地檢驗(yàn)，再到發(fā)明微積分解決兩個(gè)均勻球體間的引力計(jì)算問題，最后才大膽地推廣到宇宙中的任何兩個(gè)物體間，提出萬有引力定律。其研究過程艱辛漫長，細(xì)致嚴(yán)謹(jǐn)，讓學(xué)生明白對科學(xué)的探求過程是曲折的，有時(shí)還可能是乏味的，需要有一種百折不撓、愿為科學(xué)獻(xiàn)身的精神。又如，原子結(jié)構(gòu)及原子核結(jié)構(gòu)的認(rèn)識過程，是眾多科學(xué)家前赴后繼、不斷創(chuàng)新超越的過程，也讓我們認(rèn)識到物質(zhì)是無限可分的，認(rèn)識是沒有止境的。

3.有利于培養(yǎng)學(xué)生勇于擔(dān)當(dāng)?shù)木窈蛯茖W(xué)的責(zé)任意識

物理學(xué)史中有許多科學(xué)家為真理獻(xiàn)身的動人事跡，讓我們明白了真理終將戰(zhàn)勝謬誤，但有時(shí)不得不付出生命的代價(jià)。伽利略為宣傳哥白尼的日心說而被教會終身監(jiān)禁，布魯諾更是被活活燒死，這些將激勵(lì)后人為科學(xué)、為真理、為人類的發(fā)展進(jìn)步而不懈奮斗。為研究“上帝之火”——雷電，富蘭克林多次被擊昏，未喪身雷電事故完全是一種僥幸。他冒險(xiǎn)弄清了雷電的本質(zhì)，提出了用避雷針來保護(hù)建筑物的建議，為人類解除了雷電帶來的巨大災(zāi)害?？茖W(xué)家們?yōu)榱丝茖W(xué)的發(fā)展，為了人類的安全與和平，不畏艱險(xiǎn)、不怕權(quán)威、不惜生命、追求真理的高尚品質(zhì)，培養(yǎng)了學(xué)生為科學(xué)獻(xiàn)身的探索精神以及為科技發(fā)展和人類進(jìn)步的責(zé)任意識。

二、在物理教學(xué)中加強(qiáng)物理學(xué)史教育的幾點(diǎn)嘗試

1.課前運(yùn)用物理學(xué)史引入新課，激發(fā)學(xué)生興趣

“興趣是最好的老師”。適當(dāng)運(yùn)用物理學(xué)史引入新課可以增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如，在講自由落體運(yùn)動時(shí)，可以從伽利略的比薩斜塔實(shí)驗(yàn)的小故事引入新課，同時(shí)讓學(xué)生自己做實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證不同的物體下落的快慢與什么因素有關(guān)，激發(fā)學(xué)生興趣和參與意識；又如，在講行星的運(yùn)動時(shí)，先提問：“有一位科學(xué)家被人們尊稱為‘天空立法者’。你知道是誰因?yàn)槭裁传@得了這一殊榮嗎？”然后讓學(xué)生閱讀教材“科學(xué)足跡”內(nèi)容，一起學(xué)習(xí)人類對于宇宙的認(rèn)識過程，這樣能讓學(xué)生較深刻理解開普勒三定律及其歷史性貢獻(xiàn)；再如，提問：“同學(xué)們知道海王星、冥王星是如何發(fā)現(xiàn)的嗎？”作為“萬有引力理論的成就”一課開場語，來學(xué)習(xí)用牛頓定律的理論指導(dǎo)實(shí)踐在天文學(xué)上的成功案例；在講述核裂變時(shí)，可提問導(dǎo)入新課：“你知道原子彈和氫彈的主要區(qū)別是什么嗎？”利用學(xué)生對原子彈、氫彈的神秘感和強(qiáng)烈興趣，給學(xué)生造成懸念，吸引學(xué)生的注意，激發(fā)起學(xué)生的興趣，使學(xué)生帶著問題專心聽講、積極思考；學(xué)習(xí)經(jīng)典力學(xué)的局限性時(shí)，可提問“你知道我國在世界領(lǐng)先的量子保密通信和量子計(jì)算機(jī)是怎么回事嗎？”進(jìn)行課堂導(dǎo)入，講解經(jīng)典力學(xué)的適用范圍，簡要講述相對論力學(xué)對高速運(yùn)動物體的研究妙趣，和量子力學(xué)對微觀世界的探索奧秘，鼓勵(lì)學(xué)生今后投入到這兩大物理學(xué)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)和研究，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生立志獻(xiàn)身科學(xué)技術(shù)的研究和運(yùn)用。

2.課中運(yùn)用史料還原歷史過程，幫助學(xué)生理解物理知識

課堂上若能適時(shí)穿插和還原物理學(xué)史案例，將使學(xué)生進(jìn)一步加深對知識的理解，使學(xué)生受到多方面的啟迪。例如，在講電磁感應(yīng)定律時(shí)，為了加深對磁生電時(shí)磁通量變化這一條件的深刻理解，穿插科拉頓的實(shí)驗(yàn)研究的故事，師生一起模擬演示科拉頓的實(shí)驗(yàn)。老師接通或斷開原線圈回路開關(guān)，穩(wěn)定后再去看檢流電流表，模擬科拉頓在兩個(gè)房間做實(shí)驗(yàn)。雖然實(shí)驗(yàn)中電流表偏轉(zhuǎn)了，但他什么也沒看到；學(xué)生雖然看到了電流的產(chǎn)生，卻未能理解所看到的現(xiàn)象意味著什么?？评D失去了發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的機(jī)會，他的學(xué)生也未能敏銳地捕捉這一激動人心的瞬間，成了科學(xué)史上的一樁憾事；又如，講光的波粒二象性時(shí)，讓學(xué)生分成“微粒說”組和“波動說”組進(jìn)行辯論，分別展示兩種學(xué)說的觀點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)事實(shí)，最后兩組握手言和得出光的波粒二象性。這樣使學(xué)生對前面學(xué)習(xí)了的諸多物理知識進(jìn)行復(fù)習(xí)和運(yùn)用，更好的了解光的波粒二象性的來龍去脈及其實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，加深學(xué)生對光的本性的認(rèn)識。

3.課外開展物理學(xué)史研究性學(xué)習(xí)活動，提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)

教師可以利用學(xué)生課外活動時(shí)間，指導(dǎo)學(xué)生閱讀科學(xué)家傳記和科普讀物，上網(wǎng)查找物理學(xué)家及其研究過程，開展關(guān)于物理學(xué)史研究性學(xué)習(xí)活動。讓學(xué)生寫研究課題報(bào)告，讀后感、科普小論文等，談自己對科學(xué)思維的理解，對科學(xué)的態(tài)度和自己肩負(fù)的責(zé)任等。備課組組織對全年級學(xué)生的研究成果進(jìn)行評價(jià)和獎勵(lì)，將優(yōu)秀研究報(bào)告和小論文在全校范圍內(nèi)展示。這樣的研究性學(xué)習(xí)活動，不僅豐富了學(xué)生的課外活動，提高學(xué)生的初步科研能力，也可以進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

（作者單位：長沙市長郡雙語實(shí)驗(yàn)中學(xué)）