利用物理學史提高中學生的質(zhì)疑能力

趙志維 張軍朋 許桂清 黃六霞

(華南師范大學物理與電信工程學院 廣東 廣州 510006)

1 引言

1.1 中學生質(zhì)疑能力的現(xiàn)狀

物理新課程標準最新穎的地方在于，提出了“核心素養(yǎng)”這一統(tǒng)籌學科的概念，學科核心素養(yǎng)是學科育人價值的集中體現(xiàn)，是學生通過學科學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力[1].質(zhì)疑能力是核心素養(yǎng)中科學思維的一個要素，質(zhì)疑是指經(jīng)過充分分析后提出疑問，體現(xiàn)出善于發(fā)現(xiàn)問題、提出疑問并進行解釋的思維批判能力.朱熹曾說過：“學貴有疑，小疑則小進，大疑則大進.”可見質(zhì)疑能力在學生的學習中有著重要的地位.但目前中學生的質(zhì)疑能力現(xiàn)狀實在堪憂.

從教師層面來說，教師最注重的是將科學知識完整地傳授給學生，不重視將知識的發(fā)展歷史呈現(xiàn)給學生，也不愿對學生提出的超綱問題進行解答.部分教師進行“填鴨式”的教學，導致學生缺乏獨立思考的過程,很難將相關(guān)概念進行全面理解,更不要說對這些內(nèi)容發(fā)出質(zhì)疑了，這種學習方式嚴重限制了學生的思維,難以培養(yǎng)學生的質(zhì)疑能力[2].從學生層面來講，在這樣的教學環(huán)境下，每天的課業(yè)負擔很重，教師又不愿在課堂上花過多時間對學生進行相關(guān)能力的培養(yǎng)，導致學生經(jīng)過十幾年的學習，也無法具有科學推理、質(zhì)疑創(chuàng)新能力等核心素養(yǎng)，這就與我們的課程標準相背離.

1.2 物理學的發(fā)展是在質(zhì)疑中不斷前進的過程

在物理學的發(fā)展過程中，質(zhì)疑、批判、爭論、實驗、驗證等對于物理學的發(fā)展起到了重要的推動作用.比如，伽利略對亞里士多德的“物體運動需要力來維持”“重的物體下落得快，輕的物體下落得慢”等觀點進行質(zhì)疑，并通過實驗得出正確的結(jié)論；倫福德和戴維批判了布拉克的 “熱質(zhì)說”，并通過實驗進行論證，為以后熱質(zhì)說的最終崩潰和熱的運動說的確立提供了最早的論據(jù)[3]；托馬斯·楊所做的“光的干涉實驗”和菲涅爾所做的“光的衍射實驗”給了光的微粒說以沉重的打擊，為日后愛因斯坦提出的光量子說奠定基礎.可見，敢于質(zhì)疑前人的研究對于推動物理學的發(fā)展起著重要的作用.

2 利用物理學史培養(yǎng)學生的質(zhì)疑能力

早在20世紀80年代，物理學史的研究者們就提出將物理學史引入到物理教學中去，到了90年代，許多大學物理教師在實踐中已經(jīng)開始注意將物理學史的材料應用到物理教學之中[4].新課程標準的發(fā)布，要求教師不僅僅要教給學生知識，還要注重培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)，使得學生具備終身學習的能力.那么將物理學史融入課堂，讓學生參與到物理知識的發(fā)展過程中來，能夠很好地培養(yǎng)學生的質(zhì)疑能力.

2.1 由“物體運動需要力來維持”到“力不是維持物體運動的原因”

2 000多年前，亞里士多德基于生活經(jīng)驗對物體運動的條件得出了這樣的結(jié)論：必須有力作用在物體上，物體才能運動；沒有力的作用，物體就要靜止在一個地方；直到300多年前，伽利略對這一結(jié)論產(chǎn)生了質(zhì)疑，并且通過理想實驗法得出“力不是維持物體運動的原因”這一正確的結(jié)論.那么如何將這一史料融入課堂來提升學生的質(zhì)疑能力呢？

在講授高中《物理·必修1》“牛頓第一定律”之前，教師可以給學生提出一個問題：“物體運動需要力來維持，物體不受力就不會運動，這句話對嗎？”學生在生活經(jīng)驗的基礎上，經(jīng)過思考之后不難會有這樣的疑問：“向前拋出去的物體并沒有受到向前的力，但還是會繼續(xù)向前方運動，所以這句話是不對的.”在學生回答之后，教師肯定學生的回答，繼續(xù)向?qū)W生發(fā)問：“亞里士多德這樣一個偉大的哲學家難道觀察不到斜拋向空中的物體繼續(xù)向前運動這樣一個簡單的現(xiàn)象嗎？他是如何對自己的結(jié)論做出解釋的呢？”這一問題對學生來說有一定難度，學生在思考并說出自己的想法之后，教師進行總結(jié)并給學生講述亞里士多德對這一問題的解釋：“亞里士多德在《物理學》一書中對物體做斜拋運動這樣解釋道：‘當石頭向前飛行時，石頭后面就形成了真空，由于自然害怕真空，旁邊的空氣就沖過來填補，結(jié)果是產(chǎn)生對石頭的推力，使石頭繼續(xù)飛行.’”然后再詳細介紹伽利略的“理想斜面實驗”，得出正確的物體運動條件，最后總結(jié)引出牛頓第一定律.

這樣的教學設計在培養(yǎng)學生質(zhì)疑能力的同時，也改變了以往學生學過這一知識點后認為亞里士多德是一個愚昧無知的人的觀點，能夠使得學生正確地看待物理學史上的錯誤，逐步養(yǎng)成科學的態(tài)度與責任.

2.2 由“熱質(zhì)說”到“分子運動論”

關(guān)于熱的本質(zhì),自古以來就有兩種不同的見解：在18世紀80年代，拉瓦錫提出“熱質(zhì)說”這一觀點，他認為熱是一種被稱為“熱質(zhì)”的物質(zhì)，是一種無質(zhì)量的氣體，物體吸收熱質(zhì)后溫度會升高，熱質(zhì)會由溫度高的物體流到溫度低的物體，也可以穿過固體或液體的孔隙，這一觀點得到了布拉克等許多科學家的認同.到了18世紀末期，熱質(zhì)說受到了嚴重的挑戰(zhàn)，倫福德在報告“論摩擦激起的熱源”中論述到，在做鉆孔實驗時，他發(fā)現(xiàn)通過摩擦產(chǎn)生的熱量是源源不斷的，因此熱不可能是一種物質(zhì)，在他看來，實驗中被激發(fā)出來的熱，除了把它看做是運動以外，很難把它看做是其他任何東西；戴維在一個真空的容器中使兩塊冰互相摩擦，冰會融化成水，此過程中“熱質(zhì)”并不守恒，且增加的部分也不可能是從外界進去的，因此他認為“熱質(zhì)”并不存在，熱現(xiàn)象的直接原因是運動.二人的觀點在當時并未受到足夠重視，但卻為后來的“分子運動論”的建立奠定了基礎.

在講授高中《物理·選修1-2》“物體的內(nèi)能”一節(jié)之前，教師可以通過講解“熱的本質(zhì)”來進行導入.對于“熱是什么”這一問題，學生并沒有確切的概念，教師可以先提出這一問題讓學生思考并回答，然后給學生講述拉瓦錫提出的“熱質(zhì)說”的內(nèi)容，讓學生思考這一觀點是否正確.學生提出各種各樣的質(zhì)疑：“鉆木可以取火，那我可以用一根木頭去取很多次火，如果熱是一種物質(zhì)，那它用不完么？”“物質(zhì)怎么可能沒有質(zhì)量呢？氣體也是有質(zhì)量的啊.”等等.教師在表揚學生們認真思考、勇于發(fā)出質(zhì)疑后，詳細介紹倫福德和戴維所做的實驗以及他們的觀點，讓學生明確“熱質(zhì)說”是錯誤的結(jié)論.最后引出本節(jié)課學習的內(nèi)容——物體的內(nèi)能，逐步進行分子動理論內(nèi)容的學習.

相較于以往直接將分子動理論的內(nèi)容灌輸給學生的教學相比，將熱的本質(zhì)的發(fā)展歷史融入教學當中，除了能夠培養(yǎng)學生的質(zhì)疑能力，還能使得學生對于該知識點的發(fā)展歷史有一個宏觀的了解，不局限于僅僅知道結(jié)論，擴展了學生的視野.

3 教學建議

3.1 教師應對相關(guān)的學史知識有充分的了解

想要發(fā)揮物理學史在物理教學中的作用，最重要的就是教師要充分了解與授課內(nèi)容相關(guān)的物理學史知識，搜集有關(guān)資料進行整理分析.目前，大部分教師掌握的教學知識較為固定，教學也是以教材中的內(nèi)容為主，難以出現(xiàn)創(chuàng)新點，嚴重忽視學史知識在培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)中的重要作用，因此教師需要在課下進行相關(guān)工作，辨別搜集學史資料的真?zhèn)?，選擇性的將其應用到實際的教學中，能夠幫助學生更好地理解物理概念和物理規(guī)律的發(fā)展歷程[5]，提升教學效果.

3.2 正確看待“錯誤”的物理學史

日本物理學家湯川秀樹曾說過：“當回顧物理學史時，我們會發(fā)現(xiàn)，這個歷史幾乎可稱之為錯誤史．在許多科學家所想出的所有理論中，大多數(shù)是錯誤的，因而沒有生存下來．”[6]對于物理學史中的一些“錯誤”，教師在完整了解史實的基礎之上，將其靈活運用到教學中，利用誘導、啟發(fā)等提問方式，讓學生進行自主思考去發(fā)現(xiàn)其中存在的各種問題，例如對研究過程、研究方法、研究結(jié)果等提出自己的質(zhì)疑和判斷，同時也可讓學生說出一些創(chuàng)新的想法，在教學中培養(yǎng)學生推理能力、質(zhì)疑創(chuàng)新能力等核心素養(yǎng)．

3.3 將學生代入到物理學的發(fā)展歷程中

傳統(tǒng)教學總會存在這樣的問題，教師在講授某一知識點時，通常會做一個簡單的實驗，或者描述生活中的現(xiàn)象，便引出結(jié)論性的知識，而沒有提及其發(fā)現(xiàn)、發(fā)展的歷程，這種直接將知識灌輸給學生的教學方式，完全無法達到課標提出的培養(yǎng)目標.教師應將對應知識的發(fā)展歷史完整地呈現(xiàn)給學生，讓學生經(jīng)歷知識的發(fā)展過程，逐步加深對相關(guān)知識點的理解，這樣既能夠提升物理課堂的趣味性，使得學生更加牢固地掌握知識，也能夠達到培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的目的.

4 結(jié)束語

目前教師十分重視培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)，但受到我國教育體制的制約，教師的授課壓力較大，實際授課過程中還是以傳授知識為主，將物理學史融入課堂能夠在傳授知識的同時起到培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的作用，值得教師充分利用．物理學史如同一個巨大的寶庫，是十分有價值的教學資源，有待教師從中挖掘的內(nèi)容還有很多，教師要將物理學史完整地呈現(xiàn)給學生，利用物理學史來培養(yǎng)學生質(zhì)疑能力等核心素養(yǎng)，將物理學家們執(zhí)著追求真理的精神傳遞給學生，將學生培養(yǎng)成為新時代的人才．