在大學(xué)物理教學(xué)中引入物理學(xué)史的探討

王雪方

(鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鶴壁 458030)

1 在大學(xué)物理教學(xué)中引入物理學(xué)史的重要意義

隨著社會(huì)的發(fā)展，大學(xué)物理原有的教學(xué)模式暴露出越來(lái)越多的問(wèn)題[1-2]。以考試要求的解題內(nèi)容為中心的教學(xué)，教師講課的重點(diǎn)變成了基本的物理概念、重要公式及應(yīng)用，使得大學(xué)物理變成了一項(xiàng)枯燥無(wú)趣的課程。物理學(xué)史與物理學(xué)教學(xué)的結(jié)合是國(guó)內(nèi)外基礎(chǔ)教育改革的一項(xiàng)重要課題[3-4]，放棄以公式為基礎(chǔ)的教學(xué)而轉(zhuǎn)變?yōu)橐蕴岣呖茖W(xué)素養(yǎng)為目的的教學(xué)，才能為大學(xué)教育做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。通過(guò)具體實(shí)踐的方法將物理學(xué)史引入教學(xué)，將物理學(xué)史引入大學(xué)物理的教學(xué)過(guò)程中[5-6]，讓學(xué)生了解物理規(guī)律的背景知識(shí)，知道物理規(guī)律的發(fā)展過(guò)程，學(xué)習(xí)科學(xué)家在科學(xué)發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造的過(guò)程中的物理思想和科學(xué)研究方法，從而改變學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，真正發(fā)揮大學(xué)物理在學(xué)生學(xué)習(xí)發(fā)展中的作用。

2 主要內(nèi)容和方法

以鶴壁職業(yè)學(xué)院學(xué)生為主要調(diào)查對(duì)象，通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查、教學(xué)實(shí)踐以及案例研究等相結(jié)合的方式研究在大學(xué)物理教學(xué)的過(guò)程中引入物理學(xué)史的必要性，如何引入以及引入物理學(xué)史對(duì)學(xué)生的影響和作用。

研究主要內(nèi)容包括：a.物理學(xué)史與物理教學(xué)結(jié)合的學(xué)生需求性分析。b.將物理學(xué)史引入大學(xué)物理教學(xué)的方法和途徑。c.教學(xué)實(shí)驗(yàn)班的具體實(shí)施過(guò)程以及對(duì)成績(jī)的影響。

3 研究成果

3.1 成果一：物理學(xué)史與物理教學(xué)結(jié)合的學(xué)生需求性分析

以鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生為調(diào)研對(duì)象，采用按院系分層隨機(jī)抽樣的方式，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)問(wèn)卷調(diào)研，發(fā)放問(wèn)卷180份，收回問(wèn)卷130份，回收率72%，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)詢問(wèn)發(fā)現(xiàn)：

學(xué)生對(duì)物理科學(xué)的發(fā)展過(guò)程有著濃厚的興趣。關(guān)于“教師如何引入新課”這個(gè)問(wèn)題，有88.89%的學(xué)生希望教師在講課本內(nèi)容前以跟這個(gè)內(nèi)容相關(guān)的物理背景為線索，將本節(jié)所學(xué)的內(nèi)容串聯(lián)起來(lái)，了解為什么學(xué)這個(gè)，怎么去學(xué)，在學(xué)習(xí)的過(guò)程中需要注意什么，需要體會(huì)怎樣的科學(xué)態(tài)度和方法。

對(duì)于物理概念的講解，已有75%的人認(rèn)為，教師在講授知識(shí)點(diǎn)的時(shí)候應(yīng)該講清楚物理概念以及定律之間的區(qū)別和聯(lián)系，只有理解了基礎(chǔ)概念才能夠利用它們更好地解決問(wèn)題，在做題的過(guò)程中才能以不變應(yīng)萬(wàn)變。

對(duì)于物理教學(xué)中引入歷史知識(shí)的作用這個(gè)問(wèn)題，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，93%的學(xué)生認(rèn)為物理學(xué)史的引入不但不會(huì)影響教學(xué)中學(xué)生對(duì)知識(shí)結(jié)構(gòu)的理解，還會(huì)提高學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，幫助學(xué)生更深入地理解基本概念，為學(xué)好這門(mén)課打下基礎(chǔ)。只有少部分的學(xué)生能夠認(rèn)真閱讀課本中提到的與物理相關(guān)的歷史性內(nèi)容，大多數(shù)學(xué)生只是簡(jiǎn)單瀏覽下，甚至有一部分學(xué)生根本沒(méi)有讀過(guò)。

學(xué)生是希望教師能提前告訴學(xué)科的整體框架，讓學(xué)生清楚自己接下要學(xué)什么，在整個(gè)學(xué)科中占據(jù)什么樣的地位。66.67%的學(xué)生認(rèn)為不知道學(xué)科的概念、公式以及定律通過(guò)怎樣的聯(lián)系構(gòu)成了整個(gè)學(xué)科知識(shí)體系。

由此說(shuō)明，在物理教學(xué)過(guò)程中，物理學(xué)史的引入方式是多種多樣的，大多數(shù)的學(xué)生都愿意在教學(xué)中引入物理學(xué)史，從而加深對(duì)基礎(chǔ)概念的理解。

3.2 成果二：將物理學(xué)史引入大學(xué)物理教學(xué)的方法和途徑

結(jié)合國(guó)內(nèi)的具體實(shí)踐和個(gè)人的研究可歸納出，物理教學(xué)引入物理學(xué)史的主要方法有以下幾種：第一，按照歷史發(fā)展的順序?qū)⒅R(shí)點(diǎn)串起來(lái)。在授課過(guò)程中，按照時(shí)間先后順序，將本次課要講的知識(shí)點(diǎn)以歷史事件的發(fā)展串起來(lái)，讓學(xué)生對(duì)這個(gè)定理定律有了初步的了解和認(rèn)識(shí)，在學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)的時(shí)候就會(huì)更有興趣，更有利于學(xué)習(xí)。第二，讓學(xué)生理解并掌握科學(xué)的研究方法。在教學(xué)中，通過(guò)分享科學(xué)家的歷史故事，讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)的研究方法以及持之以恒的研究態(tài)度更加重要。當(dāng)代教育一直在強(qiáng)調(diào)學(xué)生要有創(chuàng)新能力，在引入物理學(xué)史的過(guò)程中就有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。第三，讓學(xué)生充分了解物理知識(shí)的由來(lái)。引入物理學(xué)史，讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)家是如何探索，經(jīng)歷了怎樣的過(guò)程才得出規(guī)律性的認(rèn)識(shí)這個(gè)結(jié)論又怎樣被后人證實(shí)是正確的。讓學(xué)生明白任何一項(xiàng)成果都需要很多人付出大量的努力，培養(yǎng)學(xué)生堅(jiān)強(qiáng)的品質(zhì)。另外，由于了解了物理定律的形成過(guò)程，更有利于學(xué)生對(duì)這個(gè)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握。第四，讓學(xué)生體會(huì)到科學(xué)的美。物理學(xué)具有空間時(shí)間的對(duì)稱美；物理學(xué)中所研究的事物各要素、部分之間配合得當(dāng)，協(xié)調(diào)有序所表現(xiàn)出來(lái)的一種和諧美。平時(shí)通過(guò)觀察演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生實(shí)驗(yàn)，建立起物理規(guī)律、形成物理概念，同時(shí)應(yīng)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，掌握知識(shí)結(jié)構(gòu)等，從而認(rèn)識(shí)物理美、感受物理美。

3.3 成果三：教學(xué)實(shí)驗(yàn)班的具體實(shí)施過(guò)程及對(duì)成績(jī)的影響

實(shí)驗(yàn)班級(jí)的確定，2017級(jí)電子電氣班為實(shí)驗(yàn)班。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程和內(nèi)容實(shí)踐是2019年9月-2020年1月。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，任課教師認(rèn)真?zhèn)湔n，在實(shí)驗(yàn)班采用雨課堂教學(xué)，盡量通過(guò)物理學(xué)史與物理教學(xué)結(jié)合方式對(duì)學(xué)生加強(qiáng)科學(xué)方法教育、創(chuàng)造性思維能力和物理學(xué)習(xí)情感等的培養(yǎng)。在普通班嚴(yán)格按照常規(guī)教學(xué)方法進(jìn)行，不會(huì)專門(mén)阻礙學(xué)生科學(xué)方法的培養(yǎng)，但是也不像實(shí)驗(yàn)班那樣著意開(kāi)發(fā)。

教學(xué)實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)方法和結(jié)果。研究是在Monk和Osborne[7]的教學(xué)模式下開(kāi)展探究的，主要包含四個(gè)過(guò)程：針對(duì)概念進(jìn)行教學(xué)，發(fā)表意見(jiàn)，對(duì)結(jié)果進(jìn)行反省，最后進(jìn)行總結(jié)評(píng)價(jià)。主要收集學(xué)生的期末考試成績(jī)，以檢驗(yàn)物理學(xué)史融入教學(xué)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)的影響。

考試所使用的試卷是由教務(wù)處教師從試題庫(kù)中抽選的，具有隨機(jī)性，題目的難易程度和往常一樣，題量適中，題目覆蓋了所學(xué)的內(nèi)容，是符合考試大綱要求的。試卷中單選題、填空題、簡(jiǎn)答題和計(jì)算題所占比例分別為20%、15%、20%和45%。在閱卷環(huán)節(jié)，每個(gè)教師負(fù)責(zé)不同的題目，流水改卷，成績(jī)真實(shí)可靠。根據(jù)最終成績(jī)，按普通班和實(shí)驗(yàn)班進(jìn)行分類，得表1及表2。表1為普通班試卷統(tǒng)計(jì)分析表。表2為實(shí)驗(yàn)班試卷統(tǒng)計(jì)分析表。

表1 普通班試卷統(tǒng)計(jì)分析表Tab.1 Statistical analysis of test papers of common classes

表2 實(shí)驗(yàn)班試卷統(tǒng)計(jì)分析表Tab.2 Statistical analysis of test papers of experimental classes

綜合分析表1和表2可知：實(shí)驗(yàn)班成績(jī)優(yōu)秀比例比普通班要高，實(shí)驗(yàn)班不及格比例相對(duì)較低。普通班的平均分為65.2分，實(shí)驗(yàn)班平均分為70.6分，實(shí)驗(yàn)班高出普通班3.4分。普通班成績(jī)分布于70～100分?jǐn)?shù)段的人數(shù)為31人，而實(shí)驗(yàn)班成績(jī)分布在70～89的比例為53.5%，普通班成績(jī)分布在這個(gè)分?jǐn)?shù)段的學(xué)生比例54.6%，基本持平。

由以上結(jié)果發(fā)現(xiàn)，將物理學(xué)史融入教學(xué)的實(shí)驗(yàn)組，平均成績(jī)優(yōu)于普通組，對(duì)于整體學(xué)生的成績(jī)提高有益處，特別是成績(jī)優(yōu)秀的學(xué)生比例明顯比普通班高，成績(jī)不合格的學(xué)生比例也有所降低。所以物理學(xué)史融入教學(xué)中不僅不會(huì)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)生負(fù)面影響，還能提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，幫助學(xué)生深入理解基本概念，真正掌握知識(shí)點(diǎn)，能夠熟練解題。

4 結(jié)語(yǔ)

在物理教學(xué)過(guò)程中結(jié)合教學(xué)內(nèi)容適當(dāng)?shù)匾胍恍┪锢韺W(xué)史知識(shí)，既有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又有助于學(xué)生理解和掌握所學(xué)的物理知識(shí)，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。在大學(xué)物理教學(xué)中引入物理學(xué)史并不是一件容易的事情，還需要在具體的教學(xué)過(guò)程中不斷探索，才能最大限度發(fā)揮物理學(xué)史在物理教學(xué)過(guò)程中的重要作用。