關(guān)于物理學(xué)史育人價值的體驗(yàn)與思考

樊博文

摘 要：物理學(xué)科科學(xué)素養(yǎng)的養(yǎng)成不僅在于科學(xué)知識的積累與獲取，還依賴科學(xué)思維、科學(xué)精神的培養(yǎng)。物理學(xué)史蘊(yùn)含豐富的教育資源，可以增加教學(xué)趣味性、展現(xiàn)科學(xué)精神以及培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。因此要加強(qiáng)物理學(xué)史教育資源的開發(fā)利用。

關(guān)鍵字：物理學(xué)史;學(xué)習(xí)興趣;科學(xué)精神;創(chuàng)新意識

物理課程的目的在于提高全體學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。科學(xué)素養(yǎng)的養(yǎng)成不僅在于科學(xué)知識的積累，更需要學(xué)生在獲取知識的同時養(yǎng)成科學(xué)的思維方式，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、實(shí)事求是和持之以恒的科學(xué)態(tài)度，以及遵守道德規(guī)范，保護(hù)環(huán)境并推動可持續(xù)發(fā)展的責(zé)任感 。物理學(xué)史包含豐富的教育元素，是物理學(xué)家探究科學(xué)過程中遺留下來的寶貴財富，對培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)具有重要作用。

物理學(xué)自兩千多年前開始萌芽，這一時期代表性的人物有亞里士多德、阿基米德等。16～17世紀(jì)，伽利略和牛頓等人在前人的基礎(chǔ)上創(chuàng)立了系統(tǒng)性的力學(xué)理論，建立了實(shí)驗(yàn)研究與理論邏輯相結(jié)合的科學(xué)范式，尤其是1687年牛頓發(fā)表的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，標(biāo)志著現(xiàn)代意義物理學(xué)的正式誕生?，F(xiàn)如今，相對論、量子論成為近代物理的兩大支柱。物理學(xué)史沉淀了寶貴的智慧結(jié)晶、光輝的科學(xué)思想以及豐富的人文內(nèi)涵。

一、引入故事背景，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

高中物理的學(xué)習(xí)需要接觸大量的概念、規(guī)律，長期面對單一化的學(xué)習(xí)模式，學(xué)生容易感到枯燥乏味，學(xué)習(xí)興趣也會下降。

片段1：早在公元前300多年，亞里士多德就開創(chuàng)了運(yùn)動問題研究的先河，他認(rèn)為重的物體下落快。伽利略通過對生活現(xiàn)象的觀察，敏銳地提出質(zhì)疑。例如，假定一塊大石頭下落速度是8，一塊小石頭下落速度是4，當(dāng)兩塊石頭捆綁在一起時，大石頭會被小石頭拖著變慢，整體的運(yùn)動速度應(yīng)該小于8;但是，把兩塊石頭捆在一起后，整個物體比大石頭更重，因此整體的下落速度應(yīng)該比8更大，于是得到了相互矛盾的結(jié)論。

在“自由落體”的學(xué)習(xí)中，插入了伽利略的研究故事，喚起學(xué)生關(guān)于物體下落快慢的思考，引發(fā)認(rèn)知沖突，從而較好地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。將知識的學(xué)習(xí)與獲得放置于有趣的情境故事中，可以讓學(xué)生從更加立體、多樣化的視角了解學(xué)習(xí)的背景知識、脈絡(luò)體系，感受知識背后的歷史事件，反映出物理學(xué)家對物理現(xiàn)象的敏銳觀察，善于從細(xì)微處發(fā)現(xiàn)深刻道理的思維特質(zhì)，體會科學(xué)與生活的緊密聯(lián)系。這樣的學(xué)習(xí)不僅提升了趣味性，同時也促進(jìn)了學(xué)生對生活中常見物理現(xiàn)象的積極思考。

二、體悟求真精神，錘煉意志品質(zhì)

片段2：開普勒相信哥白尼的學(xué)說，所以一開始他按行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動的觀點(diǎn)來思考問題。在他對火星軌道的研究中，70余次嘗試所得到的結(jié)果都與第谷的觀測數(shù)據(jù)有至少8'的角度偏差。是第谷測量錯了嗎？開普勒對第谷數(shù)據(jù)的精確性深信不疑。他想，這不容忽視的8'也許正是因?yàn)樾行堑倪\(yùn)動并非圓周運(yùn)動。至此，人們長期以來視為真理的觀念——天體在做完美的勻速圓周運(yùn)動，第一次受到了懷疑。此后，他經(jīng)過多年的嘗試性計算，終于發(fā)現(xiàn)并先后于1609年和1619年發(fā)表了行星運(yùn)動的三個定律。

通過對以上材料的閱讀、交流、分享，學(xué)生可以生成三點(diǎn)體驗(yàn)：①科學(xué)家對問題的研究可能是長期的、反復(fù)的，需要堅(jiān)持不懈的意志力和永不氣餒的精神;②科學(xué)研究必須是嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的，些許的誤差就可能意味著新的發(fā)現(xiàn)或突破;③科學(xué)結(jié)論的獲得既需要科學(xué)數(shù)據(jù)的支撐，也需要科學(xué)智慧的凝煉。

以上史料不僅介紹了科學(xué)研究所經(jīng)歷的大致過程，而且滲透了科學(xué)精神的教育，能于無形之中引導(dǎo)學(xué)生敢于正視困難，勇于積極嘗試，錘煉意志品質(zhì)。

三、審視經(jīng)典理論，培養(yǎng)創(chuàng)新意識

普朗克（右圖）曾說過：“我現(xiàn)在做的事情，要么毫無意義，要么可能成為牛頓以后物理學(xué)上最大的發(fā)現(xiàn)?！?/p>

1900年12月14日，普朗克在德國物理學(xué)會宣讀了一篇注定要永載史冊的論文。在這篇論文中，普朗克提出了一個大膽的假設(shè)，即物質(zhì)輻射時的能量E是不連續(xù)的，物質(zhì)輻射或吸收的能量，只能是某一最小能量單位的整數(shù)倍，即量子假說。普朗克將這一能量最小單元定義為能量子，簡稱量子，這一天成了量子論的誕生日[1 ]。

普朗克突破經(jīng)典物理觀念的影響，大膽提出了量子假說，令許多物理學(xué)家瞠目結(jié)舌。普朗克提出的這個假說表明，能量不是連續(xù)的，使人們看到物理世界不連續(xù)的另一面，這意味著同連續(xù)性原理作為其柱石之一的經(jīng)典物理學(xué)的徹底決裂 [2]。從此開啟了物理學(xué)研究的新歷程。這背后不僅需要巨大的勇氣，還表現(xiàn)出他敏銳的洞察力以及創(chuàng)新精神，這對新時代創(chuàng)新意識的培養(yǎng)具有重要意義。對于基礎(chǔ)教育階段而言，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識要比創(chuàng)新能力更重要。

通過以上分析我們發(fā)現(xiàn)，物理學(xué)史如同一部史詩，它賦予我們教學(xué)的趣味，滲透科學(xué)精神的教育，可以起到潤物細(xì)無聲的效果。因此，在物理課程的教學(xué)中，對物理學(xué)史資源的開發(fā)、編排、利用可以發(fā)揮全面育人的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]許秀華.發(fā)現(xiàn)者的困惑：馬克斯·普朗克[J].今日科苑，2016（1）：89-91.

[2]于林成.量子觀念的誕生[J].大學(xué)物理，1992（6）：36-39.