活用高中物理學(xué)史的教學(xué)策略

夏 麗

（上海市盧灣高級中學(xué)，上海 200023）

物理學(xué)史是研究人類對自然界各種物理現(xiàn)象的認(rèn)識史，研究物理學(xué)發(fā)生和發(fā)展的基本規(guī)律，研究物理學(xué)概念和思想發(fā)展和變革的過程.［1］而在《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年版）中明確指出引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合物理學(xué)史認(rèn)識實驗探究與科學(xué)思維的結(jié)合對物理學(xué)發(fā)展的重要作用.［2］由此可見，物理學(xué)史是高中物理課程、教材中不可或缺的一部分，高中物理學(xué)史是發(fā)展學(xué)生物理核心素養(yǎng)的一個重要抓手，而如何在新課程新課標(biāo)的雙新背景下活用物理學(xué)史則是我們面臨的一個新挑戰(zhàn).在此筆者將結(jié)合自己的教學(xué)實踐從以下4方面展開.

1 巧用物理學(xué)史為主線的單元設(shè)計，形成章節(jié)邏輯，提高學(xué)習(xí)效率

利用物理學(xué)史的素材，可以從時間和空間的維度梳理出物理學(xué)發(fā)展的脈絡(luò)，清晰地了解到是怎么通過一代又一代的科學(xué)家們的不懈探索，發(fā)展成今天非常自洽的物質(zhì)觀念、運動與相互作用觀念、能量觀念，為學(xué)生形成正確的物理觀念提供史料.比如在選修三的原子與原子核的章節(jié)中，可以用物理學(xué)家們前赴后繼的貢獻(xiàn)為主線串起整個章節(jié)，形成如下圖所示的單元設(shè)計，既可以讓各節(jié)的碎片知識形成內(nèi)在的邏輯整體，又能讓整個章節(jié)的學(xué)習(xí)高效省時，免去繁瑣無序的死記硬背.

圖1

圖2

2 抓住若干物理學(xué)史典型，進(jìn)行個例學(xué)習(xí)，體悟研究物理的科學(xué)方法

人類探索自然、認(rèn)識規(guī)律的方法大抵是：觀察現(xiàn)象→提出問題→猜想假設(shè)→實驗研究和邏輯推理（包括數(shù)學(xué)推演）→得出結(jié)論→修正或推廣假設(shè)的循環(huán)，在任何一個物理規(guī)律和公式背后都有一段發(fā)現(xiàn)它的曲折經(jīng)歷，而恰恰是這些物理學(xué)史的素材可以教給學(xué)生研究物理的科學(xué)方法，真正培養(yǎng)他們的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力.

例如伽利略對自由落體運動的研究就是一個能讓學(xué)生深刻體悟科學(xué)推理方法的史學(xué)材料.伽利略觀察并質(zhì)疑亞里士多德重物下落快于輕物的現(xiàn)象，利用大、小兩塊石頭的邏輯推理駁斥了對落體運動的錯誤認(rèn)識；接著“聰明地提問”：落體運動的規(guī)律究竟是怎樣的？并且“大膽地猜測”：落體運動的速度v與時間t成正比；然后巧妙地設(shè)計了斜面實驗解決了計時的困難，做了上百次的實驗和數(shù)據(jù)分析，得到了不同質(zhì)量物體由靜止開始向下運動的距離總是與所用時間的二次方成正比，而且這個比值隨傾角的增大而變大；最后他又把斜面上運動的實驗結(jié)論用數(shù)學(xué)邏輯推理的方法外推到實驗范圍之外的豎直情況，從而得出自由落體運動是由靜止開始的、速度隨時間均勻增加的變速直線運動.伽利略不單在研究落體運動時，在利用斜面理想實驗研究物體運動和力的關(guān)系時也采用這樣的科學(xué)研究方法.

圖3

通過像這樣抓住若干典型，進(jìn)行個例剖析，對某一個事件、某一項發(fā)現(xiàn)或某一位科學(xué)家的成就進(jìn)行充分的揭示，說明其前因后果、來龍去脈，分享其成功的要素，總結(jié)其經(jīng)驗教訓(xùn)，提煉出可供共享的精神財富.可以進(jìn)一步讓學(xué)生體會感悟科學(xué)探究的方法，更好地促進(jìn)科學(xué)思維的培養(yǎng)，養(yǎng)成正確的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任.

3 講物理故事，利用物理學(xué)史幫助學(xué)生熟記物理規(guī)律

物理是理性的、數(shù)據(jù)的、科學(xué)的，但就因為這樣的學(xué)科特點有時難免陷入嚴(yán)肅的課堂氣氛，如果我們能適時地插播一些感性有趣的物理故事輔佐教學(xué)，不僅可以切換一下學(xué)生腦袋讓課堂氣氛輕松活躍片刻，而且可以幫助他們熟記物理規(guī)律.比如在探究單擺周期公式時，通過實驗得到單擺的周期與擺長的平方根成正比很容易，但與重力加速度之間的關(guān)系是很難在教室范圍內(nèi)實驗探究得到的，在這時候可以通過講述惠更斯發(fā)現(xiàn)單擺周期故事的這段物理學(xué)史娓娓道來.

通過這段有別于實驗探究的物理學(xué)史的切換，不但讓學(xué)生印象深刻地記住的單擺的周期公式，而且能很容易區(qū)分開惠更斯和伽利略在單擺研究的貢獻(xiàn).此外比如在學(xué)習(xí)萬有引力的時候，介紹卡文迪什設(shè)計扭秤實驗測量引力常量G的物理學(xué)史，就不會再鬧“庫侖設(shè)計了扭秤實驗”的笑話了，因為學(xué)生肯定有力學(xué)研究早于電學(xué)研究的常識.

4 布置查閱物理學(xué)史的課題作業(yè)，實現(xiàn)多元評價方式，著實發(fā)展學(xué)生的物理核心素養(yǎng)

教學(xué)不能光局限于課堂內(nèi)的師生活動，還應(yīng)把教學(xué)活動延申到課堂之外的廣大空間去.首先在雙新背景下編寫的上海物理教材是一套圖文并茂、由淺入深、可以讓學(xué)生自學(xué)的教材，主編們在很多章節(jié)中都花了大量的筆墨去介紹一些經(jīng)典的物理學(xué)史，但限于篇幅的限制，還有很多引人入勝的史學(xué)材料卻沒法搬到其中.所以教師可以布置自學(xué)預(yù)習(xí)教材、閱讀課外讀物或查閱文獻(xiàn)資料等課題作業(yè)，［3］讓學(xué)生們事先對本章或本節(jié)內(nèi)容相關(guān)的物理學(xué)史做一個廣度的查閱，在課堂上以讀書報告的形式交流匯報，各課題小組可以自評互評師評，發(fā)揮教師和學(xué)生不同角色在評價中的作用，實現(xiàn)多元的評價方式.

法拉第在實驗室工作

科拉頓做電磁感應(yīng)實驗的漫畫圖 圖4

例如布置查找電磁感應(yīng)研究的相關(guān)物理學(xué)史的課題作業(yè)，除了法拉第，學(xué)生們肯定也會查找到“跑失良機”的瑞士科學(xué)家科拉頓.科拉頓為了避免磁鐵對電流計的指針產(chǎn)生影響，用一根很長的導(dǎo)線把螺線管和電流計連接起來，并把電流計放在隔壁的房間里，實驗時他將磁鐵分別插入或拔出螺線管，然后跑到隔壁房間觀察電流計的擺動情況，但不管他跑得多快，卻始終沒有看到電流計的偏轉(zhuǎn).當(dāng)這段看似與教學(xué)內(nèi)容不相關(guān)的物理學(xué)史經(jīng)由某組同學(xué)分享匯報后，一方面效果肯定要甚于教師千遍萬遍“只有在磁通量變化瞬間才有感應(yīng)電流”的嘮叨，另一方面這組學(xué)生的搜集信息能力、組織匯報能力、語言表述能力得到了來自于同伴的正面評價，大大鼓舞了他們學(xué)好物理的信心.

圖5 G.P.湯姆孫早期的電子衍射圖樣（樣品為金箔）

再如讓學(xué)生去查閱光學(xué)的物理學(xué)史，他們不但能自學(xué)完成牛頓的微粒說和惠更斯的波動說之爭、托馬斯·楊的雙縫干涉實驗、菲涅爾和泊松的陰差陽錯，還能從德布羅意的物質(zhì)波、G.P.湯姆孫電子衍射圖樣接觸到前沿的量子力學(xué)，為他們今后進(jìn)入大學(xué)之后的研究方向埋下科學(xué)的種子.布置這類查閱物理學(xué)史的課題作業(yè)，可以進(jìn)一步提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，著實發(fā)展核心素養(yǎng)，使學(xué)生具有理想信念和社會責(zé)任感，具有科學(xué)文化素質(zhì)和終身學(xué)習(xí)能力，具有自主發(fā)展能力和溝通合作能力.

總而言之，物理學(xué)史就像一塊蘊藏著巨大財富的寶地，值得我們?nèi)ラ_墾去挖掘.