陸良榮

(吳江高級(jí)中學(xué),江蘇 蘇州 215200)

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滲透物理學(xué)史教育 提高課堂教學(xué)效益

陸良榮

(吳江高級(jí)中學(xué),江蘇 蘇州 215200)

筆者從高中物理的教學(xué)實(shí)踐中認(rèn)識(shí)到及時(shí)、適當(dāng)?shù)貪B透物理學(xué)史教育有利于提高高中物理課堂的教學(xué)效益．這樣做,不僅能引導(dǎo)學(xué)生客觀地認(rèn)識(shí)物理學(xué)的發(fā)展,辯證地認(rèn)識(shí)科學(xué)創(chuàng)新的意義和價(jià)值,而且可以加深學(xué)生對(duì)科學(xué)發(fā)展的認(rèn)識(shí),進(jìn)而激勵(lì)學(xué)生更加努力地去學(xué)好物理的知識(shí)和方法．

高中;物理學(xué)史;滲透性教育;物理教學(xué);科學(xué)教育

在物理教學(xué)中,許多教師可能會(huì)忽略物理知識(shí)和方法的由來、產(chǎn)生等史學(xué)過程,這往往會(huì)導(dǎo)致學(xué)生對(duì)物理學(xué)發(fā)展的認(rèn)識(shí)產(chǎn)生誤解．這種做法可能使得學(xué)生看到了科學(xué)發(fā)展中“偶然”的榮耀,卻看不到其中“必然”的信念;看到了“突破”的成就,卻看不到“繼承”中的堅(jiān)守;看到了“質(zhì)變”的成功,卻看不到“量變”中的積累．為了能讓學(xué)生更客觀地看待物理學(xué)的發(fā)展,也為了提高教學(xué)效益,筆者刻意在高中物理教學(xué)中滲透物理學(xué)史的教育,取得較好的效果.下面談?wù)劰P者的管中之見與老師們作交流．

1 認(rèn)識(shí)物理學(xué)發(fā)展中的偶然與必然,引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)科學(xué)信念的力量

“偶然”是指客觀事物在發(fā)展過程中存在的一種有可能出現(xiàn)、也有可能不出現(xiàn)的趨向;“必然”是指客觀事物在發(fā)展過程中出現(xiàn)的一種不可避免、一定如此的趨向．兩者是矛盾統(tǒng)一的, 在偶然中隱藏著必然,而必然又通過偶然來表現(xiàn)和實(shí)現(xiàn)．

在科學(xué)發(fā)展中有大量的偶然事件,正是這些偶然事件引發(fā)了科學(xué)的重大發(fā)現(xiàn)．這常使得我們的學(xué)生容易從表面上去看待這些科學(xué)發(fā)現(xiàn),認(rèn)為只是“那些科學(xué)家的運(yùn)氣好罷了”．例如學(xué)生在學(xué)習(xí)奧斯特實(shí)驗(yàn)時(shí),就覺得實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象很簡(jiǎn)單,奧斯特也只是“碰巧”獲得了這個(gè)意義重大的發(fā)現(xiàn)而已．所以,有必要在物理教學(xué)中更多地滲透物理學(xué)史教育,讓學(xué)生正確認(rèn)識(shí)到科學(xué)發(fā)現(xiàn)中的偶然與必然,突出科學(xué)創(chuàng)新中在科學(xué)家身上體現(xiàn)出的科學(xué)信念的力量．

筆者在奧斯特夢(mèng)圓“電生磁”的教學(xué)中,以“講故事”的形式如下向?qū)W生呈現(xiàn)了當(dāng)年奧斯特發(fā)現(xiàn)的歷史背景．

自從庫(kù)侖提出電和磁有本質(zhì)上的區(qū)別以后,包括安培在內(nèi),很少有人再去考慮它們之間的聯(lián)系．但是奧斯特受“自然界中各種運(yùn)動(dòng)形式之間存在著相互聯(lián)系并相互轉(zhuǎn)化的思想”的影響,一直堅(jiān)信并堅(jiān)持去找尋電、磁、光、熱等現(xiàn)象相互存在內(nèi)在的聯(lián)系．奧斯特分析了那些失敗的找尋電和磁聯(lián)系的實(shí)驗(yàn)后認(rèn)為:既然在電流的方向上去找“縱向作用”看來是不可能的,那么電流的磁效應(yīng)的作用會(huì)不會(huì)是橫向的呢?終于在1820年4月的一次講座上,小磁針一個(gè)不顯眼的擺動(dòng),沒有引起聽眾的注意,卻讓奧斯特敏銳意識(shí)到:他找到了電與磁的聯(lián)系．

這個(gè)故事讓學(xué)生明白了是奧斯特的科學(xué)信念讓他證明了電和磁能相互轉(zhuǎn)化的問題,也為電磁學(xué)的融合發(fā)展打下了基礎(chǔ)．這種教師通過“講故事”的形式滲透物理學(xué)史的教育,既可以為學(xué)生還原科學(xué)發(fā)展的本來面目,也可以讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到偶然背后的必然,去感受科學(xué)家的科學(xué)信念,顯然是非常有益的．

2 感悟物理學(xué)發(fā)展中的繼承與突破,引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)科學(xué)勇氣的重要

“繼承”是指對(duì)原有事物中合理部分的接續(xù),是否定中的肯定,克服中的保留,是“取舍”;“突破”也就是舊事物向新事物的轉(zhuǎn)變,是“舊質(zhì)”向“新質(zhì)”的飛躍,是“揚(yáng)棄”．兩者相互依存、相互影響、相互作用、相互滲透,并在一定的條件下相互轉(zhuǎn)化．

物理學(xué)理論作為認(rèn)識(shí)歷史的選擇,它包含著對(duì)與錯(cuò)、真與假的雙重因素, 包含著大量未知因素, 它不可能完美無缺．在教學(xué)中作必要的歷史回顧, 能使學(xué)生從知識(shí)的更替演變中了解它的條件性、局限性, 認(rèn)識(shí)到科學(xué)理論的相對(duì)真理性．科學(xué)發(fā)展的歷程是一條曲折、艱難的求索道路,卻總體上呈現(xiàn)出“繼承——突破——再繼承——再突破”的循環(huán)往復(fù),構(gòu)成了事物由肯定到否定再到否定之否定的辯證發(fā)展和永恒運(yùn)動(dòng)的前進(jìn)過程．

例如,在“原子結(jié)構(gòu)”的教學(xué)中,筆者引導(dǎo)、幫助學(xué)生進(jìn)行了如下的比較(見表1所示)．

在教學(xué)中向?qū)W生展示這段科學(xué)發(fā)展史的做法,凸顯出了由錯(cuò)誤到正確并不斷加以完善的過程,這對(duì)學(xué)生產(chǎn)生了較為深刻的啟迪:幾代物理學(xué)家的研究都是在承襲前人理論的基礎(chǔ)上進(jìn)行的創(chuàng)新,從而使得原子物理學(xué)得到飛速的發(fā)展．在科學(xué)本身的矛盾已經(jīng)顯現(xiàn)出來時(shí),誰能首先同束縛科學(xué)發(fā)展的傳統(tǒng)觀念決裂, 勇于提出新思想、新見解, 誰就可能搶占到科學(xué)發(fā)展的前沿陣地, 作出突破性的發(fā)現(xiàn)．

表1

3 關(guān)注物理學(xué)發(fā)展中的量變到質(zhì)變,引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)科學(xué)積累的意義

“量變”是指事物數(shù)量的增減和場(chǎng)所的變更,是一種漸近的、不顯著的變化;“質(zhì)變”是指事物根本性質(zhì)的變化,是事物由一種質(zhì)態(tài)向另一種質(zhì)態(tài)的飛躍,是一種根本的、顯著的變化．自然界里一切事物的發(fā)展變化過程, 都是從量變到質(zhì)變的過程．

物理學(xué)史上的眾多發(fā)現(xiàn),無不例外地經(jīng)歷了量變到質(zhì)變的過程．而不少學(xué)生往往會(huì)認(rèn)為物理結(jié)論都可以用數(shù)學(xué)推導(dǎo)得到,不然就是幾位天才的奇跡創(chuàng)造．例如對(duì)于“萬有引力定律”的發(fā)現(xiàn),大多數(shù)學(xué)生就認(rèn)為只是牛頓從蘋果落地的“頓悟”中產(chǎn)生的．所以,有必要在教學(xué)中滲透物理學(xué)史教育,讓學(xué)生體會(huì)到物理先輩們的巨大付出．

在“萬有引力定律”教學(xué)之前,筆者有意安排學(xué)生通過各種方式查詢這段科學(xué)發(fā)現(xiàn)的歷史,并要求學(xué)生按時(shí)間先后的順序進(jìn)行匯總整理．在課堂教學(xué)時(shí)以課題投影的方式如下呈現(xiàn)科學(xué)家們不斷深化的研究成果．

(1) 早在17世紀(jì)初,吉爾伯特、開普勒、伽利略等人就提出過天體間存在萬有引力的思想．

(2) 1645年,法國(guó)天文學(xué)家布里阿爾德奧(I.Bulliadus)第一次提出太陽(yáng)對(duì)行星的引力跟二者距離的平方成正比的假說．

(3) 在牛頓正式提出萬有引力定律之前,1661年英國(guó)皇家學(xué)會(huì)已成立一個(gè)專門委員會(huì)研究重力問題．

(4) 胡克(Robert Hooke)、哈雷(Edmund Halley)、雷恩(Christopher Wren)在萬有引力相關(guān)問題的研究上都作出了重大貢獻(xiàn)．

(5) 胡克已覺察到引力和地球上物體的重力有相同的本質(zhì);哈雷和雷恩也在1679年按照?qǐng)A形軌跡,由開普勒第三定律和惠更斯的向心力公式證明了作用于行星的引力跟它們到太陽(yáng)距離的平方成反比．

(6) 由于無法找到能證明吸引力跟距離的平方成反比的普遍規(guī)律,哈雷于1684年還曾到劍橋大學(xué)向牛頓請(qǐng)教．

(7) 最終,牛頓在研究和概括前人的研究成果,并用數(shù)學(xué)方法對(duì)月球與地球間引力及運(yùn)動(dòng)規(guī)律作了大量的驗(yàn)證工作之后,于1685年提出了萬有引力定律的表達(dá)式．

結(jié)合這段歷史進(jìn)行萬有引力的教學(xué),筆者不僅順利地達(dá)成了教學(xué)目標(biāo),而且獲得了額外的收益,那就是幫助學(xué)生去澄清歷史事實(shí),讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到科學(xué)的創(chuàng)新都經(jīng)歷了眾多科學(xué)家的巨大付出,都是一個(gè)從量變到質(zhì)變的過程,認(rèn)識(shí)到明顯的質(zhì)變是不明顯的量變積累的結(jié)果．顯然,教學(xué)中進(jìn)行物理學(xué)史的滲透教育,能使學(xué)生意識(shí)到要促進(jìn)事物的發(fā)展,必須要做好科學(xué)積累,從而為質(zhì)變創(chuàng)造條件．這樣做就提高了課堂教學(xué)的效益．

4 把握物理學(xué)發(fā)展中的主要與次要,引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)科學(xué)判斷的價(jià)值

在復(fù)雜事物中包含著多個(gè)矛盾,其地位和作用是不平衡的,其中必有一個(gè)矛盾居于支配地位,對(duì)事物的發(fā)展起著決定作用,這個(gè)矛盾就是主要矛盾．反之,不處于支配地位、對(duì)事物的發(fā)展不起決定作用的矛盾就是次要矛盾．矛盾的主次方面,既相互排斥,又相互依賴,并在一定條件下發(fā)生相互轉(zhuǎn)化．

物理學(xué)的發(fā)展過程同樣時(shí)時(shí)處處充滿著主次矛盾,但我們的學(xué)生卻少有機(jī)會(huì)接觸物理學(xué)中的主次矛盾,以為物理學(xué)的發(fā)展都是順風(fēng)順?biāo)模驗(yàn)樗麄兘佑|的條件都是理想化的,利用的數(shù)據(jù)都是較完美的．學(xué)生由于沒有機(jī)會(huì)去領(lǐng)略問題中矛盾的主次,也就不會(huì)有判斷與處理主次矛盾的體驗(yàn),這顯然不利于他們的認(rèn)識(shí)與發(fā)展．

例如在“自由落體”的教學(xué)中我們教師往往會(huì)向?qū)W生說明伽利略基于大量的實(shí)驗(yàn),由斜面實(shí)驗(yàn)外推至自由落體運(yùn)動(dòng)．為了改進(jìn)教學(xué)筆者在課堂中還向?qū)W生作了以下強(qiáng)調(diào)及說明．

伽利略當(dāng)年所使用的器材在斜面傾角超過5°就很難準(zhǔn)確地計(jì)時(shí)了,伽利略的外推法是建立在直覺和邏輯之上的精準(zhǔn)判斷．然而,伽利略更為偉大之處在于他對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)是勻加速直線運(yùn)動(dòng)的論斷建立在他作出的修正之上:“如果完全排除空氣阻力,那么,所有物體下落都將一樣快．”伽利略的修正與他的勇氣與直覺分不開,因?yàn)樵谀莻€(gè)年代,大家對(duì)力的認(rèn)識(shí)還很模糊,更談不上在真空環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,足見他的驚人的科學(xué)勇氣和科學(xué)判斷．

筆者在課堂上結(jié)合物理學(xué)史,滲透伽利略的“在科學(xué)研究中,懂得忽略什么,有時(shí)與懂得重視什么同等重要”的思想,較成功地讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到要做好事情,既要著重把握主要矛盾,集中力量解決主要矛盾;又要學(xué)會(huì)統(tǒng)籌兼顧,恰當(dāng)?shù)靥幚泶我埽?/p>

總之,正如法國(guó)著名物理學(xué)家朗之萬所說“在科學(xué)教育中,加入歷史的觀點(diǎn)是有百利而無一弊的．”顯然,物理學(xué)史知識(shí)不僅能幫助學(xué)生正確理解物理規(guī)律,還能讓他們不斷地從中學(xué)到嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和科學(xué)的思維方法,逐步樹立科學(xué)的世界觀和方法論．物理教師若能在教學(xué)中及時(shí)、適當(dāng)?shù)貪B透物理學(xué)史教育,必定能事半功倍,使得課堂教學(xué)取得更好更多的教學(xué)效益．

1 申先甲.談?wù)勎锢韺W(xué)史在素質(zhì)教育中的作用[J].大學(xué)物理,2000(11):36-40.

2 施堅(jiān).基于物理學(xué)史與活動(dòng)探究的課堂之旅[J].物理教學(xué),2015(8):4-7.

3 郭奕玲,沈慧君.物理學(xué)史[M].北京:清華大學(xué)出版社,1993.

4 李艷平,申先甲.物理學(xué)史教程[M].北京:科學(xué)出版社,2009.

5 侍敏.淺談物理學(xué)史的教育作用[J].中學(xué)物理教學(xué)參考,2015(7):16-17.

6 姜金龍.物理教學(xué)中的物理學(xué)史教育[J].中學(xué)物理,2014(4):47-48.

本文系蘇州市教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題“指向核心素養(yǎng)的物理學(xué)史教育功能的研究”(16032069)階段性研究成果.

2017-03-05)