渗透物理学史的课堂教学
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作者: 孙良
摘 要：结合教材案例及课堂教学实例，探讨新课程背景下的课堂教学中物理学史的合理运用。为广大教师在教学中更好地渗透物理学史的教育提供参考，以期提高课堂教学的生动性和有效性，为进一步深化人文主义教育搭建平台。
关键词：物理学史；课堂实践；教育功能
《普通高中物理课程标准》要求：高中物理课程应体现物理学与文化、经济和社会互动发展的时代性要求，肩负提高学生科学素养，促进学生全面发展的重任。作为贯彻这一指导思想的重要手段之一，物理学史在这方面可以发挥很大的作用。随着新课程的推进，越来越多的教学实践和教育研究开始关注物理学史。本文通过大量案例的运用介绍，探索渗透物理学史的课堂教学，希望可以起到抛砖引玉的作用。
一、在教学中渗透物理学史的必要性
物理学是人类社会生产实践的产物。随着人类对客观世界认识的不断深入，物理学也经历了一个不断积累发展的过程。物理学中的每一个概念、定律和理论，都有一个萌芽、形成和发展的曲折过程。
但在传统教学中，人类对物理学认识的历史往往被忽视，学生只有通过具体的公式、定律或者单位中所冠的人名，才模糊地窥视到一点点历史的端倪。这样的做法，既容易使学生把科学家当成具有“超人智慧”的圣哲，从而产生畏惧心理，又不能对物理学的深刻本质了解透彻。
在教学中，如果能把物理学形成和发展的过程从大量历史资料中整理概括出来，渗透在教学的各个环节，从知识层面讲，可以更好地揭示物理发展的历史足迹，概括出物理学研究的基本规律；从科学思维和情感态度与价值观的角度来讲，还可以增强物理教学的趣味性、思想性，进一步提高教学质量，因而得到越来越多教师的肯定和运用。
二、教材中渗透物理学史的几个典型案例
人教版教材非常重视“充分展现和利用物理学史”这一要求。既有完整的章节介绍重大发现的来龙去脉，还通过“科学漫步”“信息窗”等栏目对代表人物、评价或意义作了补充说明。使学生既学到了基本规律和概念，又不失兴趣，得到多维度的素质培养。在这里试举几例：
1.伽利略对自由落体的研究
伽利略的运动理论，是经典力学的开创性工作。尤其是他对自由落体的研究更是其科学思想和方法的集中体现。教材中用了完整的一节对这部分历史作了详尽的介绍。
从内容上看，这一节主要分为三部分：一是介绍了时代背景，二是脉络清晰地介绍了发现过程，三是对伽利略“科学实验法”进行了总结和评价。应该说一和二都写得很精彩，推理逻辑严谨，文字表述生动。然而真正出彩的还是第三部分，正如教材所言：“伽利略之前的科学踌躇于泥途荒滩，因而千年徘徊。从伽利略开始，大师辈出，经典如云，近代科学的大门从此打开了”。比自由落体研究本身更可贵的，正是这一种“勇气”和科学的方法态度，这对学生今后物理的学习乃至人生的发展都有深远意义。
2.牛顿对万有引力的研究
教材对万有引力规律发现过程的描绘也是浓墨重彩。这里重点谈了两个内容：一是如何从开普勒定律发展到天体间力学的研究。牛顿从自己提出的运动定律出发，结合开普勒定律，证实了天体间的力是相互的，从力学上解释了开普勒定律。二是进一步推广这一规律，最终发展成万有引力定律。这里最重要的就是讲述了经典的“月地检验”。牛顿勇于探索的魄力、胆识和惊人的想象力、对事物普遍意义的敏感性，造就了伟大的发现，也成就了自己经典力学奠基人的地位。
通过这段历史的回顾，给学生以这样的启示：物理学的重大理论的发现，不仅是简单的实验结果的总结，还需要直觉和想象力、大胆的猜想和假设，再引入合理模型、深刻的洞察力、严谨的数学处理和逻辑思维。这必然是一个充满曲折和艰辛的过程。
三、渗透物理学史的课堂实践
1.牛顿第一定律的提出
作为经典力学的两大伟人，伽利略和牛顿都为经典力学的建立作出了巨大贡献。在讲述牛顿运动定律之前，回顾一下对受力和运动关系问题的探讨，可以感受物理学史上的传承和发展。
（1）亚里士多德认为必须有力作用在物体上物体才能运动，没有力的作用，物体就要静止下来。
（2）伽利略的观点是：在水平面上运动的物体之所以会停下来，是因为受到摩擦力的缘故。若没有摩擦力，它的速度应该不增不减，球将永远滚动下去。随即提出了物理学史上著名的理想实验，对自己的观点进行了证明。
（3）笛卡儿认为，如果没有其他原因，运动的物体将继续以同一速度沿着一条直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向。
（4）牛顿在大量前人研究的基础上最终归纳出了牛顿第一运动定律。
在此处，为了培养学生的爱国热情还可以介绍一下我国古代对这一问题的研究成果：早在两千多年前的《墨经》中就对力和运动的关系给出了正确的结论，书中指出：“力，形之所以奋也。”这里的“形”指物体，“奋”是指物体由静到动，动而愈速。所以，这句话的意思是：力是使“物体由静到动、动而愈速”的原因。
2.介绍人类宇宙观的发展
在“行星运动”这一节可以先介绍古今中外历史观的异同，一来引发学生的学习兴趣，二来也能够更好地理解开普勒定律。
（1）古代中国的宇宙观
①盖天说：是中国最早的宇宙观，可能起源于殷周时期。在《周髀》中有“天圆如张盖，地方如棋局”的记载。盖天说的本质就是“天圆地方”，并且认为天地相距八万里。
②浑天说：是中国古代影响最广的宇宙观，代表人物是张衡。《浑天仪图注》中写道：“浑天如鸡子，天体圆如弹丸，地如鸡中黄，孤居于内，天大而地小”。浑天说的本质观点是：大地是球形的，地球是宇宙中心。
③昼夜说：是中国古代最先进的宇宙观，它认为宇宙是广袤无垠并且充满气的空间，日月星辰在其中运行，没有任何几何学的构思。昼夜说以无限的宇宙取代了有限的天球，是非常深刻的。
（2）古希腊的宇宙观
①米利都学派，认为地球像一个圆盘或圆筒浮在水上，地静止不动。
②毕达哥拉斯学派，企图用“数的和谐”来建立宇宙的理论。他们认为球体是最完美的几何形体，所以断言宇宙是球形的。其他天体也是球体，绕共同的球心作匀速圆周运动。
③柏拉图学派，对毕达哥拉斯学派进一步发展，认为地球就是所有天体共同的球心。
④地心说，为了克服柏拉图学派中遇到的问题，阿波罗尼提出了“本轮―均轮”结构模型，后经希帕克斯和托勒密的改进，最终形成了流行1400多年的“地心说”。
⑤太阳中心说，阿里斯塔克提出，地球不是宇宙中心，太阳才是。地球每年绕太阳运转一周，又每天自转一周。可惜他的看法不为当时的人们所理解，很快就被埋没了。
（3）近代宇宙观
①哥白尼认为宇宙与自然是最美的，而美的东西一定是简单与和谐的，这与“80个轮上轮”显然不一致。他的眼光跳出了地心说，再次转向日心说。
②哥白尼虽然提出了日心说，但一直不敢发表，直到临死前才拿出来。而布鲁诺将它公开说了出来，为此被宗教裁判烧死在罗马的鲜花广场。
③第谷对天文观测有着浓厚的兴趣，他认为要建立科学的星体运动理论，必须先精确地掌握星体的位置。为此第谷付出了毕生的心血，历经20余年编制了777个星体的位置图表，至今仍有利用价值。
④开普勒是第谷的助手，他以数学的和谐性探索宇宙，在天文学方面作出了巨大的贡献，提出了著名的“开普勒行星运动定律”。
通过这样系统的介绍，为学生呈现了人类文明的发展进步，理清天文学的研究脉络，对培养学生的人文主义情怀影响深远。
总之，在课堂教学中如果能够充分发挥物理学史的教育功能，不仅可以点缀物理课堂，使课堂教学生动活泼，还能带给学生心灵的冲击，提高他们的人文素养，这一手段在新课程背景下的课堂教学中乃是大有可为的。
参考文献：
刘筱莉，仲扣庄.物理学史.南京师范大学出版社，2004-02-01.
（作者单位 江苏省苏州中学校）
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