谈物理学史与物理教学

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　　摘要:当前,我国物理教材的编写主要是以物理知识的逻辑关系为主线编排的,而对各知识点之间的内在联系以及物理学家的研究过程却讲的不够。然而,物理学史恰好能弥补其不足。本文就物理教学中渗透物理学史,发挥物理学史的教育功能进行阐述,说明在物理教学过程中物理学史不可替代的重要作用。
　　关键词:物理学史;物理教学;渗透
　　中图分类号:O41文献标识码:A文章编号:1009-0118(2010)-04-0125-02
　　
　　科学史与科学教育有机结合,已越来越多的被科学教育者所重视。在物理教育中树立历史的观点,发挥物理学史的教育功能更是物理教育工作者一直关注的课题。著名的物理学家朗之万就曾明确提出:“在科学教学中,加入历史的观点是有百利而无一弊的”。物理学史教学的方式多种多样,可在课内进行,也可以讲座的形式进行,还可以介绍物理学家传记等史料。针对物理的课程结构,物理学史教学的主渠道应是课堂教学。应遵循有机结合,适当渗透原则,要以有利于学生兴趣的激发、知识的理解、方法的掌握、观念的熏陶、科学精神的养成为原则。近些年来,许多物理教育工作者总结了不少可贵的教学实践经验。而今,如何使物理教学适应素质教育的要求,如何真正发挥物理学史在物理教学中的教育功能仍是一个重要的突破口,值得我们更加广泛深入地研究。
　　
　　一、渗透物理学史有利于突出物理知识产生的过程
　　
　　物理教学是一种特殊的认识活动。为了突出这种认识活动的特点,让学生了解物理知识的产生背景和过程理所当然便成为物理教学的重要任务之一。很多物理课程的教学中,需要物理学史才能完成这一任务。如在进行大气压强教学时,可以讲述著名的“马德堡半球”试验。可以先从古代科学家们关于真空的种种争论开始,再介绍这种争论波及到法国、德国,当时德国的马德堡市市长格里克花了大量的资金和时间从事获得真空的实验,经过多次失败之后,最后用了一个又大又坚固的中空金属球终于获得成功。在1654年,格里克又做了两个直径为30多厘米中空半球,扣在一起然后抽空,大气把两个半球紧压在一起,用16匹马才把它拉开。这样讲授,学生不但思想活跃,而且了解了人们认识大气压强存在这一过程,能更进一步具体理解大气压强的性质及其种种测量方法。
　　物理知识的创建过程是一个完整的系统整体。所以,教材的编排处理应从系统整体出发。例如,力学内容教学应以“力”的概念为主线,渗透物理学史,充分讲述“力”的概念形成过程。从伽利略对亚里士多德“力是维持物体运动的原因”的否定,到得出牛顿第一定律,“力是物体对物体的作用”。从笛卡尔学派和莱布尼茨学派关于物体“运动的力”的争论,到牛顿在《自然哲学的数学原理》中明确提出动量的概念,并得出牛顿第二定律。从达兰贝尔关于“活力”和“死力”两种量度同样有效性,到《运动的量度――功》一文中揭示了两种量度的本质区别。人们才清楚了力、动量、能量三个概念的本质含义。这样,学生如同亲自参与了知识体系的创建过程,有利于知识的理解和掌握。
　　
　　二、渗透物理学史有利于突出物理学思想方法
　　
　　爱因斯坦曾经说过:“学校始终应当把发展独立思考和独立创造的一般能力放在首位。”在物理教学中,不仅要使学生学习系统的物理学基础知识,还应该让学生掌握物理学的重要思想方法。这不仅关系到物理教学任务的完成,也关系到社会所需的合格人才的培养。物理教学的核心应是培养学生的科学思维能力,科学思维能力的形成有赖于科学方法的教育。因此,应不失时机地渗透物理学史内容,充分展示知识背后的科学方法,启发学生思考,发展学生思维能力,以促进学生智能的全面发展。例如,从力的合成到串联电路总电阻的等效思想、伽利略的理想实验方法、研究气体三大试验定律的控制变量实验法、从重力势能到分子势能再到电势能的类比方法等。还可以介绍物理学家理论建立的历程,再现他们严谨的治学态度、严密的思维方法,从而启发学生从中受到教益,发展自己的推理能力和想象能力。如,介绍玻尔是怎样在已有的光谱试验的事实和规律以及已知的原子核式模型和能量子理论的基础上建立起氢原子的模型的。1911年卢瑟福建立了原子的核式模型,当时还很年轻的玻尔来到了卢瑟福实验室。1912年秋,玻尔回到了哥本哈根,从原子的稳定性和经典电磁理论的矛盾出发,一开始就放弃在原子领域运用经典的电磁理论,而以光的量子学说做为探索的门径。玻尔通过推理想象提出了关于氢原子模型的两条假设。在说明了两条假设的内容后,又介绍他按照电子绕核转动的模型所得出的结论,并与光谱公式比较,为了说明电子在确定轨道运转时能量稳定和在跃迁时辐射的能量差同光谱规律相符,提出另一假说,即电子在定态轨道上运动时应满足的量子化条件,由这一条件算出电子定态能量和里德伯常数与实验测值完全一致,光谱发生的机理第一次得到说明。
　　
　　三、渗透物理学史有利于新课的引入
　　
　　课堂教学中好的开头能紧紧抓住学生的注意力,激发起学生的求知欲,是优质课堂教学效果的重要保证。然而,课能否开一个好头,关键是课程的引入方式。那么,在结合教学内容的特点和教学要求下,恰当地渗透物理学史料,则能获得良好的课堂效果。如在浮力定律的教过程中,可先在开头向学生介绍古希腊国王希洛要求阿基米德鉴别王冠里的纯金有无掺假的故事来引入新课。通过这个故事的介绍,使学生的学习热情增加,启发学生很快进入浮力定律教学的最佳状态,为顺利完成本课程的教学任务(下转127页)(上接125页)打下坚实的基础。
　　
　　四、渗透物理学史有利于培养学生的科学精神
　　
　　物理学发展史是一部科学家们奋斗求索的历史,没有平坦的大路可走,只有崎岖的小路可以攀登。著名的华裔物理学家杨振宁曾经讲过:直觉、坚持、力量,意思是说:“要有科学的直觉意识去创造、用坚持不懈的努力去奋斗、以扎实的知识力量克服困难”。法拉第用10年时间,经历了无数次试验失败才找到了电磁感应现象。焦耳用了40年时间做了400多次试验,才确定了“热功当量”。甚至许多科学家为了真理而献身,这样的动人事迹在物理学史料中更是不胜枚举。如,伽利略为宣传哥白尼学说而被教会监禁终生;布鲁诺为捍卫日心说而被教皇烧死;居里夫人为研究放射性作出巨大的牺牲;牛顿对物理学研究的如痴如醉;爱因斯坦富有批判和怀疑精神;吴健雄对实验精益求精,以至于科学界人士从不怀疑她实验数据的准确性。通过这些史料,有利于培养学生为求真理不畏艰难、不怕权威、勇攀高峰的高尚品质。
　　
　　五、渗透物理学史有利于展示物理学美
　　
　　在物理教学中,运用物理学史料,可以使学生从物理学发展史料中学习巧妙的实验构想和设计、简洁的物理公式和精致的物理思想方法,可以使学生在学会从物质组成和运动的繁杂、混乱的秩序中整理出统一、简洁的秩序和规律的同时,培养学生正确的审美观和鉴赏美、创造美的能力,学会从零散、无序的艺术哲学之中整理出令人神怡的秩序和规律,从而受到美的熏陶、获得美的教育。
　　物质世界的真与美从来是统一的,物理学家往往借助美学原则认识真理,整个物理学发展史体现出物理学家追求简单性、对称性及和谐性三方面而揭示物理学美的特质。从天体到基本粒子,物质运动纷繁复杂,但物理学家巧妙地从复杂的真实物质世界中把研究对象一一分割,抽象出最简单的物理模型,如质点、理想弹簧振子、理想单摆、理想气体、点电荷、电力线、光线、薄透镜,等等。以这些优美的理想模型概括出物质运动的基本规律,变复杂为简单,既简洁又合理,给人们带来研究物质世界美的享受。此外,物理学家始终认为物理规律的“统一”、“对应”是宇宙和谐美的反映,整个物理学发展史,可以说就是物理学家们为建立统一的物理理论的奋斗史。物理学本身并不是美学,但是通过在物理教学中渗透物理学史,可以使物理课程从枯燥单调的文字变成熠熠闪光的美学诗篇,可以启迪学生勤于实践、勇于探索、崇尚科学、追求真理,在潜移默化中受到美的熏陶和教育。

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