高中物理教学中如何引入物理学史培养学生的科学素养
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作者: 徐志才
摘 要： 在高中物理教学适时引入物理学史的教育，可以激发学生的学习激情，培养良好的思想品质，树立正确的人生观和世界观。
关键词： 高中物理教学 物理学史 科学素养
高中物理课程标准明确提出，高中物理教学旨在进一步提高学生的科学素养，从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个方面培养学生，使学生通过高中物理的学习逐步养成和树立科学方法、科学态度、科学思维习惯、科学世界观，引导学生认识科学和技术的差别、科学技术对社会的影响、技术对环境的影响，强调认识和领悟科学的本质、科学与人文的关系，培养学生的社会责任感，等等。物理学史集中体现了人类探索和逐步认识物理世界的现象、特性、规律和本质的历程。在高中物理中加强物理学史教育，展现历史上物理学家探索物理世界奥秘的艰辛历程，以其中的欢乐、困惑、惊奇和哲理去感染学生，把物理知识的逻辑展开与物理学认识的历史发展有机结合起来，将物理教学过程设计成是把“凝固的文化激活”的过程，把文化传播和学习转化成为历史上的创造者与今天的文化学习者之间的对话，可以让学生以物理学家认识世界的本来面目去认识世界，确立物理学的历史意识，在获得物理知识的同时，全面提高科学素养。
1.物理学史的教学可激发学习兴趣，培养良好习惯，树立献身精神。
学生对学习有了兴趣，才能表现出学习的自觉性、主动性，才能在学习中发扬开拓和探索精神，以顽强的毅力去克服学习中遇到的困难。这就要求我们不仅要把日常生活、生产劳动中发生的现象、问题与教材紧密联系起来，使学生认识到学习的现实意义，而且要把历史引入教学中，把科学理论的建立、科学发现的过程、科技发明对人类社会发展的贡献用生动事例展示给学生，并通过了解物理学家的生平，各学派间的争端，以及尚未解开的物理课题来激发学生学习物理的兴趣，让学生从中学习到物理学家严谨的科学态度和科学的思维方法，不断提高自身的科学素质，养成良好的学习习惯，变被动学习为主动获取知识。例如，阿基米德在浴盘里发现了浮力定律，牛顿从苹果落地的现象中发现了万有引力，瓦特因发现烧水壶的壶盖被沸腾的开水所掀动而发明了蒸汽机，奥斯特在上课实验时无意中移动了小磁针而发现了电流的磁效应，等等。对这些科学史事的学习，消除了学生对科学研究的神秘感，拉近了科学家与学生的距离，激励他们把对科学家的崇拜转化为刻苦学习的动力。
同时，通过对物理学史的回顾，学生能消除对已有物理知识来源的神秘感，了解科学技术发展的过程，懂得任何一个定律的发现和理论的建立既与社会生产力密切相关，又受到物理学发展内在规律的制约，任何一部分物理知识的获得都离不开实验，可靠的、精确的、可重复的实验是物理学中决定一切的基础。因此，了解物理学史可提高学生进行科学创造的自信心和自觉性，这对于培养学生实事求是的科学态度和创造力有着十分重要的意义。同时，物理学史中有许多科学家为真理献身的动人事迹，如伽利略为宣传哥白尼的“日心说”而被教会终身监禁，利赫曼为引雷电而捐躯，居里夫人为研究放射性元素而付出了巨大的牺牲，等等。这些科学家不畏艰险，不惜生命，不慕利禄，不惧权威，追求真理的高尚品质，有利于培养学生实事求是的科学态度、献身科学的探索精神，为以后的学习和研究打下良好的基础。
2.物理学史的教学可让学生知道各知识的来源，培养学生实事求是的素养。
物理学的知识，主要是指物理概念和物理规律，最核心的是物理概念。在物理教学中，教师比较重视由观察、实验得到的事实依据，为建立物理概念提供必要的感性认识。但学生仍会为一些新概念、新观念的不理解而烦恼，此时若能在此基础上增加一些相关的物理学发展史实，让学生了解这些物理学概念逐步形成的历史，使逻辑性和历史性相结合，则更有利于学生对概念全面正确的理解和领悟。
例如关于惯性概念，调查发现有些学生虽然能将其定义倒背如流，但仍不能掌握它，用它来分析解释生活中有关惯性的现象和问题。倘若我们从这一概念产生的历史出发，从亚里士多德的“强迫运动定律”，到伽利略的“理想斜面实验”，再到笛卡尔的“惯性原理”，最后到牛顿的“第一运动定律”，在回顾惯性概念的形成过程中，使学生头脑中的观念不知不觉地发生改变，从而纠正原有思维中的错误，这比直接从现象和概念出发不但要生动得多，而且印象深刻得多。
又如关于匀变速运动概念，在教学中可渗透意大利物理学家伽利略对变速运动的研究历史，他设想最简单的变速运动速度应是均匀变化的，怎样才算速度均匀变化呢？伽利略考虑了两种可能：一种是速度的变化对位移来说是均匀的，即“任意相同位移内速度的增量相同”，描述速度变化快慢的加速度a=△v/△s；另一种是速度的变化对时间来说是均匀的，即“任意相等时间内速度的增量相同”，描述速度变化快慢的加速度a=△v/△t。他随即发现了第一种假设是错误的：假设物体在落下第一段距离后已得到某一速度，那么在落下的距离加倍时，速度也应该加倍。果真如此，则物体通过两段距离所用时间将和通过一段距离所用时间一样。也就是说，通过第二段距离好像不必花时间，这显然是荒谬的。这一引入可加深学生对加速度概念的理解。
3.物理学史的教学可增强学生对所学知识的怀疑和批判精神，培养创新能力。
物理学发展的历史向我们显示了这样一条真理：有条件、有怀疑地思考，即力求以发展、变化、联系的思想为标准来裁决和审视一切科学假说与科学理论，不迷信权威，这是科学能不断向前发展的动力。然而在现实的物理教学中，在纷至沓来的新概念、新术语、新公式、新定律面前，学生逐渐形成了这样的观念：这就是真理，学习它、记住它。久而久之，历史性的、进化着的科学理论被神圣化、教条化，学生不知道这个理论从何而来，为什么会是这样。这种以灌输为目的的教学剥夺了学生的怀疑和批判精神致使大多数学生对科学家和科学理论永远怀着一种崇敬心情，这种心情扼杀了学生发现问题、提出问题的积极性，从而抑制了学生的科学精神和创新能力的培养。
在物理学发展的进程中，有许多史实向我们表明，物理学家的批判精神，是促使物理学向前发展的动力，如伽利略对亚里士多德的怀疑和批判，推翻了错误的落体定律和“强迫运动定律”，得出了“惯性定律”，为牛顿力学的建立打下了理论基础；爱因斯坦抛弃了牛顿的绝对时空观，得出了相对论；普朗克否定了传统的能量是连续的观点，得出了量子论……在物理教学中渗透这些物理学批判性发展的精彩事例，能促使学生养成独立思考的习惯，提高善于提出科学问题的灵性和聪慧，使他们的思想沉浸在好奇之中，永不闭塞怀疑的目光。
在物理教学中渗透物理学史教育，还能够使学生深刻认识物理学理论的发展、变化过程，体验到科学理论不是一成不变的，它是不断发展的、进化的。没有任何一个物理学理论可以被看作是最终完满的，因为它的内容的有限性总是和可能观察到的无限丰富多样性相对立的，人们在一定条件下的物理学认识只能是近似的、相对的。这种有意识地对学生进行辨证唯物主义真理观的教育，能清除学生对物理学知识绝对化、僵化的理解，也可以防止学生不加限制地机械搬用物理定律、公式去解决问题。
4.物理学史的教学有助于对学生进行爱国主义教育有助于学生树立辩证唯物主义观点。
我国是世界四大文明古国之一，在物理学的理论和实践有着辉煌的成就。例如，在理论著作方面，《墨经》中有对力学、光学的论述；《天工开物》中有关于简单机械的记述；《梦溪笔谈》中有对磁角的论述，《论衡》中有关于简单电现象的记述《考工记》中有关于工程技术、声音传播的记载，等等，在当时都是遥遥领先于世界，就是在今天仍有参考价值。在实用技术方法，更是举不胜举。指南针、地球仪、浑天仪、船闸、石拱桥、火箭等，都是我国最早发明的。教学中结合教材内容，介绍我国在物理学方面对世界的杰出贡献，可以使学生了解祖国古代灿烂文化，激发民族自尊心和自豪感。
物理学发展的历史表明:物理学的发展与人类哲学理论的发展有着极为特殊的密切关系，在中学物理教学内容中，概念、定理、定律充满了辩证唯物主义内容。在教学中，有意识地用辩证唯物主义观点去分析物理学发展历史，阐明概念、规律，结合物理学特点，进行物质第一性、物质的运动性和对立统一、量变与质变、否定之否定规律的教育，可以使学生从中领会其中所包含的辩证唯物主义观点。例如在介绍爱因斯坦的相对论时，我们就可以把“新生事物不可战胜”这一哲学观点渗透进去；讲到万有引力定律时，可将“物质是普遍联系的”这一哲学观点渗透进去。
总之，在高中物理的教学中，有目的地渗透物理学史，既能使学生历史地、客观地学习科学知识和进行创新，又能使学生正确理解人和自然的关系，正确理解人与社会的关系，并产生热烈的感情，形成对美和善的辨别力和追求热情，发展独立思考和独立判断的能力，使心智得到和谐发展，激发内心潜能，树立崇高的社会责任感和爱国主义情怀。
参考文献：
［１］郭奕玲，沈慧君.物理学史.清华大学出版社.
［２］谷世义.物理学史简编.天津科学技术出版社.
［３］陈毓芳，周延肃.物理学史简明教程.北京师大出版社.
［４］谢邦同.世界经典物理学简史.辽宁教育出版社.
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