浅论在物理教学中渗透物理学史教育的必要性

来源:用户上传      作者: 夏娟

　　摘 要： 本文从引导学生思维和展示物理美学方面论述了在高中物理教学中渗透物理学史的必要性。
　　关键词： 物理教学 物理学史教育 思维方法
　　
　　中学物理教材中的概念、规律和理论，既是人类认识的结晶，具有知识的价值，同时又无不铭刻着人类思维的印记，具有思想文化价值。如果我们在进行物理知识教学的同时能把浓缩于其中的“知识的逻辑和理性组织进程（科学史）”（皮亚杰语）重现，让学生沿着前人思维活动的足迹，从中体验和学习科学思维方法，那无疑是交给学生一把打开思维宝库的钥匙。
　　物理学史教育，并不是把科学史作为一种知识附加在科学教学内容上，以讲故事的方式进行。应该突出两个最主要的方面：（一）物理学的思维方法和物理知识产生的过程；（二）物理学所展示的物质世界的美。
　　爱因斯坦曾经说：“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。”物理学发展的历史告诉我们，在物理学的历史舞台上，有不少善于思考的思维巨人，他们在曲折崎岖的科学征途上所具有的独特的思维方法，是十分值得后来者借鉴与学习的。因此，在物理教学过程中，应该将介绍物理学家研究问题的科学思维方法（包括实验方法和理论思维方法）同培养学生的科学态度、启发学生思考、发展学生的思维能力结合起来，以教材中的物理学知识和知识发展的历史进程中所蕴含的科学思维方法为基础，有机地渗透有关历史、社会和哲学等方面的内容，依据学习目标和学生发展水平，使科学学习的过程变为科学探究过程。这样学生不仅可以学习到物理课程中的概念、规律、公式、定理等知识性的东西，而且可以从中体验和学习科学思维方法，使学生认识到物理学知识的发展也受到社会因素和个人因素影响，知道科学知识并不仅仅是靠积累得来的，它是物理学发展不断渐变和不断革命的结果，从而使学生建立起“开放的”知识观和较为完整的物理学知识体系。
　　理论的形成过程始终具有一种特殊魅力。如，在讲解玻尔的原子理论时，我们就必须介绍玻尔是怎样在已有的光谱实验的事实和规律，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，准备跟随卢瑟福从事实验研究。卢瑟福发现了玻尔具有非凡的理论才能，便建议玻尔去从事理论研究。1912年秋，玻尔带着从理论上探索卢瑟福的原子模型、阐释原子光谱辐射机理的问题回到了哥本哈根。玻尔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，而以光的量子学说作为探索的门径。电子如太阳系的行星从一个很大的轨道无能运动到较小的轨道。玻尔正是从这些推理想象中提出了关于氢原子模型的两条假设。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，提出的另一假说，即电子在定态轨道上运动时应满足的量子化条件，根据这个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。这样讲述物理理论是怎样建立的，不仅使学生易于理解和掌握玻尔的理论，而且学生会从玻尔敢于第一次把量子论应用于原子领域的科学胆略和他那严谨的治学态度、严密的思维方法中受到教益，发展自己的推理能力和想象能力。
　　在物理教学中实施美育是教育方针的要求。物理学方法论告诉我们：通过物理知识本身的美来实施美育是必要的途径之一。我们可以让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，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。物理学家对宇宙呈现的简单性具有强烈的信念，他们采用“宁可寻求简单”的逻辑与方法来研究物质世界。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世界中把研究对象一一分割，抽象出最简单的物理模型，诸如质点、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。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。在采用数学工具方面，以简洁而严谨的函数关系或明快而准确的数学图线来描述错综复杂的物理现象，在整个物理学研究中更比比皆是。物理学家还追求宇宙结构的对称性和物质运动的对称性。物理公式、定律表达方式，对称性的反映更是不胜枚举的。例如，电磁学中静电力的平方反比定律公式就是追求跟万有引力平方反比定律的对称而获得的。再如，麦克斯韦出于对称美学原理根据电磁的对称性，在没有任何实验支持的情况下，在安培定律中平添了位移电流矢量项，经后人两次简化，即从一个概念、一个命题或一个理论中反映出来的对称性。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。
　　
　　参考文献：
　　［１］吴国盛.科学的历程.北京大学，2009.

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