运用物理学史培养学生的情感态度和价值观
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作者: 何晓刚
摘要: 新课程强调在物理教学过程中加强对学生情感、态度和价值观的培养,物理学史作为科学研究过程中点点滴滴的记录,可以有效地实现这一目标。
关键词: 物理学史情感态度价值观
《普通高中物理课程标准(实验)》在课程目标中提出:教师要促进学生增强好奇心与求知欲,提高科学探索兴趣,有坚持真理、勇于创新、实事求是的科学态度与科学精神[1]。教师有效利用物理学史料中物理学家们屡败屡战的创造过程教育广大学生,可以培养学生积极向上的科学态度和正确的价值观,增强物理教学的趣味性、启发性和思想性。
1.培养学生学习物理的信心和兴趣
在课程中引入适当的物理学史料不仅可以使学生了解物理世界的奇妙,激发他们学习探究的兴趣,而且可以通过物理学家百折不挠,勇于创新的科研历程,坚定他们学习物理的决心。
例如:牛顿第一定律是牛顿力学体系的重要组成部分。在学习这一内容时,学生可能受到日常现象的影响,难以理解“运动不需要力来维持”。教师可以通过历史上人类对力和运动的认识过程来培养学生的学习兴趣并使其坚定学习物理的决心。古希腊著名的哲学家亚里士多德基于日常现象,认为“运动需要力来维持”,后来著名物理学家伽利略对亚里士多德的理论提出质疑并提出了自己的猜想,他认为,物体的“运动不需要力来维持”。但是,伽利略在他所处的时代要验证自己的猜想有很多困难,因为自由落体运动很快,没有现代的设备,例如快速照相机之类,就无法对它进行详细研究。因此,伽利略决定“冲淡重力”,使一个球在斜面上滚动。斜面越陡,球滚得就越快,而在极限的情况下,球就无法沿着斜面滚动而做自由落体运动,做这个实验的主要困难是测量球走过不同距离所需要的时间。伽利略解决的办法是用“水钟”,通过从一个容器底部附近打开的小口流出的水量来测量时间[2]。通过这一内容的教学,学生认识到即使伟大的科学家也会在进行科学研究的过程中遇到很多无法预料的困难,但是他们毫不畏惧,创新地提出解决办法,以证实自己的猜想,从而增强了学习物理的兴趣和面对困难时解决问题的决心。
2.培养学生脚踏实地的学习态度和严谨作风
物理学史记载着物理学发展历史上众多科学家研究过程中的点点滴滴,以及他们脚踏实地的态度和严谨的工作作风。正是因为有这样的科学态度和工作作风,他们才在科学领域取得了举世瞩目的成就。
例如:丹麦著名天文学家第谷为了研究天文,依靠自己设计的仪器,在长达二十年的时间里不畏辛苦地进行天文观测,得到了一张标有777颗星位置的星表,位置测量的精确度1-2弧分,更为重要的是,这些测量结果是在一个长时期内连续重复作出的,并评估了观测中的误差[3]。在1601年去世前,第谷把毕生观测到的资料都赠送给了他的助手,德国天文学家开普勒,并且告诫开普勒一定要尊重观测事实。对照第谷大量的观测结果,开普勒发现哥白尼的圆形轨道和第谷的观测数据不符合,这些差异迫使开普勒放弃了圆形轨道。这个差异是很小的:火星的路径在太阳的一边比另一边只长8弧分。但开普勒对第谷数据深信不疑,他宁愿放弃对托勒密圆周运动观点的信念而不是怀疑第谷的数据[4]。经900页的计算后他走出了大胆的一步:放弃圆形轨道,并经过努力发现了开普勒行星运动三大定律。他曾经说:“感谢上帝赐给我们第谷这样的天才观测者,这8弧分的误差是不应该忽略的,它是我走上改革天文学的道路。”可见,脚踏实地的工作作风和严谨的科学态度对科学研究的重要作用是不可或缺的,科学家的科学态度和工作作风对学生的态度养成的积极作用也是显而易见的。
3.应用物理学史加强对学生爱国主义教育
中国古代对物理知识的认识历史十分悠久,内容也非常丰富,与古代科学技术发展密切相关,形成中华民族的传统特色。教师介绍中国的物理学发展史,可以增强学生的民族自豪感和爱国主义情怀。
在西方自然科学诞生以前,中国的科学技术在各个领域都居于世界领先地位。例如:在理论方面,早在春秋时期我国就有了《周易》一书,它是我国集哲学、自然科学、社会科学、一书领域于一身的最重要的经典著作之一,在世界上具有重要影响。德国数学家莱布尼茨对中国三千年前的古老文化惊叹钦佩不已,据说他曾要求加入中国国籍,并在德国法兰克建立了一所中国学院。王夫之在《张子正蒙注》一书中列举了燃烧、汽化和升华三种状态变化的实例,生动论证了“生非创有,死非消灭”、“聚散变化,而本体不为之损益”的物质不灭思想。墨家传世著作《墨经》对时空观、运动观和光学都有很多论述。比如《墨经》指出:“久,有穷、无穷。”就是说具体一段时间是有穷的,整个时间的绵延则是无穷的。春秋末年齐国人著作《考工记》记载了许多使用的力学与声学知识,是我国古代一部技术知识的汇集。另外还有《天工开物》中有简单机械的记述,《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,这些成就在当时都是遥遥领先的。
学生通过学习中国古代的物理学重大成就,会增强民族自豪感和爱国主义情怀,并在以后的学习过程中,自觉地树立为中华民族崛起而读书的决心。
4.引导学生科学、辩证地看问题
物理学的每一个概念、定律和理论的建立过程都有一个萌芽、形成和发展演化的曲折历程。但是在大量的教科书中,人们对物理学认识的历史痕迹被擦拭殆尽[5]。教师通过物理学史内容的渗透,能使学生自然地掌握辩证唯物主义理论,摒弃错误的世界观。
例如:通过对力和运动关系的学习,学生会认识到在科学理论建立的过程中经历了许许多多难以预料的困难,但是,科学依然在快速地不断向前发展。通过学习天体运动认识的演变过程,学生会认识到世界是客观存在的,创造世界的“神”是不存在的,天上和地上的物理规律遵从同样的物理定律,它们是统一的。通过对爱因斯坦狭义相对论对经典力学理论的颠覆的学习,学生会明白任何真理都具有相对性。通过对参考系的学习,学生会明白运动是绝对的,静止是相对的,世界上没有绝对一成不变的事物,它们都是不断发展的。通过介绍历史上300年来光的波动说与光的粒子说之争,学生会体会到用辩证法观点看待事物,处理问题的重要性,并加深对辩证唯物主义三大定律之一――否定之否定规律的理解。
物理学史把大量的史料从起源到现在的发展过程概貌整理出来,揭示出物理学进展的历史足迹和科学家探究真理的过程,对学生自信心和兴趣、学习态度和作风、爱国主义精神和民族自豪感与辩证看问题态度的培养具有重要作用。
参考文献:
[1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准(实验)[S].北京:人民教育出版社,2003:8.
[2]乔治・伽莫夫著.物理学发展史[M].北京:商务印书馆,1981:38.
[3]P.M.功德哈勒卡尔.抓住引力――探索运动定律和引力的艰难历程[M].北京:中国青年出版社,2007:38.
[4]P.M.功德哈勒卡尔著.抓住引力――探索运动定律和引力的艰难历程[M].北京:中国青年出版社,2007:46.
[5]申先甲.物理学史・序言[M].南京:南京师范大学出版社,2005:1.
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