物理學史教育在中學物理教學中的作用報告
物理學史教育在中學物理教學中的作用報告
物理學史是研究物理學發展的學科，它是物理科學體系中重要的組成部分。物理學史教育是通過傳授物理學史方面的知識，培養學生科學意識、科學精神及科學方法等多方面品質的過程。在教學活動中深刻體會到，物理學史教育是中學物理教學中不可缺少的組成部分。尤其在全面推進素質教育，實施課程改革的今天，對發展中學生綜合素質提出了更高的要求，物理學史的教育功能則更加明顯。但是由于缺乏物理學史教育的研究，妨礙了它在發展中學生綜合素質方面的作用，影響了中學物理教學質量的提高。為此，在總結教學經驗的基礎上，對物理學史教育在中學物理教學中的重要性、可能發揮的作用以及加強物理學史教育的途徑，做了初步的研究。
一、加強物理學史的教育，實現中學物理教學目的
隨著中學全面推進素質教育及“跨世紀素質教育工程”的啟動，對中學生應具備的基本素質提出了更高的要求。為了迎接新世紀人才競爭的挑戰，為了適應知識經濟時代的特點，他們需要多方面的、綜合性的心理品質。科學素質就是其中重要的組成部分。科學素質是由科學意識、科學精神、科學知識、科學方法與行為等要素組成。科學意識是指對科學本質及價值的正確認識，表現為對科學的積極態度，如對科學的信任、依賴、追求等。科學精神是指科學家進行科學探索的積極心理狀態，其核心是實事求是的工作態度、探索創新的思想。科學知識，是指反映客觀世界的知識體系，如物理、化學等等學科知識。這里所說的科學方法，主要指科學思維方法，它在一定程度上具有方法論的意義，大多蘊含在科學探索的過程中。科學行為是指受科學思想意識支配表現出來的外在活動，對于中學生來說，主要指在生活和學習活動中科學的習慣和方式。從目前中學學科設置的情況看，培養中學生科學素質的任務，主要由物理、化學、生物等理科教學承擔，其中，物理教學的責任最重。顯然，培養中學生的科學素質，已成為現代中學物理教學不可推卸的責任，因而成為重要的教學目的之一。為了實現這一教學目的，需要進一步研究物理教學中影響科學素質發展的因素。描述了構成科學素質的各要素與中學物理教學內容各組成部分之間的關系。一個人的科學意識、科學精神、科學方法和行為等大部分科學素質要素，都要建立在對科學及科學發展過程了解的基礎上，才能逐漸形成，這些都與物理學史教育有密切關系。通過物理學史教育，可以培養學生科學的思維方法、創造性的思維能力，激發追求真理、獻身于人類文明進步事業的精神。所以，為了實現現代中學物理教學目的，必須加強物理學史教育。
物理學史中就有許多催人淚下的事例。比如：M．居里由于長期從事放射性研究得了白血病逝世，為科學獻出了寶貴的生命；利赫曼為引雷電而捐軀；法拉第舍棄榮華富貴，幾次拒絕接受封爵而甘“平民法拉第”；布魯諾為捍衛日心說犧牲在羅馬鮮花廣場的熊熊烈火之中；伽利略為捍衛日心說受到羅馬教皇殘酷的迫害和折磨，但他沒有放棄對真理的追求，年近七旬又體弱多病的伽利略被迫在寒冬季節前往羅馬，跪在冰冷的石板地上接受羅馬宗教裁判所的審判，先是被判終審監禁，后又改為在家軟禁，精神和肉體上的折磨仍然沒有動搖他的信念，直到1642年1月8日病逝。300年以后的1979年羅馬教庭才為他公開平反昭雪。科學家可歌可泣的獻身精神對我們現代人應該有所啟發。
伽利略認真讀過亞里士多德的《物理學》等著作，認為其中許多是錯誤的。伽利略依靠工匠們的實踐經驗與數學理論的結合，依靠他自己敏銳的觀察和大量的實驗成果，通過雄辯和事實，粉碎了教會支持的亞里士多德和托勒密思想體系兩千多年來對科學的禁錮，在運動理論方面奠立了科學力學的基石（如速度、加速度的引入，相對性原理、慣性定律、落體定律、擺的等時性、運動疊加原理等）。二十世紀最偉大的自然科學家愛因斯坦，被稱為“物理學革命的旗手”，就是因為他在科學的道路上不斷創新，創立了一個又一個嶄新的理論體系。1905年3月他發表了論文《關于光的產生和轉化的一個推測的觀點》，提出了光的量子論，歷史上第一次揭示了微觀客體的波動性和粒子性的統一，即波粒二象性；1905年6月他寫了一篇開創物理學新紀元的長論文《論動體的電動力學》，完整的提出了狹義相對論，解決了十九世紀末出現的古典物理學的危機，推動了整個物理學的革命。之后愛因斯坦并不感到滿足，不懈的創新精神促使他在真理的道路上進行艱難曲折的探索，到1916年3月，他寫了一篇總結性的論文《廣義相對論基礎》，宣布了廣義相對論的創立。
通過物理學史的教育可以培養學生熱愛科學、獻身科學的精神，可以培養學生的創新精神，對實施素質教育具有重要意義。
二、凸現物理學史教育的功能
物理學史是研究物理學發展歷史的科學，把它真實記載描述了物理科學形成發展的歷程，解釋與分析了歷程的形成背景與規律，包含物理科學知識體系逐步成熟發展的過程，包括科學家們探索追求真理的事實與故事，和物理新課程的過程與方法，情感、態度與價值觀有機結合起來。充分利用物理學史中蘊藏著科學家──人，研究過程──事，研究成果──知識體系等多方面的教育資源，對學生的教育價值是巨大的。因此，中學物理教學中不可能進行完整的物理學史教育，只能從中選取很少部分內容。盡管如此，它仍具有多方面的教育功能，主要有以下幾個方面：
1．進行科學方法論教育的功能
物理學史可以提供豐富的物理科學發展的史料，將物理概念、定律的歷史發展過程展現給學生，使之熟悉科學家發現規律的思維過程和科研方法，并從科學家的成功中得到啟示。從長遠意義上講，學生掌握這些內容比學習物理知識、技能更為重要。學生在學習過程中不斷接受科學方法教育，潛移默化地培養科學的思維模式。例如，在“自由落體運動”的教學中，圍繞歷史的發展提出問題，進行物理學史教育。以此幫助學生揭示出科學探究的一般程序：提出問題──猜想與假設──制定計劃與設計實驗──進行實驗與收集證據──分析與論證──修正推廣。使學生從中領略到什么是科學探究，科學家是怎樣用科學方法進行研究的，受到科學的思維方法的熏陶，有利于學生從“機械學習、被動思考、獲得知識”向“靈活學習、積極思考、勇于探索”轉化，獲得真正的“智慧”。
在物理教學中分析物理學的發展史有助于學生了解各概念、定理、定律的來龍去脈和科學知識的運動過程。例如：在講到力的概念時，從古希臘的亞里士多德，到伽利略、牛頓，循著偉人的研究歷程，從而加深學生對力的概念的理解，在講高二年級“電磁感應”的時候，以奧斯特發現電流的磁效應為線索，向學生介紹人類對磁及電和磁關系的認識過程。通過講解安培、法拉第、楞次和麥克韋等人在揭示電磁關系工作中的艱辛努力和所取得的成果，使學生在有了對電磁發展總體認識的基礎上，加深對教材的理解和對左、右手定則、法拉第電磁感應、楞次定律等關鍵點的把握。
物理教學中涉及的研究方法主要有觀察、實驗、類比、假說、模型等等，這些研究方法對學習物理也具有重要價值。比如意大利物理學家伽利略，1853年在比薩教堂注意到一盞懸燈的擺動受到啟發，用線懸銅球模擬單擺實驗，確證了微小擺動的等時性和擺長對周期的影響；德國物理學家倫琴在進行陰極射線實驗時，注意到放在射線管附近氰亞鉑酸鋇的小屏上發出微光，而發現了X射線（倫琴射線）；1780年伽伐尼在解剖青蛙時偶然發現青蛙腿痙攣而發現了“生物電”；早已膾炙人口的牛頓蘋果落地的傳說，使牛頓從中悟出了地球引力的存在等等，這些事例都說明觀察的重要性。培養學生觀察能力和觀察習慣，可以起到鞏固消化，加深理解的重要作用。比如富蘭克林的風箏實驗：在風雨交加的情況下，利用風箏將大氣中的電收集到萊頓瓶中使其充電，證明了“閃電和靜電的同一性”；比如光的顏色問題，從亞里士多德到笛卡兒都認為“白光是純潔的、均勻的，是光的本質”，而色光只是光的變種，但是他們都沒有象牛頓那樣做過認真的實驗驗證。大約1666年牛頓用棱鏡進行光的色散實驗，終于得出“白光是由各種折射程度不同的彩色光組成的非均勻混合體”；又如伽利略的落體實驗證明了物理下落速度與物體重量無關的重要結論，徹底否定了亞里士多德關于落體運動的錯誤結論。比如荷蘭物理學家惠更斯，就是用類比的方法根據光也象聲波那樣能發生反射、折射，而提出光是一種波動的假說，為光的波動理論奠定了基礎；法國物理學家德布羅意用類比的方法根據光的波粒二象性而推論微觀粒子也具有波動性，提出了物質波的概念；庫侖就是從牛頓的萬有引力定律中得到啟發，把電荷之間的作用力類比萬有引力，推論電力也象萬有引力一樣服從平方反比定律，從而發現了庫侖定律，如果沒有類比的方法，單靠實驗數據的積累不知得到何年何月，才能得到嚴格的庫侖定律的表達式。如在“電勢差，電勢，電勢能”的教學中，可類比為高度差，高度及重力勢能，等等。但是必須讓學生知道類比的局限性，類比得到的結論有對有錯，必須經過實踐檢驗，否則就會造成知識的混亂
2．培養科學意識和科學精神的功能
物理學是研究物質運動一般規律和物質基本結構的科學，是自然科學的重要組成部分，人類只有尊重事實、尊重規律，才能獲得進步。物理學發展史是人類探索自然規律的歷史。通過史料教育學生，可以培養實事求是、嚴謹治學的科學意識。例如，通過盧瑟福的α粒子散射實驗、倫琴射線的發現等生動事例，激發學生對科學家的敬重之情，進而培養學生求實、嚴謹的科學意識與勇于創新的科學精神。從而培養學生學習物理的良好情感、態度與價值觀。
3．進行思想品德教育的功能
在推進素質中，加強思想品德教育是一項重要任務。因此，品德教育應滲透到各科教學中。在物理教學過程中，由于眾多物理學史料中有很多品德教育素材，將品德教育與知識教育有機結合，能夠更好地發揮物理學史的思想品德教育功能。例如，布魯諾為追求真理而獻身；居里夫人命名新元素為“釙”以紀念祖國；富蘭克林冒生命危險做“風箏實驗”。這些科學家的故事對學生有特殊感染力，教育效果非常明顯
三、開發物理學史教育的途徑
當前，加強物理學史教學在培養學生科學素質方面的作用，已經成為中學物理教學改革的重要內容之一，尤其在新課程教學中得到認可。為此必須動員物理教師及教材編寫、研究多方面力量相互配合與協作，構建物理學史教育資源庫，以期達到資源共享。
1．加強物理學史學習，提高教師自身素質
眾所周知，能否發揮教材教育功能的關鍵在教師。同樣，為了有效發揮學史教材的教育功能，物理教師本身也必須具有較高的物理學史素養，這樣他才能在掌握學史知識的基礎上，從認識方法論的角度，把握物理科學的發展軌跡與規律，才能挖掘學史的教育功能。不僅如此，提高學史素質對教師全面理解和把握物理學科的知識體系，提高教學水平，具有長遠的意義。
2．深入研究學史教學的規律，調整物理學史教學內外關系
2學史教學作為一種教學活動，必然有其自身的規律，只有掌握了這些規律，才能自如地進行教學，才能使教學達到預期的目的。學史教學有著多方面的規律，目前需要盡快認識和把握的，我認為有學史教學與知識、技能教學之間的關系；各學史教學內容之間的關系，如科學家故事、科學探索的背景、科學發現過程、方法論等之間的關系；教學中思想品德教育與智育之間的關系等幾個方面。教師對這些關系的認識、協調與處理，既是提高學史教學質量的基礎，也是保證其健康發展的條件。例如，只有當真正解決好物理學史教學與知識、技能教學之間的關系，與過程、方法教學之間的關系，才能保證物理教學質量的全面提高，才能促進學生思想品德、科學素質、智力和操作技能的均衡發展，而不致走向顧此失彼、矯枉過正的偏頗境地，甚至阻礙了物理學史教學的正常發展。
3．廣泛開展學史教學實踐研究，改進教學方法
由于輕視物理學史教學的結果，使目前學史教學方法較為落后，一般僅限于講故事，“貼德育標簽”（即在講完故事后，加上幾句口號）的傳統教學方法，這顯然不符合學史教學目標的要求。為此，必須引導廣大教師重視學史教育，有計劃地組織物理教師在實踐中大力開展學史教育研究，深入分析教材內容，適當補充引入科學史料，積極改進教學方法，達到學科素質教育的目的。目前中學物理教材中學史內容所占比例甚微（僅2%左右），其中內容僅限于科學家故事。因此，教師應進行物理學史教材的分析，適當補充有關科學探索的背景、科學發現過程以及方法論方面的學史材料，挖掘教材的教育功能。同時用現代學習理論為指導，提高學生學習的興趣和能力，促使學生主動學習物理發展歷史，領會科學精神，掌握科學思維方法，培養良好的科學行為。
教學實踐告訴我們，不僅要教給學生現代科技所必需的系統的物理知識，還應教給學生科學的學習和研究方法，科學既是一種人類的知識體系又是人類認識世界的一種方式和探索過程，而通常的科學方法都貫穿在物理學發展的過程中。物理學具有很強的繼承性，許多科學家就是從對本學科的歷史研究中，開始自己的創造活動的，牛頓說過：“如果說我比別人看的遠一點，那是因為我站在巨人的肩上”。不僅牛頓如此，凡是作出重大貢獻的物理學家都是善于批判和繼承的，學習物理學史有助于活躍思維，增強膽識，使學生更自覺地繼承前人的事業，有效地進行學習研究，高中課程設置已將“研究性學習”納入新的課程體系，通過物理學史進行科學方法教育變得尤為重要。綜上所述，把物理學史的知識融于物理教學中，無疑應該具有重要價值，特別是實施新課程改革的今天更是迫切需要的，同時也是切實可行的。
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