物理學史融入中學物理教學的作用

［摘 要］物理學是關于自然界最基本的物質(zhì)運動形態(tài)的科學。在推進人類對自然的觀察和認識中，物理學不斷擴大著人類的視野，深刻地影響著人類的見解。物理學史是人類對自然界各種物理現(xiàn)象的認識史。它揭示物理學研究內(nèi)容的不斷擴展和深化，以及伴隨著的物理學方法的不斷演進。本文對物理學史融入中學物理教學的作用進行了闡述。

［關鍵詞］物理學史 物理教學

［中圖分類號］G424 ［文獻標識碼］A ［文章編號］1009－5489(2008)05－0081－02

一、物理學史研究的內(nèi)容及學習物理學史的意義

物理學的發(fā)展，經(jīng)歷了萌芽時期、經(jīng)典物理學時期和現(xiàn)代物理學時期。自從16世紀物理學從“自然析學”中分離出來，成為一門獨立學科之后，其研究領域就不斷開拓著，形成了力、熱、電磁、光、原子核物理、相對論、量子力學、粒子物理學等基礎物理學部分(高中物理新課本涉及到以上每個部分)。每個基礎部分又產(chǎn)生若干新的分支。一些基礎部分，隨著跟其他學科的相互交叉和滲透，又生成許多跨學科的新分支。同時，物理學的研究方法也在不斷發(fā)展和提升。實驗方法、數(shù)學方法、假設方法、理論概括方法以及統(tǒng)計方法，都有長足的進步。科學想象、理想實驗、創(chuàng)造性思維等方法，對現(xiàn)代物理學的創(chuàng)立和發(fā)展起到了重要作用。

無疑，物理學史是物理科學和社會科學綜合交叉的產(chǎn)物。研究物理學史既有利于提高科學素養(yǎng)，也有利于提高人文素養(yǎng)。可見，在高中階段，在學生學習物理知識的同時，任課老師適當?shù)厝谌胛锢韺W史，不僅豐富了教學內(nèi)容，深化了對學生素養(yǎng)的教育，更對學生今后的發(fā)展有著深遠的意義。要真正貫徹物理課標，做到學好和教好新物理課程，必須大力地把物理學史融進物理教學之中。

二、物理學史融入中學物理教學的功能分析

當人們試圖把物理學史賦予物理教學中時，首先遇到的問題是很少有人把物理學史與物理知識作平等的東西看待。教師們自覺不自覺地認為物理教學的目的就是傳授物理學知識，物理理所當然地占據(jù)中心地位；引入物理學史只是為了增加興趣和幫助理解，僅此而己。特別在教育“以人為本”，“以學生的發(fā)展為本”的今天，我們物理教師必須重新認識物理教育的真正意義，必須重新認識物理學史的教育功能。我們對物理學史的教育價值，不能僅僅停留在它是科學知識教學的“糖衣”的粗淺層次的理解上，我們要挖掘教育的深層次教育功能。物理學史蘊涵著豐富的文化價值和精神則富，有助于學生理解科學的本質(zhì)，把握科學發(fā)展的歷史，陶冶情操，樹立學習物理科學的信心。人們把物理學史融入物理教學，對物理學史的認識傾向于對學生學習物理的興趣和積極性上的考慮，而對物理學史的更深層次并沒有進行挖掘。我們把物理學史融入高中物理教學的研究，首先應該對其教育功能深入分析。一般認為物理學史只會對提升人學習物理的興趣，或者作為物理課堂的“糖衣”，殊不知物理學史對培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)具有及其重要的作用。學生學習物理，不僅是學習物理知識，最重要的是加深對科學的理解，提高生活的質(zhì)量。

科學教育要應該交給學生科學的本質(zhì)是什么，這也是重要的。物理應該為學生理解科學的本質(zhì)起到作用。現(xiàn)代的科學本質(zhì)觀受建構主義的重大影響，正在發(fā)生深刻的變化。納斯鮑姆認為當今科技哲學思潮的主流是建構主義，其中波普爾和庫恩更是建構主義的早期代表人物。建構主義否定知識的客觀性，主張科學的本質(zhì)即科學探究。而把科學知識作為科學活動的產(chǎn)物，是一種可變的東西，不能體現(xiàn)科學的真正本質(zhì)。“科學的本質(zhì)不在于己經(jīng)認識的真理而在于探索真理”，“科學本質(zhì)不是知識，而是產(chǎn)生知識的社會活動，是一種科學生產(chǎn)。”

建構主義強調(diào)科學的本質(zhì)即科學探究。Collette和Chiapetta認為科學本質(zhì)的范疇與內(nèi)涵如下：(1)科學是探究自然界的“思考”方式(a way of thinking)；(2)科學是一種“探究”的方式(a method and a way of investigation)；(3)科學知識具有動態(tài)性本質(zhì)與暫時性本質(zhì)但是在學校科學教育領域內(nèi)，我們要教給學生的科學性質(zhì)的內(nèi)容應該涉及：科學知識的確定性；依靠證據(jù)；可重復性；科學方法與批判性思維；假說與預測；創(chuàng)造性；科學與提出問題；科學史、科學與社會的關系；科學知識的相對真理性；科學與技術的關系。但是傳統(tǒng)的物理教學，只是對物理知識和規(guī)律的教學，一切都被看成“真理”，學生很難在這樣的課堂上建構起合理的科學本質(zhì)觀。我們通過把物理學史融入物理教學，以改良今天我們的學校教育，讓學生在物理科學的發(fā)展過程中，體會科學發(fā)展的真實，感悟真正的科學本質(zhì)。科學的任務是探索未知，科學素養(yǎng)終將在獲取知識的能力上反映出來。科學知識雖然并不等于科學素養(yǎng)的全部內(nèi)涵，但沒有科學知識也就談不上科學素養(yǎng)了。融會貫通的知識是科學素養(yǎng)的基礎和載體。不過，僅僅掌握住有關內(nèi)容和理論事實、定義、結論、公式和計算方法，還不等于理解知識的深刻本質(zhì)和豐富的內(nèi)涵。現(xiàn)有的物理知識都在人類與物理世界的長期對話中，經(jīng)過無數(shù)的曲折和反復、抽象、概括而獲得的，對現(xiàn)有知識的歷史考察，可以把發(fā)現(xiàn)的本質(zhì)放在更真實的背景下，使學生真正懂得它們的本質(zhì)，并得到超過定律和公式的許多啟示。物理學史中對有關物理概念、規(guī)律的內(nèi)容，能讓學生真正認識物理學知識的相對性、動態(tài)性。因為科學的主體并不是它所獲得的知識的多寡與深度，更重要在于“探索”。物理教科書中的物理知識是靜止的凝固的知識，而科學是不斷向前發(fā)展的。作為科學教育的主要途徑的物理教學，應該讓學生理解物理學是發(fā)展的、動態(tài)的。建構主義心理學告訴我們，知識是建構的、情景化的。學生學習知識的過程就是知識建構的過程，每個人在學習時在大腦中都要對知識進行重新建構，形成自己的知識，以納入自己的認知結構體系。對物理學理論的全面理解，包含著物理學理論發(fā)展的動態(tài)性及能對物理學理論的相對真理性的認識。作為認識歷史的選擇結果的物理學理論，都包含著對與錯，真與假的雙重因素，包含有大量未知因素，不可能完美無缺。在教學中作必要的歷史回顧，會使學生從知識的更替演變中認識它的條件性、局限性，認識科學理論的相對真理性。亞里士多德的“重物先落地”理論在漫長的中世紀一直泰為真理，但在1590年，偉大的伽利略用“比薩斜塔”的事實雄辯地證實了亞氏的理論是錯誤的。讓學生了解認識發(fā)展的這一歷史過程，必然會對學生產(chǎn)生深刻的啟迪。

愛因斯坦指出：“在建立一個物理學理論時，基本觀念起了最主要的作用”。物理學理論的發(fā)展，主要表現(xiàn)在物理學基本觀念的演變上。海森伯也指出“一個新的經(jīng)驗領域，總會導致一個新的科學要領的體系產(chǎn)生出來；而每一個新概念體系的發(fā)現(xiàn)，實際上等于發(fā)現(xiàn)了一種新的思想方法。”不同的物理學基本觀念，描繪出不同的物理世界圖景。所以，每一次物理學理論的變革，都使人面對一個嶄新的物理世界。物理學上每一個重大的發(fā)展，總是以物理觀念、物理思想的突破為先導和基底的。例如：在牛頓時空觀中，絕對空間和絕對時間是完全離開物質(zhì)獨立存在的。牛頓的絕對時空一開始就受到他同時代人的反對，其中包括萊布尼茨、以及稍晚一些時候的貝克萊主教等人。萊布尼茨，堅持空間概念來自并存的各物體之間的關系，他斷然拒絕與物質(zhì)相分離的空間概念。他指出：絕對空間純粹是為了達到某種目的制造出來的，是無意義的。十九世紀后半葉馬赫在他的《力學及其發(fā)展歷史批判概論》中，對牛頓的絕對時空和絕對空間概念提出尖銳的批評。他說：“如果我們立足于事實的基礎上，我們就會發(fā)現(xiàn)自己只知道相對的空間和運動，絕對時間是一個沒有用處的形而上學的概念”。馬赫從事物相互聯(lián)系的角度分析了牛頓的時空觀，他指出：“我們不應當忘記所有的東西之間都有不可侵害的聯(lián)系，它們組成我們所說的自然的一部分。一種運動，只能相對于另一種運動說來是勻速的，而一種運動自身是否勻速的問題，是毫無意義的。一切運動都是相對的，同“絕對空間”相聯(lián)系的慣性系、慣性質(zhì)量、慣性力等都是無數(shù)遙遠天體對一個物體作用的結果。”馬赫的這一觀點對后來愛因斯坦創(chuàng)立相對論起了積極的作用。愛因斯坦的狹義相對論的時空觀是時空觀發(fā)展史上的一次大變革，把原來認為毫無聯(lián)系的時間、空間和物質(zhì)的運動密切聯(lián)系起來了，揭示出了它們之間的依賴關系；把原來認為獨立存在的時間和空間密切聯(lián)系起來，并目揭示了它們之間聯(lián)系的具體形式；狹義相對論表明了時空的相對性與絕對性的辯證統(tǒng)一。愛因斯坦自1905年關于相對論的第一篇論文問世后的短短幾年間，就把狹義相對基本理論推廣應用到物理學的各個領域，取得一系列杰出的成績，建立了相對論物理學的基礎。

將這些歷史實例引入教學，將會使學生深刻理解物理學理論范式的變革與物理這基本觀念的轉(zhuǎn)變的一致性，認識到物理中的各個理論體系，都有其相應的基本觀念和思想方法，它們是有著本質(zhì)的差異的。因此，每當學習一個新的理論的時候，必須改變自己的思想觀念和思維方法。通過對物理學史的學習，學生會站在一個新的高度重新認識物理科學，思考我們這個物質(zhì)世界，真正理解科學的本質(zhì)。

［參考文獻］

［1］申先甲：《應用物理學史革新物理教育》，《北京師范學院學報》1989年。

［2］閻金鐸著：《科學教育研究》，安徽教育出版社2004年版。

［3］袁維新：《科學的本質(zhì)與科學本質(zhì)教育》，《課程#8226;教材#8226;教法》2004年7月。