對(duì)物理學(xué)史教育功能的再認(rèn)識(shí)

物理學(xué)是一門觀察、實(shí)驗(yàn)和物理思維相結(jié)合的科學(xué);是一門研究物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式最一般規(guī)律且應(yīng)用十分廣泛的基礎(chǔ)科學(xué);是一門定量的精密科學(xué);是一門帶有方法論性質(zhì)的科學(xué)。物理學(xué)的特點(diǎn)決定了它不僅僅是新技術(shù)、新學(xué)科、新思維的原動(dòng)力，而且具有重要的教育和文化價(jià)值。物理學(xué)是迄今為止發(fā)展得最為完善的自然科學(xué)學(xué)科之一，具有結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、理論深?yuàn)W、方法奇特等特征。物理學(xué)始終站在科學(xué)前沿，推動(dòng)技術(shù)的進(jìn)步和創(chuàng)新，極大地影響著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此，在現(xiàn)代教育體系中，物理也成為一門不可或缺的重要學(xué)科。于是，如何讓學(xué)生盡可能多地掌握物理知識(shí)，如何盡可能多地發(fā)掘?qū)W生在物理學(xué)方面的潛力便也成為擺在教師面前的一個(gè)重大課題。

概言之，物理學(xué)知識(shí)主要包括物理現(xiàn)象、物理概念、物理規(guī)律及其應(yīng)用等幾方面。而物理學(xué)賴以形成的物理概念，以及構(gòu)成物理學(xué)基本框架的物理規(guī)律是物理教學(xué)中的重點(diǎn)。在以往的物理教學(xué)中，對(duì)物理學(xué)概念、物理學(xué)規(guī)律的教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)主要是放在講清內(nèi)涵、外延以及相關(guān)概念、規(guī)律間的聯(lián)系與區(qū)別上。這種教學(xué)方法，注重的是教學(xué)的狀態(tài)，著眼的是教學(xué)的結(jié)果，而忽視了教學(xué)的過(guò)程，即忽視了物理概念、規(guī)律的形成和發(fā)展過(guò)程及方式。這不僅不利于培養(yǎng)學(xué)生的正確思維方法，也不利于能力的培養(yǎng)，對(duì)物理概念、規(guī)律的深刻理解也是不利的。比如學(xué)生對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩種量度(動(dòng)量與動(dòng)能)的認(rèn)識(shí)，即使在物理力學(xué)部分學(xué)完之后，也很難有一個(gè)清醒的認(rèn)識(shí)。但若能將歷史關(guān)于這兩個(gè)量的爭(zhēng)論(長(zhǎng)達(dá)半個(gè)世紀(jì)之久)引入教學(xué)，可以使學(xué)生輕松地理解、掌握這兩個(gè)概念，清楚動(dòng)量是以機(jī)械運(yùn)動(dòng)形式來(lái)量度機(jī)械運(yùn)動(dòng);動(dòng)能是以機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為一定量的其他形式的運(yùn)動(dòng)的能力來(lái)量度機(jī)械運(yùn)動(dòng)。也就是說(shuō)，動(dòng)量適用于量度持續(xù)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，沒有發(fā)生運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)化(包括動(dòng)能向勢(shì)能的轉(zhuǎn)化);動(dòng)能則適用于量度消失了的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，以相當(dāng)?shù)钠渌\(yùn)動(dòng)形式的能量出現(xiàn)。還可以使學(xué)生認(rèn)識(shí)到運(yùn)動(dòng)的不滅，不能僅僅從數(shù)量上去把握，而且要從質(zhì)量上去理解，必須從運(yùn)動(dòng)形式的多樣性、運(yùn)動(dòng)形式之間的相互轉(zhuǎn)化去理解。這樣的教學(xué)還使學(xué)生認(rèn)識(shí)到只有以辯證的思維為指導(dǎo)，運(yùn)用基于科學(xué)事實(shí)的科學(xué)分析方法，才能使問題得以解決。

因此，筆者認(rèn)為要幫助學(xué)生理解和掌握物理知識(shí)，提高學(xué)生的物理能力，培養(yǎng)學(xué)生的物理創(chuàng)新素質(zhì)，就必須將物理學(xué)史引進(jìn)到物理教學(xué)之中，從物理學(xué)的發(fā)展過(guò)程來(lái)談物理教學(xué)方法，揭示物理學(xué)發(fā)展過(guò)程的實(shí)質(zhì)，揭示新知識(shí)同已有知識(shí)之間的聯(lián)系，揭示物理學(xué)家的思想方法和思維過(guò)程，從而幫助學(xué)生從中獲取有益的學(xué)習(xí)和探索方法，以達(dá)到發(fā)展其能力的目的。

一、 揭示物理學(xué)的發(fā)展過(guò)程，是建立科學(xué)、系統(tǒng)的物理知識(shí)結(jié)構(gòu)的需要

物理學(xué)的各個(gè)組成部分并非孤立存在，而是相互聯(lián)系，融匯貫通的。每一個(gè)概念、公式、定理、定律與其它概念、公式、定理、定律的聯(lián)系，是自身成立的依據(jù)。概念的提出、形成、發(fā)展以及解題方法的探索，解題規(guī)律的概括，環(huán)環(huán)相扣，緊密相聯(lián)。由于客觀因素的制約，教材不可能完美而充分地體現(xiàn)這一切，只有依靠教師在對(duì)“物理學(xué)發(fā)展過(guò)程”具有充分認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，通過(guò)組織教學(xué)展現(xiàn)出來(lái)。事實(shí)上，否定或割裂物理學(xué)的發(fā)展過(guò)程，就是切斷物理知識(shí)之間的內(nèi)在聯(lián)系，學(xué)生也就不會(huì)懂得物理知識(shí)的本源，就不能把物理知識(shí)有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)，靈活運(yùn)用。教學(xué)中常見這樣的現(xiàn)象，教師沒有花足夠的力量幫助學(xué)生形成正確的概念便往下講，結(jié)果師生之間缺乏描述同一對(duì)象的共同語(yǔ)言，學(xué)生也就不能很好地掌握與之相關(guān)的知識(shí)。可見，只有通過(guò)揭示物理學(xué)的發(fā)展過(guò)程，找到知識(shí)間的本質(zhì)聯(lián)系，才能牢固地建立和強(qiáng)化物理知識(shí)體系。知識(shí)體系的完善和合理程度，是人的智力的反映。可以說(shuō)，揭示物理學(xué)的發(fā)展過(guò)程對(duì)幫助學(xué)生建立科學(xué)、系統(tǒng)的知識(shí)結(jié)構(gòu)以及強(qiáng)化智力有著重要的作用。

二、揭示物理學(xué)的發(fā)展過(guò)程，是適應(yīng)認(rèn)識(shí)規(guī)律的需要

縱觀大量人類獲得知識(shí)的歷史事實(shí)，都具有以下這些共同特征：一是對(duì)新知識(shí)的認(rèn)識(shí)總是要經(jīng)歷一定的探尋過(guò)程；二是對(duì)新知識(shí)的認(rèn)識(shí)總是以已獲得的知識(shí)或經(jīng)驗(yàn)作為基礎(chǔ)；三是新的認(rèn)識(shí)必須通過(guò)抽象、概括、判斷、推理等過(guò)程獲得；四是認(rèn)識(shí)從實(shí)踐開始，并且由具體、個(gè)別的活動(dòng)組成。人類在長(zhǎng)期、大量的認(rèn)識(shí)活動(dòng)中顯示出來(lái)的認(rèn)識(shí)規(guī)律，支配著人們對(duì)物理學(xué)認(rèn)識(shí)的發(fā)展和對(duì)物理學(xué)發(fā)展的認(rèn)識(shí)，同樣支配著每一個(gè)學(xué)生的認(rèn)識(shí)活動(dòng)。也就是說(shuō)，學(xué)生每學(xué)習(xí)一項(xiàng)新的知識(shí)，都需要經(jīng)歷一定的過(guò)程；需要利用已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)作為基礎(chǔ)，展開邏輯思維；需要遵循從個(gè)別到一般，從具體到抽象，從感性到理性，由低級(jí)到高級(jí)的規(guī)律，只不過(guò)由于有了教師和書本，這一過(guò)程得以大大縮短。學(xué)生學(xué)習(xí)的認(rèn)識(shí)過(guò)程和人類獲得知識(shí)過(guò)程的一致性說(shuō)明：只有遵循知識(shí)發(fā)展過(guò)程的教學(xué)，充分揭示知識(shí)認(rèn)識(shí)的思維活動(dòng)，才能使學(xué)生按照人類認(rèn)識(shí)的一般規(guī)律，進(jìn)行有效的學(xué)習(xí)；也只有承認(rèn)的遵循這一過(guò)程，才能使學(xué)生牢固掌握知識(shí)。

三、揭示物理學(xué)的發(fā)展過(guò)程，是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，鞏固已有知識(shí)的需要

教師采取適當(dāng)?shù)姆绞揭龑?dǎo)學(xué)生揭示物理學(xué)發(fā)展的過(guò)程，本身就是一個(gè)探索的過(guò)程，是極有利于激發(fā)學(xué)生思維的手段。在探索過(guò)程中學(xué)生是認(rèn)識(shí)活動(dòng)的主體，他們的求知欲和學(xué)習(xí)積極性可以得到最大限度的激發(fā)和調(diào)動(dòng)。不僅如此，探索新知識(shí)的活動(dòng)本身就需要利用已有的知識(shí)進(jìn)行綜合、分析、應(yīng)用，也即是對(duì)已有知識(shí)最有效的鞏固。

四、揭示物理學(xué)發(fā)展過(guò)程，是培養(yǎng)學(xué)生能力的需要

物理教學(xué)的根本目的，是使學(xué)生具備系統(tǒng)的物理知識(shí)和解決實(shí)際問題的能力，學(xué)校不可能為學(xué)生提供未來(lái)所將面臨的所有問題的模式和解決辦法，因此，培養(yǎng)學(xué)生掌握學(xué)習(xí)的方法和解決問題的能力就顯得極其重要。知識(shí)的認(rèn)識(shí)過(guò)程，實(shí)際就是發(fā)現(xiàn)新舊知識(shí)聯(lián)系，利用已有知識(shí)處理新問題的過(guò)程。它們?cè)诋a(chǎn)生、認(rèn)識(shí)過(guò)程中可體現(xiàn)的一般思想、方法（如觀察、歸納、猜想、證明）都反映了物理科學(xué)研究的一般方法，其中的具體方法，又往往是解決同類問題的有效而基本的方法。物理教師應(yīng)該通過(guò)物理教學(xué)發(fā)揮其指導(dǎo)和示范作用，將物理學(xué)發(fā)展過(guò)程中物理學(xué)家的思想方法、思維過(guò)程和勤于思考、實(shí)事求是、努力工作的作風(fēng)揭示給學(xué)生，讓他們學(xué)會(huì)像物理學(xué)家那樣思考，這無(wú)疑對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的能力起到了積極的作用。

五、引入物理學(xué)史是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新素質(zhì)的需要

物理學(xué)的發(fā)展史，就是一部創(chuàng)新史，它的每一個(gè)新發(fā)現(xiàn)，新理論的形成，都蘊(yùn)涵著科學(xué)家的創(chuàng)新活動(dòng)。教學(xué)中引入物理學(xué)史，可以使學(xué)生領(lǐng)略科學(xué)家們的一系列創(chuàng)造性活動(dòng)，對(duì)培養(yǎng)他們的創(chuàng)新素質(zhì)將起到重要作用。

人類對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)可以很好地說(shuō)明這個(gè)問題。1897年，湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子。這一重大發(fā)現(xiàn)使人們認(rèn)識(shí)到原子是有結(jié)構(gòu)的，它不是最小的終極粒子。因此人們創(chuàng)造性地提出了各種原子模型，其中較有影響的是湯姆生的蛋糕模型。這一模型被盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)所否定，于是出現(xiàn)了盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型，該模型雖然解釋了一些現(xiàn)象，但在對(duì)原子的穩(wěn)定性進(jìn)行解釋時(shí)卻發(fā)生了與經(jīng)典電磁理論的矛盾。為此，玻爾又創(chuàng)造性地將普朗克的量子概念引入原子結(jié)構(gòu)理論，提出了著名的玻爾原子模型。但由于這一模型是半經(jīng)典，半量子化的，所以在解釋比氫原子稍復(fù)雜的原子行為時(shí)遇到了很大困難。這一困難是索末菲創(chuàng)新性地將經(jīng)典理論完全拋棄提出了完全量子化的原子結(jié)構(gòu)理論才得以解決。可見，人們對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)經(jīng)過(guò)了不少人的創(chuàng)新活動(dòng)，才使問題的認(rèn)識(shí)一步步接近真理，離開了任何前人的創(chuàng)新成果都是行不通的。

以往的教學(xué)不注重培養(yǎng)學(xué)生提出問題、解決問題創(chuàng)新能力，往往只教給學(xué)生確鑿的定論，只注重運(yùn)用現(xiàn)成的物理知識(shí)去解決抽象的、脫離實(shí)際的習(xí)題的能力，很少將注意力集中在“思”的方面，忽視科學(xué)內(nèi)在的精神氣質(zhì)的作用和影響。這樣的教育極大地限制了學(xué)生的創(chuàng)造性，學(xué)生不會(huì)也不能夠創(chuàng)新。在物理學(xué)發(fā)展過(guò)程中，人類對(duì)每一個(gè)物理現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)過(guò)程，都可能有充滿失敗的艱辛，由于錯(cuò)誤觀念而引發(fā)的彎路，還有科學(xué)思維火花的閃現(xiàn)而帶來(lái)的成功的喜悅。物理學(xué)史體現(xiàn)出真正的富有人情味兒的研究過(guò)程，具有豐富的創(chuàng)新思想，創(chuàng)新精神和智慧，將其引入教學(xué)無(wú)疑會(huì)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新素質(zhì)起到潛移默化的積極作用。