追溯與探索
——在物理教學中引入物理學史的作用及重要性

林 喆

(臺州學院物電學院,浙江臺州 318000)

追溯與探索
——在物理教學中引入物理學史的作用及重要性

林 喆

(臺州學院物電學院,浙江臺州 318000)

隨著我國教育改革的不斷深入,教師們越來越注意到在傳授知識的同時,必須考慮到要培養學生的認知能力,教學生學會如何思維,提高創造力,全面培養學生的各方面素養。在物理教學中適當穿插物理學史的講授能有效培養學生的科學素養,讓學生了解科學思想和方法,學習科學家的探索創造精神,樹立正確的科學成敗觀,有助于學生綜合素質的提高。

教學改革;物理學史;物理教學

德國物理化學家、諾貝爾獎獲得者威廉·奧斯特瓦爾德在他的《精密科學的經典作家》一書中講了如下的話:“雖然,用現在的教授方法很成功地講授了在現今發展狀態中的科學知識,但是杰出的和有卓識遠見的人不得不一再地指出時常出現在當前我們的青年科學教育中的一個缺點,這就是缺乏歷史感和缺少關于作為科學大廈基礎的一些重大研究的知識。”[1]當前國際上物理教學改革的潮流之一,就是更多地把物理學史的內容引入物理教學,以增強知識性、內容教學的趣味性、思想性和啟發性,提高教學質量,把它作為活躍學生思想,訓練科學方法,發展科學思維,培養創造能力的有效手段之一。

隨著我國教育改革的不斷深入,從事一線物理教學工作的教師們也越來越注意到在傳授知識的同時,必須考慮到要培養學生的認知能力,即掌握知識和發展能力,要教學生學會如何思維,提高創造力;要教學生如何做人,即培養正確的價值觀和人生觀,有更高的思想道德水平和文化素養。而在教學中適當地穿插物理學史的講授能有效地培養學生的科學素養,讓學生了解科學發現、科學論爭、科學蒙難、重大實驗中孕育的科學思想和方法,學習科學家的探索創造精神、邏輯思維能力,樹立正確的科學成敗觀。新課程改革賦予物理學史許多新的教育功能,將物理學史融入物理教學,是對知識與技能,過程與方法,情感、態度和價值觀的有效整合,有助于學生綜合素質的提高。

一、課堂教學中穿插物理學史能激發學生學習興趣和求知欲望

物理學是一門實驗科學,脫離了實驗和觀察,難以達到理想的教學效果。而我們現在的很多課堂教學,沒有安排演示實驗,因此,單純的理論教學,若不講究適當的方法,將會枯燥無味,提不起學生的學習興趣。作為教師有義務和責任在課堂上提高學生的學習興趣,提高課堂的學習效率。如果在講課過程中適當插入一些科學家小傳、趣聞以及物理科學史,不僅可以拓寬學生的視野,擴大學生的知識面,而且可以激發學生的興趣,活躍課堂氣氛。學習興趣在學習過程中具有原動力作用,對創新學習與創新人才成長極為重要。教育應重視學生學習興趣的培養,尊重學生的興趣愛好,為創新人才成長營造環境。

例如,在進行開普勒三大定律的教學時,既沒有演示實驗,也沒有理論推導,若只講三個定律的內容則如背誦古文般難以理解、枯燥無味,并且這內容在當時的數學程度來說非常來之不易,而以當前學生的數學基礎卻很快就會講完,這樣學生的學習就味同嚼蠟,毫無興趣。因此,教師在講授三定律時,就可以把三定律的內容融合在物理學史中進行講授。從第谷數十年刻苦觀察、記錄,得到精確的天文數據,到具有數學天才的開普勒對數據進行整理,終于得到第一、第二定律,最后用十年時間才發現第三定律,學生不僅從中感覺到自然規律是那樣巧合有趣,而且還加深了對所學知識的理解,調動了學習積極性,逐步提高學習物理的興趣。

二、實驗教學中引用物理學史能更好地培養學生學習能力和良好習慣

物理是一門以實驗為基礎的學科,科學實驗在物理學的形成和發展中,始終起著主導和決定性的作用,在教學中引入一些物理學史,可以培養學生善于觀察、勤于思考的良好習慣。

物理學史描述了許多科學家善于從不被人注意的一些平常現象中細心地觀察與思考的事例。比如,德國物理學家倫琴長期在物理學領域中進行大量的實驗研究工作,1895年的一天他在進行陰極射線的實驗時第一次注意到放在射線管附近的氰亞鉑酸鋇小屏上發出微光。他沒有放過這一容易被忽略的微小細節,經過幾天廢寢忘食的研究,他確定了熒光屏的發光是由于射線管中發出的某種射線所致。因為當時對于這種射線的本質和屬性還了解得很少,所以他稱它為 X射線,表示未知的意思。其實在倫琴發現之前,1800年哥爾茨坦曾發現過這種現象,1887年克魯克斯曾發現過未知射線使他的底片變黑,他卻以為是底片質量問題……而正是倫琴的這種觀察能力、分析能力,使他發現了這道神秘的射線,從而獲得第一個物理學諾貝爾獎。學生在了解物理學史知識的過程中便可以認識到注意觀察和認真進行實驗是學好物理的關鍵,因此在今后的學習中就要有目的地觀察,親自動手實驗,逐步培養勤觀察、勤思考的習慣,這種能力的培養在今后的工作中將使他們受益無窮。

三、講述物理學史能激勵學生努力學習、培養勇于進取的精神

物理學家的成長道路,敏銳的觀察力、獨特的思考和創造力、對待困難的態度、頑強拼搏的毅力以及對名利的看法等,都值得我們了解、學習和借鑒。

開普勒的一生充滿了不幸:幼年體弱多病,落得一只手半殘,妻死子病,終生貧困,最后慘死于索取欠薪的途中。但他一直沒有被悲慘的命運壓倒,他以驚人的毅力為人類作出了巨大貢獻——開普勒三大定律。開爾文對熱力學第二定律的貢獻是舉世公認的。對于熱力學第二定律的發現,他曾寫道:“我提出這些說法無意于爭奪優先權,因為首先發表、用正確原理建立命題的是克勞修斯……我只要求補充這樣一句:恰好在我知道克勞修斯宣布或證明了這個命題之前,我也給出了證明。”開爾文 24歲時就預見了熱力學第三定律的存在,比能斯特正式提出早了 60年,但他沒有和能斯特爭奪優先發現權,而是支持能斯特。開爾文的正直和學術精神是我們學習的楷模。玻爾是 20世紀除愛因斯坦之外最偉大的物理學家。他是一位帥才,不僅自己聰明能干,而且為人謙虛寬厚。他的周圍總是聚集著一批有才華的年輕人,如海森堡、泡利、狄拉克、玻恩、朗道等,形成了著名的哥本哈根學派,主導了 20世紀量子論的研究。玻爾曾說:“我愿意當著年輕人的面承認自己愚蠢。”而且,他對中國文化也很感興趣,其族徽是太極,這種寬厚與博大使人震撼[3]。

同時,物理史中有許多科學家為真理獻身的動人事跡。伽利略為宣傳哥白尼的日心說而被教會終生監禁、利赫曼為引雷電而捐軀、居里一家的艱難困苦、盧瑟福長期研究阿爾發射線以及量子理論早期發展所經歷的曲折和磨難、法拉第舍棄榮華富貴,幾次拒絕接受封爵而甘當“平民法拉第”、亞里士多德富有批判和懷疑精神等。這些科學家不畏艱險,不惜生命,不慕利祿,不懼權威,追求真理的高尚品質,有利于培養學生實事求是的科學態度,獻身科學的探索精神,為以后的學習和研究打下良好的基礎。

四、學習物理學史有利于學生科學方法觀的形成

科學方法建立的途徑很多,但通過物理學史,讓學生去感受歷史上產生的那些研究問題的奇思妙想與方法,使學生通過感受科學方法的產生過程及在歷史上的應用來解決疑難問題,更好地理解和掌握科學方法,靈活主動地應用科學方法。在物理教學中,教師可以引導學生從前輩科學家的創新活動中學習他們處理問題的方法。例如:他們是怎樣抓住新課題,從而把握科學發展新動態,發現新規律、新現象的;他們是怎樣借鑒前人總結歷史的經驗教訓,從而找到新的途徑的;他們是怎樣對待矛盾,從矛盾的對立中找到突破口的;他們是怎樣設計實驗,從而得到判決性結果的。

比如,伽利略作為近代科學之父,在對運動的研究中所形成的科學實驗與數學邏輯推理相結合的科學方法,對物理學乃至整個自然科學起了很大推動作用,這種方法也是中學階段探究物理問題的基本方法,物理教師在教學中應注意滲透。在自由落體運動研究中,教師應讓學生體會如何通過“落體佯謬”的理想實驗來推翻亞里士多德統治人們兩千多年的觀點,建立對落體運動的正確認識,又是如何通過“對接斜面”的理想實驗確立慣性原理。理想實驗的方法,首先在伽利略的手中成為科學創造的工具。

五、引入中外物理學史也有助于對學生進行愛國主義教育

上述例子中的人物、故事都是外國的物理學家。確實,很多物理教師在教學中避談我國物理,往往認為中國的科學除了“四大發明”,其他不值一提。近、現代物理確實起源于西方,但實際上西方科學從東方的古老文明中汲取了大量的營養:英國科學史家李約瑟在他所著的《中國科技技術史》序言中說:“中國的這些發明和發現往往超過同時代的歐洲,特別是在 15世紀之前更是如此。”“在人類了解自然和控制自然方面,中國人是有過貢獻的,而且貢獻是偉大的。”[2]中國古代思想家不少富有哲理性的精辟之論述,在現代自然科學發展中引起了異乎尋常的反響,成為現代科學理論思維發展的啟迪和源泉。現在越來越多的科學家已經認識到,西方近代科學思想與中國文化對整體性、協和性理解的結合,將形成符合現代科學精神的新的自然觀。

例如,在理論著作方面,《墨經》中對力學、光學的論述,《天工開物》中關于簡單機械的記述,《夢溪筆談》對磁角的論述,《考工記》中關于工程技術,聲音傳播的記載等在當時都遙遙領先于世界各國,在今天仍有參考價值。在實用技術方面,指南針、地球儀、渾天儀、船閘、石拱橋、火箭等,也是我國最早發明的。教師在“反沖運動”的教學中,可列舉:(1)火箭產生于我國宋代;(2)現代火箭的發源地并非中國;(3)隨著“神州”五號載人飛船的成功發射和回收,我國已成為世界僅有的幾個能發射和回收載人飛行器的國家之一。通過講授這段歷史,使學生為我國悠久的科學歷史而驕傲,認識到中華民族是偉大、智慧的民族,增強了民族自豪感,同時又認識到科學上不進則退的道理,對學習也是一種促進。講授原子核物理學時,可簡單介紹 1964年 10月 16日我國第一顆原子彈試爆成功,其中包括趙忠堯、錢三強、鄧稼先、周光召等科學家,放棄國外優厚的生活待遇,在解放前惡劣的社會環境和政治條件下的準備工作和解放后物質和經濟嚴重缺乏的條件下,對核武器研究所的籌建以至最后試爆成功的艱苦歷程,讓學生懂得科學成果來之不易,應該珍惜和熱愛。從而逐步激發他們的愛國熱情,熱愛自己的祖國,學習科學家們勇于探索,為科學發展兢兢業業的奉獻精神。

六、通過教學中物理學史的二次學習提高教師自身的素質修養

“讀史可以明智”,這句話對學生是這樣,對物理教師也是如此。正所謂“言教不如身教”、“其身正不令則從,其身不正雖令不從”。具有崇高人格魅力的教師可以感染學生,與學生產生心靈的碰撞,有利于教學互動,達到最佳教學效果。反之,即使你講得很精彩,也可能因為你的為人,學生產生抵觸情緒,而使你的課黯然失色,效果變得不好。

晚年的牛頓沽名釣譽,品德低劣,而且有時不擇手段。牛頓首先和天文學家夫萊姆斯梯德發生沖突,又與胡克爭吵色彩理論,爭奪萬有引力定律的發現權,接著又與德國數學家萊布尼茲爭奪微積分的發現權,表現得很沒學術風范。做人和做學問是相通的,都需要腳踏實地,而且做人也會對做學問產生很大影響。青年時代的牛頓是一個謙虛、謹慎的人,他的主要學術成果就是這個時期完成的。而中年以后的牛頓,卻是傲慢的、甚至是卑鄙的,這決定了他在這個時期不可能有什么大的貢獻。事實上,牛頓中年以后也確實鮮有建樹。作為物理教師,應不斷向前人學習、向他人學習,做一個正直、堅強、博大的人,塑造自己的人格魅力。

另外,物理學史的滲透,還增加了教學的人文特征,使客觀知識蘊涵了主觀精神的靈動。科學是人創造的,在物理學史的襯托下,知識變得不再刻板和抽象,甚至連失誤和遺憾也變得那般的寶貴和可愛。而這一點正是我們當前物理教學中極為欠缺的。因此,師生雙方應在教學過程中長期堅持引入、學習物理學史,并不斷在方法、內容上加以完善,真正做到從追溯前人中探索物理學的將來。

[1][美]F.卡約里.物理學史[M].桂林:廣西師范大學出版社,2002.

[2]陳世鷗.新課程理念下物理學史再認識[J].四川教育學院學報,2005,(5).

[3]楊曉榮,雷文華.物理學史對西藏地區物理教師的啟示[J].西藏大學學報,2009,(1).

Abstract:W ith the development of education reform in China,teachers are aware thatmore and more attention should be focused on students'cognition,thinkingway,and creativity in the processof learning.The appropriate physical history teaching could be a betterway to improve students'comprehensive competency because it can help shape students'science sense,make them understand science method,learn scientists'innovational spirit,establish a correct outlook on scientific success and failure and improve students' comprehensive quality.

Key words:education reform;physical history;physical teachingmethod

(責任編輯:侯秀梅)

Retrospection and Exploration——Effect and Lmportance of the Introduction of Physical History into Physics Teach ing

L IN Zhe
(Physics and Electrical EngineeringDepartment,Taizhou University,Taizhou 318000,China)

G642.41

A

1001-7836(2010)06-0059-03

2010-04-15

林喆 (1981-),女,浙江臺州人,研究實習員,從事教育管理研究。