在高中物理新課程教學(xué)中引入近代物理學(xué)史的實(shí)驗(yàn)研究

夏良英

（東莞市東莞中學(xué)松山湖學(xué)校，廣東 東莞 523808）

1 問(wèn)題的提出

目前，對(duì)于粵教版《物理》必修1、必修2及選修3－1、3－2的教材分析已經(jīng)很多，但是對(duì)于選修3－4、3－5教材的分析尚處于起步階段.在3－4、3－5這兩個(gè)模塊中的相對(duì)論、原子物理、量子力學(xué)的內(nèi)容，與原人教版選修內(nèi)容相似，但是增加了許多新的知識(shí)，在編排上也有新的特色.而目前在中學(xué)物理教學(xué)中，只是把近代物理當(dāng)成經(jīng)典物理來(lái)教，忽視了其中蘊(yùn)涵的思想和精神.最主要的原因是這部分內(nèi)容在高考中所占的比例不大，教師往往是簡(jiǎn)單地介紹一下知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生也只是機(jī)械地記憶.

如何有效地對(duì)這部分內(nèi)容的教學(xué)進(jìn)行改革、高效地向?qū)W生傳授涉及近代物理學(xué)的知識(shí)，值得我們?nèi)ヌ剿髋c研究，這對(duì)于幫助學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)與技能，培養(yǎng)其科學(xué)探究能力，使他們逐步形成科學(xué)態(tài)度與科學(xué)精神具有重要的現(xiàn)實(shí)意義.

2 高中物理新課程中近代物理學(xué)史教學(xué)現(xiàn)狀的調(diào)查研究

2.1 調(diào)查目的

了解學(xué)生對(duì)近代物理部分內(nèi)容的理解情況，以及對(duì)目前教學(xué)方式的認(rèn)可程度，同時(shí)為提出新課程理念下高中近代物理部分研究性教學(xué)的策略提供依據(jù).

2.2 調(diào)查對(duì)象

高中近代物理部分內(nèi)容是學(xué)生在高中二年級(jí)下學(xué)期學(xué)習(xí)的，我們選擇了東莞市一重點(diǎn)中學(xué)2008級(jí)高三學(xué)生（110人）為調(diào)查對(duì)象.

2.3 研究方法

2.3.1 訪談法

為了了解高中生學(xué)習(xí)量子論和相對(duì)論內(nèi)容時(shí)碰到的困難以及困難產(chǎn)生的原因，教師該如何講解這些內(nèi)容才能促進(jìn)學(xué)生更好的理解等方面，對(duì)東莞市該重點(diǎn)中學(xué)部分高三學(xué)生進(jìn)行了訪談.

（1）訪談內(nèi)容.

問(wèn)：你們認(rèn)為量子論和相對(duì)論的內(nèi)容與力學(xué)和電磁學(xué)的內(nèi)容有什么明顯的不同？

98%的學(xué)生都反映，力學(xué)和電磁學(xué)研究的是宏觀低速的物理世界，而量子論和相對(duì)論研究的是微觀高速的物理世界，因而力學(xué)和電磁學(xué)的內(nèi)容較貼近人們的日常生活，而量子論和相對(duì)論的內(nèi)容十分抽象，是人們生活中很難見(jiàn)到和感知的；力學(xué)和電磁學(xué)的很多規(guī)律能夠通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證，而且不少實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象容易觀察到，而量子論和相對(duì)論內(nèi)容缺少可以觀察的實(shí)驗(yàn).

問(wèn)：你們覺(jué)得教師在課堂中引入物理學(xué)史內(nèi)容的機(jī)會(huì)多嗎？

85%的學(xué)生認(rèn)為，教師在課堂中引入近代物理學(xué)史內(nèi)容的機(jī)會(huì)不是很多，大部分教師為了講內(nèi)容而講內(nèi)容，在講解這一部分內(nèi)容時(shí)相對(duì)比較枯燥.

問(wèn)：你們希望教師怎么樣講解量子論和相對(duì)論的內(nèi)容才能更好地促進(jìn)你們對(duì)內(nèi)容的理解？

75%的學(xué)生認(rèn)為，教師應(yīng)該多介紹一些量子論和相對(duì)論的發(fā)展史，讓他們對(duì)這些知識(shí)產(chǎn)生的背景和過(guò)程有一個(gè)大概的了解，以便提高學(xué)習(xí)興趣；同時(shí)多給他們介紹這些理論知識(shí)在實(shí)際生活和各個(gè)科技領(lǐng)域中的應(yīng)用實(shí)例，讓他們能夠感知、感覺(jué)到這些理論知識(shí)的有用性、重要性.

問(wèn)：為了更好地學(xué)習(xí)量子論和相對(duì)論的知識(shí)，你們心目中的教材在這部分應(yīng)該是個(gè)什么樣的呢？

68%的學(xué)生認(rèn)為，教材應(yīng)該安排更多量子論和相對(duì)論理論產(chǎn)生的歷史背景和過(guò)程，介紹普朗克是怎么樣提出量子論的，愛(ài)因斯坦又是如何解釋相對(duì)論的，同時(shí)能夠給學(xué)生呈現(xiàn)出這些知識(shí)的發(fā)展脈絡(luò).

（2）分析與討論.

訪談結(jié)果顯示，這部分內(nèi)容因?yàn)楦呖忌婕昂苌伲處煵辉敢饣ㄙM(fèi)時(shí)間和精力去查找資料，同時(shí)教師對(duì)近代物理知識(shí)的理解也不透徹；學(xué)生提出的問(wèn)題教師經(jīng)常講不清楚，因而對(duì)這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)，感興趣的學(xué)生比例不高.另外，教材是學(xué)生學(xué)習(xí)的重要資源，對(duì)于量子論和相對(duì)論，多數(shù)學(xué)生反映教材呈現(xiàn)的內(nèi)容太抽象，缺少可以觀察的實(shí)驗(yàn)，缺少理論應(yīng)用的實(shí)例，內(nèi)容沒(méi)有貼近學(xué)生生活，造成學(xué)生很難理解這部分學(xué)習(xí)內(nèi)容.訪談結(jié)果同時(shí)也顯示更多的學(xué)生希望在這部分內(nèi)容的教學(xué)中應(yīng)該更多地引入近代物理學(xué)史，使他們知道這些知識(shí)的來(lái)龍去脈，以易于理解.

2.3.2 問(wèn)卷調(diào)查法

（1）問(wèn)卷的設(shè)計(jì).

問(wèn)卷包括以下幾個(gè)維度：對(duì)近代物理部分內(nèi)容的理解、對(duì)現(xiàn)有教學(xué)方式的評(píng)價(jià)、對(duì)教學(xué)方式的期望3個(gè)方面（問(wèn)卷見(jiàn)文末附錄）.如表1所示.

表1 高中近代物理部分教學(xué)現(xiàn)狀調(diào)查問(wèn)卷細(xì)目表

（2）調(diào)查的實(shí)施.

2010年9月21日下午對(duì)東莞市一中學(xué)2008級(jí)高三學(xué)生進(jìn)行調(diào)查.共發(fā)出問(wèn)卷110份，收回有效問(wèn)卷110份.

（3）對(duì)問(wèn)卷結(jié)果的統(tǒng)計(jì).

對(duì)調(diào)查問(wèn)卷中的16個(gè)小題學(xué)生回答的每個(gè)選項(xiàng)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，見(jiàn)表2所示.

表2 學(xué)生調(diào)查問(wèn)卷結(jié)果數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

（4）分析與討論.

① 對(duì)近代物理學(xué)史的理解（問(wèn)題1、2、3、4、5）.

在問(wèn)題2中，有54.5%的學(xué)生想了解光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)對(duì)當(dāng)時(shí)科學(xué)研究的意義，31.8%的學(xué)生想了解科學(xué)家在該實(shí)驗(yàn)研究上曾有過(guò)的失敗以及克服困難的方法.

在問(wèn)題3中，有47.3%的學(xué)生想了解普朗克的主要貢獻(xiàn)及其對(duì)科學(xué)發(fā)展的影響.有32.7%的學(xué)生想了解該科學(xué)家研究方法的特點(diǎn)和思維特點(diǎn).

在問(wèn)題4中，有50.9%的學(xué)生認(rèn)為在近代物理部分教學(xué)中引入一些歷史知識(shí)可以增強(qiáng)學(xué)習(xí)物理的興趣.有31.89%的學(xué)生認(rèn)為有助于理解、掌握物理概念和定律.

從以上數(shù)據(jù)顯示，更多的學(xué)生希望在這部分內(nèi)容的教學(xué)中更多地引入近代物理學(xué)史實(shí)，使他們能知道這些知識(shí)的來(lái)龍去脈，更易于理解.

在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，高中生對(duì)近代物理部分知識(shí)的理解存在著不少偏差，這反映了高中物理教學(xué)以高考為綱的現(xiàn)狀，高考考什么，教師教什么，不考的就不教，以致學(xué)生對(duì)近代物理部分知識(shí)的印象只有幾個(gè)條條框框，并沒(méi)有對(duì)其形成深入、基本、準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí).

② 對(duì)現(xiàn)有教學(xué)方式的評(píng)價(jià)（問(wèn)題6、7、8、9）.

在問(wèn)題6中，對(duì)講授概念為主的課堂教學(xué)，有48.2%的學(xué)生不喜歡，理由是沒(méi)有學(xué)生自己的思考，也有35.5%的學(xué)生喜歡這種課型，認(rèn)為可以在較短時(shí)間內(nèi)學(xué)到更多的知識(shí)，有16.4%的學(xué)生對(duì)此的態(tài)度為無(wú)所謂.

由這組數(shù)據(jù)可以看出，有一半的學(xué)生對(duì)自己的學(xué)習(xí)能力有較高的要求，他們不僅要求能學(xué)到知識(shí)，還希望能學(xué)會(huì)自己進(jìn)行思考.然而多年的應(yīng)試教育的影響還是根深蒂固的，仍有一部分的學(xué)生滿足于接受式的教學(xué)，滿足于知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，而對(duì)于學(xué)習(xí)能力的提高則意識(shí)不強(qiáng)和要求不高，這也與我們教師的教學(xué)理念有關(guān).

在問(wèn)題7中，有29.1%的學(xué)生說(shuō)教師對(duì)涉及物理學(xué)史和科學(xué)家探究精神的內(nèi)容從來(lái)不講，可見(jiàn)我們的教師在教學(xué)過(guò)程中很注重“實(shí)效”.這種注重“實(shí)效”的教學(xué)顯然是不得學(xué)生之心的.要知道有關(guān)物理學(xué)史和科學(xué)家探究精神的內(nèi)容是不可多得的對(duì)學(xué)生進(jìn)行人文教育、思想教育和科學(xué)品質(zhì)教育的好素材.

③ 對(duì)教學(xué)方式的期望（問(wèn)題10、11、12、13、14、15、16）.

在問(wèn)題10～16中，有81.8%的學(xué)生希望物理課上多講與科技、生活有關(guān)、有用的內(nèi)容.在講課形式中，45.5%的學(xué)生希望在教師的指導(dǎo)下，循著歷史發(fā)展的過(guò)程，探究人類對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)歷程，但仍有超過(guò)一半的學(xué)生希望多講要考的、對(duì)解題有幫助的內(nèi)容.

可見(jiàn)，學(xué)生有較強(qiáng)烈的自主學(xué)習(xí)、通過(guò)物理課程的學(xué)習(xí)獲得學(xué)習(xí)能力、情感體驗(yàn)和思維訓(xùn)練等方面的愿望.但由于應(yīng)試教育的影響，也有部分教師在課堂教學(xué)中仍扮演“演講者”的角色，沒(méi)有突出學(xué)生的主體性.

3 高中物理教學(xué)中引入近代物理學(xué)史的實(shí)踐研究

3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)采用等組實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，自變量是在高中物理新課程教學(xué)中引入近代物理學(xué)史，因變量是學(xué)生的學(xué)業(yè)成績(jī)有所提高.

3.2 被試選擇

被試選自東莞市一重點(diǎn)中學(xué)2008級(jí)高二（11）、（12）班的學(xué)生，兩班是由同一教師所教的兩個(gè)平行班.這兩平行班上學(xué)期末的成績(jī)相當(dāng)，男女生比例大致相同.其中，確定（11）班為實(shí)驗(yàn)班，（12）班為控制班，并以上學(xué)期期末考試成績(jī)將兩班分為高、中、低3個(gè)組（高、中、低分組的標(biāo)準(zhǔn)是：前25%為高分組，后25%為低分組，其余為中分組）.

3.3 主試

筆者（中學(xué)高級(jí)教師，有16年教齡）.

3.4 試驗(yàn)材料

3.4.1 前測(cè)

以高二上學(xué)期期末考試成績(jī)作為前測(cè)成績(jī).

3.4.2 自編實(shí)驗(yàn)教案

3.4.3 后測(cè)

以高二下學(xué)期期末考試成績(jī)作為后測(cè)成績(jī).

3.5 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)班：根據(jù)實(shí)驗(yàn)教材（教案）進(jìn)行教學(xué).

控制班：按現(xiàn)行教材，用傳統(tǒng)方法進(jìn)行教學(xué).

3.6 實(shí)驗(yàn)程序

實(shí)驗(yàn)班與控制班的教學(xué)比較，用下學(xué)期期末考試為后測(cè)進(jìn)行比較.

3.7 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其分析

3.7.1 實(shí)驗(yàn)班與控制班前測(cè)成績(jī)比較

（1）實(shí)驗(yàn)班與控制班前測(cè)成績(jī)差異比較，見(jiàn)表3所示.

表3

表3表明，實(shí)驗(yàn)班與對(duì)照的比較，前測(cè)成績(jī)差異不顯著.

（2）實(shí)驗(yàn)班與控制班前測(cè)成績(jī)分層比較，見(jiàn)表4所示.

表4

表4表明，實(shí)驗(yàn)班與控制班優(yōu)、中、差生前測(cè)成績(jī)差異均不顯著，這就保證了參與實(shí)驗(yàn)的兩個(gè)班起點(diǎn)的一致性.

3.7.2 實(shí)驗(yàn)班與控制班后測(cè)成績(jī)比較

（1）實(shí)驗(yàn)班與控制班后測(cè)成績(jī)比較，見(jiàn)表5所示.

表5

表5表明，實(shí)驗(yàn)班與控制班學(xué)生的平均成績(jī)有較大的差別，從兩班的標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)看，實(shí)驗(yàn)班的離散度小于控制班，這說(shuō)明經(jīng)過(guò)一學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐過(guò)程，引入物理學(xué)史的教學(xué)在實(shí)驗(yàn)班學(xué)生中產(chǎn)生了較好的效果，而傳統(tǒng)的教學(xué)已使控制班學(xué)生的成績(jī)出現(xiàn)了分化情況.

（2）實(shí)驗(yàn)班與控制班后測(cè)成績(jī)分層比較，見(jiàn)表6所示.

表6

表6表明，實(shí)驗(yàn)班和控制班的中分組和低分組后測(cè)成績(jī)差異顯著，這說(shuō)明引入物理學(xué)史的教學(xué)效果顯著，但高分組的差異不顯著.

3.8 討論

在本次教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)班與控制班期末成績(jī)有明顯差異，說(shuō)明在高中物理教學(xué)中引入物理學(xué)史對(duì)提高學(xué)生物理學(xué)習(xí)成績(jī)有顯著的效果.實(shí)驗(yàn)班與控制班高分組前測(cè)、后測(cè)均無(wú)顯著差異.因?yàn)閮?yōu)生在平時(shí)的學(xué)習(xí)中已積累、摸索了出一套適合自己的學(xué)習(xí)策略和學(xué)習(xí)方法，學(xué)生的自學(xué)能力與解決問(wèn)題的能力等方面都比較強(qiáng)，加之優(yōu)生的前測(cè)成績(jī)已達(dá)到一定的高度，若要使其成績(jī)顯著再上升有一定的難度，所以實(shí)驗(yàn)效果不明顯，這就是兩班高分組差異不明顯的原因.

實(shí)驗(yàn)班與控制班的中分組、低分組差異顯著，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)班的中等生、差生是本次教學(xué)實(shí)驗(yàn)的最大受益者.中、差學(xué)生由于學(xué)習(xí)方法不當(dāng)?shù)榷喾矫嬖蛟斐晌锢韺W(xué)習(xí)成績(jī)不理想，進(jìn)而導(dǎo)致自信心和學(xué)習(xí)興趣的下降.通過(guò)一學(xué)期的引入物理學(xué)史的教學(xué)，首先消除了學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)的畏懼感和對(duì)物理學(xué)家的神秘感.一位進(jìn)步顯著的學(xué)生與筆者交談時(shí)說(shuō)：“以前認(rèn)為物理知識(shí)太難，只有那些物理學(xué)家們才能搞懂.現(xiàn)在才明白原來(lái)物理學(xué)家也是由開始的不懂，逐步摸索、研究，經(jīng)歷了無(wú)數(shù)次的失敗才獲得了成功.由此，增強(qiáng)了我的自信心和學(xué)習(xí)興趣.”中、差學(xué)生通過(guò)物理學(xué)史的學(xué)習(xí)，加深了對(duì)物理概念和物理規(guī)律的理解，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)物理的自信心和興趣，逐步掌握了學(xué)習(xí)物理的方法，他們學(xué)習(xí)成績(jī)的明顯提高也就是水到渠成的事情.

學(xué)生成績(jī)提高的因素有很多，一次的教學(xué)改進(jìn)，并不能充分說(shuō)明什么，筆者又繼續(xù)在2009級(jí)高二兩個(gè)班做了一次教學(xué)實(shí)驗(yàn)研究，得到了同樣的上述結(jié)果，這充分證明了在物理教學(xué)中引入物理學(xué)史對(duì)提高學(xué)生物理學(xué)習(xí)成績(jī)確有顯著效果.

4 結(jié)論與展望

近代物理學(xué)史及其相關(guān)內(nèi)容在高中物理教學(xué)中起著非常重要的作用.它們可以加深學(xué)生對(duì)基本概念和基本規(guī)律的理解，認(rèn)識(shí)和掌握物理問(wèn)題研究和探索的方法，激發(fā)學(xué)生的興趣和求知欲.在高中物理新課程教學(xué)中引入近代物理學(xué)史的教學(xué)，應(yīng)以課堂滲透的教學(xué)方式為主，專題講座方式為輔，同時(shí)要結(jié)合學(xué)生自主參與的學(xué)習(xí)方式.

課堂滲透方式就是教師結(jié)合物理學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、基本技能的教學(xué)，逐步開展物理學(xué)史的教育.教師在教學(xué)中對(duì)一些物理學(xué)史的相關(guān)內(nèi)容應(yīng)見(jiàn)縫插針、隨時(shí)滲透，讓學(xué)生在潛移默化之中受到教育，起到“潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲”的效果.這種方式的優(yōu)點(diǎn)是不需要增加課時(shí)，并且可以不增加學(xué)生課業(yè)負(fù)擔(dān)而開展有效的、生動(dòng)活潑的教學(xué).具體操作程序是：了解和學(xué)習(xí)相關(guān)的物理學(xué)發(fā)展的內(nèi)容——對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行篩選——將歷史內(nèi)容與相關(guān)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合——在課堂傳授知識(shí)時(shí)滲透物理學(xué)史的教育.

本教學(xué)實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)筆者來(lái)說(shuō)是一次挑戰(zhàn).在做實(shí)踐研究的過(guò)程中，筆者對(duì)高中物理教學(xué)中涉及到的近代物理學(xué)史內(nèi)容做了系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，對(duì)高中物理教學(xué)引入物理學(xué)史的方式作了初步的探索研究，哪些物理學(xué)史內(nèi)容采用課堂滲透，哪些方面該進(jìn)行專題講座，哪些地方需增加有關(guān)內(nèi)容，如何引入物理學(xué)史會(huì)有更好的效果等，做了較為系統(tǒng)的思考，對(duì)物理學(xué)史的無(wú)窮魅力有了更深的感悟，對(duì)物理學(xué)史教育的重要性有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，從中對(duì)新的課程計(jì)劃也有了進(jìn)一步的理解.

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