善用物理學史 培養職高生創造性思維能力

羅曉玲

【摘要】本文著重闡述在物理課堂教學中利用物理學史料對職高學生創造性思維能力的培養。

【關鍵詞】物理學史 課堂教學 創造性思維能力

一、問題的提出

江澤民總書記指出：“創新是一個民族進步的靈魂”。素質教育，培養創新思維是核心，培養有創造性思維能力的人才是教育的主要目標。創造性思維是在一般思維的基礎上發展起來的，它是后天培養與訓練的結果。卓別林說過一句耐人尋味的話：“和拉提琴或彈鋼琴相似，思考也是需要每天練習的?！币虼耍覀兛梢赃\用職高學生心理上的“自我調解”，有意識地培養職高學生的創造性思維能力。

在各學科教學中，物理教學因物理學科的特點在這方面可以起到重要的作用。物理學形成和發展已有近400年的歷史，其每一項發現都充滿著創造性，洋溢著科學精神，滲透著科學的思想和方法。

物理學史本身就是一部創新史，其任何一個成功的發現，都離不開物理學家強烈的好奇心和求知欲，通過它可激發學生的學習和探索興趣；其任何一個成功的發現，都離不開標新立異和敢持己見的勇氣，可培養學生思維的多向性和批判性；其任何一個成功的發現，都充滿著艱辛的探究過程，而這正促使我們改變當前“重科學結論，輕探究過程”的教學模式，可讓學生像物理學家從事科學探究那樣學習知識，領悟科學探究的真諦，培養能力。天體力學的主要奠基人拉普拉斯說過“認識一位天才的研究方法，對于科學的進步，并不比發現本身更少用處，科學的研究方法經常是極富興趣的部分?！逼淙魏我粋€成功的發現，都是提出問題和解決問題的過程，這正可引導學生主動去發現問題和提出問題，從“為什么”到“怎么樣”，培育其創造性的想象力和勤于思考的習慣；其任何一個成功的發現，都離不開正確思維和方法，盡管學生是學習物理知識，而物理學家是在增進人類對自然界的了解，但學生和物理學家所從事的活動和思維過程有許多相同之處，在教學中滲透，可讓學生學會科學的思維和方法。

二、怎樣使用史料

完整的史料雖是又好又豐富，但是不可能也沒必要在職高物理教學中全用。怎樣在有限的課堂教學中充分發揮史料在培養學生創造性思維能力方面的價值呢？實踐表明，按教材發展順序，從創造性思維能力培養的科學程序角度，采用多種形式合理選擇組織史料是高效的方法。

1.從培養學生學習物理的興趣開始。興趣是最好的老師。物理教師的首要任務便是保護好學生固有的好奇心和求知欲，進而激發他們學習物理、探索自然的興趣。學生一旦有了學習物理的主觀能動性，將會獲得預想不到的成果。教師用自身形體、幽默的語言使學生對物理教師產生的興趣是初級又短暫的；而物理學史上的偉大發現對人類認識自然規律和人類社會的發展做出了巨大貢獻這將引起學生心靈的強烈震撼，對物理課和物理科學的興趣將更加持久深遠。偉大的發明和發現、 經濟革命 ，造就了強國與地區的生產文明。如十六世紀瓦特蒸汽機的發明，使世界進入蒸汽時代第一次工業革命，使英國——號稱日不落殖民帝國生活進入文明； 十九世紀中葉電磁學的發展，引發了第二次技術革命，使美國成為世界第一經濟強國腦力解放； 二十世紀中葉，微電子技術信息時代引發了第三次浪潮 ，為日本與亞洲四小龍的崛起奠定了基礎。因此，在序言課中除了完成基本教學目標外，還可以用多媒體形式插入以下內容：

（1）簡述人類社會幾次經濟大飛躍與物理學的重大發明發現的關系，突出物理學的作用巨大、關鍵、和領頭學科的地位，激發學生對物理課和物理科學的興趣。

（2）簡述指南針與鄭和下西洋、火藥與火箭、人類登月與神州五號、神州六號、神州七號、核能與原子彈、哈勃望遠鏡與火星探測等，激發民族自豪感，使興趣的動力更加強勁深遠，又感受探索自然科學的永無止境的樂趣。實踐表明，當學生們躍躍欲試的時候，他們的興趣得到了空前的激發。當然，興趣的保持還需以后進一步鞏固。

2.培養學生創新意識、創新精神，激勵學生意志。 創新意識是創造的基點，沒有創新意識，便沒有創造；在創造過程中，會不斷地遇到困難，挫折甚至失敗，沒有堅韌意志，不會走到最后成功。對高一職高學生來說，他們的物理基礎知識相當薄弱，而且普遍認為物理枯燥、乏味，沒有新鮮感。在學習上缺乏努力和意志，喜歡拿來主義。在課堂教學中，教師可根據教材內容特點，有意識地選擇一些力學史料來教育學生。如在“自由落體運動”教學中，除了實驗探究和習題教學外，可充分挖掘發生在比薩的“落體實驗”。先介紹其背景：當時在比薩大學談論亞里士多德是一種時髦，亞里士多德被奉為權威和真理。人們認為懷疑亞里士多德的人是瘋子，挑戰亞里士多德更是大逆不道。伽利略發現了亞里士多德著作中的很多錯誤，當他貼出海報后，有人認為他是膽大妄為，有人認為他是嘩眾取寵、沽名釣譽，……很少有人支持。伽利略卻天生愛刨根究底，不相信權威、個性倔強。再提出其關于落體運動的實驗和理論，然后讓學生思考：為什么在伽利略之前2000多年沒有人對亞里士多德提出異議？是因為學術上的思維定式，還是因為精神上的崇拜權威？讓學生自己討論后得出：伽利略的成功除了他具有批判性思維，還因他具有敢持己見，敢立異標新的勇氣。借此可培養學生的創新意識和創新精神。此后在“慣性定律” 教學中，繼續談關于“運動和力的關系”問題，伽利略對亞里士多德的又一次挑戰，既可起強化作用，又可讓學生體會“近代實驗科學之父”的科學推理方法。此時，在課外讓學生閱讀伽利略冒著受教會審判的危險，借《關于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》一書支持哥白尼，論證日心說，及300年后（1979年）才被平反昭雪等材料，升華其追求真理、敢于創新的精神。此外，牛頓觀察蘋果落地啟發萬有引力定律發現、伽利略觀察教堂擺燈時發現擺的等時性等，都可啟發學生，讓學生懂得：不平常的發現也可以是從對身邊平常的事物、現象及與眾不同的思維開始。創新意識的增強，使學生認識到科學及科學研究并不神秘，科學家也很平常，而創新意識人人都有。許多學生從此開始逐漸不再迷信老師和書本，有了常常反問的勇氣。

3.對科學事件的領悟中，培養學生的創造性思維和方法。 培養創造性思維能力所需要的創造性思維和方法是一件很難的事情。物理學形成和發展的過程本身，也是物理學家運用正確的思維方法和研究方法進行科學探究與創新的過程。如果我們在物理教學中選擇恰當時機，或展示這些素材，或模仿物理學家的科學探究進行學習上的探究，不但生動自然，而且效果往往超乎想象，許多重大的科學發現和創新中，遷移思維和類比方法起到了巨大作用。我們可在向學生展示這些素材的過程中，讓他們領悟這些方法，而這也正是他們今后模仿科學家的這些方法并運用到自己的學習和創新活動中的關鍵。如“庫侖定律和庫侖扭秤實驗”課中，由于實驗設備的原因，進行精確實驗探究很困難，可先進行定性實驗探索，再應用庫侖發現平方反比的經過。突出：庫侖雖然直接測量了電荷之間作用力與距離的關系，但精度畢竟有限，如果用平方反比關系表示，其指數偏差可達0.04；庫侖認為“磁流體即使不在本質上，至少也在性質上與電流體相似?；谶@種相似性，可以假定這兩種流體遵從若干相同的定律。”啟發學生認識到，“若不是先有了有引力定律的發現和平方反比的類比啟發，單靠實驗具體數據的積累，不知要推遲多少年才能得到嚴格的庫侖定律”。也正因為此定量定律的建立，才使電開始成為一門嚴密的科學。“從庫侖定律的發現經過我們可以看到類比在科學研究中所起的作用”。此后的強化，可以在“光電效應”課中，用愛因斯坦受普朗克引入能量量子化，解決黑體輻射問題的成功實例啟發，用光量子成功解釋光效應；和在“光的波粒二象性”課后，用年輕的法國物理學家德布羅意受愛因斯坦有關光的波粒二象性觀念啟發，提出實物粒子也有波粒二象性，并被實驗證實，為量子力學的建立起到重要作用等史料。

事實上，當學生們睜大閃著光的雙眼聽我們講述故事時，類比、遷移等思維與方法，變得如此感性、易懂，深深根植在他們的腦海。較之類比、遷移，發散思維（即求異思維）具有明顯的獨創性。其最為常用、影響最大的有逆向思維、轉換角度、發散聯想等表現形式。美國著名心理學家吉爾福特說：“正是在發散思維中，我們看到了創造性思維的最明顯的標志?！比缭凇半姶鸥袘苯虒W中，可介紹1820年奧斯特實驗后，安培等許多科學家一直在做電磁實驗，如果安培能更客觀地對待實驗，極有可能在法拉第之前發現電磁感應現象，卻因思維方向不當而沒發現。而法拉第則堅信“電生磁”，“磁必能生電”。從1824年開始，他堅持不懈地進行實驗研究，歷經10年時間，終于在1831年發現了電磁感應現象。逆向思維這種創造思維為這個具有劃時代意義的發現指明了正確方向。教材中有大量的史料，每一種創新思維和方法都可從中找到許多相應的歷史事件，關鍵是我們要用心去挖掘。如從多個角度思考問題的研究方法，可用歷史上對陰極射線的不同角度研究——核質比研究、電場磁場中偏轉研究、穿透性研究、旋轉鏡法測速研究，1897年由湯姆生用歸納方法發現了電子，使人類認識了第一個基本粒子；又如敢于大膽假設的研究方法，可用安培的分子電流假說、普朗克能量量子化假說、玻爾的原子結構假說等史料；使用它們可使自己的思維形象化的方法，法拉第提出了力線思想；而尋求聯系和統一的方法，使牛頓把地上物體的運動和天上物體的運動統一了起來，麥克思韋光和電磁現象統一了起來，用能量把各種不同運動形態統一了起來…… 當我們零星地完成許多創新思維與方法研究后，便可選擇一些事例，從低到高地將其系統化。如在進行“原子”結構教學時，學生的創造素質已有一定的培養。可按原子模型的歷史演變，從實心帶電球、行星模型到定態躍遷模型，讓學生全面系統地運用各項創造要素來探究，體會創新思維與方法在完整過程中的作用及有機組合，以提高他們的創造能力。也可根據一些史料，編制一些探究性、開放性的習題，讓學生運用創新思維與方法來解決，提高他們的創造性思維能力。

三、選用史料進行教學的注意事項

1.系統性。要根據教材的特點和學生心理特征及創造能力培養的程序來安排總體計劃，不可零散無序。教師在物理課堂教學過程中，要創造一個良好的學習環境，使學生在學習過程中受到潛移默化的影響。

2.適合性。每一史料所包含的內容繁多，要根據教材的具體內容和創造性思維能力培養的階段性目標，來取舍史料，確定講述的時機和側重點；在分量上，小可以是一小段的插入，大可以是構建全課探究的主要依據；形式上可以用語言的描述，也可以是用多媒體展示或資料展示，還可結合實驗進行，絕對不可以史料取代實驗；時間上，可以是課內教學，也可以是課外講座或興趣小組活動。

3.融合性。融合既指史料與傳授物理知識的有機結合，又指創造性思維能力培養要滲透于史料和物理知識的講解之中。課堂中有計劃、有步驟、合理地組織選用史料進行教學，對職高學生的創造性思維能力培養，作用是巨大的，高效的。

參考文獻：

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[2]郭奕玲，沈慧君.物理學史[M].清華大學出版社.2000.

[3]吳景彥.物理學史上的科學家[M].勞動人事出版社.1988.