物理學史圖片融入教學的途徑與策略*

江愛國

(浙江省岱山中學　浙江 舟山　316200)

*系浙江省2014年教育規劃課題，課題號：2014SC327

物理學史圖片融入教學的途徑與策略*

江愛國

(浙江省岱山中學浙江 舟山316200)

*系浙江省2014年教育規劃課題，課題號：2014SC327

摘 要：隨著高中教學選科走班形式的興起，傳統的行政班教學模式必將弱化，隨之帶來的教育功能必將更多地通過學科教學進行滲透．真、善、美是物理教學追求的最高境界.而物理學史圖片的應用是實現這種物理教學追求的有效途徑．本文從物理學史圖片融入高中教學的策略例析入手，闡述了物理教學實施的途徑與策略．

關鍵詞：物理學史圖片融入利用

新課程標準關注的是學生學習的過程和方法，以及伴隨這一過程而產生積極的情感體驗和真正的價值觀．課程標準確立了知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀三位一體的課程目標．

在新一輪高考改革的背景下，隨著高中教學選課走班形式的興起，傳統的行政班教學模式必將弱化，隨之帶來的德育教育功能必將更多地通過學科教學進行滲透．物理不僅僅是一門科學，物理也是一種智慧，物理更是一種文化．真、善、美是物理教學追求的最高境界.而物理學史圖片的應用是實現這種物理教學追求的有效途徑．

物理學史圖片是指物理學產生和發展的歷史中遺留下來的一些物理學家的影像圖片、相片、手稿等．這些圖片在教科書及各種出版物中和網絡中廣為流傳．在查閱相關文獻的過程中，筆者發現，很多教育研究者對物理學史的教育價值進行了分析，對物理學史與課程的整合進行了探討，對物理學史融入物理教學的教育模式進行了理論的探討和實踐的檢驗，在物理教學類主流期刊上也有很多此類著作．但是，在已有的研究中卻鮮見關于物理學史圖片融入中學物理教學現狀的相關研究，物理學史圖片在教學中缺乏融合，這與圖片的作用是不相符的，也不利于新課程背景下學生科學精神及思維能力的培養．

搜集物理學史圖片的資料，結合高中物理教學的主要內容進行梳理、分類，并在課堂教學中加強物理學史圖片教學.融合能促進學生了解到科學家們的觀測、困惑、試探和創新的精彩與智慧，能認識到真正的物理學史發展的精髓，并培養學生思維方式、價值取向和科學人文精神．不僅能給當前的物理教學帶來清新之風，并提高教師的學科內涵．

1現行高中物理教科書特點與圖片的作用

現行的全國高中物理教科書共有5個版本，而每個版本的教科書都有兩個突出的特點：圖片增多；重視物理學史教育．如《人教版》的“科學漫步”、《魯科版》的“信息窗”、《粵教版》的“資料活頁”等．結合兩者的歷史圖片是教科書的一大亮點．這種教材設置方式為教學提供了一個新的課題：如何有效運用教材中的插圖以及選擇歷史圖片，開展物理學史教育，提高學生學習興趣、增強學生的思維能力，從而提升科學的人文精神．

19世紀俄國教育家烏申斯基曾說過：“把圖片帶進課堂，啞巴也會說話”．心理學研究表明人類80%信息的獲取來自眼睛．相比聽覺信號，視覺信號的刺激有效性高、包含的信息量大、記憶的持久性強等特征．在物理教學中會插入一些漂亮并帶有大量信息的歷史圖片，以此不僅讓學生感受刺激，并更加直接、有效、感性地感受史料，促進物理知識和文化的感悟．

2教學實施途徑與策略

2.1利用圖片中恢弘的場景營造崇敬科學氛圍

科學的進步對人類文明發展的影響是巨大的，教學中利用圖片中的恢弘的場景告訴學生科學的輝煌和深遠的反響．激勵學生崇敬科學的精神，培養學生學習物理的興趣．讓學生站在“當時”理解偉大，能使情感、態度、價值觀目標良好地達成．

圖片背景(圖1)：1927年，第五屆索爾維會議在比利時布魯塞爾召開，一張匯聚了物理學界智慧之腦的“明星照”則成了這次會議的見證，數十個涵蓋了眾多分支的物理學家都留下了他們的身影，在本次物理界最豪華聚會上，29位與會者中有17人是諾貝爾獎得主，唯一的女性居里夫人得過兩次諾貝爾獎．中國武林小說史上著名的華山論劍，也沒有如此陣容．愛因斯坦、玻爾更是照片的靈魂人物， 一位頭戴世紀最偉大科學家桂冠，是學者中的學者；另一位是哥本哈根學派的掌門人，同樣是一代宗師．在他們的身后，是20世紀最重要的兩大物理學理論———相對論和量子力學．他們的這場論戰，一波三折，曠日持久，影響深遠，幾乎所有在世的理論物理學家都被卷入其中．在人類科學史上，曾經發生過許多次重大的學術論戰，但論及雙方的地位、論戰的深入和影響，只有這一次才最有資格被稱為巔峰對決．

圖1　物理峰會之索爾維會議

2.2利用圖片中科學原理增進直觀認識

相對聽覺，通過視覺的信息輸入更加快捷和高效．通過圖片展示科學原理，可以一目了然，言簡意賅．此類圖片，學生都能直觀、清晰地認識到其所要表述的東西．利用這些圖片，可以達到迅速引人入勝的效果．

圖片背景(圖2)：1798年，卡文迪什利用扭秤，成功地測出了引力常量的數值，證明了萬有引力定律的正確．

圖2　“最美麗”的十大物理實驗之一——卡文迪什扭秤實驗

卡文迪什解決問題的思路是，將不易觀察的微小變化量轉化為容易觀察的顯著變化量，再根據顯著變化量與微小量的關系算出微小的變化量 ．原理利用了二次放大法：

(1)盡可能地增大了T型架連接兩球的長度使兩球間萬有引力產生較大的力矩，使桿偏轉．

(2)盡力地增大弧度尺與系統的距離使小鏡子的反射光在弧線上轉動較大角度．

2.3利用科學家生活中的像片領略科學人文與生活情趣

教學中，一些教師在介紹物理學家的奇聞軼事時往往過分渲染他們對科學研究的態度，導致很多學生認為物理學家都是一群追求嚴謹的“書呆子”，其實在生活中，物理學家也是普通人，也有普通人一樣的喜怒哀樂，看科學家生活中的像片，可以拉近與科學家的距離，也拉近與物理的距離，促使學生學習物理時能體會到一種人文的感染，而非枯燥乏味的知識堆積．

圖片背景[圖3(b)]：1951年3月，在愛因斯坦72歲生日聚會上，經過眾多記者輪番拍攝之后，這位年逾古稀的老人臉都笑麻了．輪到賽西記者采訪他時，他用吐舌頭代替僵硬的笑容．這幅照片成為20世紀具有影響力的一張形象符號．愛因斯坦后來答問為何要吐舌頭，他說他是為全人類拍攝吐舌頭的照片．

圖3

2.4利用科學偉人崇尚真理的言論來觸動學生心靈

漫長的物理學進程中出現了很多的偉人言論，這些偉人的言論所折射出他們崇尚真理、為科學真理而獻身的精神常會深深地打動學生．這樣的言論如果再結合能體現偉人主要業績的圖片，則能更加有效和震撼．有時能強烈激發學生學習物理的興趣和熱情．這是科學人文精神的良好體現方式．

圖4　拉斐爾《雅典學派》濕壁畫

圖片背景(圖4)：古代希臘是西方文明的發源地，那里誕生的思想家的思想對整個西方文明產生了深遠的歷史影響，這其中的二位佼佼者柏拉圖(位于左，挾著《帝邁馬斯篇》，以手指指天.)和他的學生亞里士多德(位于右，手拿《倫理學》，另一只手伸前.)更是以他們睿智的思想和嚴密的理論體系，在西方文明發展的整個歷史長河中可以說起到了決定性的作用．由于是師生關系，亞里士多德的很多觀點同柏拉圖很相似．但他們在一些重要問題上的觀點有很多不同，甚至截然相反．亞里士多德不認同柏拉圖的“理念是世界的本質”的觀點，他堅決認為“思想來源于具體事物，理性是人的本質”，并就此觀點與恩師展開了針鋒相對的辯論，就像自己說過的那樣：“吾愛吾師，吾更愛真理”．

2.5利用圖片來了解我國科技發展緬記物理偉人激發愛國熱情

愛國主義是對青少年進行德育的中心內容．在漫長的科學史的發展歷程中，我國一大批教育家、科學家嘔心瀝血，為國力的強大做出了巨大的貢獻．解放以來，我國在科學技術方面得到了史無前例的發展．在尖端技術方面，原子彈、氫彈、洲際導彈的實驗成功，人造衛星的發射與回收，正負電子對撞機的建成等都處于國際前列．教學中結合教材有關章節穿插介紹這些內容的圖片，不僅可以激發學生學習物理的興趣，還能使學生了解祖國的燦爛輝煌文化，樹立民族自信心和自豪感．在教學過程中我們要注意通過挖掘物理教材中的史料圖片，激起學生熱愛祖國、緬懷科學先人的真情．

圖5

圖片背景[圖5(c)]：吳健雄，江蘇蘇州太倉人，在β衰變研究領域具有世界性的貢獻．一生獲得眾多獎項、獎譽．被稱為：世界物理女王、中國居里夫人、最偉大的實驗物理學家．

1956年之前，吳健雄已因在β衰變方面所作過的細致精密又多種多樣的實驗工作而為核物理學界所熟知． 1956 年李政道、楊振寧提出在β衰變過程中宇稱可能不守恒之后，吳健雄立即領導她的小組進行了實驗，實驗結果證實了弱相互作用中的對稱不守恒．由此，在整個物理學界產生了極為深遠的影響．

1958當選為美國科學院院士，1975年任美國物理學會第一任女性會長，同年獲得美國總統福特在白宮授予她美國最高科學榮譽——國家科學勛章．

晚年的吳健雄積極報效祖國，1982年受聘為南京大學、北京大學、中國科學技術大學等校的名譽教授，是中國科學院高能物理研究所學術委員會委員．

1997年2月16日，在紐約病逝，終年85歲．遵照她本人生前的愿望，吳健雄的骨灰安放在她的故鄉江蘇蘇州太倉瀏河鎮．

2.6利用圖片和史實進行教學設計揭示物理學家思維的過程

教科書上的結論和定律，多是科學家思維活動的結晶，是靜態知識．它掩蓋了知識形成與發展的生動過程，使學習者難以體驗探索和發現的喜悅．尤其是物理學家們那獨特的思路、精巧的方法以及認知的升華，在教材中被過濾了．蘊含在科學研究過程中的思想、方法才是動態的知識，物理學的概念和規律，如果親歷了它們形成和發展的過程，會更加深刻地理解其含義．重新體驗科學家研究問題的方法和思維過程(圖6)，也使科學方法的傳授不再是空洞的說教，而是有聲有色的鮮活經歷，物理學前進的每一步都是創新教育的極好題材．

圖6

圖7　歐姆本人得出“歐姆定律”的實驗裝置與相關數據

圖片背景(圖7)：歐姆花費了10年心血發現的“歐姆定律”，是其數學推理與實驗驗證的結果結晶，物理思維的精髓在其推理過程中一覽無余、堪稱經典．當時的實驗條件極差，沒有現成測量電流的儀器，他想了種種辦法，經歷了多少次失敗，才制成了相當精密的測量電流的電流扭秤.

因此我們在教學中可以這樣設計：

(2)按照他的思維思路，進行猜想：

(3)現場實驗、讀取數據、數據處理(利用數字化實驗裝置)進行驗證(圖8)．

圖8

2.7利用物理學史圖片開設校本選修課程

物理學史及圖片囊括了上下幾千年人類文明發展的歷程，更有其他此類的具體資料，包括郭奕玲教授等的《物理學史》、李醒民教授的《激動人心的年代——世紀之交物理學革命的歷史考察和哲學探討》、秦克誠教授的《郵票中的物理學史》、國內高中物理教材5種版本、國外高中科學主流教材及各種期刊和網絡資源等．由于課時的限制，很多資料不能在課堂中講解．新一輪課改中學校選修課程體系的規劃及實施為物理學史圖片的應用拓展提供了平臺，我們可以開設《物理故事會》、《思維的智慧與啟發》等選修課程，通過對物理學史圖片的挖掘、整理及展示，使學生了解物理、認知物理，達到培養學生思維方式、價值取向和科學人文精神的教學目的．

參 考 文 獻

1教育部基礎教育教材審定工作辦公室.新課程實驗教材精粹選評. 北京：人民教育出版社，2010

2郭奕玲，等.物理學史. 北京：清華大學出版社，2005

3秦克誠.郵票中的物理學史.北京：清華大學出版社，2005

收稿日期：(2015-04-02)

作者簡介：江愛國(1971-)，男，中學高級，主要從事中學物理教學及研究.