物理學史與物理科學方法教育并行的探索

楊景峰

物理科學方法是在漫長的物理學發展過程中，經過物理先賢大師和無數物理學工作者的探索積淀，而結晶的閃爍智慧光芒的鉆石，是科學的思維方法，是人類認識自然，探索世界的有力武器.在中學物理教學實踐中，重視物理科學方法教育，傳授物理知識的同時，讓學生學習掌握物理科學方法，這是做一名合格物理教師的職責，也是物理教學的真諦.要實施物理科學方法教育，筆者認為應根據教材知識脈絡，實施物理學史和物理科學方法教育并行，不失為進行物理科學方法教育的有效途徑.因為物理學史與物理科學方法是相伴而行的，每一種科學方法的產生，都包含了一段物理學史的佳話.通過對物理學史的回顧，提煉出相應的物理科學方法，有利于學生對物理科學方法產生背景的了解和思維情境的理解，能幫助學生更好地掌握物理科學方法，培養學生的分析問題和解決問題的能力.筆者在十幾年的教學實踐中做了一些探索，在此與讀者分享.

1注重日常教學滲透，時時進行物理科學方法教育

現行人教版的高中物理教材大致是按照力、電、磁、熱、光（波）、原（動量）這樣的知識序列編寫的.涉及到的物理學史和物理科學方法均涵蓋于知識內容.作為一名高中物理教師，應該在物理知識的講解中，充分挖掘物理教材中涉及的物理學史，通過對物理學史的介紹，來彰顯物理科學方法的內涵和重要性.例如在講授《自由落體運動》時，介紹伽利略的生平和他的科學思維方法.在講授《牛頓第一定律》時，詳細講解伽利略的理想斜面實驗，進一步強化理想化實驗方法.同時講述牛頓的超群素質和過人的數學天分.閃爍著理性的光輝的同時，蘊含著分析綜合、歸納推理的科學方法.《牛頓第二定律》驗證實驗體現了控制變量的實驗方法.在《行星的運動》中，講述兩種學說的對立和斗爭，推崇第谷40多年的默默觀察與記錄，有感于開普勒20年辛勤計算與思考，體現了物理學的觀察法與計算推理法.《萬有引力定律》再次說明了數學方法的重要性.卡文迪許扭秤和庫侖扭秤向我們展現了實驗物理的魅力，也說明微量放大法在實驗觀察中的作用.奧斯特和法拉第對電與磁的情有獨鐘，讓我們領略了實驗探究法的艱辛與執著和天道酬勤的道理.總之，凡是教材知識點涉及到的物理學史，筆者都在教學過程中認真對待，將物理學史與知識點有機結合，彰顯蘊含的物理科學方法.同時在教學過程中注重實驗演示和實驗驗證.不但教師演示做，還要組織學生分組做.不但課上做，還要引導學生課余時間做探究實驗.培養學生實驗的觀點、樂于實驗、善于實驗的習慣與技能.教育學生重視實驗，掌握實驗的科學方法.

2利用重點章節內容，系統進行物理科學方法教育

人教版高中物理（必修一）第二章第六節《伽利略對自由落體運動的研究》是一節重點介紹伽利略科學思想的課，考點不是很多.因此，有的教師采取不講或略講的方法處理.而筆者每一次講授都認真準備，努力上好這節課.筆者給學生布置預習作業，不但閱讀課文，還要利用網絡查找有關資料，詳細了解伽利略的科學思想和貢獻，講述對伽利略的科學方法要素的理解.上課時分成小組，采取講述和情景辯論等形式使學生的興致都非常高，也深深地被伽利略的科學精神所折服.收到良好的教育教學效果.對筆者關注人教版高中物理必修一后邊的學生實驗，筆者關注實驗的重要性，帶領學生認真學習，培養學生良好的實驗科學素養.人教版高中物理必修二第六章第一節《行星的運動》的教學，筆者讓學生查找資料，體會地心說和日心說的爭論，感受哥白尼、伽利略、第谷、開普勒、布魯諾等人為科學發展而戰的精神.在電磁感應的教學中，筆者帶領部分學生自制大量實驗進行演示，即增強了教學效果，也培養了學生實驗習慣和實驗技能.

英國學者貝爾納指出“如果學生不能夠以某種方式親自參加科學發現的過程，就絕對無法使他充分了解現有科學知識的全貌”.教師就是要在教學過程中努力去還原或者創設規律發現的情境，讓學生感受發現過程，體驗發現成就和樂趣，理解物理科學方法的作用.從而更好地掌握物理科學方法.

3通過物理學史習題訓練，凸顯物理科學方法教育

物理習題是檢驗物理知識的主要方法，也是檢驗學生運用物理科學方法解決問題能力的有效途徑.通過滲透物理學史和物理科學方法習題的訓練可以達到還原物理規律的發現過程，也可以體現物理科學方法的運用功能.這里略舉幾例說明.

例1伽利略在《兩種新科學的對話》一書中，討論了自由落體運動和物體沿斜面運動的問題，提出了這樣的猜想：物體沿斜面下滑是一種勻變速直線運動，同時他還運用實驗驗證了其猜想.某中學物理興趣小組依據伽利略描述的實驗方案，設計了如圖1所示的裝置，探究物體沿斜面下滑是否做勻變速直線運動.

（1）實驗時，讓滑塊從某一高度由靜止沿斜面下滑，并同時打開裝置中的閥門，使水箱中的水流到量筒中；當滑塊碰到擋板的同時關閉閥門（整個過程中水流可視為均勻穩定的）.改變滑塊起始位置的高度，重復以上操作.該實驗探究方案是利用量筒中收集的水量來測量[CD#3]的.

（2）表1是該小組測得的有關數據，其中S為滑塊從斜面的不同高度由靜止釋放后沿斜面下滑的距離，y為相應過程量筒收集的水量.分析表中數據，根據[CD#3]在誤差的范圍內是一常數，可以得出滑塊沿斜面下滑是做勻變速直線運動的結論.

（3）本實驗誤差的主要來源有：水從水箱中流出不夠穩定，還可能來源于[CD#3]（只要求寫出一種）.

例1在教材介紹的知識基礎之上，經過改變設計的.體現了伽利略的實驗方法，也體現了伽利略研究自由落體運動和物體沿斜面運動問題的科學方法.是一道集物理學史和物理科學方法的好題.

例2許多科學家在物理學發展過程中做出了重要貢獻，下列敘述中符合物理學史實的是

A.庫侖通過扭秤實驗，得出了庫侖定律

B.奧斯特發現了電流的磁效應，總結出了電磁感應定律

C.牛頓提出了萬有引力定律，通過實驗測出了萬有引力恒量

D.伽利略通過理想斜面實驗，提出了力是維持物體運動狀態的原因

例3關于物理學研究的方法，以下說法錯誤的是

A.在用實驗探究加速度、力和質量三者之間的關系時，應用了控制變量法

B.在利用速度——時間圖像推導勻變速直線運動的位移公式時，使用的是微元法

C.用點電荷代替帶電體，應用的是理想模型法

D.伽利略在利用理想實驗探究力和運動的關系時，使用的是實驗歸納法

例4圖2是歷史上發現原子內部結構的幾個著名實驗的裝置圖，其中發現質子的裝置是

這樣的習題是高考經常出現的題型，也是直接判斷題，但學生在日常的學習中必須有所積累，掌握基本物理史實，理解基本的物理科學方法，知道重要的物理實驗.所以在平常的教學活動中，進行物理學史和物理科學方法教育與高考應考教育并不矛盾.

4實施物理學史與物理科學方法教育并行的要求

在落實物理學史與物理科學方法教育并行的過程中，教師要做到以下幾方面.

第一、教師自己要重視物理科學方法的教育，將物理科學方法教育貫徹到自己的教學實踐中.現在還有的教師只重視知識的傳授，忽視知識的形成過程，不注意物理科學方法的教育.如在一所很好的高中，一位在當地很有名氣的物理教師，一堂課就把一整章的內容講完，剩下的時間就是做習題.從教師的角度出發，高中物理一章的主干內容確實沒有多少，有的半節課就可以捋下來.但是這樣做就只剩干癟的知識體系，怎么能會展現知識的形成過程呢？更何談物理學史與物理科學方法教育并行，物理學家那種執著感人的科學精神如何讓學生受到教育呢？還有的教師或者學校，從來不組織學生做物理實驗，認為耽誤時間，沒有多大效果.物理實驗教學在弱化.

第二、在落實物理學史與物理科學方法教育并行的過程中，教師要提前備好課.教材介紹的物理學史都是蜻蜓點水，內容很有限.物理科學方法也是隱含在敘述過程中的.教師在課前就要查找資料，將物理學史與教學內容有機地結合起來.做到精彩和精煉，這就要下一番功夫.同時要在知識形成過程中把物理科學方法凸顯出來，讓學生體會得到.

第三、要在教學過程中培養學生的興趣.大家都知道，興趣是最好的老師.只要教師培養起學生的興趣，在教學過程中稍加引導，學生就會主動去學習.特別是互聯網時代，為我們提供了廣闊的學習時空.一丁點的信息都可以在網絡上找到相關知識的詳細介紹.學生有了興趣，教師要做的就是提供那么一點點的信息量就夠了，剩下的學生會自己去探尋.

第四、要教育學生重視學習物理科學方法，提高繼續學習和探索自然科學的能力.我們都會說：授人以漁，不授人以魚.就是這樣的道理.比單純的物理知識，物理科學方法的教育更加重要.高中物理知識只是浩瀚的物理學中的一個入門基礎，現階段的主要任務是升入大學的一塊敲門磚.而物理科學方法則是人類認識自然、改造世界所積淀得到的有效方法，這種方法可以指導我們去探索更廣闊的未知世界.沒有這些科學的方法，人類就會盲人摸象，認識世界的能力就會大打折扣.所以教師在教學過程中要有意識地教育學生，注重科學方法的學習與積累，要學會捕魚的方法，不要做只會吃魚的食客.