課堂上滲透物理學(xué)史

科學(xué)的本質(zhì)在于探索，科學(xué)的生命在于創(chuàng)新。物理學(xué)史在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造素質(zhì)方面具有獨(dú)特的功能。物理學(xué)史上幾乎每個(gè)重大的發(fā)現(xiàn)表明，創(chuàng)造性思維活動(dòng)起始于對(duì)困難或問題的認(rèn)識(shí)，而善于提出問題，總是對(duì)事物、現(xiàn)象或已有的理論的懷疑開始。為了培養(yǎng)學(xué)生提出科學(xué)問題的能力，只從內(nèi)容上銜接提出問題是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，應(yīng)從真實(shí)的物理學(xué)認(rèn)識(shí)發(fā)展的歷程中，展示物理學(xué)探索過程中問題背景的演化，闡明重大物理學(xué)問題產(chǎn)生的歷史條件及其所導(dǎo)致的深遠(yuǎn)后果。因此，在物理教學(xué)中，完全有必要用物理學(xué)史上的精彩事例，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力，提高善于提出科學(xué)問題的能力[1]。具體教學(xué)實(shí)施方案如下。

一、在物理教學(xué)中，物理學(xué)史教育的內(nèi)容，沒有專門的教學(xué)大綱，需要在“穿插”、“結(jié)合”方面下功夫。教師在教學(xué)中需要對(duì)一些物理學(xué)史的內(nèi)容隨時(shí)滲透，見縫插針，這種物理學(xué)史的滲透可以是幾句話，也可以是大篇幅，或者一副圖等，讓學(xué)生在潛移默化中受到了教育。這種方式不需要我們?cè)黾诱n時(shí)，并且可以不增加學(xué)生課業(yè)負(fù)擔(dān)，而展開生動(dòng)活潑的，有效的教學(xué)。利用課堂滲透是一種有效的進(jìn)行物理學(xué)史教育的方式。

1.操作程序

了解和學(xué)習(xí)相關(guān)歷史內(nèi)容，先對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行篩選，然后整合歷史內(nèi)容與相關(guān)教學(xué)內(nèi)容，最后進(jìn)行課堂傳授知識(shí)時(shí)滲透物理學(xué)史。

2.具體實(shí)施的教案

在進(jìn)行伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究教學(xué)時(shí)，就可以結(jié)合相關(guān)的歷史進(jìn)行教學(xué)滲透。

其教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)與技能：了解伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究思路和方法；學(xué)習(xí)伽利略的思想和精神，培養(yǎng)敢于堅(jiān)持真理、勇于創(chuàng)新和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。提高學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)合作精神。

過程與方法：經(jīng)歷伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究方法，感悟科學(xué)探究的方法；親身經(jīng)歷探究的過程，嘗試探究的方法，提高實(shí)驗(yàn)的技能，培養(yǎng)主動(dòng)參與、勤于動(dòng)手的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

情感態(tài)度與價(jià)值觀：激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)伽利略敢于向權(quán)威挑戰(zhàn)，善于觀察思考，知難而進(jìn)的優(yōu)秀品質(zhì)；培養(yǎng)學(xué)生耐心細(xì)致的意志品質(zhì)，創(chuàng)新思想和互相協(xié)作的精神。

二、教學(xué)重點(diǎn)

：了解探索過程，明確探索的步驟，同時(shí)了解實(shí)驗(yàn)及科學(xué)的思維方法在探究中的重要作用，從中提煉自己的學(xué)習(xí)方法。

三、教學(xué)難點(diǎn)

：觀察-思考-推理-猜想-驗(yàn)證”是本節(jié)的重點(diǎn)思路，也是培養(yǎng)良好思維習(xí)慣的重要參考

四、教學(xué)過程：

設(shè)計(jì)思路：本文主要目的是帶領(lǐng)學(xué)生體驗(yàn)經(jīng)歷伽得略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究方法，感悟科學(xué)探究方法，培養(yǎng)學(xué)生勇于敢于向權(quán)威挑戰(zhàn)，善于觀察思考，知難而進(jìn)的優(yōu)秀品質(zhì)。所以我們按照“觀察-思考-推理-猜想-驗(yàn)證”這樣的科學(xué)探究思路引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)

首先是伽利略的探究

師：上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了一種理想的運(yùn)動(dòng)模型：自由落體運(yùn)動(dòng)。大家都知道，落體運(yùn)動(dòng)是非常常見的，但就這樣一個(gè)常見的運(yùn)動(dòng)，人類對(duì)它的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了差不多兩千年的時(shí)間才變得清晰起來。這究竟是怎么回事呢？在人類歷史上，最早研究運(yùn)動(dòng)問題的要算古希臘學(xué)者亞里士多德了。亞里士多德通過觀察推斷：物體下落快慢由它們的質(zhì)量決定。他的這一推斷符合人們的常識(shí)，以至于其后兩千年里，大家都奉為經(jīng)典。但到了16世紀(jì)末，意大利比薩大學(xué)的青年學(xué)者伽利略對(duì)亞里士多德的論斷產(chǎn)生了懷疑，用自己方法證明了亞里士多德觀點(diǎn)的錯(cuò)誤并且得出了落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。下面我們就隨著伽利略的思想一起體驗(yàn)他的探究過程。

（1）伽利略的思考：

師：伽利略通過自己的觀察對(duì)亞里士多德的觀點(diǎn)產(chǎn)生了懷疑，并通過邏輯推理讓亞里士多德的觀點(diǎn)自相矛盾。你能做到用亞里士多德的觀點(diǎn)證明亞里士多德觀點(diǎn)的錯(cuò)誤嗎？

伽利略發(fā)現(xiàn)亞里士多德的觀點(diǎn)有自相矛盾的地方。根據(jù)亞里士多德的理論，一塊大石頭的下落速度要比一塊小石頭下落速度大。假定大石頭的下落速度為8，小石頭的下落速度為4，當(dāng)我們把這兩塊石頭拴在一起時(shí)，下落快的會(huì)被下落慢的拖著而減慢，下落慢的會(huì)被下落快的拖著而加快，結(jié)果，整個(gè)系統(tǒng)的下落速度應(yīng)該介于8和4之間。但從另一個(gè)角度講，兩塊石頭拴在一起，加起來比大石頭還要重，因此整個(gè)系統(tǒng)的速度應(yīng)該大于8，由同一理論得到的結(jié)論相互矛盾，從而使亞里士多德的理論陷入困境。

補(bǔ)充：“兩種新科學(xué)的對(duì)話”一書中寫道：

薩爾維阿諦（伽氏）：如果把兩個(gè)自然速率不同的物體綁在一起，那么落得快的物體會(huì)被落得慢的物體拖著而減速，落得慢的物體會(huì)被落得快的物體拖著而加速，你同意嗎？

辛普利丘（亞氏）：沒有疑問，你說得對(duì)。

伽氏：但是，如果這是對(duì)的，那么我們?nèi)∫粔K大石頭，例如它的下落速率為八，再取一塊小石頭，下落速率為四，將它們栓在一起，整個(gè)系統(tǒng)的下落速率應(yīng)該小于八；但是，兩塊石頭栓在一起，要比速率為八的石頭重。因此可以得出，重物體比輕物體的運(yùn)動(dòng)速率要小的結(jié)論，這個(gè)結(jié)論剛好和你的推測(cè)相反。

亞氏：我完全被搞糊涂了，……說實(shí)在的，這完全超出了我的理解力……。

（2）伽利略的猜想

先問問學(xué)生會(huì)作怎樣的猜想。

伽利略認(rèn)為，重物與輕物應(yīng)該下落得同樣快。他猜想落體運(yùn)動(dòng)應(yīng)該是一種最簡(jiǎn)單的變速運(yùn)動(dòng)，物體的速度應(yīng)該是均勻變化的。但是，速度的變化怎樣才算是均勻的呢？他考慮了兩種可能：一種是速度的變化對(duì)時(shí)間來說是均勻的，即v與t成正比；另一種是速度的變化對(duì)位移來說是均勻的，即v與x成正比。

數(shù)學(xué)推理伽利略通過數(shù)學(xué)運(yùn)算得出：如果v與x成正比，將會(huì)得到十分復(fù)雜的結(jié)論；如果v與t成正比，它通過的位移x就與t2成正比。

要點(diǎn)注意：伽利略是先猜想速度與時(shí)間成正比，然后數(shù)學(xué)推導(dǎo)出位移與時(shí)間的平方成正比的，然后通過難數(shù)學(xué)推導(dǎo)的結(jié)論證明速度與時(shí)間成正比的。“伽利略通過實(shí)驗(yàn)得到位移與時(shí)間的平方成正比的結(jié)論”是錯(cuò)誤的。

（3）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了便于測(cè)量時(shí)間，伽利略設(shè)法用斜面做實(shí)驗(yàn)。他在木制斜槽上蒙上羊皮紙，讓銅球從光滑的羊皮斜槽上滾下，通過上百次對(duì)不同質(zhì)量的小球沿不同傾角的光滑斜面越大的定量研究，發(fā)現(xiàn)小球沿光滑斜面運(yùn)動(dòng)時(shí)通過的位移x確實(shí)與t2成正比，小球的運(yùn)動(dòng)是勻變速直線運(yùn)動(dòng)，且傾角一定不同小球的加速度一定，傾角越大加速度越大。

（4）合理外推

伽利略將他在斜面實(shí)驗(yàn)中得出的結(jié)論做了合理的外推：設(shè)想斜面的傾角越接近900，小球沿斜面滾下的運(yùn)動(dòng)就越接近于自由落體運(yùn)動(dòng)；當(dāng)斜面的傾角達(dá)到900時(shí)，小球就做自由落體運(yùn)動(dòng)。從而，自由落體運(yùn)動(dòng)是初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，且所有物體自由下落時(shí)的加速度都相同。

然后是伽利略的科學(xué)方法

伽利略對(duì)運(yùn)動(dòng)的研究，不僅確立了許多用于描述運(yùn)動(dòng)的基本概念，而且創(chuàng)造了一套對(duì)近代科學(xué)的發(fā)展極為有益的科學(xué)方法，或者說給出了科學(xué)研究過程的基本要素。

伽利略科學(xué)方法的核心是把和邏輯推理（包括數(shù)學(xué)推演）和諧地結(jié)合起來，從而有力地推進(jìn)了人類科學(xué)認(rèn)識(shí)的發(fā)展。

3.五、總結(jié)

通過物理學(xué)史在教學(xué)中滲透有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)，創(chuàng)造素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的思想品德素質(zhì)。物理學(xué)史在物理教學(xué)中滲透具有重大的教育價(jià)值。由于物理學(xué)史在教材中的不足以及新課標(biāo)對(duì)物理學(xué)史的要求，更加說明物理學(xué)史在教學(xué)中滲透是很有必要的。對(duì)于物理學(xué)是在教學(xué)中滲透我們要有整體的指導(dǎo)思想，對(duì)于不同類型的物理概念與規(guī)律，我們要根據(jù)不同的方法去滲透在教學(xué)中。

物理學(xué)史在教學(xué)中滲透具有重大的意義，但同時(shí)也存在一些問題。首先物理學(xué)史是一門獨(dú)立的學(xué)科，有其自身的研究方法和結(jié)構(gòu)體系。將物理學(xué)史融入教學(xué)方法不當(dāng)，會(huì)適得其反。若要將科學(xué)史與科學(xué)教學(xué)有機(jī)結(jié)合起來，首先要求我們樹立正確的科學(xué)觀。不僅要重視“個(gè)人的科學(xué)”、“公開的科學(xué)”、“技術(shù)的科學(xué)”，更要重視“歷史的科學(xué)”。歷史的科學(xué)能夠再現(xiàn)科學(xué)知識(shí)的建構(gòu)過程與科學(xué)家們的思維方法，有利于我們對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解，也有利于全體學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)發(fā)展與創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。我們既要站在當(dāng)代的高度，也要設(shè)身處地考察和評(píng)價(jià)歷史，才能使學(xué)生產(chǎn)生“身臨其境”的感覺，收到良好的教育效果。

同時(shí)，在教學(xué)中滲透物理學(xué)史我們要注意適當(dāng)性。在教學(xué)設(shè)計(jì)的時(shí)候要把握好度，不能因?yàn)橐胛锢韺W(xué)史而沖淡教學(xué)的重要的內(nèi)容。有些沒必要引入的就不用引入。不能為了引入物理學(xué)史而引入物理學(xué)史。

參考文獻(xiàn)

[1] 李艷平，申先甲.物理學(xué)史教程[M].科學(xué)出版社，2003. 11-29.

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