物理學(xué)史，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)

曾琳玉

摘 要 在物理學(xué)史中包含有非常豐富的科學(xué)思維的具體形成的實(shí)際案例，同時(shí)物理學(xué)史中的這些案例可以和物理學(xué)中的知識(shí)實(shí)現(xiàn)很好的連接，從而使學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣得到最大化的激發(fā)。本文主要講述了物理學(xué)史對(duì)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要性，以及就如何更好地借助物理學(xué)史對(duì)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)進(jìn)行培養(yǎng)提出了一些建議。

關(guān)鍵詞 物理學(xué)史 培養(yǎng) 科學(xué)素養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2017.10.058

Abstract In the history of physics contains very rich scientific thinking of the specific form of the actual case， at the same time in history of physics and physics in these cases can knowledge to achieve good connection， so as to stimulate students' interest maximization. This paper mainly talks about the importance of the history of physics in training students' scientific literacy， and puts forward some suggestions on how to better cultivate the scientific literacy of students with the help of the history of physics.

Keywords history of physics； cultivation； scientific literacy

《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》的三維目標(biāo)，其中就有培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)對(duì)學(xué)生將來的發(fā)展有著非常重要的促進(jìn)作用，可以讓學(xué)生更好地適應(yīng)將來社會(huì)的考驗(yàn)，因此需要每個(gè)教師都充分意識(shí)到培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要性，通過物理學(xué)史的學(xué)習(xí)來實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生將來可以獲得更好的發(fā)展。

1 科學(xué)素養(yǎng)

科學(xué)素養(yǎng)一方面指的是修養(yǎng)以及學(xué)識(shí)，針對(duì)的對(duì)象是所有的學(xué)者。另一方面指的是能夠書寫，閱讀，目標(biāo)對(duì)象是非常普通的大眾。在新課標(biāo)中也有對(duì)科學(xué)素養(yǎng)進(jìn)行界定，具體是指對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新精神，科學(xué)探究能力進(jìn)行培養(yǎng)，使學(xué)生擁有良好的情感以及科學(xué)態(tài)度，可以認(rèn)識(shí)到科學(xué)的本質(zhì)。對(duì)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)可以有多種不同的方法、不同的途徑，而通過物理學(xué)史的學(xué)習(xí)，來對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)，無疑是所有途徑中非常有效的一種。

2 物理學(xué)史是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)的載體

人們經(jīng)常說讀史可以使人明智，如果在對(duì)物理知識(shí)進(jìn)行講授時(shí)僅僅只是將物理知識(shí)單獨(dú)傳授，而不涉及任何歷史的學(xué)習(xí)，那么僅僅只是讓學(xué)生了解了一些理論的物理知識(shí)，卻不能對(duì)學(xué)生的物理思維以及科學(xué)思維進(jìn)行培養(yǎng)。英語中常會(huì)講到，誰在哪里因?yàn)槭裁刺岢隽耸裁?，這是一個(gè)完整的思維，而現(xiàn)階段很多教師在對(duì)學(xué)生進(jìn)行教育時(shí)，更多的只是注重對(duì)理論知識(shí)的強(qiáng)調(diào)，而并沒有讓學(xué)生明白知識(shí)是由誰怎樣創(chuàng)造而來的，這樣就會(huì)限制學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)，很多時(shí)候只能將學(xué)生培養(yǎng)成為一個(gè)會(huì)解題的工具，但是并不能將學(xué)生培養(yǎng)成一個(gè)有著完整思維的人，因此可以說物理學(xué)史是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的載體，在物理學(xué)習(xí)中讓學(xué)生充分的了解物理學(xué)發(fā)展相關(guān)的知識(shí)，這會(huì)讓學(xué)生對(duì)物理學(xué)有一個(gè)更加深刻的連貫認(rèn)識(shí)，從而促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的形成。

3 物理學(xué)史對(duì)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的意義

3.1 借助物理學(xué)史，學(xué)生的奉獻(xiàn)精神以及熱愛科學(xué)的精神得到培養(yǎng)

在物理學(xué)史中包含有非常多的物理學(xué)家的感人事件。例如，居里夫人，因?yàn)殚L(zhǎng)期進(jìn)行放射性研究工作，最終患上白血病，為了物理學(xué)事業(yè)獻(xiàn)出了自己的生命。法拉第，為了物理學(xué)事業(yè)，甘愿放棄榮華富貴，數(shù)十年如一日，堅(jiān)持反復(fù)實(shí)驗(yàn)探究，最終發(fā)現(xiàn)磁生電的條件和規(guī)律，提出了法拉第電磁感應(yīng)定律，為人類社會(huì)的發(fā)展做出了杰出的貢獻(xiàn)。布魯諾，一心捍衛(wèi)日心說，被宗教裁判所燒死在羅馬的鮮花廣場(chǎng)，為科學(xué)付出了生命的代價(jià)。伽俐略同樣也是為了捍衛(wèi)日心說，多次受到羅馬教皇的折磨以及破壞，依然沒有屈服，誓死捍衛(wèi)物理學(xué)知識(shí)。這些物理學(xué)史中的一個(gè)個(gè)物理學(xué)家對(duì)科學(xué)都有著至高無上的尊重，他們都是為了科學(xué)，為了真理忍受各種痛苦甚至放棄生命，他們的精神可以給每一個(gè)學(xué)生帶來精神的震撼，使學(xué)生對(duì)這些物理學(xué)家由衷敬佩，同時(shí)也培養(yǎng)了他們對(duì)科學(xué)的尊敬，從而使他們懷著對(duì)科學(xué)以及對(duì)物理學(xué)家的尊敬來更好地展開物理學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神。[1]

3.2 培養(yǎng)學(xué)生敢于創(chuàng)新，敢于質(zhì)疑的精神

教師可以讓學(xué)生對(duì)絕對(duì)真理以及相對(duì)真理展開充分討論，從而使學(xué)生尊重科學(xué)，自覺摒棄迷信權(quán)威。例如，在展開物理學(xué)史有關(guān)光的本性認(rèn)識(shí)歷程時(shí)，教師需要讓學(xué)生明白正是因?yàn)樵诖酥?，我們的祖先有些并不具備?chuàng)新以及質(zhì)疑的勇氣，才導(dǎo)致粒子說得以被人們相信100年這么長(zhǎng)的時(shí)間。早在17世紀(jì)，人們?cè)谶M(jìn)行光的色散分析時(shí)，牛頓提出了微粒說這一概念，在同一時(shí)間荷蘭的物理學(xué)家惠更斯提出了波動(dòng)說的概念，因?yàn)樵诋?dāng)時(shí)牛頓的影響力比較大，所以微粒說便成功占據(jù)了統(tǒng)治地位，在經(jīng)歷了波動(dòng)說學(xué)者的漫長(zhǎng)努力之后，一直到20世紀(jì)，愛因斯坦借用光子說對(duì)光電效應(yīng)進(jìn)行了解釋，證明了在光的色散中同時(shí)具備有波動(dòng)性和粒子性這兩種特性。這個(gè)物理學(xué)史的例子就完全可以告訴學(xué)生，理論有些時(shí)候并不是不會(huì)發(fā)生變化的，也許某些年以后，有關(guān)光的知識(shí)又會(huì)增加更多的理論，因?yàn)榭茖W(xué)是沒有邊界的，所以我們不必感到震驚，人們的科學(xué)水平在不斷進(jìn)步，人們對(duì)自然科學(xué)的認(rèn)知程度也在不斷加深，借用物理學(xué)史可以讓學(xué)生對(duì)世界對(duì)科學(xué)形成一種正確的認(rèn)識(shí)，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生敢于創(chuàng)新，敢于質(zhì)疑的科學(xué)精神。[2]endprint

4 運(yùn)用物理學(xué)史對(duì)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)進(jìn)行培養(yǎng)的建議

4.1 觀察能力的培養(yǎng)

物理學(xué)這門學(xué)科是實(shí)踐性非常強(qiáng)的一門學(xué)科，物理學(xué)各種規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，以及各種概念的建立都不能脫離觀察而單獨(dú)存在，因此要想應(yīng)用物理學(xué)史對(duì)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)進(jìn)行培養(yǎng)，一定需要注重培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力，通過觀察能力的培養(yǎng)，使學(xué)生更好地對(duì)物理知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)。在物理學(xué)史中，很多重要發(fā)現(xiàn)以及重要發(fā)明都是依靠物理學(xué)家的認(rèn)真觀察得出的。例如，意大利的非常著名的物理學(xué)家伽利略，因?yàn)閷?duì)一盞燈的實(shí)際擺動(dòng)進(jìn)行觀察得到了物理學(xué)的啟示，借助懸線、銅球?qū)螖[實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬，展開了對(duì)擺長(zhǎng)會(huì)給周期造成多少影響的研究，最終發(fā)現(xiàn)了單擺的等時(shí)性。這些物理學(xué)史的例子都向人們表達(dá)一個(gè)道理，那就是觀察非常重要，因此一定需要注重去培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力，讓學(xué)生能夠從觀察到的細(xì)微事件中得到物理學(xué)啟示，從而使他們可以對(duì)物理學(xué)知識(shí)能夠有更加深刻的理解，從而使他們可以更好地掌握物理學(xué)知識(shí)。[3]

4.2 注重實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?/p>

物理學(xué)這門學(xué)科是以實(shí)驗(yàn)為主的一門科學(xué)，物理學(xué)中的理論幾乎都是從實(shí)驗(yàn)中得來，多少物理學(xué)家提出的理論都需要通過實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)，一定程度上可以說，如果沒有實(shí)驗(yàn)，就沒有物理學(xué)，因此需要教師給予實(shí)驗(yàn)一定的重視，通過實(shí)驗(yàn)來培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。例如，富林克林為了證明物理學(xué)中靜電和閃電具有同一性，便進(jìn)行了風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)，在風(fēng)雨交加的時(shí)候，富蘭克林借助風(fēng)箏將大氣中存在的電收集到萊頓瓶中完成充電操作，從而得到了理論的驗(yàn)證。可以說所有的物理學(xué)理論都是通過實(shí)驗(yàn)來獲得的，因此需要重視培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)精神，讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)各種理論知識(shí)，培養(yǎng)他們對(duì)待科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度。[4]

4.3 注重類比

類比具體是指在知道兩種事物在一些方面具有相似點(diǎn)或者相同點(diǎn)的前提下，推論這兩個(gè)物體在其他的方面也存在有相同或者相似點(diǎn)。例如，荷蘭物理學(xué)家惠更斯就是借助類比方式來提出的光波動(dòng)假說，將光和聲波進(jìn)行類比，認(rèn)為光也可以存在折射以及反射現(xiàn)象，也正是因?yàn)轭惐葹楹髞淼墓獠▌?dòng)理論提供了一定的研究基礎(chǔ)。再比如庫(kù)侖，庫(kù)侖拿兩個(gè)電荷的相互作用力和物體的萬有引力進(jìn)行類比，最終發(fā)現(xiàn)了庫(kù)侖定律，如果庫(kù)侖沒有應(yīng)用類比方法，那可能還需要很長(zhǎng)時(shí)間以后才會(huì)發(fā)現(xiàn)庫(kù)侖定律。這些類比的例子都充分證明了類比的重要性，因此在進(jìn)行電勢(shì)能，電勢(shì)以及電勢(shì)差的教學(xué)時(shí)，也可以讓學(xué)生把其和重力勢(shì)能，高度以及高度差進(jìn)行類比，從而讓學(xué)生更好地進(jìn)行物理知識(shí)的學(xué)習(xí)，但是需要讓學(xué)生明白并不是所有事物都可以類比的，類比存在有一定的局限，所以類比過后需要學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐的檢驗(yàn)，檢驗(yàn)成功后才可進(jìn)行使用，避免學(xué)生將知識(shí)記混。[5]

4.4 注重假說

物理學(xué)中很多的發(fā)現(xiàn)都是在假說的基礎(chǔ)上逐步形成的，即由物理學(xué)家提出假說，對(duì)該假說進(jìn)行理論推導(dǎo)以及各種實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，最終證明假說的真實(shí)性。物理學(xué)家麥克斯韋為物理學(xué)做出了非常重要的一個(gè)貢獻(xiàn)，他預(yù)言了世界上有電磁波的存在，這個(gè)理論后來通過赫茲實(shí)驗(yàn)得以證實(shí)，確實(shí)有電磁波的存在。英國(guó)物理學(xué)家安培提出“分子電流假說”成功地解釋了物質(zhì)宏觀磁性形成的內(nèi)在原因。假說對(duì)理論的發(fā)展起著重要的作用，是科學(xué)理論發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，是物理學(xué)中最重要的研究方法之一。因此在物理學(xué)學(xué)習(xí)中，假說會(huì)是一種常用的方法。例如，在靜電場(chǎng)中，等勢(shì)面，電場(chǎng)線是否存在相交，我們可以先做出假設(shè)，然后去驗(yàn)證，從而得出正確的答案?？傊?，教學(xué)中需要教師對(duì)學(xué)生進(jìn)行滲透，注重培養(yǎng)學(xué)生的假設(shè)意識(shí)，這樣可以讓學(xué)生面對(duì)問題時(shí)多了一個(gè)解決思路。[6]

4.5 構(gòu)建模型

在物理學(xué)學(xué)習(xí)中，會(huì)涉及有非常多的模型研究。例如，對(duì)物體的實(shí)際機(jī)械運(yùn)動(dòng)進(jìn)行描述，需要對(duì)質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行建立，然后對(duì)物體的受力展開分析，還有單擺，彈簧振子等，建立模型的目的是為了將次要因素忽略，從而使人們可以將主要矛盾找出，發(fā)現(xiàn)事物的隱藏規(guī)律。建立模型的方法也是一種有效解決問題的方法，在建立模型時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力。[7]

5 結(jié)語

綜上所述，物理學(xué)史中包含有大量的物理學(xué)理論發(fā)展以及物理學(xué)家的案例，通過物理學(xué)史的學(xué)習(xí)可以讓學(xué)生更加清楚地了解物理學(xué)理論發(fā)生以及發(fā)展的全過程，有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，使學(xué)生更好地展開各項(xiàng)知識(shí)的學(xué)習(xí)，因此需要教師給予物理學(xué)史一定的重視，對(duì)物理學(xué)史進(jìn)行有效的應(yīng)用，從而使學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)得到提升。

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