基于物理學史的課堂教育

摘要：物理學史和物理教學相結合不僅有利于激發學生學習物理的興趣，更重要的是對學生進行科學態度、情感和價值觀的教育以及科學精神的陶冶。據此提出了物理教學中滲透物理學史教育的研究。

關鍵詞：物理學史科學素養物理教學

物理學史的背景與現狀

物理學史，作為歷史學科的一個分支，則是物理科學活動和結果（物理理論與物理思想）發展史的描述與說明。他是研究物理學辯證發展過程規律的一門學科，是我們對各種自然現象的認識史，是描述物理學的各種思想方法的發展和演化的歷史。

這些年來，國內許多高等院校相繼在大學生中開設科學史課程，這是非常令人高興的。與教學方面的良好局面相比，我們在物理學史方面的理論研究還沒有受到應有的重視。理論研究不深入，就會影響科學史教學的質量，就會影響物理學史在素質教育和通才教育中發揮應有的作用。

教學中引入物理學史的必要性

每一條物理學的概念原理都是在一定的歷史條件下形成的，通過對這段物理學史的學習可以使同學們對于概念和原理有正確的理解。例如我們在上自由落體運動這節時，學生可能會認為重的物體應該是比輕的物體落地快的，因為在我們的生活中鐵塊就比羽毛落地快。如果我們直接告訴他這是因為空氣阻力恐怕學生難以信服，這時我們如果講述一千多年前伽利略做的“兩個小球同時落地”的實驗可以幫助我們比較自然的引入空氣阻力這個因素。既然兩個重量不同的小球同時落地，那是什么因素使重量同樣不同的鐵塊和羽毛不同時落地呢？這時可以啟發學生思考是什么因素，最后不難得出是因為空氣阻力。

同時通過這個小故事還可以引出伽利略的證明：如果講一個一公斤的小球與十公斤的小球用根繩綁在一起下落，那么一公斤的小球由于下落的慢將會拖住十公斤的小球，使兩小球的下落速度慢于十公斤的小球。但如果把這兩個小球看成一個整體，那么他們重達十一公斤，下落的速度應當快于十公斤的小球，這樣就得到一個自相矛盾的結果。同樣可以從反面得到不同重量的物體下落速度是一樣快的結論。

物理學史的學習對于我們嚴謹治學態度的形成和格物致知精神的培養都有著很大的作用。物理學習中需要注意運用適當的方法。比如在學習“牛頓第一定律”時，需要同學們建立一個理想模型來考慮在所有摩擦力和阻力都消失的情況下物體的運動情況；又如在講到“自由落體運動”時，我們介紹了伽利略用歸謬法駁斥了亞里士多德的論點“重的物體比輕的物體下落的快”。學習物理學史的過程正是一種思維訓練，通過科學家們解開這些自然之謎的艱難探索過程，使學生身臨其境地參與進這個探索過程中，學習科學家的思維方式、體會科學家進行創造的那份感動。

對教師的要求

物理學史雖具有相當多的優點，但是仍然有很多問題需要克服。通過研究發現，現在的課程對于學生和教師而言還是太多了，除了科學概念和原理的介紹外還要進行物理學史的教育，時間更為緊湊，這也是教師不愿采用物理學史的原因，畢竟教學的根本目的是希望學生掌握科學知識，而物理學史教育是作為一個輔助的手段而已。而在一般情況下，教材的內容是無法縮減的，上課時間也是固定的。因此，物理學史與課程教學能否結合，是教師決定使用物理學史的關鍵性因素之一。應將物理學史與科學的教學內容進行整合，并據此發展可行的教學模式，在適當的地方融入物理學史，呈現過去科學家的想法與歷史情景。

不過當前教師將物理學史融入教學是有一定的困難的，首先是當前的考試制度對物理學史融入的阻礙。由于考試的成績在學生和老師看來是最為重要的，很多時候與學生的前途和老師的水平都有掛鉤。教師們雖然都認識到物理學史對于學生的綜合素質、長遠發展都是有很大好處的。但無奈高考的內容不涉及物理學史，所以教師不夠重視。再有就是教師本身的物理學史的知識儲備，現在老師的物理學史資料也比較少，網上的知識比較雜亂，很難取舍；物理學史的書籍較少，不同版本的內容有所出入；教師的工作較忙，很難抽出時間去專門充實自己的物理學史的知識儲備。

做好以下幾點可以對物理學史的融入有些很好的效果。首先，要進行高質量的物理學史的教育首先要求教師有著豐富的科學史知識，要“有東西可講”，老師所講的東西可以吸引同學的注意力，這樣才能發揮物理學史教育的優勢。其次，要求教師善于創設生動有趣的情景，能夠將科學故事中提到的知識概念、實驗等與現在所學的內容有機的結合，物理學課程的理念是“從生活走向物理，從物理走向社會”。這也就是說，凡是生活中常見的和我們生活息息相關的或是社會所需要的都可以作為教學的內容。因此，中學物理要貼近學生的生活，要聯系學生的實際，增加感性認識，只有這樣才更符合學生的認知特點，容易激起學生的學習興趣，體會到學習的快樂。最后，要求教師注重知識與實際生活的聯系，不能固守所教的內容，使學生陷入“教什么，懂什么，不教什么，就不懂什么”的窘境。素質教育要求學生有較強的自學能力，除了能夠掌握教師所教的知識以外，在遇到一個新的內容時可以有自己的理解，能夠在最短的時間內認識它。所以作為老師必須能夠將課本上的知識與實際生活內容聯系起來，能夠和不同別的知識聯系起來，使學生形成一個較立體的知識體系。

教學案例設計

在磁場這一節中，新課標的教學大綱要求了解我國古代的在磁場方面的研究成果和對人類文明的影響，并關注與磁相關的現代技術的發展。所以我認為可以以介紹我國北宋晚期卓越的科學家沈括和他的《夢溪筆談》為主來講授磁場這節內容，這樣既可以使學生了解我國國代的物理學史豐富他們的課外知識，又可以使這堂課更多些趣味比較容易吸引學生的注意力，同時可以加強學生的民族自豪感。

磁場這一節的重點是探究各種磁鐵周圍的磁場分布，比如條形磁鐵、蹄形磁鐵和環形磁鐵，顯然這需要我們進行實驗來探究。我們可以先讓學生先自己設計實驗來探究磁場的分布，之后再介紹一千多年前的沈括當時是怎樣用實驗來探究磁鐵周圍的磁場分布的，然后再講解同學們和沈括的方法誰的更好，以及為什么。他的方法總結起來就是三種：水浮法，支點旋轉法，懸掛法。沈括在《夢溪筆談》中提到，“水浮法多蕩搖”，“碗沿或指甲堅滑易墜”，“而以縷懸為最善”。這是他分別指出了三種方法的優缺點。而這三種方法在后世都得到了不同程度的發展，尤其是水浮法，在指南針的應用上占有重要地位。介紹完沈括的方法后可以繼續讓同學們開動腦筋想想看有什么測出磁鐵周圍磁場的實驗方法。

在講到磁化方法時一千多年前的沈括便在《夢溪筆談》卷二十四里指出，“方家以磁石磨針鋒，則能指南”直到19世紀現代電磁鐵出現以前，幾乎所有指南針都是采用這種方法制成的。而沈括用的天然磁石磨鋼針制成磁鐵的方法，其實是利用天然磁石的磁場使鋼針內部的單元小磁體（沈括稱之為磁籌）由雜亂排列變為規則排列，從而使鋼針顯示出磁性。之所以用鋼針，是因為沈括發現鋼針在被磁化后磁性不易消失，這完全是由沈括自己的經驗得來，但他是磁學和地磁學發展的重要一環，這種磁化方法要比歐洲早了400多年。

在中國這個磁的故鄉里對與磁學的研究從來沒有間斷過，并且不斷的取得重大的成就，這是我們學習磁學的動力也是我們學習磁學的目標。

作者簡介：羅達峰，1980年出生，男，南通大學理學院物理系講師，碩士研究生，畢業于南京航空航天大學光學工程專業。

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