提高中學物理學史教學有效性策略探究

摘 要：本文在闡述物理學史目前在教學實踐中的現狀、存在問題及其原因分析的基礎上，以“伽利略探究落體運動”為例，提出提高物理學史教學有效性的策略。

關鍵詞：分析；探究；策略

物理學史是在物理學發展過程中形成的，描述物理學發展歷程的學科，是關于物理學本身規律的學問。物理學史是學科思想的寶庫，但在教學實踐中還存在很多問題。

一、 高中物理學史教學中存在的問題及原因分析

（一） 物理學史相關內容在高中物理教學中沒有得到重視

一方面是因為課標中物理學史內容屬于了解水平。另一方面，物理學史的內容一般安排在專題章節的第一節，很多時候教師將其作為新學內容的開篇介紹、過渡內容讓學生自主閱讀了解。

（二） 相關史料挖掘不深，教學方式單一

目前物理學史課教師大多讓學生自主閱讀了解科學家探究問題的過程，這種方式可簡單了解相關內容，但是并沒有體現科學家探究問題的思維過程以及克服困難的方法和巧妙之處。

（三） 學習過程沒有在史料基礎上培養學生的思辨意識和思維能力

教材中提供的史料一般比較簡單籠統，對為什么會出現認識誤區，探究過程中產生困難的原因是什么，解決困難的方法是否嚴密，在當時的歷史背景下還有沒有更好的方法沒有進行深入思考。這樣不利于學生形成思辨意識。

基于上述分析，筆者以伽利略探究落體運動為例，從引課、新課教學、總結三個環節提出提高物理學史教學有效性的策略。

二、 高中物理學史教學的策略——以伽利略探究落體運動為例

（一） 教材分析

“伽利略探究落體運動”在課標中屬于了解內容，但在物理學的發展中處于非常重要的地位。通過伽利略對落體運動的研究開啟了一門新的科學，第一次形成物理學史上的一套系統科學的研究方法，本節內容處理好了可以為學生后面學習運動學奠定重要基礎，更能激發學生學習物理的興趣。

（二） 教學設計思想

1. 教材方面：以相關內容歷史發展為載體，力求尊重歷史，實事求是；以教學目標和教學任務為出發點和歸宿，搜集與課堂內容相關的物理知識。

2. 學生方面：遵循學生的認知規律，因材施教。

3. 設計核心要點：

一是要突出物理科學發展中有爭議的概念、定律、理論及實驗，因為這也正是學生最難接受、最易出錯的地方，即教學的難點。

二是要讓學生親自體驗和感受關鍵性實驗或認識問題的誤區。

三是要發掘和展現物理學豐富的人文內涵，體現研究過程思維復雜曲折的發展歷程。

（三） 教學設計

1. 引課

做簡單的實驗，讓學生觀察鋼球和紙片從同一高度由靜止開始下落，鋼球先落地，紙片后落地。培養學生注意觀察，體驗亞里士多德通過直接經驗得到結論的過程。

2. 新課教學

伽利略的佯謬。根據實驗：同樣的兩張紙片，一張保持原樣，一張揉成紙團，從同一高處由靜止開始下落，紙團比紙片先落地。

重點思考三個問題：

（1）剛才的結論正確嗎？

（2）伽利略當時是通過什么方法發現亞里士多德的觀點有問題呢？

（3）為什么亞里士多德的論斷流傳了2000多年，才開始被質疑？

這個環節的設計意圖是尊重落體運動研究的發展史實，體會邏輯思辨的方法，明確摩擦力和阻力對落體運動的研究是主要干擾因素。要明確伽利略探究的落體運動是只有重力作用下的落體運動。

伽利略的探究之路。教師在學生了解大致該過程后針對每個環節提出一些基于史料的拓展性問題引發學生思考。

1. 大膽猜想環節。教材上明確伽利略猜想的結論是物體下落速度與時間成正比，實際上伽利略在理解物體下落速度均勻增加時也走了一段彎路，起初伽利略假設下落過程的速度與下落距離成正比，請同學們幫助他判斷一下這個假設有什么問題？如果上述猜想合理，說明物體落下的距離加倍時，速度也應該加倍，那么物體通過兩段距離的時間一樣，顯然這個結論是荒謬的。這個過程讓學生體會伽利略的思維過程也是曲折復雜的，大膽猜想的同時還要注意猜想的合理性。

2. 實驗驗證環節：引導學生總結研究落體運動過程中的主要困難。

困難一：直接測量瞬時速度很困難，伽利略借助數學工具推理得出從靜止開始的勻加速直線運動其位移與運動時間的平方成正比，從而將注意力轉移到驗證物體下落位移與時間的關系上。

這個部分引導學生思考這樣做有什么好處，以便體會伽利略將實驗與數學結合在一起，既注重邏輯推理又依靠實驗檢驗的科學方法。

困難二：計時困難。

伽利略探究落體運動的精彩之處主要體現在這一部分，如果讓學生閱讀課本回答問題就無法體現伽利略探究落體運動的思想精髓。在這里可以提出一些拓展性思考問題：

（1）伽利略設計的斜面實驗用的是什么材質的球？為什么在斜面上鋪光滑的羊皮紙？

（2）“沖淡重力”實驗是怎么操作的？伽利略是怎么想到這個方法的？

（3）在斜面實驗中需要測量相鄰時間間隔時用稱水重的方法是否可行？如果不行，在當時背景下還可以用什么方法？

早在伽利略研究落體運動之前，伽利略就對斜面實驗感興趣了，曾提出過下列問題：①為什么物體在陡的平面上運動得更快？②不同斜面，運動之比如何？并得到結論：“同一重物垂直下落比沿斜面下降具有更大的力，這要看斜面下降的長度與垂直下落的長度成什么樣的比例”。既然力的大小與斜度成一定比例，落體運動的研究就可以用斜面來代替，按一定比例“沖淡”作用的力，“加長”運動的距離，這樣可以比落體更有效地研究運動的規律。

這個環節力求讓學生學會根據運動的性質設計實驗，知道“沖淡重力”實驗不是憑空想象而是科學家在前面研究問題的經驗積累，這也為合理外推的思想提供了理論依據。引導學生在閱讀過程中要有思辨意識。

三、 課堂總結

這個環節要求學生自己總結伽利略探究落體運動思路，即問題→猜想→數學推理→實驗驗證→合理外推→得出結論。一方面培養學生總結歸納能力；另一方面讓學生能夠體會伽利略創立運動學理論過程既有思辨又有實驗，依靠思辨和實驗相互印證和相互補充的方法艱難前行。

四、 結語

總之物理學史的教學一定要在尊重歷史、順應學生認知規律的基礎上盡量挖掘其中的學科思想方法，讓學生感受探究物理問題過程中的復雜性和曲折性。

參考文獻：

[1]胡化凱.物理學史二十講[M].北京：中國科學技術大學出版社，2009.

[2]郭奕玲，沈慧君.物理學史[M].北京：清華大學出版社，2004.

作者簡介：

宋輔英，陜西省咸陽市，咸陽彩虹中學。