芻議物理學史對提升高中學生科學素養的作用及策略

楊樹剛

(甘肅省臨夏中學 731100)

一、運用物理學史提升高中生的科學素養具有理論基礎

教育重演論(Recapitulation theory of education)的基本原理是：第一，一個人的教育發展是一個過程.進入高一級的教育階段一定是以通過了低一級的教育階段為前提，階段不可跳躍或顛倒.第二，現代學生的學習過程是對人類文化發展過程的一種認知(Cognitive)意義上的重演，即現代人的認知發展(Cognitivedevelopment)是對其祖先認知水平長期演化過程的濃縮.教育重演論還進一步指出，為了符合學生的認識規律，學習內容應該放在一定形式的文化背景之中.從這個角度講，教育重演論為物理學史的引入提供了理論支持，物理學史已經成為物理教學必不可少的有機組成部分.

物理教學既要傳授給學生物理知識，更要把相關的歷史背景介紹給學生，讓學生能夠在物理學史的背景下對物理知識進行“重演”.物理學史還可以幫助學生釋疑解難.那些在物理學史上就被爭論過的物理問題，往往也會是學生學起來有困難或容易出錯的問題，在教學中，教師引導學生了解物理學史上科學家認識世界的方式，讓學生進行心理上的“重演”，有利于促進學生對這些疑難問題的真正理解.

二、物理學史對提升學生科學素養的作用及策略

1.科學家是學生求學、求知的精神領袖

物理學發展離不開無數科學家的辛勤工作的結果，科學家在探索未知世界過程所體現的人格魅力，是學生做人、做學問非常好的榜樣，要求教師在教學過程中，傳授物理知識的同時，對于相關科學家在探索知識中所體現出的科學精神做一講解，達到對學生素質全面提升.

伽利略不畏權威，對亞里士多德觀點進行挑戰，得到物體運動不需要力維持；牛頓對自己在物理學上所做出的貢獻，謙虛的說：我是站在巨人的肩膀上，牛頓從落下的蘋果砸到他頭上獲得了靈感，最終發現了萬有引力定律；開普勒對研究數據8分角度偏差不放過，最終得出開普勒三定律，從而對行星運動有了比較正確的描述；奧斯特對電與磁間存在聯系信念的堅定，加之不懈的努力，最終以著名的奧斯特實驗向世人證明了電與磁間存在聯系，從而揭開了電磁學的新篇章；法拉第經過無數的失敗，嘔心瀝血10年，最終發現了電磁感應現象，總結出電磁感應定律；電磁場理論建立人麥克斯韋，小時候被老師及同學們看成丑小鴨，但他并不在乎，專心致志學習自己的數學，畫一些只有自己才能看懂的幾何圖形，最終靠自己的成績，使老師及同學們認識到他是只聰明的白天鵝；愛因斯坦的一生，取得了很多成就，但他從不滿足于現狀，不但向科學前沿進軍，他對統一場論的堅信及不懈努力就是很好的說明.這些偉大的科學家所體現出的以上人格魅力會對學生探究科學知識造成不可估量的促進作用.

2.課堂中融入科學家的探究科學的方法可以提升學生科學素養、開啟智慧

科學方法在物理知識獲得中起到重大的作用，物理教師在教授知識的同時，對學生進行前輩們科學方法的講授，也是非常重要的方面.比如伽利略理想斜面實驗，將摩擦力這一次要因素去除，從而獲得了物體運動不需要力來維持；質點、點電荷理想化模型的提出，使我們在研究具體問題時，忽略物體本身的大小，從而給問題解決帶來方便；物理學解決問題主要方法：根據現象大膽提出假說，假說回到實踐中去，若能經得起實踐的考驗，并且還能在此理論指導下對未知進行預言，最終得到檢驗是正確的，這一假說就被人們所接受，上升到理論的層次上來.物理學在研究問題時控制變量法，即當要研究三個量間的關系時，我們可固定其中一個量，來研究另兩個量間關系，從而將三量間的關系找到，牛頓第二定律就運用此法找到了力、質量、加速度三者間的關系，理想氣體狀態方程也運用此法找到氣體壓強、體積、溫度三者間的關系.比值法對物理概念下定義，速度定義、加速度定義、電流強度定義、電場強度定義、磁場強度定義這些定義是物理學知識最為基本的根基，對學生不論是物理知識的理解掌握還是今后從事科學研究都有很大的幫助.

總之，物理學在發展過程中所積累的方法，在某種程度上比物理學知識本身更為重要，因為教師的教最終是為了不教，只有使學生掌握了獲取知識方法，才能實現學生自學能力提高，真正達到不教的目的.

3.課堂中融入物理學史能更好地激發學生探究物理的興趣

一般來說，中學生有強烈的好奇心和自尊心，希望家長和社會把自己當大人看待，希望自己能獨立去解決一些問題，因而創設一個生動活潑、自覺主動的學習環境是很重要的.將歷史引入到教學中來，讓學生自己參與物理知識的發現過程，體會科學發現的樂趣，獲得心理上的滿足，這樣我們就可以在物理教學中培養并不斷發展學生學習物理學乃至整個自然科學的興趣和信心；另外，科學發展史是一幅理論與實驗交叉、失敗與成功并存、邏輯與非邏輯思維并用的豐富多彩的畫面，將歷史引入到教學中來，可以向學生展示一些科學家的失敗和失誤以及不同學派間的爭論等，從而打破傳統的邏輯教學給學生留下科學發展是直線前進的印象，打破學生對科學家的迷信，最終提高學生學習和將來從事科學研究的興趣和信心；第三，在物理教學中，將歷史上物理學的重要發現促進科技發展的事例有選擇地介紹給學生，比如，牛頓萬有引力定律使人造衛星得以上天；法拉第、麥克斯韋的電磁學，使電動機、電視機的出現成為可能，革新了人們的生活：原子物理和核物理研究，使人類獲得了一種新能源—核能，等等.使學生認識到物理學的重要價值，激發他們學習物理的興趣.

4.課堂中融入物理學史培養學生的科學態度和科學精神

實事求是的科學態度和腳踏實地的工作作風是任何一個科研工作者必須具備的品格.比如，教師在講授《行星的運動》這一節課時，可以講授一下第谷的科學事跡：第谷花費了30多年用簡陋的儀器觀察恒星；愛迪生為了尋找合適的材料做燈絲失敗近8000次：居里夫婦歷盡苦難從400噸礦渣、1000噸化學藥品和800噸水的混合物中提取1克鐳；歐姆在經濟狀況和實驗條件極差的情況下研究電壓、電阻、電流三者的關系.通過這些事例告訴學生：科學工作乃至各種工作都需要實事求是、嚴格要求、決不弄虛作假的科學態度，和任勞任怨、不怕吃苦、腳踏實地的工作作風.

總之，在高中物理課堂教學中，教師能夠有效的融入豐富多彩的物理學史，會影響他們學習科學家的科學精神和科學態度，能有效的提高他們學習物理的興趣和科學探究精神和能力.