挖掘物理學史深層價值 提升科學課堂教學內涵

洪勝

摘 要：物理學史凝聚了人類社會各個發展階段的物理研究成果，有實踐證明了的真理，也有受時代限制包涵的瑕疵。在中學科學課堂教學中恰當利用物理學史來組織教學活動，可以培養民族自豪感和愛國之情，認識實驗和邏輯推理的重要性，創設探索物理規律的情境，促進概念的建構和形成，感知物理觀念作用，培養學生思維的批評性，科學思想和科學研究方法。因此，合理利用物理學史這一重要的教育資源是必要且可行的。

關鍵詞： 物理學史；科學教學； 研究

物理學史凝聚了人類社會各個發展階段的物理研究成果，有實踐證明了的真理，也有受時代限制包涵的瑕疵。它讓我們理解物理學是一門不斷發展的科學，只有了解了物理學發展的歷史，才能更深刻地認識理解物理學的宏偉壯觀。物理學史將以無數鮮活生動的形象，科學家科學研究足跡，讓學生領略到科學家獻身科學的探索精神和創新精神，鼓舞年輕一代，使他們愛上物理學，不斷提高科學素養，逐漸領會科學的本質。

一 、結合物理學史培養民族自豪感和愛國之情

1.1中國古代對物理學的研究

1.1.1古代指南針的發明以及地磁偏角的發現

指南針是中國古代的四大發明之一，對人類科技進步和社會發展產生了巨大的推動作用。司南作為指南針的雛形。東漢王充《論衡·是應篇》有一段文字：“司南之杓，投之于地，其杓指南?！贝派字改厢樧钤绲挠涊d。

較早記載見于《韓非子》和《鬼谷子》。從宋代初期或唐代末期開始，中國人發明制作了各種類型的磁性指南儀器。楊維德的《塋原總錄》是迄今為止有關指南針的最早記載的文獻。

中國古代的堪輿家在運用羅盤勘測風水的活動中，發現羅盤磁針所指的南北方向（即地球子午向 ）與立表測影所得的南北方向（即地理子午向）之間存在偏差。這種地磁子午向與地理子午向之間的偏差，稱為地磁偏角。

中國關于地磁偏角的最早記載見于楊維德的《塋原總錄》。繼楊維德之后，沈括在《夢溪筆談》中也描述了地磁偏角現象：“方家以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也。”“常微偏東”，即磁針指向偏東。沈括用磁針確定南北的方位，與日晷確定南北方位的比較，發現磁偏角現象。更可貴的是，他認為日晷比指南針準確，指南針指向常微偏東，不全指南，這與我們現在對南北方向子午線的認知吻合。

1.1.2古代的火藥與古代的火箭

火藥是中國古代重要的技術發明之一。它不僅能夠猛烈地燃燒，而且在進行燃燒的同時還會產生大量的氣體，發生驟然的體積膨脹而形成爆炸。中國古代的道家在煉丹實踐中發明了火藥。

火藥發明之后，大約在宋代中國人發明了用火藥燃燒噴射推進的火箭。明代初期的《火龍經》中有關于火箭、神槍箭的描述。中國人在明代已經發明了多種類型的火箭。茅元儀在《武備志》中對各種火箭制作技術進行了總結，并將各種火箭一一配圖表示。

萬戶是我國明朝時期的一名能工巧匠，他是世界上利用火箭升空的第一人。14世紀末，他設計制造了一種“飛龍”火箭。這種火箭用引信點燃后，可飛行約1千米，萬戶試圖用火箭作空中飛行。一天，他坐在帶有兩只大風箏的木質飛船里，飛船的周圍綁上47支“飛龍火箭”，打算等火箭升空后就用風箏飛行。“飛龍”將萬戶帶上天空，但不久“飛船”就墜落到山腳，萬戶為這次飛行獻出了生命。1959年，科學家們用他的名字命名了月球背面的一座環形山，以紀念這位人類利用火箭飛行的先驅者。

1.2中國古代燦爛的物理學成果引以為豪

在明代末期西方物理學知識開始傳入中國之前，中國古人在長期的生活和認識活動中也對物理現象進行了大量的觀察和探索，積累了豐富的經驗知識，并有許多發明和創造。中國古人的這些認識成果在一定程度上解決了古人面對的一些物理學問題，反映了中國古人的智慧。

總體來說中國古代的物理學探索活動，取得了一系列有科學意義的認識結果，其中有些成果達到了當時的世界先進水平。英國弗朗西斯.培根曾經對中國的火藥指南針和印刷術的發明給予了高度的評價，認為：“印刷術、火藥和指南針這三種發明已經在世界范圍內把事情的全部面貌和情況改變了：印刷術在學術方面，火藥在戰爭方面，指南針是在航海方面；并由此又引起了難以數計的變化來?！?/p>

教學中穿插萬戶對“飛龍”火箭的嘗試，直到今天中國航天事業的發展等，可以激起學生的民族自豪感，對學生進行情感、態度與價值觀教育。歷經幾代人的共同努力完成了人造衛星的升空以及宇宙飛船升入太空，這過程充滿了中華民族集體的智慧?？陀^的評價增強了學生的民族自豪感和愛國之情。

二 、通過物理學史滲透實驗和邏輯推理的重要性

2.1伽利略關于自由落體實驗研究過程

伽利略在定義勻加速運動時，他似乎走了一段彎路。期初，他也跟別人一樣，假設下落過程中物體的速度與下落距離成正比，即v ∝s。他又是通過理想實驗作出了正確的判斷。他假設物體在落下第一段距離后已經得到某一速度，于是在落下的距離加倍時，速度也加倍。果真如此的話，則物體通過兩段距離所用的時間將和通過第一段距離所用時間一樣。也就是說，通過第二段距離不必花時間，這顯然是荒謬的。于是伽利略轉而假設物體的速度與時間成正比，即v ∝t。這樣的假設是否正確，當然也要進行檢驗。

然而速度是難以直接測量的。于是伽利略借助幾何學的推導，得出s∝t2 的關系，這就是時間平方定律。對于不同的時間比1：2：3：4：…，物體下落的距離比為1：4：9：16：…。這些數字正是伽利略在那張實驗記錄上添加的第一列數字。從第一列數和第三列數的比例關系，伽利略證明沿斜面下降的物體正作勻加速運動。

從以上數據當然還不足以判定伽利略發現落體定律的全過程，但是已經可以窺視到伽利略研究運動學的方法。他把實驗和數學結合在一起，既注重邏輯推理，又倚靠實驗檢驗。這樣就構成了一套完整的科學研究方法。如果表示成程序，伽利略的方法大致如下：