利用物理學(xué)史提高學(xué)生核心素養(yǎng)

榮軍濤

【摘?要】物理學(xué)史體現(xiàn)了物理學(xué)家對(duì)世界認(rèn)識(shí)、探索的過(guò)程，把物理學(xué)家的方法和思維重現(xiàn)，利用物理學(xué)史可以幫助學(xué)生更好地認(rèn)識(shí)世界，了解世界，利用物理學(xué)史可以明辨物理觀念，學(xué)習(xí)物理學(xué)史可以提高科學(xué)思維，學(xué)習(xí)物理學(xué)史可以提高科學(xué)探究的能力，學(xué)習(xí)物理學(xué)史可以加強(qiáng)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

【關(guān)鍵詞】物理學(xué)史;核心素養(yǎng)

一、利用物理學(xué)史可以明辨物理觀念

在原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)發(fā)展過(guò)程中，有許多物理觀念和方法，如果我們能夠利用物理學(xué)史的脈絡(luò)去理解它，那么這些物理概念就會(huì)串聯(lián)起來(lái)，便于記憶和理解。

盧瑟福用α粒子散射實(shí)驗(yàn)，得出了原子的核式結(jié)構(gòu)，原子的絕大部分質(zhì)量和全部的正電荷集中在一個(gè)很小的核，叫做原子核，帶負(fù)電的電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)，電子繞核是什么樣的圓周運(yùn)動(dòng)，用光譜分析發(fā)現(xiàn)原子的光譜是離散的，用經(jīng)典的電磁理論無(wú)法解釋，玻爾提出了假設(shè)，軌道量子化（定態(tài)和激發(fā)態(tài)）和躍遷條件，解釋了原子光譜的離散性，放射性現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，表明原子核也有結(jié)構(gòu)，為了解釋原子核的穩(wěn)定性，提出了強(qiáng)相互作用和弱相互作用，接著提出結(jié)合能、比結(jié)合能，核反應(yīng)，質(zhì)量虧損物理觀念，這樣就可以把核物理松散的物理觀念串成一個(gè)整體。

二、學(xué)習(xí)物理學(xué)史可以提高科學(xué)思維。

伽利略在研究自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)，面對(duì)輕重物體下落的快慢的問(wèn)題，舉了一個(gè)事例，一個(gè)重石頭和一個(gè)輕石頭，根據(jù)亞里士多德的理論，重石頭比輕石頭下落的快，那么把重石頭和輕石頭綁在一起下落會(huì)怎么樣？重石頭比輕石頭下落快，重石頭由于輕石頭的牽拉而變慢，輕石頭由于重石頭的牽拉而變快，那么它的下落應(yīng)該重石頭慢，比輕石頭快，如果把輕重石頭看成一個(gè)整體，那它比重物還重，應(yīng)該比重石頭還重，這就自相矛盾了，這就是科學(xué)思維的體現(xiàn)。

牛頓在研究加速度和質(zhì)量、外力的關(guān)系時(shí)，在質(zhì)量不變的情況下，加速度和作用力成正比，在外力不變的情況下，加速度和質(zhì)量的關(guān)系是個(gè)曲線，但是不是反比關(guān)系，不好說(shuō)，那么轉(zhuǎn)換下研究對(duì)象，研究加速度和質(zhì)量的倒數(shù)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)如果加速度和質(zhì)量的倒數(shù)成正比，也就可以說(shuō)加速度和質(zhì)量成反比，這種化曲為直的思想也是科學(xué)思維的體現(xiàn)。

庫(kù)侖在研究電荷之間的相互作用力的時(shí)候，由于當(dāng)時(shí)條件的限制，沒(méi)有辦法去測(cè)定帶電體的電荷量是多少，他把一個(gè)金屬小球的帶電量設(shè)為q，然后拿一個(gè)相同的不帶電的金屬小球去和它接觸，這樣它們的電荷就變成了q/2，q/4，q/8……這樣就避免了測(cè)量具體電荷量的麻煩，這也是科學(xué)思維的體現(xiàn)。

在日常生活中，有很多事例都體現(xiàn)出科學(xué)思維，比如成語(yǔ)：自相矛盾，在物理學(xué)習(xí)過(guò)程中我們所用的假設(shè)法、微元法等都體現(xiàn)著科學(xué)思維。

三、學(xué)習(xí)物理學(xué)史可以提高科學(xué)探究的能力

16世紀(jì)前，亞里士多德把運(yùn)動(dòng)分為自然運(yùn)動(dòng)和強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)，重物下落時(shí)自然運(yùn)動(dòng)，天上的星辰圍繞地心作圓周運(yùn)動(dòng)也是自然運(yùn)動(dòng)，既然重物的下落是物體的自然屬性，物體越重，趨向自然位置的傾向性也就越大，所以下落的速度也越大，亞里士多德關(guān)于重物下落的越快的結(jié)論，理所當(dāng)然受到科學(xué)家的實(shí)際檢驗(yàn)，伽利略對(duì)此也進(jìn)行了研究，他相信自然規(guī)律是簡(jiǎn)潔明了的，猜想落體運(yùn)動(dòng)是一種簡(jiǎn)單的變速運(yùn)動(dòng)，它的速度應(yīng)該是均勻變化的。

如何變化是均勻的，伽利略提出了兩種可能，一種是速度變化對(duì)時(shí)間來(lái)說(shuō)是均勻的，一種是速度變化對(duì)位移是均勻的，經(jīng)推導(dǎo)發(fā)現(xiàn)，如果速度變化對(duì)位移來(lái)說(shuō)是均勻的，結(jié)論十分復(fù)雜，于是他用實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)了速度變化對(duì)時(shí)間是均勻的假設(shè)，并最終提出了自由落體是勻加速直線運(yùn)動(dòng)。

從自由落體的研究中可以窺視伽利略的研究方法大致如下：

這是科學(xué)家的探究，這樣的探究對(duì)我們?nèi)粘Ｉ钜簿哂蟹浅Ｖ匾闹笇?dǎo)意義，當(dāng)我們遇到問(wèn)題的時(shí)候就可以借鑒這樣的方法去解決問(wèn)題。

在熱學(xué)的學(xué)習(xí)中，我們用油膜法測(cè)分子的油酸大小就可以借鑒這樣的方法，首先，觀察液體的形狀，它不具有固定的形狀，具有流動(dòng)性;接著提出假設(shè)，如果油酸能夠形成薄薄的一層，它的厚度等于分子的直徑，那么面積與厚度的乘積就是油酸的體積，如果能事先測(cè)出體積，它與面積的商就是分子的直徑;第三，運(yùn)用數(shù)學(xué)和邏輯推理解決如何測(cè)量油酸的體積和面積;第四，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作;第五，形成油膜法測(cè)定分子直徑的方法。

四、學(xué)習(xí)物理學(xué)史可以加強(qiáng)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

物理學(xué)的發(fā)展推動(dòng)了人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展，瓦特的蒸汽機(jī)是人類(lèi)進(jìn)入了蒸汽時(shí)代，經(jīng)典的電磁理論使人類(lèi)進(jìn)入了電氣化時(shí)代，原子核物理的發(fā)展使人類(lèi)進(jìn)入了信息化時(shí)代。

翻開(kāi)厚重的物理學(xué)史，在燦若星河的物理學(xué)史中鮮有中國(guó)認(rèn)得名字，當(dāng)代學(xué)生要把建設(shè)更加美好的祖國(guó)作為自己的責(zé)任，需要為實(shí)現(xiàn)祖國(guó)的偉大復(fù)興而奮斗。

課題：

本文系2020年度三門(mén)峽市“名師工程”專項(xiàng)課題“通過(guò)物理學(xué)史的教學(xué)提升學(xué)生核心素養(yǎng)的實(shí)踐研究 ”成果之一部分。

（作者單位：河南省三門(mén)峽市陜州區(qū)第二高級(jí)中學(xué)）