溯源及本
——借助物理學史推進概念學習*

■陳森林 柯曉露

研究表明，中學生與物理學家共同體物理概念形成的文生曲線達到了84%以上的相似度，很好地證明了中學生與物理學家共同體物理概念形成過程有著驚人的類似[1]。這提示我們，循著歷史的步伐，追溯概念的建立過程，是學習高中物理概念的一條有效途徑。

一、借助物理學史，理解物理概念的提出

高中物理教材往往從邏輯順序或當代的視角來引入新的概念。同學們若未能了解概念提出的歷史背景，被動接受，則掌握的效果就不理想。比如在學習“加速度”這一概念時，老師會通過播放“飛機、跑車、摩托車賽跑”的視頻創設物理情景，并通過問題串：(1)飛機、跑車、摩托車誰最終達到的速度大?(2)誰的速度變化量大?(3)誰的速度變化得快?我們是如何比較的?(4)在速度變化量不同、用時也不同的情況下，我們又該如何比較它們速度變化的快慢呢?讓同學們接受“加速度”的概念。然而，這種看似高效的學習，卻隱藏著同學們不知道為什么要引入“加速度”這個概念，不理解為什么要用速度的變化率來定義加速度等深層次問題。而借助伽利略斜面實驗，就可以幫助同學們更好地理解這些問題。

同學們先觀察小車在斜面上的加速運動，再猜想這一運動中速度與時間成正比的規律。此時，同學們仿佛回到伽利略做實驗的場景，先思考：“如何測量瞬時速度?”“要證明的關系能否轉化成能可直接測量得時間和位移之間的關系?”然后動手做實驗，體會到小車在不同斜面上運動加速快慢是不同的，通過觀察，同學們會意識到幾次實驗中小車運動情況的不同之處——加速的快慢，此時就引出了“加速度”的概念。通過比較速度隨時間及位移的變化情況，回顧伽利略對運動學的研究，可以幫助同學們理解定義“加速度”的科學方法。

二、在概念的辨析中，厘清混亂的概念

高中物理存在許多容易混淆的概念，如速度與加速度、電壓與電動勢、功和能、動量和動能等。比如，亞里士多德之所以錯誤地認為“物體受力越大速度就越快，一旦沒有外力作用時，物體將立即停止運動”，究其原因就在于他混淆了速度和加速度這兩個概念。而當伽利略把二者區分出來后，就使得科學得到迅速的發展。再如，皮亞杰研究發現，“動量”概念的發展歷程與兒童“動量”概念的建構過程存在相似性[2]。據此，同學們在學習“動量”的基本概念后，先討論“動量或是動能可以更好地描述物體的運動”，再了解物理學史上萊布尼茨學派與笛卡爾學派關于運動量度的爭論，以及惠更斯引入動量的矢量性；牛頓對質量的定義使得動量的概念得以完善；達朗貝爾洞察動量與動能二者之間的對立統一關系等內容。這樣的學習過程，不僅豐富了同學們對相關概念的認識，而且提升了同學們的科學素養。

總之，努力搞清概念的來龍去脈，將物理學史上相關概念的形成過程有機融入高中物理概念的學習，是一條值得我們探索的路徑。