強化物理學史教學培養學生思維能力

摘 要：隨著科學、經濟的發展，我國人才培養政策已經從傳統的技能型人才培養逐漸向素質型人才培養過渡，而培養素質型人才的關鍵環節就是創新教育。物理學發展史（簡稱“物理學史”）是物理學科蘊藏的寶貴財富，其中涉及的精神奧秘，十分值得教學工作者去挖掘。若是在高中物理日常教學中滲透、傳輸物理史料，不但能夠幫助學生從意識源泉認識物理現象、發現物理規律、解決物理問題，更能有效培養學生的創新能力。

關鍵詞：高中物理;物理學史;創新教育;素質教育

物理學史指的是物理學科的發展演變歷史，是一門研究物理學科基本概念、常規定律及理論知識的起源、形成、演變過程的學科，旨在揭示物理學科發展演變規律。物理學史是人文與科學的融合，其以豐富、準確的物理史實為依據，生動形象地描繪了物理學科的發展脈絡。回歸到高中物理學科教學中，物理學史應該涵蓋教學的全過程，從最初的物理概念及知識點的引入到物理實驗的演示，再到實際物理問題的求解，最后到物理知識的應用，無處不體現著物理學史與創新思維的緊密聯系。

一、物理概念學史，培養學生學科邏輯思維

物理概念教學是學生接觸物理學科的第一步。物理教材的編寫也是遵循物理學史發展的基本規律，教材往往按照邏輯遞進的順序，由基礎入手，逐漸將重要的物理概念和物理規律邏輯化展示。因而，物理概念的教學可謂是踩著歷史的腳印前行。同樣的，學生在了解了物理學史與物理教材的關系后，必然可以進一步誘導自身深入物理場景，激發自身的創新思維。但值得注意的是，受到應試教育思維的影響，高中物理教學越發展現出“短平快”的教學特征，即非考點不教學、剝離場景教學，長此以往必然會帶來創新型人才培養的難題。

物理概念起源于人類的日常生活，直接表現在生活中可見、可觸摸的牛頓力學、天文學等領域。根據物理學史，人類最初致力于簡單機械運動的規律探究，尋找自然現象中所蘊含的物理規律，這就是物理概念學史的雛形。此后，伴隨光電學、電磁學、熱力學的發展，人類逐漸步入了概念學史的快車道，涌現出了一大批具備極強創新能力的物理天才，如牛頓、伽利略、焦耳等，為人類科學技術的騰飛注入了活力。例如：在力與運動關系的教學研究中，物理學史主要經歷了古代力學直覺經驗、伽利略力學學科經驗、牛頓力學定律的提出。在力學運動的起源中，古人基于日常力學現象：要想使物體運動，其必須受力，于是推斷出“力推物動、力撤物停”的直觀經驗。此后，伽利略在此主觀力學經驗基礎上，進一步驗證力是改變物體運動規律的條件，而不是維持物體運動的必要條件。自從伽利略提出該質疑后，后人針對力與運動規律的相互關系開展更為深入的研究。此后，牛頓的出現為力學運動規律的發展起到了至關重要的作用，他在前人的基礎上提出了牛頓力學三定律，成為學科的經典。

二、物理實驗學史，培養學生實踐操作思維

在探究物理學科規律的過程中，物理實驗是必不可少的過程，科學家們常常會設計出各式各樣的實驗方案，來模擬、類比、比較學科規律，從而更為直觀、生動地揭示出物理規律。從高中物理實驗教學場景而言，所有的物理實驗教材的引入均存在物理學史的應用，無論是傳統力學、電學、電磁學及熱力學等，其發現、研究、得到規律，無一不存在于一本有章可循的物理學史中。

例如：以歐姆定律的實驗教學為例，從物理學史的角度，當初歐姆在沒有電流、電壓、電阻等物理概念及萬能電表等實驗儀器的基礎上，他是如何得到歐姆定律的呢？對此，教師可以結合歐姆定律的物理學史，揭示歐姆利用通電銅線使得磁針發生偏轉的現象進行實驗測試，利用磁針偏轉角度來揭示電路中的電流大小。歐姆的具體實驗流程如下：他挑選了八根粗細相同，長度（L）不同的銅線，按照次序依次連接在同一電路中進行實驗，并記錄下磁針對應的偏轉角θ，并記錄得到了銅線長度L與磁針偏轉角的原始記錄，如下表1所示。

在此基礎上，教師進一步誘導學生基于該歐姆定律的物理學史，在直角坐標系中繪制出對應的θ與L、1/θ×10-2與L的關系圖。最終，學生在教師的引導下，利用描點法得到了對應的變化曲線圖。在此基礎上，教師可以進一步引入電阻與電流、電壓與電流的概念，從而對得到的曲線圖進行深入剖析，得到電流與電壓成正比、電流與電阻成反比的歐姆定律。相較于高中物理教材中單純的歐姆定律實驗教學，通過歐姆定律物理學史的實驗引入教學，幫助學生基于古人的研究歷程，培養自身的創新思維，促進學生們發現問題、分析問題及解決問題的物理學科綜合素養的養成。

三、物理規律學史，培養學生逆向推理思維

所有的物體都是相互依托而存在的，物理規律也是如此，各個物理規律之間必然存在千絲萬縷的聯系。隨著各類物理規律的逐漸清晰，人們對物理規律的認識逐漸趨向于固式思維，長此以往變得懶于思考、不易突破常規，思維能力受到較大限制。而在物理學史的教學應用中，通過逆向推理思維的應用，可以幫助學生打開思維限制，突破傳統的思維定式。相應的，逆向思維又包含很多種方式，比如因果逆向思維、結構逆向思維、功能逆向思維等，至于如何有效將物理規律學史與逆向推理思維結合起來，還需要教師們結合具體的教學實例開展深入研究。

從物理學史逆向思維的應用角度出發，主要依靠教師對求解問題的判斷，基于物體的功能、結合物體的原理、有效利用逆向思維推斷物體功能變化趨勢，最終在師生的實際動手操作中總結獲得求解思路。高中物理教學中，最顯著的逆向求解思維案例就是法拉第的電磁效應。早在十八世紀二十年代，丹麥物理學家奧斯特就在一次演講中指出，意外發現通電銅導線可以讓小磁針發生偏轉，這一效應最終演變成了電生磁效應，這對當時人類孤立理解的電與磁的局面起了巨大推動作用。至此，法拉第在奧斯特的電生磁基礎之上，受到物體之間相互影響與轉化的思想影響，逆向提出了磁生電的想法。在此后的十年里，他利用電磁相互轉化的關系，總結出了電磁感應定律，并最終于1831年研制出了世界上第一臺感應式發電機。在實際課堂教學環節中，教師可以更加具有策略及針對性，比如在課堂導入的環節中，利用奧斯特電流的磁效應實驗，鋪墊出濃厚的教學氛圍。隨后，再基于電生磁的現象，進一步引申出法拉第對磁生電的逆向思維推斷，進而展開電磁效應的教學。與此同時，教師可以進一步利用板書，在黑板上簡單繪制出電與磁互相轉換的原理模型，將其中的關鍵環節形象化展示出來，從而幫助學生更好地利用物理學史來培養逆向思維能力。

四、物理應用學史，培養學生創新實踐思維

創新是物理學科不斷進步和發展的動力之源，而物理學史則是物理學科創新進步的明鏡，物理學史的教學與創新實踐思維的培養，這兩者是密不可分的。縱觀物理學史，大量的史實表明：對實踐問題的執著追求、對真理探尋的負責態度，尤其是強烈的創新意識，這些都是物理學科一代代巨匠取得成功的精髓。因此，運用物理學史培養學生的創新實踐思維是高中物理教學的重要目標之一，要想實現高效的教學效果，必須有效培養和激發學生的創新欲望，不斷訓練和培養學生的創新思維，實現素質教育的終極目標。

在物理運動學規律的發展歷程中，自由落體運動是為古人所探究最多的運動之一。在自由落體運動規律發現之前，人們受到亞里士多德固式思維的影響，想當然地認為重量越大的物體其下落的速度越快。直到著名的比薩斜塔實驗，依據荷蘭斯蒂文的記載，在1586年由伽利略對亞里士多德的權威思維發起了挑戰，他分別將20磅和1磅的鉛球，從比薩斜塔的同一高度靜止釋放，最終實踐結果表明：兩個小球在同一時刻落地。伽利略的這一實踐，打破了亞里士多德對物理應用規律的壟斷，這一科學實踐也被后人稱為最美物理實驗之一。

在創新實踐思維的實際教學過程中，教師們可以進行更為生動的實踐鋪墊。基于亞里士多德的權威思想，即重量越大的物體下落越快。對此，教師可以以兩本質量不一致的書本進行實踐比較，針對單獨的兩本書，按照重量越大下落速度越大的規律，那么無疑是質量大的那本書下降速度快。此時，教師不妨向學生們提問：若是將兩本書綁在一起，此時自由落地的運動狀態如何變化？若是將兩本書視為一個整體，那無疑是質量變大，下降速度應該變快;但是若將其視為兩個獨立個體，在自由落體過程中，重量大的那一本書下落得快、重量小的那一本書下落得慢，那么兩本書的組合體其下降速度如何變化呢？通過這一物理學史問題的實踐應用，學生必然會對自由落體現象產生深刻的認識，也會受到名人案例的影響，敢于質疑、勇于創新。

結束語

物理學史不僅是物理學科的發展歷史，更是人類學科發展的明鏡。客觀物理規律的發展，往往都是曲線式上升、螺旋式進步。對高中生物理知識教學而言，他們從最初的懵懂到一知半解，再到逐步深入認識物理學規律。若是將物理學史的教學滲透于各個教學環節，必然可以對學生的實踐操作思維、創新思維、逆向思維等起到有效提升作用，也有利于新時代背景下的素質教育目標的實現。

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作者簡介：孫亞明（1981—），男，江蘇如皋人，本科學歷，中學一級教師。研究方向：高中物理教學與研究。