物理學史對學科素養的培養初探

劉碧華

摘 ? 要：在中學物理教學中滲透物理學史教育，是新高考下物理課程的發展趨勢。本文介紹在物理教學中滲透物理學史的教育，落實物理核心素養的一些做法。

關鍵詞：物理學史;物理課堂;學科素養

在物理新課程改革中科學滲透物理學史教育，有助于學生了解科學發明的過程與方法，在潛移默化的教育中升華情感、態度和價值觀。結合高中物理課堂教學的實踐，遵循物理教育的科學性、適量性、適時性、趣味性、思想性等原則，探討在教學中滲透物理學史，充分利用物理學史的教育和引導功能，落實物理學科核心素養的培養工作。

1 ?把物理小故事作為新知識要點和新課題引入，激發學生學習興趣

物理學史是人類探索和認識自然現象的事件和活動，是物理學的重要組成部分。在教授新課時，可用一些與物理新授知識有關的物理學家的小故事作新課引子，例如伽利略用脈搏測時間發現單擺的等時性;法拉第發明第一臺電動機的故事;普朗克發現能量量子化前后的思想斗爭等。講授這部分科學家的物理發明時，可娓娓道來這類充滿趣味性、哲理性，引人深思的小故事，很容易就把學生引入到新課中相關的知識點，強烈激起學生學習的欲望，激發他們學習興趣，從中明確學習目標，有著“從旁指點桃源路，引得漁郎來問津”的效果。

2 ?重現物理學史上的經典實驗案例，讓學生體驗科學研究的真諦

物理學史上有很多非常經典的實驗，在現實教學過程中，卻由于物理實驗室條件有限，很多實驗硬件亦不足等原因無法實現實驗效果。因此教師上課時可利用一些仿真物理實驗平臺（例如Algodoo）來模擬經典實驗。如Algodoo特有的正、負引力學數模式，可以模擬正、負點電荷的電場;可以利用Algodoo特有的場景設置功能，模擬密立根油滴實驗和盧瑟福的α粒子散射實驗及伽利略的理想斜面實驗等等[ 1 ]。通過對這些實驗的仿真模擬和實驗條件的變化，引導學生體會科學家們在實驗探究中的研究方法和探究過程。特別像伽利略自由落體運動規律的探究這一類實驗，雖然當前科學技術先進許多，但在創新時也會遇到與伽利略相似的需要假設探究的問題，學習伽利略的研究方法正是培養學生創新能力的有效途徑。而通過仿真模擬實驗，讓學生身臨其境地參與其中，對實驗探究過程、方法及思維都能有很大的幫助。通過對這些經典實驗的梳理才能讓學生切身體驗科學探究過程概念建立的背景、典型的思維方式及研究中遇到的困難和解決方法，體驗科學家在科學探索中所表現出的精神和堅持，激發學生學習物理的興趣，可使學生體會常用的物理學研究方法，從而培養學生觀察、模型建構、抽象與數學表達等素養。

3 ?介紹物理學史，適時對學生進行人文精神教育

科學家的任何科研活動也都能體現和反映參與者的倫理觀、人生觀、世界觀和價值觀。這些科學家是很多學生的偶像，他們在應用科研成果，甚至對自己生死存亡的態度上的表現對學生的未來人生的影響是很大的，對理想的執著追求也鞭策著一代又一代的學生努力前進。例如愛因斯坦在第二次世界大戰期間，從維護人類生命公平正義出發，勸說美國總統羅斯福搶先在納粹德國前研究原子彈;當原子彈研制成功之后，又從人性良知和社會責任感出發，和原子彈之父奧本海默一起反對在戰爭時使用原子彈，以此挽救了無數人的生命。還有一些科學家苦苦尋求人生夢想，追求人生最高價值的實現，甚至不惜以犧牲自己生命為代價。如布魯納，為了堅持“日心說”，在羅馬監獄被關押長達八年，遭受宗教裁判所最嚴厲的審判，并被處以火刑，在臨死前，審判庭要求他只要親吻升到他唇邊的十字架，便可得救。在生死抉擇面前，他最終用寶貴的生命捍衛了科學的真理，也實現了人生的最高價值，書寫了一座人類科學豐碑。在科學發展進程中，這些豐富的人文精神深深地蘊含在科學家們充滿人文主義生活態度和頑強拼搏精神之中，它們和世俗作斗爭，與人類科學進步密不可分，也共同構成著物理學重要的教學內容。如果我們在教學過程中有意識地對學生加以滲透教育，對培養學生的樂觀主義精神和嚴謹的科學態度，為科學追求無悔奉獻青春，都具有極大的榜樣效果和推動作用。通過應用物理學史進行物理課堂教學，實際上是以物理學家為中介，與歷史發生聯系，對學生進行人文精神教育。

4 ?介紹物理學史，培養學生的科學思維

物理學就其終極意義來說是自然哲學，用辯證唯物主義的論點來闡述物理學史，把包含在物理知識中的哲學道理提煉出來，引出唯物主義辯證法的基本原理，對培養學生的哲學辯證思維具有重要意義。例如在“光的本性”這章的教學中，關于人類對光的本性認識，從牛頓最早提出微粒說，繼而惠更斯提出波動說，再次否定微粒說，進而麥克斯韋修正為光是一種電磁波，最終愛因斯坦提出了光子假設，最后才認識到光的波粒二象性。從對光的本性的探索過程引導學生觀察事物必須看到事物矛盾的多個方面，即學會全面地看待各種問題，從而有助于培養學生辯證客觀認識物理問題的哲學思維。通過追溯物理概念、規律的建立過程和方法，比直接從概念、規律出發去學習，更符合學生們的認知規律。同時物理學史的教育，可以幫助學生在哲學辯證思維基礎上，形成更加嚴謹科學態度與責任心，以及實事求是、不畏困難的精神品質，從中體現出科學的哲學美。

5 ?多介紹近代中國的物理發展史和科學家，培養學生熱愛科學和增強民族自信心

在高中物理教材中，對近代物理學史上中國科學家及其成就的介紹偏少，易給學生造成一種錯覺：我國是否除了古代的四大發明，在近代科學發展史上，中國科學家好像都沒有太大的成就？這樣的理解當然是不全面的。因此在平時的物理教學中，適時應景地介紹中國科學家及其在不同領域為人類為祖國做出的巨大貢獻就顯得尤為必要。例如，2018年剛好在課堂授課核物理學內容時，當時中國“核司令”程開甲院士因病逝世（享年100歲），這也是中國科學界的巨大損失。結合此事筆者在上課前特地搜索了程院士的一些相關歷史資料并播放給學生們看，讓學生們對我國這位功勛卓著的老一輩科學家有了較為全面地認識：他是我國核試驗科學技術體系的創建者之一;是中國定向高功率微波研究新領域的開創者之一;出版了中國第一本固體物理學專著，提出了普遍的熱力學內耗理論，導出了狄拉克方程，提出并發展了超導電雙帶理論和凝聚態TFDC電子理論等等[ 2 ]。當把這些優秀的中國科學家光輝事跡介紹給同學們時，能非常明顯感覺到學生們特別受鼓舞，這樣的物理學史的教育也利于學生在日后學習中逐漸找到學習物理的正能量動力，這些科學家的光輝事跡將會永遠激勵著學生們奮勇前行。

在高中物理教學中滲透物理學史可以是多方面、多維度的，具有非常重要的教育意義。但對物理學史在課堂中的應用也應該注意到幾個細節：首先不應照搬物理學史，應該根據課程需求、學生的反應對物理學史進行一定的選擇和合理剪裁;其次引用物理學史時，應對物理學史原著中那個年代的術語轉換為新時代更為通俗易懂的“翻譯”，把當時科學家對物理現象的認知方式正確地展現出來;然后，在給學生介紹整個物理學的發展時，可以選取一定的典型研究過程，將這個理論從被物理學家開始關注直到最后被發現較為完整的過程予以展現出來，從而更加有畫面感、更加生動形象，易于吸引學生注意力。當學生學習興趣被調動起來后，教師再輔之于一定的分析（包括對歷史背景、當時的實驗條件等加以一定量的補充闡述），學生便有豁然開朗的感覺，從而較為全面地了解到所有物理發現、發明并不是無中生有，也不是天上掉下來的，而是需要付出一定的艱辛和努力而換來的，也可以從中培養學生學習中學物理應堅持踏踏實實、勤勤懇懇的態度。態度決定一切，當學生下定決心為之努力時，物理學科在很多人眼中的“難”將變得更為有趣和鮮活而不再難。最后也建議把物理學史當做一門校本選修課程，更加正式地引領學生們去探索這部復雜的人類科學探究史。總的來說，物理學史對于學生核心素養的培養還有待于教師在以后的物理教學中不斷積極探索和加強。

參考文獻：

[1] 林真.物理情境創構：運用Algodoo創設物理高效課堂[J].福建基礎教育研究，2019（1）：103-105.

[2] 丁駿.中國“核司令”程開甲的光輝人生[J].物理教學，2019（6）：74-76.