物理學史在高中物理教學中的貢獻

楊菡芬

摘 要：中學物理教育教學實踐的過程，是將理論分析與實踐研究相結合，既注重了理論教學又關注到實踐教學模式的改革和創新。物理教學主要以實驗和理論教學為主體，在物理學歷史發展的長河中，許多偉大的科學家為此做出了卓越的貢獻，因此在教學中對物理學史的學習也尤為重要。對此，本文立足于高中物理教學的現實條件，首先分析物理學對人類社會發展的影響，接著闡釋了對物理學史學習的重要性，最后分析了物理學史是在學科教學中的相關應用。

關鍵詞：物理教學;教學模式;改革和創新

引言：科學，就其本質而言，通過不斷地重新評估，重新定義其位置，以致它可以坐得更近，來爭取真理的光輝理想。物理、運動和相互作用的研究，沒有什么不同。就像勤奮的抄寫員一樣，物理學適當地適應了宇宙對故事的每次含糊的修正。在這里，我們認識到物理學史，有助于弄清這些存在的所有自然現象的古老故事。

人們普遍認為，物理教學是一種復雜而跨學科的活動。在本質上有助于該活動的知識領域中，我們將其命名為物理學、科學史、科學哲學、認知科學和教育學。我們對這些領域中每個領域的貢獻的本質的欣賞不斷變化，這反映了我們對物理教學的認識的提升。根據教育研究來詳細說明歷史材料在高中物理教學過程中感知角色方面的變化，可以在物理學教學中滲透學科文化，使歷史材料有新的鑒賞方式。

一、物理學對人類社會發展的影響

提倡使用物理學史的話語源遠流長，始于Mach1和Duhem2，他們在一個多世紀前就斷然地主張在物理學教學中采用所謂的歷史方法（或遺傳方法）：合法、肯定和合理[1]。為學生準備好接受物理假設的有效方法是歷史方法。追溯在最初勾畫理論形式時經驗物質所通過的轉變;描述長期的合作，通過這種合作，常識和演繹邏輯對該問題進行分析并對該形式進行建模，直到一個形式完全適合另一個形式，這是最好的方法，當然甚至是唯一的方法，可以為研究物理學的人們提供正確的方法 并清晰地看到了該科學的非常復雜且活潑的組織。

科學和技術知識在很大程度上是文化決定的，并反映了在其中實踐科學和技術的社會、宗教、政治，經濟和環境狀況。當前關于多元文化科學教育的辯論旨在研究科學在多大程度上決定了文化，科學是否超越了人類的差異，是跨文化、宗教和種族共同參與的來之不易的工具。科學與社會的相互關系可能具有民主、功利主義、文化和道德特征，這與托馬斯和杜蘭特關于促進公眾對科學的理解的文獻論點概述相一致。物理學似乎是一個枯燥無味的領域，僅限于在風化的黑板上弄碎白堊[2]。但是，正如我希望傳達的那樣，這個世界的人已經取得了一些不可思議的壯舉。我相信物理學是它試圖研究的最純粹的科學。

二、物理學史學習的重要性

在物理學的研究中，歷史常常被忽視，但是歷史卻通過時間的理論和主題的記錄與科學探究有著內在的聯系。整個歷史中的科學人物通常也充當未來物理學家的榜樣。疏通歷史教科書似乎是推進科學的一種荒唐方式，但請考慮，歷史涉及思想、理論和方程式，這些觀念、理論和方程式成為未來改進的基礎。對學生關于科學本質和科學與社會的相互關系的思想的研究屬于學習的元認知范疇，它表明物理學的歷史是解釋這一領域學生替代思想的有用信息來源[3]。理解物理學史對物理學家和未來物理學家都可能有用的六個原因如下：

（一）歷史記錄了思想如何隨著時間發展和變化。

亞里士多德（Aristotle）通過使用經驗證據和對邏輯的依賴，深刻地影響了學術[4]。但是，他的一些理論也是錯誤的：他相信天體是由“以太”制成的，女人的牙齒比男人的牙齒少，鰻魚是自發繁殖的。這些想法后來被使用亞里士多德的經驗證據和邏輯方法反駁。

（二）歷史闡明了科學方法。

伽利略是第一個通過對現象進行數學解釋和實驗證明的方法來量化科學。他甚至開發了幾種儀器來進一步推進他的觀察。伽利略鼓勵科學工作是可衡量的，因此是可重復的，這后來成為科學方法的標志[5]。隨著時間的流逝，科學家進一步開發了科學方法來增強科學結論的合法性。因此，歷史可以洞悉當今公認的科學實踐和過程是如何演變的。

（三）歷史從歷史和文化的角度展示了物理學的人文方面。

尼爾斯·波爾（Niels Bohr）于1921年在哥本哈根成立了尼爾斯·波爾研究所（Niels Bohr Institute），后來成為二戰期間逃離德國占領區的科學家的避難所[6]。他不僅為自己的發現，而且為幫助拯救眾多科學家的生命做出了巨大貢獻，為物理學界做出了巨大貢獻。玻爾（Bohr）指出，科學不僅限于實驗室工作和方程式，還在于為全人類改善生活。在運用自己的物理學生涯和臭名昭著的過程中，玻爾做到了這一點，確實挽救了生命。

（四）歷史記載了物理學家之間的重大合作。

歐洲核研究組織（CERN）是世界上最大、最先進的科學研究中心之一。只有通過多個國家之間的重大合作，CERN才有可能。時至今日，歐洲核子研究中心通過全球科學家的共同努力，繼續為科學知識和新發現做出貢獻，例如通過緊湊型介電螺線管（CMS）項目。這種合作對于科學的發展至關重要，因為它結合了不同人的才能，思想和觀點，以實現共同的目標。整個歷史中的合作示例表明，人們一起工作可以取得更多成就。

（五）歷史詳述了物理學家的想法。

阿爾伯特·邁克爾森（Albert Michelson）是物理學家，也是第一位獲得諾貝爾科學獎的美國人。他以測量光速和進行邁克爾遜·莫雷實驗而著稱。他用來記錄他關于光速的想法，計算和結論的筆記本可以洞悉他的思維過程和方法。他的筆記詳盡詳盡，顯示了他在實驗記錄中的方法性[7]。

（六）歷史激發人們追求物理學并取得新的科學發現。

由于羅伯特·奧本海默（J. Robert Oppenheimer）在曼哈頓計劃上的工作，通常被稱為“原子彈之父”[8]。奧本海默游說國際控制和限制核電。反對派政治家通過撤銷他的安全許可進行報復，這實際上切斷了他的政治影響力。盡管如此，奧本海默繼續教授工作和提升他所相信的立場。奧本海默只是一個歷史人物的例子，他提倡人們追求物理學，并證明逆境不應該阻礙科學工作。

仍然不相信物理學史很重要嗎？至少，歷史先例激勵物理學家挑戰常識和流行觀點以尋求真相。尼古拉·哥白尼（Nicolaus Copernicus）就是這樣一位科學家，他否認了普遍的看法，即太陽繞地球旋轉，而是利用科學證據游說了日心說的模型。哥白尼面臨著這種模式的強烈反對，但這并沒有阻止他宣傳關于太陽系的真相。從這個意義上講，物理學的歷史記錄了文明的過去成就，新知識和尚未回答的問題。這樣的記錄是值得知道的。

三、物理學史與高中物理教學的結合

（一）加強物理學史學習

關于科學史的研究鼓勵人們將科學視為一項重要的文化成就的論點被不止一次地用于反對物理學教學過于技術化和對公眾無動于衷的觀念的觀念，例如，在本世紀初，人們對物理教育作為義務教育的一部分的重要性提出了質疑。自1960年以來，通過研究物理學史，已經記錄了許多關于認識物理學與文化之間關系以及作為我們文化遺產的一部分的物理學的建議。哥白尼和伽利略理論影響了我們在宇宙中的位置，牛頓理論認為相同的運動定律適用于地球和太空，愛因斯坦的相對論被認為是文化的基本要素。

物理學的學習主要以教師為主體，教師在不斷學習和提升的 過程之中促進個人的綜合素質。教師是整個教學實踐之中的主體和實踐者，教師所采取的教學理念會直接影響最終的教學質量，教師需要提高個人修養、樹立終身學習的理念，了解物理學學習的相關要求，積極考慮不同的歷史影響要素，掌握歷史知識的基礎，站在方法論的角度研究物理科學的發展進程，挖掘其中的教育內涵和教學功能，只有這樣才能夠實現學生的良性成長和發展。

（二）研究物理學史教學的方法

隨著人們的生活的方式和生活質量發生了變化，必須具備技術素養。例如，關于貝爾發明電話的故事或馬可尼發明無線的故事以及關于通信發展到現在的課程，再加上類似的展覽，可能成為學校與日常技術之間的連接紐帶。我們在進行教學的過程中，可以把這些有趣的案例和結合生活的技能融入到教學的過程中去。物理學史在高中物理學習的過程中扮演著重要的角色，要想保證學生獲得一定的學習收獲，教師需要站在學生的角度研究物理歷史教學的具體方法，針對學生的學習能力和學習情況設置科學的教學目標。另外物理學史教學需要遵從一定的內在規律，實現不同環節的交叉結合，分析學科歷史解題之間的內在關聯，了解物理科學研究的背景，講述科學家成長的故事，充分合理的運用不同的方法論，積極的揭示歷史教育與思想品德教育之間的關系，更好的體現物理教育的重要性和價值，提高物理學教育的質量，實現該學科的健康發展。最后，教師還需要科學合理的處理好物理歷史學習與物理實踐知識學習之間的關系相關性，促進物理教學質量和水平的穩定提升，提高學生物理素養。

（三）改進物理學史的教學方法

長期的應試教育導致許多物理教師在教學時不夠重視物理學史的教學，大部分的物理教學模式非常的落后和傳統，學生缺乏參與的積極性，無法意識到物理學學習的樂趣和奧秘。之所以會出現這一現象主要在于教師所采取的教學策略和教學手段過于落后，無法調動學生的積極性，物理學史教育與學生的個性化發展需求之間存在一定的聯系，不符合該學科教學的具體目標。對此，教師需要改進物理學史的教學方法，引導學生參與小組合作，將情景教育融入其中，站在學生的角度進行深入的解讀，只有這樣才能夠突破傳統應試教育的桎梏，實現學生的良性成長。比如，在課堂上使用物理學史上的事件甚至是戲劇化的“歷史對話”演講，都可以鼓勵學生對物理學的教與學持積極態度。

結束語

總之，在高中物理教學的過程之中滲透物理學史教育對提高學生的綜合學習能力、培養學生良好的歷史觀有著關鍵的作用，教師需要將物理學史教育與學科主體內容教育相聯系，采取符合學生個性化發展特點的教學策略落實不同的教學任務，從而滿足在新時代下培養高素質人才的需求。

參考文獻

[1]錢曙輝.物理學史在高中物理教學中的應用[J].讀與寫（ 教育教學刊） ，2015，12（ 7） ： 150 - 150.

[2]周艱.淺議物理學史在高中物理教學中的應用[J].中學課程輔導（ 教師教育） ，2011（ 2） ： 48 - 48.

[3]吳杰.高中教學中物理學史的人文教育價值的實踐研究[D].天津師范大學，2011.

[4]Redish，E.F.，and Jack Wilson. Student Programming in the Introductory Physics Course：M.U.P.P.E.T. The American Journal of Physics 61 （1993）： 222-232.

[5]Redish，E. F. “Implications of Cognitive Studies in the Teaching of Physics.” American Journalof Physics. 62（6），（1994）： 796-803.

[6]Redish，E. F.，Richard N. Steinberg，and Jeffery M. Saul American Journal of Physics. 66（1998）：212-224.

[7]Holmyard，E. J.： 1923–4，‘The Historical Method of Teaching Chemistry’，School Science Review5（20），227–233.

[8]Holton，G.： 1952，Introduction to Concepts and Theories in Physical Science，Addison-Welsey，NewYork.