利用物理學史 發揮教育功能

李靖

物理學史不僅記載了歷代物理學家為物理發展作出的貢獻，還承載了無數先人嚴謹求實、艱苦奮斗的科學精神，具有十分重要的育人價值。教師需要利用豐富的物理學史，引導學生在學習的過程中真正體會物理學家所具有的探究精神，提高個人的物理綜合素養。

一、利用物理學史，助力學生形成正確科技倫理

科技倫理指的是在科技創新的活動中有關人與社會、人與自然、人與人之間關系的思想和行為準則，規定了科技工作者及其共同體應恪守的價值觀念、社會責任和行為規范。學生形成正確科技倫理之后，能夠共同恪守正確的價值觀念，承擔起應當承擔的社會責任，也能在理念的指導下，規范個人的日常行為。對于教師而言，能否利用物理學史助力學生形成正確的科技倫理是需要重點考慮的內容。當學生在物理學史的學習中，了解和學習了科技倫理之后，便能夠理解社會和諧、生態平衡的深層內涵，從而規范個人的行為，并從日常小事做起，為社會的穩定發展作出一定的貢獻。

在選擇性必修第三冊第五章第二節《放射性元素的衰變》學習過程中，教師可以為學生展示研究放射性元素的物理學史內容，比如居里夫人率先發現了天然放射現象。教師可以以“大家能否結合所學知識，想一想如何確定射線的帶電性質”等問題，引入衰變的介紹。在閱讀教材內容的過程中，學生了解到盧瑟福設計的實驗：為了確定射線的帶電性質，盧瑟福首先在鉛塊上鉆了一個小孔，孔內放入一點鐳，隨后將射線引入了強磁場。此時，神奇的事情發生了，射線被分成了三股，并且各自有不同的發射方向。盧瑟福便將它們分別命名為α射線、β射線和γ射線。從放射性元素的歷史入手，學生了解到其產生的原因，也能進一步研究放射性元素發生的不同衰變。接下來，教師還可以介紹半衰期，引導學生了解放射性元素原子核衰變遵循的規律。當學生完成學習之后，教師需要適當指導，并補充：“地球生物所含有的放射性碳原子核的數量具有一定穩定性，并不會輕易改變，直到生物體死亡，其能量才會被釋放。”在這一學習的過程中，學生了解到由于核反應過程一般都是不可逆轉的，所以核反應方程式中的單向箭頭意味著不可逆轉的反應方向;更能認識到有關放射性元素給自然帶來的危害和破壞，從而能夠正確認識人與自然之間的關系，產生保護自然、熱愛生命的意識。

二、利用物理學史，推動學生感悟生命的價值與意義

在進行物理學習的過程中，學生需要從中感悟生命的價值與意義。教學過程中，教師要善于利用物理學史，向學生介紹不同物理學家的事跡，讓學生在探索了解的過程中，體會個人生命的價值與意義，形成正確的價值理念，更加熱愛物理、熱愛生活。當學生真正了解了物理學家為物理事業發展所作出的貢獻之后，不僅引發了深層次的思考和觸動，而且能通過體會物理學家艱辛的探索歷程進一步明確生命的價值所在。

在選擇性必修第二冊第二章《法拉第電磁感應定律》學習過程中，學生需要通過了解法拉第發現電磁感應定律的過程，感悟生命的價值與意義，由此提高物理學習興趣。教師可以為學生介紹法拉第發現電磁感應的過程：“1821年，出于對電現象的好奇，法拉第在奧斯特實驗的基礎上開始潛心研究。經過了十年的艱辛探究，法拉第終于發現當一個磁鐵穿過一個閉合線圈時，線圈內就會瞬間有電流出現，這就是物理學史上意義十分重大的電磁感應效應。法拉第還在此基礎上發明了‘電磁旋轉器，這也為之后電動機的發明作出了一定的貢獻。1852年，他又引進了磁力線的概念，從而為經典電磁學理論的建立奠定了基礎。換言之，有關電的發明使我們的生活變得更為便捷，也推動了人類進入電氣化時代。法拉第的力場理論是驅動現代文明的動力，從電動推土機到如今的計算機、互聯網都源于電磁場的發現。”學生在了解法拉第發現電磁感應現象的過程中，感悟到了法拉第能夠不畏艱辛、潛心鉆研的意志品質，也感受到了一個人生命的價值和意義。此外，教師還可以通過物理學史知識，向學生滲透生命安全教育。比如，在電學知識的學習中，教師向學生介紹很多人由于用電不慎所發生的事故，幫助學生提高安全用電、自我保護的意識。由此，學生能夠在學習物理學史的基礎上，深化有關電的物理知識的印象，進一步體會電學知識在生活中的應用，也能夠提高本節課的學習效率。

三、利用物理學史，幫助學生培養科學質疑意識

任何一種知識的獲得都離不開質疑，一個具有創新精神的人必將在不斷質疑和反思之中，突破思想的局限，打破偏見，另辟蹊徑，發現未知的新大陸，從而為人類發展作出貢獻。為了培養學生科學質疑的意識，教師需要重點為學生呈現物理學史中有關質疑探索的故事，引導學生經歷當時科學家的探索過程。學生也能在質疑的過程中，形成勇于挑戰未知的科學精神，并逐步養成積極思考的學習習慣。

在選擇性必修第三冊第四章第五節《粒子的波動性和量子力學的建立》的學習過程中，學生需要在對波長和粒子動量關系了解基礎上，了解量子力學的建立過程，并且通過教師的講解知道：要獲取科學真知，必然不可能一蹴而就，而是需要經過長時間的努力，并不斷地推翻、驗證。在了解物理學史的過程中，通過明確這一事實，學生能形成良好的科學質疑意識。首先，教師可為學生介紹粒子的波動性，并且初步為學生講解德布羅意的猜想：“當時的物理學家對光的波粒二象性持懷疑態度，認為實物粒子也有波動性。德布羅意在郎之萬門下讀研究生的時候，提出了一個猜想：既然波可以成為粒子，那么反過來，粒子也可以成為波。這一設想推翻了之前人們對粒子的看法，德布羅意提出了物質波的物理公式。但當他將自己的這一猜想寫成博士論文后，他的父親作為一名權高望重的內閣部長認為其博士論文并沒有提出建設性的想法，并由此給愛因斯坦寫了一封信。出人意料的是愛因斯坦并沒有批判德布羅意這一不像論文的論文，而是高度贊揚了他在論文中體現的辯證思考的思想。同時，薛定諤于1926年4月23日給愛因斯坦的信中也贊揚了德布羅意的思想，認為其推動了波動力學的建立。可見，個人的質疑能力對物理學發展十分重要。”這一物理學史的故事，有效地激發了學生的科學質疑意識，并使他們學習以思辨的眼光看待物理發展的過程。

四、利用物理學史，促進學生樹立科學態度

教師需要為學生呈現多種多樣的物理學史案例，讓學生能夠體會到每一項物理成果都是需要經過不斷驗證才能得出的，使其能夠形成尊重事實、鍥而不舍的科學態度。在了解物理學史過程中，學生能夠意識到正是由于科學家具有這種不懈追求、敢于質疑的科學態度，才能在無數次的失敗之中不斷反思，最終獲得物理真理。同時，教師要讓學生認識到科學態度才是人類社會不斷進步的牢固基石，幫助學生漸漸養成堅持物理真理的科學態度。

在必修第二冊第七章第二節《萬有引力理論的成就》的學習過程中，學生需要運用萬有引力定律計算天體的質量，同時需要掌握有關萬有引力定律的物理學發展史，體會萬有引力定律對天文學發展的重要貢獻。對學生而言，牛頓是一個耳熟能詳的人物。教師不能僅僅要向學生介紹牛頓的物理成就，還需要引導學生分析牛頓在物理探究中所體現出的科學精神。比如，教師可以這樣介紹：“牛頓早在1665年就發現了萬有引力定律，但并沒有立馬發表觀點，而是將其推遲二十年才公之于眾。原因是他對球體之間的距離存在一定的疑惑，并不想把不夠完善的物理學理論公之于眾。針對這一疑問，牛頓又研究了將近二十年。直到1684年，牛頓用他自己發明的微積分理論證明了這一距離可以從兩球球心算起，并于1687年在《自然哲學的數學原理》上發表了自己對萬有引力定律的詳細見解。”學生感悟到任何物理真理的發現并不是提出猜想就可以了，還需要研究者不斷地研究認證，用嚴肅認真的科學態度才能得出最后的結論。此時，學生就不會將萬有引力定律作為單一的物理知識看待，而是真正地體會到了其背后物理學家所作出的不懈努力，由此樹立研究探索、不斷完善的物理探究精神。

綜上所述，物理學史教育對于物理教學有著重要的推動作用。物理學史不僅能幫助教師提高物理課堂教學的有效性，還能促使學生形成正確的科技倫理，感受生命的價值意義，進而在探索研究中樹立科學態度，培養物理核心素養。