國內物理學史教育研究內容的綜述

龐遠舒 李德安

(華南師范大學物理與電信工程學院 廣東 廣州 510006)

物理學史集中地體現了人類探索和逐步認識物理世界的現象、結構、特性、規律和本質的歷程[1].它既包含了認識論和方法論的因素，也包含著深刻的物理思想和觀念的變革，還蘊含了物理學家們研究物理的方法，體現了物理學家們執著追求、堅持真理的精神等[2].

國外對物理學史的研究起步較早，在20世紀初已經有國家意識到物理學史的重要性和地位.自21世紀以來，國內對物理學史的研究熱度逐年上升，自教育部頒布《普通高中物理課程標準(2017年版2020年修訂)》(以下簡稱“課標”)后，高中物理課程目標由三維目標走向了物理學科核心素養[3]，國內對物理學史的研究熱度不減.本文整理與分析了國內物理學史的研究情況，大致歸納出目前物理學史的研究方面，期望能給未來研究物理學史的學者們提供材料和幫助.

1 國內物理學史教育研究文獻的統計與分析

1.1 文獻數據及趨勢

在中國知網數據庫中以“物理學史教育”為主題進行檢索，共有337條結果.由檢索結果可知，從2000年開始關于物理學史教育的研究文獻呈快速增長的趨勢，其中包括物理學史教育的理論和基礎應用研究等方面的研究文獻.

圖1 近年中國知網數據庫中主題為“物理學史教育”的文獻數據

1.2 所選文獻的來源分布

篩選國內物理學史教育與中學教學密切聯系的文獻，選擇2004-2021年間共26篇文獻，其中17篇期刊論文，8篇學位論文，1篇標準.本文圍繞著26篇文獻進行統計與分析，對國內物理學史教育的研究情況進行較全面的分析和論述.

所選17篇期刊論文中，共有17篇被北大中文核心期刊收錄，按數量排列如圖2所示.

圖2 期刊文獻來源的分布

所選8篇碩士學位論文分布表如表1所示，碩士學位論文主要是對物理學史在中學物理教學中的呈現、物理學史教育觀念的評價測量及物理學史教學的方法策略與模式和功能的研究，為促進中學的物理學史教育做出重要貢獻.

表1 碩士論文來源的分布

2 國內物理學史教育研究的主要內容

物理學史具有重要意義，它是課標中所蘊含的重要內容，是學生必備的科學素養，它的研究可以推進物理教育的發展和教師專業化的發展.根據論文的研究主題與內容，將其中的25篇文獻歸納為以下大類(見表2).

表2 所選文獻的主題和內容分布

2.1 教科書中的物理學史研究

教科書中的物理學史研究是對教科書中的物理學史內容素材進行研究，并探討教材中物理學史編寫的局限性.

文獻[4]采用分級方法研究物理教材中的科學史，認為教學運用科學史分為科學史故事、科學思想史和科學史觀3個級次，不同級次的內容編寫方式和教育功能不同.科學史故事應追求“豐滿”，以真實求得物理教材的生態化；科學思想史應凸顯科學方法，增加宏觀史料，為科學方法教育開辟新途徑；科學史觀應以“滲透”為主，立足于教師培訓，以保障學生的科學觀健康發展.

文獻[5]對比上海科技教育出版社、山東科學技術出版社、人民教育出版社出版的3個版本物理教科書中科學家素材選用的內容與方式，結論表明教材編寫者多樣化的方式選用了大量的科學家素材，豐富了教材內容，塑造科學家的形象方面有所進步.

文獻[6]對具體章節內容進行分析，剖析教材編寫的局限性，以展現較為完整的“牛頓第一定律”的發展歷史為例，分析指出：教材不完整的發展歷史和歷史情境，不能充分發揮物理學史的教育教學價值，會引起學生的誤解.

2.2 物理學史教育功能的研究

物理學史教育功能的研究分為中學物理學史相關的教育功能內容以及對探尋實現物理學史教育功能的方法策略進行概括整理兩方面.

2.2.1 教育功能研究

文獻[7～10]分析了物理學史在物理教學中的功能，認為物理學史有助于學生對物理知識的掌握和理解；有助于培養學生科學素養和創新思維；有助于培養學生的民族自豪感和愛國主義精神；有助于提高學生人文精神和科學審美能力；可以幫助學生去理解科學的探究本質，進行科學方法和科學思想的熏陶，形成知識的相對觀和發展觀.

文獻[11]刻意在高中物理教學中滲透物理學史的教育，總結出4點功能作用：認識物理學發展中的偶然與必然，引導學生認識科學信念的力量；感悟物理學發展中的繼承與突破，引導學生認識科學勇氣的重要；關注物理學發展中的量變到質變，引導學生認識科學積累的意義；把握物理學發展中的主要與次要，引導學生認識科學判斷的價值.

文獻[12]從物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任、德育5個方面總結了物理學史的教育功能，指出物理學史的教育功能是多方面、多層次的，不僅有物理學習方面的教育功能，還有人文方面的有利影響；不僅是知識層面的促進作用，而且還有意識觀念方面的積極影響.

2.2.2 實現教育功能的方法策略

文獻[10]針對教育功能提出了相關的建議，如可利用“歷史上關于運動量度的爭論”這一物理學史，幫助學生深刻認識運動的形式及其本質；二是教師在物理課堂中向學生再現物理學家構思實驗、改進方法的過程，則可以增強學生的思辨能力.

文獻[13]研究了從物理學史的角度提出在高中物理教學中培養人文、科學精神的途徑，指出4種途徑：利用物理學史中科學家的事例、經典實驗史料的科學和人文價值、多種傳媒載體、多種形式的物理學史相關活動.

文獻[14]中研究了不同類型物理學史的價值在課堂中的實現方式，以理論為基礎的物理學史的價值實現方式應使物理學史的應用具有“確定課程的內容；收集課程相關的物理學史資料；分析課程標準、教材和學生，確定物理學史的應用方向；選擇物理學史的應用方式”4個環節；而以實驗為基礎的物理學史的價值實現方式應使物理學史的應用具有“確定實驗題目和實驗類型，根據實驗內容收集相關物理學史資料，將物理學史資料同物理實驗進行整合，進行實驗”4個環節.

2.3 物理學史教學模式和策略的研究

物理學史教學模式和策略的研究分為物理學史教學模式的內容以及對探尋相關教學的方法策略進行概括整理兩方面.

2.3.1 教學模式研究

文獻[15]中提出了一種物理教學活動中滲透物理學史教育的模式，圍繞課堂，該模式的操作程序可劃分為：閱讀了解—發現問題—討論探究—總結拓展.文獻[16]針對中學生科學素養較低的情況，反思物理教學的現狀，提出了4種物理學史教學模式：重大事件回顧模式、相關史實展開模式、“串”式結構模式、學生自主探究模式.

李寧老師結合物理學史的教育功能，分析歸納了將物理學史引入到教學中的4種模式：“呈現—總結”模式、“沖突—統一”模式、“探究—發現”模式、“自學—交流”模式，并分析了模式運用的具體步驟和模式運用的特點.

文獻[17]對物理教學中滲透物理學史的教學策略進行探討，分析了將科學史及其相關學科融入到科學教育中的兩種教育模式：馬修斯的適度模式、孟克和奧斯本的融合模式.

2.3.2 教學策略研究

文獻[18]通過具體的教學案例，從中國古代物理學史、近現代物理學史和物理時事及前沿3個方面的教學策略進行了初步探索.

文獻[19]結合課標對物理學史的要求，對教學內容條目進行了梳理分析，提出在人類文明發展的脈絡中感悟物理觀念、在概念規律的革新過程中提升科學思維、在揭示自然奧秘的新問題中理解科學探究、在物理學與人文社會的發展聯系中形成科學態度與責任的四大策略.文獻[2]從物理核心素養的培育的角度出發，通過結合具體的案例，提出五大策略：情感體驗策略、適時融入策略、因材滲透策略、追本溯源策略、再創式教學策略，其策略研究非常具有啟發性.

文獻[20]通過研究物理學史適當融入課堂的必要性，結合文獻及調査結果，總結物理學史應用教學的五大原則：輔助性原則、適當適量性原則、真實性原則、深入性原則、堅持性原則.

2.4 物理學史教學案例的研究

文獻[21，22]研究了“自由落體運動”和“阿基米德原理”物理學史與教學融合，給出了案例教學的建議.文獻[23]針對性地設計了“自由落體運動”和“行星的運動”兩份教學案例，為中學物理教師的物理學史真實數據教學提供有益的借鑒.

文獻[24]將庫侖定律發現的物理學史融入到課堂教學活動，設計5個主要教學環節，引導學生構建庫侖定律知識，通過定性和定量探究庫侖定律，促進學生對科學本質的認識和理解.文獻[25]闡述了歐姆發現閉合電路歐姆定律的歷史過程，給出高中階段運用物理學史方法建立閉合電路歐姆定律的教學實施過程，豐富高中物理學史的教學案例.

文獻[26]給出了物理學史融入高中物理教學的兩個實踐案例：“伽利略對自由落體運動研究”和“電子的發現”，并通過研究對比了兩個班的教學效果.

從文獻研究中，發現中學物理教學中物理學史教育的實施現狀并不樂觀，主動開發寫入教材的學史方法中建立概念、規律的案例很少，目前都是針對個別知識點案例的研究文獻較多，而且學者更加關注經典物理學時期，如“自由落體運動”“庫侖定律”，而更多的物理概念、規律的物理學史教學案例則有待設計研究.

3 總結與展望

物理學史教育研究不是新興事物，現有的研究文獻數量不僅非常多，而且研究的內容比較豐富.對于物理教學來說，物理學史教育意義重大，通過物理學史教育不僅培養了學生的物理能力和素養，使學生發現物理學習的新視角，而且形成了良好的個人品德和學習思維習慣.對于國內物理學史教育研究，本文提出以下幾點思考與展望.

(1)加強專門針對高中階段物理教學的調査研究.期望未來的碩士論文研究完善物理學史教育的調查研究，避免紙上談兵，突出物理學史教育的必要性，進一步增強對教學效果進行實證性研究.

(2)加強教科書中的物理學史研究.及時研究發現教科書中的物理學史不足之處，使之更適合于教師運用于一線教學之中.這使得物理學史的內容不僅停留在“人物、時間、地點、事情”這一層面，而是更加地突出其過程所涉及的“物理方法、物理思維”.

(3)加強物理學史教育功能與教學策略的融合研究.國內關于物理學史教育功能的研究和物理學史教育教學策略的研究較多，但往往都沒有把雙方結合起來，可以在功能和策略中找到一個研究的平衡點，更好地促進物理學史教育.

(4)加強物理學史教學案例的研究.在這方面，一是要不斷開發新的教學案例設計，二是不僅要關注經典物理學時期的物理學史，也要關注近代物理學史，有研究表明近代物理中的一些概念如“光電效應”等研究中心度極低[12]，缺乏相關的教學案例研究.