用物理学家的故事来激励中学生科学探究学习

黄天平　马巧丽

摘要：广安代市中学针对本校物理教师为了应付考试，在教学中疏于对学生探究精神、创新意识以及实践能力培养等问题，采取教师与学生共同参与的形式编著了《物理学家之科学探究》，并在其日常教学中有效地使用，取得了一定的成效，通过对这一事实的阐述，希望能给更多的人一些参考与借鉴，使更多的人受益。

关键词：物理学家；教学方式；探究性学习

中图分类号：G632 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）08-0139-03

一、研究背景

物理学是研究物质结构、物质相互作用和运动规律的自然科学，它要求“通过科学探究，使学生经历基本的科学探究过程，学习科学探究方法，发展初步的科学探究能力，形成尊重事实、探索真理的科学态度”。可是，在中学物理课程教学中，我们发现，许多物理教师为了应付考试，囿于课本教学，过于强调接受学习、死记硬背、机械训练，过分强调书本知识传承，疏于让学生经历科学探究过程，从中学习科学研究方法，忽视了学生探索精神、创新意识以及实践能力的培养。

为了有效实施《全日制义务教育物理课程标准》、《高中物理课程标准》，改变我校（广安代市中学）物理教师为了应付考试，囿于课本教学等问题，提倡多样化的教学方式，以常规课堂教学为契机，结合物理学科本身的特点，引入探究性学习的观念、方法，在常规课程教学中，真正使学生建立用科学的思维方式主动探究、发现和创新，提高教学实效性，从2010年9月以来，我们开始了“用物理学家故事激励中学生探究学习的实践研究”。

二、校本教材的编写与使用

（一）概念的界定

1.物理学家故事。物理学家故事是学生在教师指导下，通过图书查阅、网络媒体等获得的教材中涉及的“以探索物质的组成和物质世界的运行规律为目的的科学家——物理学家”的生平简介和科学成就等。

2.科学探究性学习。科学探究性学习是指学生在教师的指导下，在学科领域或现实生活的情境中，通过主动地发现问题、体验感悟、实践操作、表达交流等探究性活动，获得知识和技能的学习方式和学习过程。

（二）校本教材的编写与使用

1.搜集编写《物理学家之科学探究》校本教材。由老师指导学生收集初高中物理教材中涉及的科学家生平、科学发现的过程、主要科学成就。期间组织学生交流资料信息及收集资料的过程、方法，谈心得体会，然后再指导学生深化研究，继续完善了资料，进一步探索物理学家的科学发现途径与方法，并由学生撰写小论文交流。学生把搜集的资料和心得体会交给老师，由老师统一整理编辑成为校本教材《物理学家之科学探究》。

2.指导学生使用《物理学家之科学探究》校本教材。在教学中，指导学生学习《物理学家之科学探究》，培养学生向科学家学习，学习科学家的科学探究精神和献身精神，以及敢于批判质疑的求真务实精神和科学创新精神。

例如：（1）讲万有引力时可以指导学生查看校本教材中关于牛顿发现引力定律的过程：在17世纪后半叶意大利物理学家阿尔方斯·博雷利（Alphonse Borelli）、英国物理学家罗伯特·胡克（Robert Hooke）、天文学家爱德蒙·哈雷（Edmund Halley）和数学家克里斯托费·雷恩（Christopher Wren）及牛顿本人差不多是同时在从事引力理论的研究。1666年，博雷利在察行星运动和木星的卫星运动时得出结论说：“毫无疑问，天体间必存在着一种使之相互接近的自然倾向力。而旋转运动在物体中又引起了一种使物体脱离旋转中心的倾向力。如果这两个倾向力，一个企图离开太阳，另一个则力图接近太阳，而它们又彼此相等，则该行星只能在离太阳一定距离的地方运动。假设在某一瞬时，行星离太阳的距离以及它的运动速度，是在离心力小于向太阳的倾向力时，则该行星便从大半径的圆转到小半径的圆上，并开始接近太阳，直到两力彼此平衡的位置。”

1666年，胡克曾在皇家学会做了一个实验报告企图找出物体重力与物体距地球表面高度间的关系。胡克认为重力与磁力、电力相同，必随离地球中心的距离增大而减少，后来，他又指出行星运动的轨道曲线必是某种恒力所引起的，行星对太阳的倾向力可从旋转中心具有某种吸引性质来解释。经过长期研究，胡克在1679年认为：“一切天体都具有倾向其中心的吸引力，它不仅吸引其本身各部分，并且还吸引其作用范围内的其他天体。”他还认为：“受到吸引力作用的物体越靠近吸引中心，其吸引力也越大。”1680年1月6日，胡克在给牛顿的一封信中写道：“假设吸引力是与两中心间的距离平方成反比的。”实际上，自从荷兰物理学家惠更斯（Christian Huygens）1673年发表了离心定律后，胡克、哈雷和雷恩等人都于1679年推出了平方反比定律。他们指出：如果行星绕太阳运行于圆形轨道上，而其运转周期的平方与其到太阳的平均距离的立方成正比，则可证明，作用于各行星的引力必与此距离的平方成反比，但他们都未能证明，行星的椭圆轨道是平方反比定律的结果。

在开普勒“三大定律”、胡克等“引力问题探索”、惠更斯“离心定律”、皮卡兒“地球半径”、牛顿“微积分”后，牛顿于1684年8月完成了“平方反比定律”的证明。万有引力定律建立后获得了极大的成功，解决了当时地球形状的争论；根据万有引力定律，法国数学家克雷罗计算出了木星和卫星对哈雷彗星的摄动作用、并预言了哈雷彗星经过近日点的时刻（1759年）；1846年法国天文学家莱维利叶和英国天文学家亚当斯利用万有引力定律用计算的方法发现了海王星；1930年3月14日用同样的方法发现了冥王星；20世纪以来对几百万光年宇宙结构的研究都证明了万有引力定律的正确性。

通过学习让学生了解牛顿发现万有引力定律并非简单地从苹果落地而得，这是他善于继承前人的成果、奋发好学、勤于思考的结果，他完成这一巨大综合工程是基于中世纪以来世世代代从事科学研究的前人的累累成果。

例如：（2）讲电磁感应时指导学生学习“电磁学之父”法拉第的有关知识：我国早在三、四千年前就有了雷电现象的记载，春秋时期《管子》“地数篇”中出现“慈石”说明，古希腊的泰勒斯（Thales，公元前640～546年）

发现琥珀摩擦起电和磁石吸铁的现象。然而，直到19世纪人们仍然认为磁和电是完全不同的物质，对它们的观察还停留在现象阶段。1802年安培说“我愿意去证明磁和电相互独立的两种不同流体”。库仑甚至断言：“磁和电是两种完全不同的实体，它们不可能相互转化。”1820年奥斯特发现电流的磁效应揭开了物理学的新篇章，后来安培、菲涅耳、科拉顿等科学家都在试图寻找磁场产生电流的条件，但他们都失败了。法拉第也开始了这一探索工作，经过整整十年的不懈探索，经历了失败、试验、再失败、再试验，最终于1831年发现了电磁感应现象，法拉第被誉为“电磁学之父”。同时为学生介绍物理学家法拉第在逆境中顽强奋斗的一生等。

三、产生的实际效果

《物理学家之科学探究》校本教材的有效使用，促进了学生的科学探究意识的增强，激发了学生热爱物理学科兴趣，提高了学生参与物理探究活动的热情，提升了学生科学探究的能力，取得了明显的效果。

1.增强了学生科学探究兴趣。2008～2009年，由黄天平指导的高2009级、高2008级学生参加四川省中小学生科技创新大赛，被学校选送作品4件参加区市展评，有1件作品获广安区二等奖，1件作品获广安市三等奖。

2.学生的科学探究意识明显增强。通过让学生参与校本教材的编写引领学生通过多途径了解物理学家对自然规律的发现、分析、总结、应用的过程，掌握进行科学探究的基本技能，包括观察、实验、推理方面的技能及收集信息、处理信息、传递信息的技能。让学生体会和经历探究过程，获得情感体验，培养了学生探究科学的兴趣和对物理现象的好奇心，激发学生独立思考、勇于完成、敢于实践、勇于创新的科学精神，逐步形成科学态度和科学的价值观。同时，也促进了学生文化成绩的提高。如高一学生陈雪峰写到：“錢学森——中国伟大的数学家，物理学家。当我看到钱学森的丰功伟绩，我的全身都热血沸腾。钱学森在外留学时，学习非常刻苦，可以说是三月不知肉味，可是，我呢，非常贪玩。当我看了钱学森的生平之后，我了解到一个人的成功，不在于他这一时一刻的奋斗，而是一点点的积累，由量转换为质的这样一个过程。不论是哪一位成功的人，他的发展过程是缓慢的，而他们的专心、耐心、求知心引导他去探索未知的世界。所以我决定向所有的科学家们学习，择其善者从之。以此来慢慢完善自己的思想观念，整体提高自己的思想素质，做他们的追随者！”

3.学生的物理学科成绩不断提升。从下表可以看出，随校本教材的有效使用，教学实验班成绩逐渐提高，特别是课改年级（现在的2011级）实验班成绩比学校和全区成绩有更大优势，学校高中物理成绩也提高很快，探究性学习正在我校学生中全面开展并取得阶段性成果。表1“代市中学原2008级2班、2011级2班、现2011级1班与区市统考成绩比较表”

四、总结

在物理课程中，科学探究既是学生的学习目标，又是一种重要的教学方式。作为目标，基础教育阶段的科学探究是一种精心设计的，为培养学生的科学探究能力服务的教学活动。《物理学家之科学探究》校本教材在广安代市中学的有效使用，取得了一定的成效，希望能够给在教学中有同样问题的老师们提供一些参考与借鉴，使更多的人受益。

参考文献：

[1]郭奕玲.物理学史[M].重庆：西南大学出版社，2005.

[2]靳玉乐.探究教学论[M].重庆：西南师范大学出版社，2001.

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[4]教育部.《物理课程标准（实验）》[S].

[5]《现代课堂教学理论与实践》编写组.现代课堂教学理论与实践[M].成都：四川教育出版社，2000.

[6]教育部《普通高中研究性学习实施指南（试行）》[S].