物理学史与物理科学方法教育并行的探索

杨景峰

物理科学方法是在漫长的物理学发展过程中，经过物理先贤大师和无数物理学工作者的探索积淀，而结晶的闪烁智慧光芒的钻石，是科学的思维方法，是人类认识自然，探索世界的有力武器.在中学物理教学实践中，重视物理科学方法教育，传授物理知识的同时，让学生学习掌握物理科学方法，这是做一名合格物理教师的职责，也是物理教学的真谛.要实施物理科学方法教育，笔者认为应根据教材知识脉络，实施物理学史和物理科学方法教育并行，不失为进行物理科学方法教育的有效途径.因为物理学史与物理科学方法是相伴而行的，每一种科学方法的产生，都包含了一段物理学史的佳话.通过对物理学史的回顾，提炼出相应的物理科学方法，有利于学生对物理科学方法产生背景的了解和思维情境的理解，能帮助学生更好地掌握物理科学方法，培养学生的分析问题和解决问题的能力.笔者在十几年的教学实践中做了一些探索，在此与读者分享.

1注重日常教学渗透，时时进行物理科学方法教育

现行人教版的高中物理教材大致是按照力、电、磁、热、光（波）、原（动量）这样的知识序列编写的.涉及到的物理学史和物理科学方法均涵盖于知识内容.作为一名高中物理教师，应该在物理知识的讲解中，充分挖掘物理教材中涉及的物理学史，通过对物理学史的介绍，来彰显物理科学方法的内涵和重要性.例如在讲授《自由落体运动》时，介绍伽利略的生平和他的科学思维方法.在讲授《牛顿第一定律》时，详细讲解伽利略的理想斜面实验，进一步强化理想化实验方法.同时讲述牛顿的超群素质和过人的数学天分.闪烁着理性的光辉的同时，蕴含着分析综合、归纳推理的科学方法.《牛顿第二定律》验证实验体现了控制变量的实验方法.在《行星的运动》中，讲述两种学说的对立和斗争，推崇第谷40多年的默默观察与记录，有感于开普勒20年辛勤计算与思考，体现了物理学的观察法与计算推理法.《万有引力定律》再次说明了数学方法的重要性.卡文迪许扭秤和库仑扭秤向我们展现了实验物理的魅力，也说明微量放大法在实验观察中的作用.奥斯特和法拉第对电与磁的情有独钟，让我们领略了实验探究法的艰辛与执着和天道酬勤的道理.总之，凡是教材知识点涉及到的物理学史，笔者都在教学过程中认真对待，将物理学史与知识点有机结合，彰显蕴含的物理科学方法.同时在教学过程中注重实验演示和实验验证.不但教师演示做，还要组织学生分组做.不但课上做，还要引导学生课余时间做探究实验.培养学生实验的观点、乐于实验、善于实验的习惯与技能.教育学生重视实验，掌握实验的科学方法.

2利用重点章节内容，系统进行物理科学方法教育

人教版高中物理（必修一）第二章第六节《伽利略对自由落体运动的研究》是一节重点介绍伽利略科学思想的课，考点不是很多.因此，有的教师采取不讲或略讲的方法处理.而笔者每一次讲授都认真准备，努力上好这节课.笔者给学生布置预习作业，不但阅读课文，还要利用网络查找有关资料，详细了解伽利略的科学思想和贡献，讲述对伽利略的科学方法要素的理解.上课时分成小组，采取讲述和情景辩论等形式使学生的兴致都非常高，也深深地被伽利略的科学精神所折服.收到良好的教育教学效果.对笔者关注人教版高中物理必修一后边的学生实验，笔者关注实验的重要性，带领学生认真学习，培养学生良好的实验科学素养.人教版高中物理必修二第六章第一节《行星的运动》的教学，笔者让学生查找资料，体会地心说和日心说的争论，感受哥白尼、伽利略、第谷、开普勒、布鲁诺等人为科学发展而战的精神.在电磁感应的教学中，笔者带领部分学生自制大量实验进行演示，即增强了教学效果，也培养了学生实验习惯和实验技能.

英国学者贝尔纳指出“如果学生不能够以某种方式亲自参加科学发现的过程，就绝对无法使他充分了解现有科学知识的全貌”.教师就是要在教学过程中努力去还原或者创设规律发现的情境，让学生感受发现过程，体验发现成就和乐趣，理解物理科学方法的作用.从而更好地掌握物理科学方法.

3通过物理学史习题训练，凸显物理科学方法教育

物理习题是检验物理知识的主要方法，也是检验学生运用物理科学方法解决问题能力的有效途径.通过渗透物理学史和物理科学方法习题的训练可以达到还原物理规律的发现过程，也可以体现物理科学方法的运用功能.这里略举几例说明.

例1伽利略在《两种新科学的对话》一书中，讨论了自由落体运动和物体沿斜面运动的问题，提出了这样的猜想：物体沿斜面下滑是一种匀变速直线运动，同时他还运用实验验证了其猜想.某中学物理兴趣小组依据伽利略描述的实验方案，设计了如图1所示的装置，探究物体沿斜面下滑是否做匀变速直线运动.

（1）实验时，让滑块从某一高度由静止沿斜面下滑，并同时打开装置中的阀门，使水箱中的水流到量筒中；当滑块碰到挡板的同时关闭阀门（整个过程中水流可视为均匀稳定的）.改变滑块起始位置的高度，重复以上操作.该实验探究方案是利用量筒中收集的水量来测量[CD#3]的.

（2）表1是该小组测得的有关数据，其中S为滑块从斜面的不同高度由静止释放后沿斜面下滑的距离，y为相应过程量筒收集的水量.分析表中数据，根据[CD#3]在误差的范围内是一常数，可以得出滑块沿斜面下滑是做匀变速直线运动的结论.

（3）本实验误差的主要来源有：水从水箱中流出不够稳定，还可能来源于[CD#3]（只要求写出一种）.

例1在教材介绍的知识基础之上，经过改变设计的.体现了伽利略的实验方法，也体现了伽利略研究自由落体运动和物体沿斜面运动问题的科学方法.是一道集物理学史和物理科学方法的好题.

例2许多科学家在物理学发展过程中做出了重要贡献，下列叙述中符合物理学史实的是

A.库仑通过扭秤实验，得出了库仑定律

B.奥斯特发现了电流的磁效应，总结出了电磁感应定律

C.牛顿提出了万有引力定律，通过实验测出了万有引力恒量

D.伽利略通过理想斜面实验，提出了力是维持物体运动状态的原因

例3关于物理学研究的方法，以下说法错误的是

A.在用实验探究加速度、力和质量三者之间的关系时，应用了控制变量法

B.在利用速度——时间图像推导匀变速直线运动的位移公式时，使用的是微元法

C.用点电荷代替带电体，应用的是理想模型法

D.伽利略在利用理想实验探究力和运动的关系时，使用的是实验归纳法

例4图2是历史上发现原子内部结构的几个著名实验的装置图，其中发现质子的装置是

这样的习题是高考经常出现的题型，也是直接判断题，但学生在日常的学习中必须有所积累，掌握基本物理史实，理解基本的物理科学方法，知道重要的物理实验.所以在平常的教学活动中，进行物理学史和物理科学方法教育与高考应考教育并不矛盾.

4实施物理学史与物理科学方法教育并行的要求

在落实物理学史与物理科学方法教育并行的过程中，教师要做到以下几方面.

第一、教师自己要重视物理科学方法的教育，将物理科学方法教育贯彻到自己的教学实践中.现在还有的教师只重视知识的传授，忽视知识的形成过程，不注意物理科学方法的教育.如在一所很好的高中，一位在当地很有名气的物理教师，一堂课就把一整章的内容讲完，剩下的时间就是做习题.从教师的角度出发，高中物理一章的主干内容确实没有多少，有的半节课就可以捋下来.但是这样做就只剩干瘪的知识体系，怎么能会展现知识的形成过程呢？更何谈物理学史与物理科学方法教育并行，物理学家那种执着感人的科学精神如何让学生受到教育呢？还有的教师或者学校，从来不组织学生做物理实验，认为耽误时间，没有多大效果.物理实验教学在弱化.

第二、在落实物理学史与物理科学方法教育并行的过程中，教师要提前备好课.教材介绍的物理学史都是蜻蜓点水，内容很有限.物理科学方法也是隐含在叙述过程中的.教师在课前就要查找资料，将物理学史与教学内容有机地结合起来.做到精彩和精炼，这就要下一番功夫.同时要在知识形成过程中把物理科学方法凸显出来，让学生体会得到.

第三、要在教学过程中培养学生的兴趣.大家都知道，兴趣是最好的老师.只要教师培养起学生的兴趣，在教学过程中稍加引导，学生就会主动去学习.特别是互联网时代，为我们提供了广阔的学习时空.一丁点的信息都可以在网络上找到相关知识的详细介绍.学生有了兴趣，教师要做的就是提供那么一点点的信息量就够了，剩下的学生会自己去探寻.

第四、要教育学生重视学习物理科学方法，提高继续学习和探索自然科学的能力.我们都会说：授人以渔，不授人以鱼.就是这样的道理.比单纯的物理知识，物理科学方法的教育更加重要.高中物理知识只是浩瀚的物理学中的一个入门基础，现阶段的主要任务是升入大学的一块敲门砖.而物理科学方法则是人类认识自然、改造世界所积淀得到的有效方法，这种方法可以指导我们去探索更广阔的未知世界.没有这些科学的方法，人类就会盲人摸象，认识世界的能力就会大打折扣.所以教师在教学过程中要有意识地教育学生，注重科学方法的学习与积累，要学会捕鱼的方法，不要做只会吃鱼的食客.