论科学家的历史课教学设计
2017-04-26陶俊杰
陶俊杰
【摘要】科学家的历史课设计向来比较难,科学成就讲的过多,变成了物理课,失去了历史味。不讲,则流于表面,不够深入。所以,如何平衡好二者的关系,这是科学家的历史课教学设计的难点,本论文以《20世纪的科学伟人爱因斯坦》为例,平衡了爱因斯坦的科学成就和个人品质,重点突出了爱因斯坦的个人成长和人生理想,深入探讨了史料实证和历史价值观,培养了学生关于历史的核心素养。
【关键词】核心素养 史料实证 历史价值观
【中图分类号】O6-4 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2016)35-0151-02
引力波,大家有听说过吧?引力波是什么?我们不妨来看个片段。
播放片段。
早在一百年前,就有一个人预言了引力波的存在。这个人是谁?
爱因斯坦!
这节课,就让我们时光倒流,穿越到爱因斯坦的世界,看看他除了语言引力波,还有什么其他的科学成就?
一、科学成就篇
我们进行小组合作,概括出爱因斯坦的科学成就。每个小组长来领下任务单。
一是狭义相对论。根据相对性和光速不变的原理得出,这是近代物理学领域的一次伟大革命。
二是广义相对论,根据等效原理和广义相对性得出,这促进了人们对天体和宇宙的观测研究和理论探讨。就是参考系没有优劣之分,运动是绝对的,静止是相对的。
三是光量子假说。这解释了经典物理学不能解释的光电效应,推动了量子力学的发展。
根据以上知识,我们牛刀小试,学以致用。
“天上一日,人间十年”,请你根据相对论,说说有无此可能性?颠覆了谁的理论?
有,牛顿。
牛顿认为时间和空间是绝对的,不变的,但爱因斯坦认为时间和空间是是相对的,可变的。所以这是近代物理学领域的一次伟大革命。
为什么时间和空间是相对的,可变的?
假设一束光向你而去,如果你乘一辆每秒20万公里的火车去追它,那么你在火车测到的光速是多少万公里每秒?根据相对性原理,是10万公里每秒。
但无论你选取的是什么参照系,光的传播速度不受光源和观察者本人的影响,光速永远为30万公里每秒。这就是光速不变原理。
光速不变,什么发生了变化?时间和空间。这就是狭义相对论。所以有个双生子宇航难题。双胞胎兄弟,一个做接近光速的宇宙飞船去了太空,另一个留在地球上,结果坐飞船回来的兄弟和留在地球上的,谁比较年轻?
做飞船的!这就是狭义相对论。
广义相对论则认为,质量很大的天体,例如恒星,会造成时空的坍塌,这样,光线在经过恒星的时候,也不得不改变路径。
如果引力非常大的时候,连光速也摆脱不了的物体,就是黑洞。
为什么爱因斯坦能够提出相对论?
是偶然的吗?
那应该从哪里寻找原因。
这既与物理学的发展有关,也同爱因斯坦的个人经历有关。
二、人生成长篇
我们小组合作,制造爱因斯坦的个人简历,每个小组长领简历表。通过这样的合作探究,帮助学生培养史料实证的能力。诚如袁伟时先生所言:“好奇、怀疑、批判,是治学和创造的起点。”[1]
在爱因斯坦的简历中,我们发现爱因斯坦在1879年出生于德国小镇乌尔姆的一个犹太人家庭。很少讲话,善于思考,对自然界的许多现象,总要寻根究底。这里有一个罗盘针的故事。我们看一段材料:爱因斯坦的早年岁月——好奇心萌发的阶段。这段材料来自于《爱因斯坦文集》,收录了爱因斯坦的的个人回忆和一些文章,因此较为可靠。
材料一表明爱因斯坦从小就具备哪两种优秀品质?
火车开回来。
喜欢自由学习,有强烈的好奇心,这为他以后从事科学研究埋下了伏笔。
1896年考人瑞士苏黎世联邦工业大学师范系理论物理专业。这是爱因斯坦的求学经历,也是他一生中最求知若渴的阶段,并为今后的物理学研究打下了扎实的基础。但在这一时刻的物理老师仍然不喜欢他,甚至有人认为他根本不适合学物理。
材料二反映了爱因斯坦认为什么对科学研究是至关重要的?
反映了爱因斯坦认为自由对科学研究是至关重要的。
1902——1909年爱因斯坦在瑞士伯尔尼专利局任技术员。这是他凤凰涅槃,化茧成蝶的时刻,狭义相对论,光量子假说都发表于这一时期。是什么原因促使他能在这一时期有这么多的物理成果?我们看两段材料。
材料三和四谁更可靠?为什么?结合材料三、四和所学知识,分析伯尔尼专利局的工作为爱因斯坦发表狭义相对论有何贡献?
材料四,材料三是二手史料。它是转引自,是从其他地方的转述,因此可靠性上不如爱因斯坦个人的回忆。所以对史事的推理和认证必须依据可靠的史料作为依据。所以我们依据材料四,论从史出,提出我们的史学观点。
结合材料四和所学知识,分析伯尔尼专利局的工作为爱因斯坦发表狭义相对论有何贡献?
既为爱因斯坦解决了后顾之忧,又训练了他的批判思维能力。
三、人生理想篇
每个人都有一定的理想,这种理想决定着他的努力和判断的方向。在这个意义上,我从来不把安逸和享乐看做是生活目的本身──这种伦理基础,我叫它“猪栏的理想”。照亮我的道路,并且不断地给我新的勇气去愉快地正视生活的理想,是善、美和真……
──爱因斯坦《爱因斯坦文集》第三卷
依据第一手史料,我们看到爱因斯坦的人生理想是什么?
追求善美真。善是第一位的。
请同学们列举爱因斯坦为人类和平事业而奋斗的史实。
1.一戰时:支持反战宣言。
2.一战后:致力于恢复各国人民的相互谅解,
呼吁人民为和平而斗争。
3.二战时:建议罗斯福抢在纳粹之前研制原子弹;
并痛心原子弹爆炸引起的大量平民伤害,说:“早知如此,我宁愿去当个修表匠。”
4.二战后:致力于防止核战争的发生,
发表反核战的《原子科学家公报》。
通过以上史实,我们能感受到爱因斯坦有哪些崇高的品质?
高度的社会责任感和热爱生活、热爱全人类。
在对善的追求中,爱因斯坦达到了美的境界,追求生命的和谐与修养。例如爱好拉小提琴。爱因斯坦的母亲很有音乐天赋。年幼时,爱因斯坦就开始学习音乐,六岁开始练习拉小提琴,音乐几乎成了爱因斯坦的"第二职业",小提琴终身陪伴着他。
这三段材料,告诉我们爱因斯坦还有哪些崇高的品质?
不追求财产,不虚荣和不追求奢侈生活。
理想之三是追求真理,并影响了我们的日常生活。你能否举个例子?
例如,一是电脑显示器,利用的是狭义相对论。
二是激光,利用的是激光理论。
三是数码相机,利用的是光电效应。
四是核电站,这又是利用了爱因斯坦的什么科学原理?
E=mc2
较小质量的变化会引发非常大的能量。这既能和平利用,也能用于破坏性的,比如原子弹。以此为例,谈谈你对科技的认识?
科学是一把双刃剑,既可以用核电站发电,也可以造成巨大的灾难。但它取决于人本身,而不是工具。
爱因斯坦对善美真的追求,这对你树立人生理想有何启迪?
在爱因斯坦去世时,我们用歌德悼念席勒的诗来纪念他。同学们一起朗读,感受一下20世纪的科学伟人的风采。
总结:爱因斯坦是20世纪最伟大的科学家。他创立的相对论为科学的发展带来了革命性的变化;他提出的著名的质能关系式为原子能的和平利用提供了理论依据;他热爱和平,厌恶战争,关心人类的命运;而他伟大的人生理想更是留给后人的一笔最宝贵的遗产。
这样的教学设计的创新点在于历史核心素养的培养。当然,在具体的培养一个学生的历史思维方面,诚如美国教育学者杜威所言:“我听到,我忘记;我看见,我记得;我做过,我理解。”(I listen,I forgot;I saw,I remember;I do,I understand.)让学生通过自己主动学习获得知识的效果,远比老师单纯的讲授效果要好得多。因为“学生首先应当学会理解事物,然后再去记忆他们,在这两点经过訓练之前,不可强调言语与笔墨的运用。”
板书设计:
20世纪的科学伟人爱因斯坦
——树立善美真的人生理想
(1)科学成就:相对论、光电效应
(2)个人品质:1.好奇心
2.创新精神
3.批判思维
(3)人生理想:追求善美真
参考文献:
[1]袁伟时.中国近代史教学的几个问题[J].中学历史教学参考:焦点观察,2012(1).5.