例谈在高中物理教学中进行物理学史的教育

摘 要：高中物理教学除了要向学生传授物理学的基本知识之外，还要以发展学生的科学探究能力以及培养学生的科学精神为目标。在以往的物理教材中，物理学大师们做出的重要发现的历史过程，即他们的探索历程、独特的思路、认识的飞跃和十分有效的方法，往往被干干净净地滤掉了。这种状况对于全面实现物理教育的目标，培养创新型人才是十分不利的。

关键词：高中物理；教学；教育

在物理教学中进行物理学史教育，可以使学生感受到物理学大师们用有效的方法一步一步地揭示出物理奥秘时的那种科学创造的激动，并受到科学研究方法和科学精神的熏陶。以下就以人教版必修一《自由落体运动》一节内容的教学为例，谈一谈如何在高中物理教学中进行物理学史的教育。

对于这一节课的教学设计思想主要体现在以下几个方面：

1. 通过物理学史教育，渗透对学生科学方法的教育。伽利略创建了研究自然规律的科学方法——抽象思维，数学推导和科学实验相结合的方法，在其后的几百年里，物理学逐渐发展为科学知识与科学方法相结合的自认科学。因此在物理教学中指导学生学习科学知识的同时，应当重视科学方法教育。自由落体运动这节课中有两段体现了对学生进行科学方法教育，一是物体下落的快慢不是由它们的轻重决定的；二是自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。

2. 对学生渗透人文教育。教师指导学生阅读伽利略对落体运动的研究，还可以阅读伽利略的传记，学习他尽管身处逆境却始终不屈不挠的探求真理的精神。同时还要正确评价亚里士多德在科学发展史上的地位。

3. 体现新课程的教育理念。在这节课的活动设计环节充分体现出新课程标准中提出的三维教学目标——知识与技能，过程与方法，情感态度和价值观，并且将其巧妙地融为一体。

教学过程

[引入]首先，我们来研究这样两个问题：

（1）在现实生活中，不同物体的落体运动，下落的快慢相同吗？

（2）重的物体一定下落得快吗？

[演示实验]①让一张纸袋与小硬币同时自由下落，可看到什么现象？

②把刚才的纸袋揉成团，和小钢球由静止同时下落。

提问：为什么会出现这种现象呢？（这是因为空气的阻力的影响。把纸袋揉成团，所受空气的阻力要比纸袋所受空气的阻力小得多，所以与小钢球几乎同时落地。）如果把不同的物体放在真空的环境下研究它们下落的快慢，情况又是怎样的？

讲解：古希腊学者亚里士多德认为物体下落的快慢是由它们的重量决定的。这一错误的论断一直被人们奉为经典。原因是理论基础的错误，以及对现象的不全面归纳（把单因素的重力作用和两种因素的重力和阻力作用的混同）。意大利的科学家伽利略有一个很巧妙的推理：假设重的物体下落的快，那么大石头要比小石头下落的快。把两块石头用绳子拴在一起下落，大的就会被小的拖着减慢，整体比大的单独下落要慢。可是两块石头加起来比大石头还要重，由此我们得出的结论是：重的物体下落的反而更慢。可见结论与假设相矛盾。

（此环节的设计突出了物理学史教育中的科学方法的教育，其中对于伽利略落体运动的研究方法应给与重点介绍）

自由落体运动

1. 定义：物体只在重力作用下从静止开始下落的运动。

说明：如果空气阻力的作用比较小，可以忽略，物体下落也可以近似的看作自由落体运动。

[提问引入]前面我们已经接触过匀速直线运动，变速直线运动和匀变速直线运动，大家猜想一下自由落体运动属于哪一种运动呢？下面我们就来研究一下自由落体运动的运动性质。

[演示实验]用打点计时器测量物体下落的加速度。

[多媒体演示]小球下落的频闪照片，以及其速度随时间的变化规律。

分析：从小球的速度随时间的变化规律我们可以判断，自由落体运动是初速度为 0 的匀加速直线运动。

讲解：在历史上伽利略没有沿着亚里士多德的方法，而是从运动的基本特征量——加速度和速度出发，把运动分为匀速运动和变速运动.他选择了最简单的运动来表示落体运动，伽利略对匀加速运动给出了两种假设定义：一是速度与下落的距离成正比；二是速度与运动时间成正比。

2. 自由落体运动的性质：初速度为0，加速度为g的匀加速直线运动。

讲解：伽利略斜面实验。

由于落体下落的很快，当时的计时工具还很落后，伽利略采用了面来“冲淡”重力。他让铜球沿着阻力很小的斜面滚下，而小球在斜面上运动的加速度要比竖直下落小得多，所用时间延长，所以容易测量。经过上百次的实验，结果表明小球沿斜面滚下的运动是匀加速直线运动，换用不同的小球加速度都是相同的。由此伽利略将上述结果合理外推，当斜面倾角增大到90度不就是自由落体运动了吗？

伽利略的科学研究方法：对现象的一般观察，提出假设，运用逻辑，实验检验，对假说进行修正和推广。（此环节渗透物理学史的内容，教育功能显著）

这节课我们学习了对自由落体运动和规律的认识和理解。首先大家要注意自由落体运动实际上是物体从静止开始的只受重力作用的匀加速直线运动，加速度为g。自由落体运动实际上是一个理想化的模型，但是在现实生活中有很多落体运动可以看成是自由落体运动，研究自由落体运动有普遍的意义。

参考文献：

[1]徐卫兵.高中物理教学中渗透数学思想方法的价值研究[J].物理教师，2014，（11）.

[2]闕志武.重视物理教科书并注意从中寻找思想方法[J].物理通报，2014，（08）.

[3]吴政.物理方法教学的现状与思考[J].中学物理教学参考，2014，（06）.

[4]刘树田.高中力学中的物理思想[J].物理教师，2013，（12）.

作者简介：

夏杰，江苏省南京市，南京市临江高级中学。