挖掘物理学史深层价值 提升科学课堂教学内涵

洪胜

摘 要：物理学史凝聚了人类社会各个发展阶段的物理研究成果，有实践证明了的真理，也有受时代限制包涵的瑕疵。在中学科学课堂教学中恰当利用物理学史来组织教学活动，可以培养民族自豪感和爱国之情，认识实验和逻辑推理的重要性，创设探索物理规律的情境，促进概念的建构和形成，感知物理观念作用，培养学生思维的批评性，科学思想和科学研究方法。因此，合理利用物理学史这一重要的教育资源是必要且可行的。

关键词： 物理学史；科学教学； 研究

物理学史凝聚了人类社会各个发展阶段的物理研究成果，有实践证明了的真理，也有受时代限制包涵的瑕疵。它让我们理解物理学是一门不断发展的科学，只有了解了物理学发展的历史，才能更深刻地认识理解物理学的宏伟壮观。物理学史将以无数鲜活生动的形象，科学家科学研究足迹，让学生领略到科学家献身科学的探索精神和创新精神，鼓舞年轻一代，使他们爱上物理学，不断提高科学素养，逐渐领会科学的本质。

一 、结合物理学史培养民族自豪感和爱国之情

1.1中国古代对物理学的研究

1.1.1古代指南针的发明以及地磁偏角的发现

指南针是中国古代的四大发明之一，对人类科技进步和社会发展产生了巨大的推动作用。司南作为指南针的雏形。东汉王充《论衡·是应篇》有一段文字：“司南之杓，投之于地，其杓指南。”磁勺指南针最早的记载。

较早记载见于《韩非子》和《鬼谷子》。从宋代初期或唐代末期开始，中国人发明制作了各种类型的磁性指南仪器。杨维德的《茔原总录》是迄今为止有关指南针的最早记载的文献。

中国古代的堪舆家在运用罗盘勘测风水的活动中，发现罗盘磁针所指的南北方向（即地球子午向 ）与立表测影所得的南北方向（即地理子午向）之间存在偏差。这种地磁子午向与地理子午向之间的偏差，称为地磁偏角。

中国关于地磁偏角的最早记载见于杨维德的《茔原总录》。继杨维德之后，沈括在《梦溪笔谈》中也描述了地磁偏角现象：“方家以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也。”“常微偏东”，即磁针指向偏东。沈括用磁针确定南北的方位，与日晷确定南北方位的比较，发现磁偏角现象。更可贵的是，他认为日晷比指南针准确，指南针指向常微偏东，不全指南，这与我们现在对南北方向子午线的认知吻合。

1.1.2古代的火药与古代的火箭

火药是中国古代重要的技术发明之一。它不仅能够猛烈地燃烧，而且在进行燃烧的同时还会产生大量的气体，发生骤然的体积膨胀而形成爆炸。中国古代的道家在炼丹实践中发明了火药。

火药发明之后，大约在宋代中国人发明了用火药燃烧喷射推进的火箭。明代初期的《火龙经》中有关于火箭、神枪箭的描述。中国人在明代已经发明了多种类型的火箭。茅元仪在《武备志》中对各种火箭制作技术进行了总结，并将各种火箭一一配图表示。

万户是我国明朝时期的一名能工巧匠，他是世界上利用火箭升空的第一人。14世纪末，他设计制造了一种“飞龙”火箭。这种火箭用引信点燃后，可飞行约1千米，万户试图用火箭作空中飞行。一天，他坐在带有两只大风筝的木质飞船里，飞船的周围绑上47支“飞龙火箭”，打算等火箭升空后就用風筝飞行。“飞龙”将万户带上天空，但不久“飞船”就坠落到山脚，万户为这次飞行献出了生命。1959年，科学家们用他的名字命名了月球背面的一座环形山，以纪念这位人类利用火箭飞行的先驱者。

1.2中国古代灿烂的物理学成果引以为豪

在明代末期西方物理学知识开始传入中国之前，中国古人在长期的生活和认识活动中也对物理现象进行了大量的观察和探索，积累了丰富的经验知识，并有许多发明和创造。中国古人的这些认识成果在一定程度上解决了古人面对的一些物理学问题，反映了中国古人的智慧。

总体来说中国古代的物理学探索活动，取得了一系列有科学意义的认识结果，其中有些成果达到了当时的世界先进水平。英国弗朗西斯.培根曾经对中国的火药指南针和印刷术的发明给予了高度的评价，认为：“印刷术、火药和指南针这三种发明已经在世界范围内把事情的全部面貌和情况改变了：印刷术在学术方面，火药在战争方面，指南针是在航海方面；并由此又引起了难以数计的变化来。”

教学中穿插万户对“飞龙”火箭的尝试，直到今天中国航天事业的发展等，可以激起学生的民族自豪感，对学生进行情感、态度与价值观教育。历经几代人的共同努力完成了人造卫星的升空以及宇宙飞船升入太空，这过程充满了中华民族集体的智慧。客观的评价增强了学生的民族自豪感和爱国之情。

二 、通过物理学史渗透实验和逻辑推理的重要性

2.1伽利略关于自由落体实验研究过程

伽利略在定义匀加速运动时，他似乎走了一段弯路。期初，他也跟别人一样，假设下落过程中物体的速度与下落距离成正比，即v ∝s。他又是通过理想实验作出了正确的判断。他假设物体在落下第一段距离后已经得到某一速度，于是在落下的距离加倍时，速度也加倍。果真如此的话，则物体通过两段距离所用的时间将和通过第一段距离所用时间一样。也就是说，通过第二段距离不必花时间，这显然是荒谬的。于是伽利略转而假设物体的速度与时间成正比，即v ∝t。这样的假设是否正确，当然也要进行检验。

然而速度是难以直接测量的。于是伽利略借助几何学的推导，得出s∝t2 的关系，这就是时间平方定律。对于不同的时间比1：2：3：4：…，物体下落的距离比为1：4：9：16：…。这些数字正是伽利略在那张实验记录上添加的第一列数字。从第一列数和第三列数的比例关系，伽利略证明沿斜面下降的物体正作匀加速运动。

从以上数据当然还不足以判定伽利略发现落体定律的全过程，但是已经可以窥视到伽利略研究运动学的方法。他把实验和数学结合在一起，既注重逻辑推理，又倚靠实验检验。这样就构成了一套完整的科学研究方法。如果表示成程序，伽利略的方法大致如下：