在大学物理教学中引入物理学史的探讨

2021-01-27王雪方

黑龙江科学 2021年1期

王雪方

(鹤壁职业技术学院，河南鹤壁 458030)

1 在大学物理教学中引入物理学史的重要意义

随着社会的发展，大学物理原有的教学模式暴露出越来越多的问题[1-2]。以考试要求的解题内容为中心的教学，教师讲课的重点变成了基本的物理概念、重要公式及应用，使得大学物理变成了一项枯燥无趣的课程。物理学史与物理学教学的结合是国内外基础教育改革的一项重要课题[3-4]，放弃以公式为基础的教学而转变为以提高科学素养为目的的教学，才能为大学教育做出应有的贡献。通过具体实践的方法将物理学史引入教学，将物理学史引入大学物理的教学过程中[5-6]，让学生了解物理规律的背景知识，知道物理规律的发展过程，学习科学家在科学发现和创造的过程中的物理思想和科学研究方法，从而改变学生的学习状态，真正发挥大学物理在学生学习发展中的作用。

2 主要内容和方法

以鹤壁职业学院学生为主要调查对象，通过问卷调查、教学实践以及案例研究等相结合的方式研究在大学物理教学的过程中引入物理学史的必要性，如何引入以及引入物理学史对学生的影响和作用。

研究主要内容包括：a.物理学史与物理教学结合的学生需求性分析。b.将物理学史引入大学物理教学的方法和途径。c.教学实验班的具体实施过程以及对成绩的影响。

3 研究成果

3.1 成果一：物理学史与物理教学结合的学生需求性分析

以鹤壁职业技术学院学生为调研对象，采用按院系分层随机抽样的方式，通过网络问卷调研，发放问卷180份，收回问卷130份，回收率72%，结合现场询问发现：

学生对物理科学的发展过程有着浓厚的兴趣。关于“教师如何引入新课”这个问题，有88.89%的学生希望教师在讲课本内容前以跟这个内容相关的物理背景为线索，将本节所学的内容串联起来，了解为什么学这个，怎么去学，在学习的过程中需要注意什么，需要体会怎样的科学态度和方法。

对于物理概念的讲解，已有75%的人认为，教师在讲授知识点的时候应该讲清楚物理概念以及定律之间的区别和联系，只有理解了基础概念才能够利用它们更好地解决问题，在做题的过程中才能以不变应万变。

对于物理教学中引入历史知识的作用这个问题，统计结果表明，93%的学生认为物理学史的引入不但不会影响教学中学生对知识结构的理解，还会提高学生学习的热情，帮助学生更深入地理解基本概念，为学好这门课打下基础。只有少部分的学生能够认真阅读课本中提到的与物理相关的历史性内容，大多数学生只是简单浏览下，甚至有一部分学生根本没有读过。

学生是希望教师能提前告诉学科的整体框架，让学生清楚自己接下要学什么，在整个学科中占据什么样的地位。66.67%的学生认为不知道学科的概念、公式以及定律通过怎样的联系构成了整个学科知识体系。

由此说明，在物理教学过程中，物理学史的引入方式是多种多样的，大多数的学生都愿意在教学中引入物理学史，从而加深对基础概念的理解。

3.2 成果二：将物理学史引入大学物理教学的方法和途径

结合国内的具体实践和个人的研究可归纳出，物理教学引入物理学史的主要方法有以下几种：第一，按照历史发展的顺序将知识点串起来。在授课过程中，按照时间先后顺序，将本次课要讲的知识点以历史事件的发展串起来，让学生对这个定理定律有了初步的了解和认识，在学习知识点的时候就会更有兴趣，更有利于学习。第二，让学生理解并掌握科学的研究方法。在教学中，通过分享科学家的历史故事，让学生体会科学的研究方法以及持之以恒的研究态度更加重要。当代教育一直在强调学生要有创新能力，在引入物理学史的过程中就有利于培养学生的创新思维。第三，让学生充分了解物理知识的由来。引入物理学史，让学生体会科学家是如何探索，经历了怎样的过程才得出规律性的认识这个结论又怎样被后人证实是正确的。让学生明白任何一项成果都需要很多人付出大量的努力，培养学生坚强的品质。另外，由于了解了物理定律的形成过程，更有利于学生对这个知识点的理解和掌握。第四，让学生体会到科学的美。物理学具有空间时间的对称美；物理学中所研究的事物各要素、部分之间配合得当，协调有序所表现出来的一种和谐美。平时通过观察演示实验和学生实验，建立起物理规律、形成物理概念，同时应用知识解决实际问题，掌握知识结构等，从而认识物理美、感受物理美。

3.3 成果三：教学实验班的具体实施过程及对成绩的影响

实验班级的确定，2017级电子电气班为实验班。

实验过程和内容实践是2019年9月-2020年1月。在实验过程中，任课教师认真备课，在实验班采用雨课堂教学，尽量通过物理学史与物理教学结合方式对学生加强科学方法教育、创造性思维能力和物理学习情感等的培养。在普通班严格按照常规教学方法进行，不会专门阻碍学生科学方法的培养，但是也不像实验班那样着意开发。

教学实验的评价方法和结果。研究是在Monk和Osborne[7]的教学模式下开展探究的，主要包含四个过程：针对概念进行教学，发表意见，对结果进行反省，最后进行总结评价。主要收集学生的期末考试成绩，以检验物理学史融入教学对学生学习成绩的影响。

考试所使用的试卷是由教务处教师从试题库中抽选的，具有随机性，题目的难易程度和往常一样，题量适中，题目覆盖了所学的内容，是符合考试大纲要求的。试卷中单选题、填空题、简答题和计算题所占比例分别为20%、15%、20%和45%。在阅卷环节，每个教师负责不同的题目，流水改卷，成绩真实可靠。根据最终成绩，按普通班和实验班进行分类，得表1及表2。表1为普通班试卷统计分析表。表2为实验班试卷统计分析表。

表1 普通班试卷统计分析表Tab.1 Statistical analysis of test papers of common classes

表2 实验班试卷统计分析表Tab.2 Statistical analysis of test papers of experimental classes

综合分析表1和表2可知：实验班成绩优秀比例比普通班要高，实验班不及格比例相对较低。普通班的平均分为65.2分，实验班平均分为70.6分，实验班高出普通班3.4分。普通班成绩分布于70～100分数段的人数为31人，而实验班成绩分布在70～89的比例为53.5%，普通班成绩分布在这个分数段的学生比例54.6%，基本持平。

由以上结果发现，将物理学史融入教学的实验组，平均成绩优于普通组，对于整体学生的成绩提高有益处，特别是成绩优秀的学生比例明显比普通班高，成绩不合格的学生比例也有所降低。所以物理学史融入教学中不仅不会对学生的学习产生负面影响，还能提高学生学习的积极性，帮助学生深入理解基本概念，真正掌握知识点，能够熟练解题。