物理学史对学科素养的培养初探

刘碧华

摘   要：在中学物理教学中渗透物理学史教育，是新高考下物理课程的发展趋势。本文介绍在物理教学中渗透物理学史的教育，落实物理核心素养的一些做法。

关键词：物理学史;物理课堂;学科素养

在物理新课程改革中科学渗透物理学史教育，有助于学生了解科学发明的过程与方法，在潜移默化的教育中升华情感、态度和价值观。结合高中物理课堂教学的实践，遵循物理教育的科学性、适量性、适时性、趣味性、思想性等原则，探讨在教学中渗透物理学史，充分利用物理学史的教育和引导功能，落实物理学科核心素养的培养工作。

1  把物理小故事作为新知识要点和新课题引入，激发学生学习兴趣

物理学史是人类探索和认识自然现象的事件和活动，是物理学的重要组成部分。在教授新课时，可用一些与物理新授知识有关的物理学家的小故事作新课引子，例如伽利略用脉搏测时间发现单摆的等时性;法拉第发明第一台电动机的故事;普朗克发现能量量子化前后的思想斗争等。讲授这部分科学家的物理发明时，可娓娓道来这类充满趣味性、哲理性，引人深思的小故事，很容易就把学生引入到新课中相关的知识点，强烈激起学生学习的欲望，激发他们学习兴趣，从中明确学习目标，有着“从旁指点桃源路，引得渔郎来问津”的效果。

2  重现物理学史上的经典实验案例，让学生体验科学研究的真谛

物理学史上有很多非常经典的实验，在现实教学过程中，却由于物理实验室条件有限，很多实验硬件亦不足等原因无法实现实验效果。因此教师上课时可利用一些仿真物理实验平台（例如Algodoo）来模拟经典实验。如Algodoo特有的正、负引力学数模式，可以模拟正、负点电荷的电场;可以利用Algodoo特有的场景设置功能，模拟密立根油滴实验和卢瑟福的α粒子散射实验及伽利略的理想斜面实验等等[ 1 ]。通过对这些实验的仿真模拟和实验条件的变化，引导学生体会科学家们在实验探究中的研究方法和探究过程。特别像伽利略自由落体运动规律的探究这一类实验，虽然当前科学技术先进许多，但在创新时也会遇到与伽利略相似的需要假设探究的问题，学习伽利略的研究方法正是培养学生创新能力的有效途径。而通过仿真模拟实验，让学生身临其境地参与其中，对实验探究过程、方法及思维都能有很大的帮助。通过对这些经典实验的梳理才能让学生切身体验科学探究过程概念建立的背景、典型的思维方式及研究中遇到的困难和解决方法，体验科学家在科学探索中所表现出的精神和坚持，激发学生学习物理的兴趣，可使学生体会常用的物理学研究方法，从而培养学生观察、模型建构、抽象与数学表达等素养。

3  介绍物理学史，适时对学生进行人文精神教育

科学家的任何科研活动也都能体现和反映参与者的伦理观、人生观、世界观和价值观。这些科学家是很多学生的偶像，他们在应用科研成果，甚至对自己生死存亡的态度上的表现对学生的未来人生的影响是很大的，对理想的执着追求也鞭策着一代又一代的学生努力前进。例如爱因斯坦在第二次世界大战期间，从维护人类生命公平正义出发，劝说美国总统罗斯福抢先在纳粹德国前研究原子弹;当原子弹研制成功之后，又从人性良知和社会责任感出发，和原子弹之父奥本海默一起反对在战争时使用原子弹，以此挽救了无数人的生命。还有一些科学家苦苦寻求人生梦想，追求人生最高价值的实现，甚至不惜以牺牲自己生命为代价。如布鲁纳，为了坚持“日心说”，在罗马监狱被关押长达八年，遭受宗教裁判所最严厉的审判，并被处以火刑，在临死前，审判庭要求他只要亲吻升到他唇边的十字架，便可得救。在生死抉择面前，他最终用宝贵的生命捍卫了科学的真理，也实现了人生的最高价值，书写了一座人类科学丰碑。在科学发展进程中，这些丰富的人文精神深深地蕴含在科学家们充满人文主义生活态度和顽强拼搏精神之中，它们和世俗作斗争，与人类科学进步密不可分，也共同构成着物理学重要的教学内容。如果我们在教学过程中有意识地对学生加以渗透教育，对培养学生的乐观主义精神和严谨的科学态度，为科学追求无悔奉献青春，都具有极大的榜样效果和推动作用。通过应用物理学史进行物理课堂教学，实际上是以物理学家为中介，与历史发生联系，对学生进行人文精神教育。

4  介绍物理学史，培养学生的科学思维

物理学就其终极意义来说是自然哲学，用辩证唯物主义的论点来阐述物理学史，把包含在物理知识中的哲学道理提炼出来，引出唯物主义辩证法的基本原理，对培养学生的哲学辩证思维具有重要意义。例如在“光的本性”这章的教学中，关于人类对光的本性认识，从牛顿最早提出微粒说，继而惠更斯提出波动说，再次否定微粒说，进而麦克斯韦修正为光是一种电磁波，最终爱因斯坦提出了光子假设，最后才认识到光的波粒二象性。从对光的本性的探索过程引导学生观察事物必须看到事物矛盾的多个方面，即学会全面地看待各种问题，从而有助于培养学生辩证客观认识物理问题的哲学思维。通过追溯物理概念、规律的建立过程和方法，比直接从概念、规律出发去学习，更符合学生们的认知规律。同时物理学史的教育，可以帮助学生在哲学辩证思维基础上，形成更加严谨科学态度与责任心，以及实事求是、不畏困难的精神品质，从中体现出科学的哲学美。

5  多介绍近代中国的物理发展史和科学家，培养学生热爱科学和增强民族自信心

在高中物理教材中，对近代物理学史上中国科学家及其成就的介绍偏少，易给学生造成一种错觉：我国是否除了古代的四大发明，在近代科学发展史上，中国科学家好像都没有太大的成就？这样的理解当然是不全面的。因此在平时的物理教学中，适时应景地介绍中国科学家及其在不同领域为人类为祖国做出的巨大贡献就显得尤为必要。例如，2018年刚好在课堂授课核物理学内容时，当时中国“核司令”程开甲院士因病逝世（享年100岁），这也是中国科学界的巨大损失。结合此事笔者在上课前特地搜索了程院士的一些相关历史资料并播放给学生们看，让学生们对我国这位功勋卓著的老一辈科学家有了较为全面地认识：他是我国核试验科学技术体系的创建者之一;是中国定向高功率微波研究新领域的开创者之一;出版了中国第一本固体物理学专著，提出了普遍的热力学内耗理论，导出了狄拉克方程，提出并发展了超导电双带理论和凝聚态TFDC电子理论等等[ 2 ]。当把这些优秀的中国科学家光辉事迹介绍给同学们时，能非常明显感觉到学生们特别受鼓舞，这样的物理学史的教育也利于学生在日后学习中逐渐找到学习物理的正能量动力，这些科学家的光辉事迹将会永远激励着学生们奋勇前行。

在高中物理教学中渗透物理学史可以是多方面、多维度的，具有非常重要的教育意义。但对物理学史在课堂中的应用也应该注意到几个细节：首先不应照搬物理学史，应该根据课程需求、学生的反应对物理学史进行一定的选择和合理剪裁;其次引用物理学史时，应对物理学史原著中那个年代的术语转换为新时代更为通俗易懂的“翻译”，把当时科学家对物理现象的认知方式正确地展现出来;然后，在给学生介绍整个物理学的发展时，可以选取一定的典型研究过程，将这个理论从被物理学家开始关注直到最后被发现较为完整的过程予以展现出来，从而更加有画面感、更加生动形象，易于吸引学生注意力。当学生学习兴趣被调动起来后，教师再辅之于一定的分析（包括对历史背景、当时的实验条件等加以一定量的补充阐述），学生便有豁然开朗的感觉，從而较为全面地了解到所有物理发现、发明并不是无中生有，也不是天上掉下来的，而是需要付出一定的艰辛和努力而换来的，也可以从中培养学生学习中学物理应坚持踏踏实实、勤勤恳恳的态度。态度决定一切，当学生下定决心为之努力时，物理学科在很多人眼中的“难”将变得更为有趣和鲜活而不再难。最后也建议把物理学史当做一门校本选修课程，更加正式地引领学生们去探索这部复杂的人类科学探究史。总的来说，物理学史对于学生核心素养的培养还有待于教师在以后的物理教学中不断积极探索和加强。

参考文献：

[1] 林真.物理情境创构：运用Algodoo创设物理高效课堂[J].福建基础教育研究，2019（1）：103-105.

[2] 丁骏.中国“核司令”程开甲的光辉人生[J].物理教学，2019（6）：74-76.