谈物理学史教学对科学本质观形成的作用

张艳艳

摘 要：《普通高中物理课程标准（2017年版）》（以下简称《课程标准》）明确将正确认识科学本质作为学生必须达到的学习目标。因而，在高中物理教学中，如何体现科学本质是教师需要特别关注的问题。物理学史教学对学生正确认识科学本质具有重要的意义，但目前高考的考试形式并不能很好地考查这个学习目标的达成度，导致现阶段很多教师仅让学生背记一些科学家和科学家的贡献。本文以“万有引力与航天”这一章节为例，结合物理学史的内容，初步探究物理史的教学方法和策略，以期帮助学生更好地认识科学本质。

关键词：科学本质;物理学史;教学方法;教学策略

中图分类号：G427                       文献标识码：A                    文章编号：2095-624X（2021）26-0028-02

引 言

科学本质可以从“科学知识”“科学探究”和“科学事业”这三个方面进行阐述。科学知识的本质是世界是可认识的，科学知识是可变的，科学并不能解决所有问题;科学探究的本质，是科学讲究实据，所以一切理论都需要通过实验来验证，科学是逻辑和想象的结合体，具有解释和预测的功能，同时反对权威;科学事业的本质是科学是一种复杂的社会活动，是在不同领域的探究，同样必须考虑伦理的原则。科学家作为专家又作为公民参与公众事务，要考虑科学对全人类的影响。高中物理从很多方面尽量去体现科学本质，如教材的编写、《课程标准》的要求等。但目前很多教师让学生以考高分为目标，忽略了教材、《课程标准》等在这方面的改变，如教师将规律概念浓缩成若干精练的语言或公式，让学生直接解题，忽略得出规律的过程。特别是物理学史的教学，教师通常让学生直接记忆一些高考可能考查的内容，对于高考不考的内容可能直接忽略掉。而物理学史讲的是人类对自然界中各种物理现象的认识过程，对学生理解物理知识和培养学生的核心素养至关重要[1]。

一、目前教材对物理学史的编写及编写目的

物理学史在课本中一般以三种方式呈现。（1）单独出现在引导环节。例如，人教版普通高中课程标准实验教科书物理选修3-1第一章第3节“电场强度”一节中对超越空间发生的相互作用力的讨论和说法做了叙述。学生通过学习本课内容，不仅能了解到电场这种看不见、摸不着的客观物质的提出过程，还能深刻感受到科学家们对科学真理的不懈追求。（2）人教版高中物理教材经常以“科学漫步”这一内容呈现物理学史。（3）物理学史内容随着理论、概念、定义和方程出现。例如，在“行星的运动”这一节内容中，教材在编排时，并不是开篇就介绍“开普勒三大定律”，而是从古代人类对行星运动认识的发展过程出发，进行物理学史的介绍。文中有这样一段话：“德国天文学家开普勒用了20年的时间研究了丹麦天文学家第谷的行星观测记录，发现如果假设行星的运动是匀速圆周运动，计算所得的数据与观测数据不符，只有假设行星绕太阳运动的轨道不是圆，而是椭圆，才能解释这种差异。”学生自己阅读教材，一定会感受到人类对自然的认识是对自然的观测、归纳，然后由科学家们利用自己的智慧进行推理、演算，或者想象并经过验证才得到的。同样，科学知识是发展的，不是一成不变的，当新的实验证据、更合理的解释等出现，科学知識可能发生改变。通过对科学知识发展过程的学习，学生能够了解科学家的思维发展过程，这对学习理论知识有很大的帮助[2]。

例如，人教版普通高中课程标准实验教科书物理选修3-5中原子结构这一内容的编写，是从古希腊的原子论认为物质只能分割到原子为止，再到德国物理学家普吕克尔的实验，到汤姆森的阴极射线实验发现电子，得到原子可再分;然后卢瑟福的α散射实验，驳斥汤姆森的枣糕模型，发现核式结构。还有关于中学生熟悉的一个规律——牛顿第一定律，普通高中课程标准实验教材先从亚里士多德的关于运动和力的观点出发，到伽利略的“理想斜面实验”，再到笛卡尔的观点，最后才到牛顿第一定律，使学生在不知不觉中对运动和力的关系有了正确的认识，并加深了印象。教材的编写目的就是让学生通过了解知识的获得过程，更深刻地理解知识，也让学生通过对物理学史的学习，体会到科学精神就是一种批判的态度、一种变革的勇气，随时否定那些似乎天经地义的规律，承认科学知识是发展的;更让学生通过了解科学家们的生平事迹，体会到与他人合作对研究的重要性。

在物理学教学中，教师依据具体的教学内容恰到好处地引用一些精确的、生动的物理学史知识，不仅能激发学生的学习兴趣，增强学生的求知欲望，还能引导学生仔细揣摩物理学家分析问题、解决问题的科学思维方法，使其树立辩证唯物主义思想，培养质疑精神和提出科学问题的能力。

现以高中新课程标准实验教科书物理必修二第六章“万有引力与航天”为例，简要介绍物理学史的教学方法和策略。物理学史贯穿在整个章节中，大致被分为12处，现归纳如下（见表1）。

二、物理学史的教学方法

物理学史的内容一般可以分为：物理规律的发现过程，物理学家的生平事迹，各物理学派学说的陈述和假说间的争议。本文现就物理学史的内容及教学的作用提出以下几种教学方法。

（一）重演—归纳法

重演—归纳法就是通过现象提出问题，引导学生像历史上的科学家一样分析问题、思考问题，正确认识现象，归纳得出规律。如从地心说与日心说之争，到开普勒定律的提出，这个内容就非常适合利用重演—归纳法，让学生感受到科学规律的得出除了依靠观察现象，还需要理性的假设和科学的计算，也使学生领悟到科学探究、规律的得出并不是一蹴而就的，而是需要经历不断的探究和验证。

（二）文献—陈述法