活用高中物理学史的教学策略

夏 丽

（上海市卢湾高级中学，上海 200023）

物理学史是研究人类对自然界各种物理现象的认识史，研究物理学发生和发展的基本规律，研究物理学概念和思想发展和变革的过程.［1］而在《普通高中物理课程标准》（2017年版）中明确指出引导学生结合物理学史认识实验探究与科学思维的结合对物理学发展的重要作用.［2］由此可见，物理学史是高中物理课程、教材中不可或缺的一部分，高中物理学史是发展学生物理核心素养的一个重要抓手，而如何在新课程新课标的双新背景下活用物理学史则是我们面临的一个新挑战.在此笔者将结合自己的教学实践从以下4方面展开.

1 巧用物理学史为主线的单元设计，形成章节逻辑，提高学习效率

利用物理学史的素材，可以从时间和空间的维度梳理出物理学发展的脉络，清晰地了解到是怎么通过一代又一代的科学家们的不懈探索，发展成今天非常自洽的物质观念、运动与相互作用观念、能量观念，为学生形成正确的物理观念提供史料.比如在选修三的原子与原子核的章节中，可以用物理学家们前赴后继的贡献为主线串起整个章节，形成如下图所示的单元设计，既可以让各节的碎片知识形成内在的逻辑整体，又能让整个章节的学习高效省时，免去繁琐无序的死记硬背.

图1

图2

2 抓住若干物理学史典型，进行个例学习，体悟研究物理的科学方法

人类探索自然、认识规律的方法大抵是：观察现象→提出问题→猜想假设→实验研究和逻辑推理（包括数学推演）→得出结论→修正或推广假设的循环，在任何一个物理规律和公式背后都有一段发现它的曲折经历，而恰恰是这些物理学史的素材可以教给学生研究物理的科学方法，真正培养他们的科学思维和科学探究能力.

例如伽利略对自由落体运动的研究就是一个能让学生深刻体悟科学推理方法的史学材料.伽利略观察并质疑亚里士多德重物下落快于轻物的现象，利用大、小两块石头的逻辑推理驳斥了对落体运动的错误认识；接着“聪明地提问”：落体运动的规律究竟是怎样的？并且“大胆地猜测”：落体运动的速度v与时间t成正比；然后巧妙地设计了斜面实验解决了计时的困难，做了上百次的实验和数据分析，得到了不同质量物体由静止开始向下运动的距离总是与所用时间的二次方成正比，而且这个比值随倾角的增大而变大；最后他又把斜面上运动的实验结论用数学逻辑推理的方法外推到实验范围之外的竖直情况，从而得出自由落体运动是由静止开始的、速度随时间均匀增加的变速直线运动.伽利略不单在研究落体运动时，在利用斜面理想实验研究物体运动和力的关系时也采用这样的科学研究方法.

图3

通过像这样抓住若干典型，进行个例剖析，对某一个事件、某一项发现或某一位科学家的成就进行充分的揭示，说明其前因后果、来龙去脉，分享其成功的要素，总结其经验教训，提炼出可供共享的精神财富.可以进一步让学生体会感悟科学探究的方法，更好地促进科学思维的培养，养成正确的科学态度与责任.

3 讲物理故事，利用物理学史帮助学生熟记物理规律

物理是理性的、数据的、科学的，但就因为这样的学科特点有时难免陷入严肃的课堂气氛，如果我们能适时地插播一些感性有趣的物理故事辅佐教学，不仅可以切换一下学生脑袋让课堂气氛轻松活跃片刻，而且可以帮助他们熟记物理规律.比如在探究单摆周期公式时，通过实验得到单摆的周期与摆长的平方根成正比很容易，但与重力加速度之间的关系是很难在教室范围内实验探究得到的，在这时候可以通过讲述惠更斯发现单摆周期故事的这段物理学史娓娓道来.

通过这段有别于实验探究的物理学史的切换，不但让学生印象深刻地记住的单摆的周期公式，而且能很容易区分开惠更斯和伽利略在单摆研究的贡献.此外比如在学习万有引力的时候，介绍卡文迪什设计扭秤实验测量引力常量G的物理学史，就不会再闹“库仑设计了扭秤实验”的笑话了，因为学生肯定有力学研究早于电学研究的常识.

4 布置查阅物理学史的课题作业，实现多元评价方式，着实发展学生的物理核心素养

教学不能光局限于课堂内的师生活动，还应把教学活动延申到课堂之外的广大空间去.首先在双新背景下编写的上海物理教材是一套图文并茂、由浅入深、可以让学生自学的教材，主编们在很多章节中都花了大量的笔墨去介绍一些经典的物理学史，但限于篇幅的限制，还有很多引人入胜的史学材料却没法搬到其中.所以教师可以布置自学预习教材、阅读课外读物或查阅文献资料等课题作业，［3］让学生们事先对本章或本节内容相关的物理学史做一个广度的查阅，在课堂上以读书报告的形式交流汇报，各课题小组可以自评互评师评，发挥教师和学生不同角色在评价中的作用，实现多元的评价方式.

法拉第在实验室工作

科拉顿做电磁感应实验的漫画图 图4

例如布置查找电磁感应研究的相关物理学史的课题作业，除了法拉第，学生们肯定也会查找到“跑失良机”的瑞士科学家科拉顿.科拉顿为了避免磁铁对电流计的指针产生影响，用一根很长的导线把螺线管和电流计连接起来，并把电流计放在隔壁的房间里，实验时他将磁铁分别插入或拔出螺线管，然后跑到隔壁房间观察电流计的摆动情况，但不管他跑得多快，却始终没有看到电流计的偏转.当这段看似与教学内容不相关的物理学史经由某组同学分享汇报后，一方面效果肯定要甚于教师千遍万遍“只有在磁通量变化瞬间才有感应电流”的唠叨，另一方面这组学生的搜集信息能力、组织汇报能力、语言表述能力得到了来自于同伴的正面评价，大大鼓舞了他们学好物理的信心.

图5 G.P.汤姆孙早期的电子衍射图样（样品为金箔）

再如让学生去查阅光学的物理学史，他们不但能自学完成牛顿的微粒说和惠更斯的波动说之争、托马斯·杨的双缝干涉实验、菲涅尔和泊松的阴差阳错，还能从德布罗意的物质波、G.P.汤姆孙电子衍射图样接触到前沿的量子力学，为他们今后进入大学之后的研究方向埋下科学的种子.布置这类查阅物理学史的课题作业，可以进一步提升学生的综合素质，着实发展核心素养，使学生具有理想信念和社会责任感，具有科学文化素质和终身学习能力，具有自主发展能力和沟通合作能力.

总而言之，物理学史就像一块蕴藏着巨大财富的宝地，值得我们去开垦去挖掘.