浅论物理学史在高中物理习题教学中的应用

2023-10-09赵华志

今天 2023年22期

赵华志

（盘锦市辽东湾实验高级中学辽宁盘锦 124000）

高中物理课程知识量增大、理论性增强，展现出抽象、系统、综合的特点，为教与学带来一定挑战，学练结合成为常用的教学模式。习题课作为夯实知识基础、淬炼思维水平、提升应用能力的重要载体，在高中物理教学中占据无可取代的地位。但是受制于应试教育观念，高中物理的习题教学深陷题海战术泥潭，暴露出高费低效的问题，教师教的艰难，学生学的辛苦。在素养立意背景下，高中物理习题教学加快模式转型迫在眉睫。近年来针对物理学史的考核与日俱增，为高中物理习题教学带来启发，将物理学史和解题训练融为一体或将成为习题课改变现状的突破口。

1.物理学史在高中物理习题教学中应用的意义

1.1 顺应新课改的必然

随着新课程、新高考改革的深入，高中物理不再单纯的传递事实性知识，而是以培养学生的核心素养为目标，满足学生终身发展的需求。物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任的形成与发展并非一蹴而就，而是在学习过程中不断积累、内化塑造起来的。面对全新的教育形势与教学要求，高习题课作为高中物理的重要教学板块，需要改变枯燥的知识灌输与机械的题海训练，根据学科特点与学生需求打造智慧型课堂，实现教学的提质增效。物理学史与习题教学有机融合是顺应新课改的有力尝试，极具研究价值与实践意义。具体而言，第一，物理学史本身就是高中物理教学的不可获取的组成部分，近年来高考中频繁出现关于物理学史的考核，可见物理学史与习题课程的融合是提升学生新高考适应力的有效手段。与此同时，在物理学史的加持下，能够促使学生了解知识的来龙去脉，理解物理知识体系的宏观大逻辑，快速的理清实际问题与物理知识之间的关联，找到解决问题的方法。第二，物理学史中蕴含了丰富的科学探究案例，有机应用于习题教学不仅大大提升了课堂的趣味性，让学生感受到物理探索的乐趣，而且有助于摆脱“就题论题”的封闭学习思维，促使学生体会其中反映出的科学思维与思想方法，提升物理思维的灵活性与延展性。

1.2 提升解题能力的必然

高中物理习题教学是检测学生学习效果的重要课程，其最终落脚点是加深学生对物理知识的理解层次，提升运用物理知识解决实际问题的能力。物理学史与习题教学的有机融合对于提升学生解题能力具有积极意义。具体而言，第一，高中物理作为一门理性课程，提升学生解题能力的方法并不是掌握所谓的“套路”，而是理解物理思想方法、洞察本质规律。物理学史则反应了物理学家认识物理现象、探究物理规律、发现物理本质的过程，其中蕴含了丰富的思想和方法。因此，教师将物理学史和习题教学融为一体，引导学生从前人的经验中获得解题思路的启发或找到高效的方法工具，对需要解决的物理问题做出准确的分析与判断，可以说依托物理学史做为习题训练的背景是促使学生站在巨人肩膀上审视现实问题的教学方法，让剪不断理还乱的物理问题变得清晰起来。第二，清晰的理解物理概念是高效解决问题的基本前提，但是由于高中物理知识的抽象性，学生会存在概念模糊的问题，例如，力与运动的关系是什么？光的本质是什么？原子结构的定义是什么等等，成为影响解题能力的症结所在。而将物理学史融入习题教学，引导学生借助物理学家建立物理理论过程打破认知困惑，突破前概念的桎梏，理解物理知识的多重意义，打开解决疑难问题的思路，提高解决问题的能力。

2.物理学史在高中物理习题教学中的应用策略

2.1 构建情境，增强物理练习趣味

在传统教学模式下，高中物理习题教学沿用布置练习任务、学生独立完成题目练习、订正答案与答疑的流程，一成不变的教学方式难免有些枯燥，容易出现学生兴趣不高的问题，难以激活学生的思维，影响课堂教学效果。物理学史的有机融入能够打破这一局限性，赋予枯燥的物理难题以生动的情境，让习题教学重换生机与活力，调动学生的积极情绪。例如关于原子核的物理练习题目，教师以科学家的探究事迹作为题干，引出所要解决的具体问题。比如以下题目:伟大的科学家之一的居里夫人，在放射性的研究方面取得了举世瞩目的成就。她曾经克服恶劣的环境因素，通过处理不计其数的沥青矿残渣，历时四年提取到了0.1g 氯化镭。此外，她还是放射性元素钋的发现者与命名者，放射性元素钋的原子序数为84，是已知最为稀有的元素之一。正是由于居里夫人坚韧不拔、严谨求实的科学态度让物理学研究获得了跨越式发展，她也因此获得了诺贝尔奖。钋在放射时放出某种粒子X 后，形成新的原子核20682Pb。如果该放射源放在一个带有小孔O 的正方形容器ABCD 内，容器的边长为L。粒子以不同的速度从AB 边的中点处的小孔竖直向上射出，进入一个磁场感应为B 的均强磁场中，且磁场区域足够大，容器内无磁场。若有一速度为v0de粒子恰好打在A 点。试写出该核反应方程，并判断适何种衰变？这种粒子的电量与质量之比是多少？如果有一粒子恰好打在D 点则该粒子的速度是多大？教师引导学生将物理知识与物理学史联系起来，拓展认知边界的同时，增强物理练习的趣味性与实效性。

2.2 追本溯源，解读物理思想方法

思想方法是支持学生分析物理问题与解决物理问题的关键因素，但也是学生普遍缺失的核心能力。教师改变套路式的讲解方式，将教学指导的要点放在本质探究层面，围绕习题知识内容展开追本溯源，引导学生学习相对应的物理学史，并从物理学史中抽象出重要的思想方法，打开解题思路。例如，安培力学的练习题目，下面四幅图显示了磁场对通电指导线的作用力，其中正确的是（）？

此道题目是关于安培力方向的考核，虽然较为简单，但是教师的教学指导不应局限于让学生找到正确答案，而是透过问题分析其中蕴含的物理思想方法。因此，教师可以引导学生重塑安培定律的发现过程，比如，奥斯特经过一系列的研究发现了电流的磁效应，首次揭示了电与磁之间的关联。安培从中获得启发，展开了一系列的探究实验，对折导向通入大小相等的平行电流实验得出结论之后，安培进一步优化实验，将载有反向电流的一段换成绕另一端的螺旋线，发现了电流元具有矢量的性质。在此基础上，将一个圆弧形状的导体架在水银槽上的实验确定了作用在电流元上的力是与它垂直的这一关键理论。通过重塑安培法则的有关研究史料，促使学生找到物理问题与知识之间的关联，快速、准确的解决问题。通过物理学史的合理运用改变就题论题的教学方式，让学生做到知其然亦知其所以然，掌握题目中的物理定理、一般规律或思想方法，并在解题中创造性的迁移应用。

2.3 递进练习，提升物理分析能力

高中物理知识深度与广度大幅增加，对于学生的学习而言不失为一项挑战，习题教学的设计应杜绝急功近利，具有层次性与递进性，引导学生由低起点切入，循序渐进的提升理解与应用层次。例如，在物理学探究史上测量光速结果最为准确的是迈克尔逊，他运用旋转光镜法测量到的结果为299764±4 千米每秒。教师围绕这一物理学史设计组合式练习题目，迈克尔逊采用一束光射到八面镜假设这面镜子安放在45 千米远的一处山上，如何调整八面镜的转速，使返回的光恰好被转过的一面镜子反射，问旋转镜的转速是多少？问题三，假设八面镜在一个圆周上转动的平均半径为20cm，每面镜子的质量均为20g，思考需要施加多大的向心力才能够使得镜子转动？由测量光速的物理学史引申出关于运动学的阶梯式练习题目，促使学生能够多角度的解读物理知识，能够发现不同事物中蕴含的物理现象与问题，提升分析能力与思辨能力。

2.4 变式练习，发展物理高阶思维

在新高考背景下，形成了一核四翼的考核评价体系，注重对核心价值、学科素养、关键能力和必备知识的考察，高中物理的考核趋势由对理论知识的掌握程度向实际应用能力方向转变。针对高考形势的变革，高中物理习题教学同样需要做到与时俱进，增加变式练习，引领学生理解物理知识本质，发展物理高阶思维，能够更为从容的应对各项挑战。例如，一道简单的物理学史题目，经典理论在解释原子稳定性和解释原子光谱时遇到了什么困难？教师围绕此题目展开变式练习。比如，丹麦物理学家玻尔意识到经典理论在解释原子结构方面的困难，在对巴尔末得出结论深入研究的基础上，引入了量子这一全新的物理概念，并对卢瑟福的行星系统模型做出了绣花，从而形成了量子化原子模型，使得原子结构稳定性的问题得以有效解决，解释了氢光谱。问阐线状谱和连续谱是什么？概述光谱的探究过程是什么？经典理论对原子光谱的解释与实验事实存在怎样的出入？玻尔理论虽然获得了重大突破，但是被成为“半经典半量子”，其局限性是什么？通过变式练习打破学生的思维定式，引深学生的思考方向，能够以批判性思维审视物理知识，学会在学习中思考，在思考中重塑。