物理学史在物理教学中的应用

曹 娟

摘要: 本文结合结合物理教学实际,利用相关物理学史知识,来提高学生的学习兴趣、发展独立思考的能力、全面理解物理规律、学习物理学家的科学思想和方法等,发掘物理学史素质教育价值的潜能。

关键词: 物理学史物理教学教育功能

物理学史体现了人类探索和逐步认识世界的现象、结构、特性、规律和本质的历程。人类对物理知识的认识发展历程,比起教科书上知识编排的逻辑体系有着更多的矛盾,更为丰富多彩、复杂曲折,因而包含着丰富的教育功能。物理学史的课程资源可以帮助学生理解和掌握物理学知识、发展独立思考的能力、学习科学方法、进行科学思维的训练等,有助于学生的学习。

1.提高学生的学习兴趣

著名物理学家爱因斯坦说过:“兴趣是打开科学大门的导师。”学生只有对学习产生了浓厚的兴趣,才能产生学习热情和内在动机。但很多学生觉得物理含有太多的枯燥公式,并且公式的应用很难掌握,因此课堂气氛沉闷,学生失去了学习的兴趣。物理学史中有很多真实的故事、趣闻和材料可以用来作为培养学生学习兴趣的素材。教师在教学中结合所学内容恰当地引入这些材料,可以拓宽学生的视野、扩大学生的知识面、活跃课堂气氛、提高学生学习的兴趣。

2.发展独立思考的能力

爱因斯坦认为:“如果一个人掌握了他的学科的基础理论,并且学会了独立思考和工作,他必定会找到他自己的道路,而且比起那种主要以获得细节知识为其培训内容的人来,他一定会更快地适应进步和变化。”独立思考和独立判断的一般能力,首先表现为怀疑和批判的精神。物理学中几乎每个重大发现都表明,创造性思维活动起始于对困难或问题的认识,是围绕解决问题展开的,而善于提出问题,总是从对事物、现象或已有的理论的怀疑开始的。在已往的教学中,教师经常提到要培养学生分析问题和解决问题的能力,而忽视了提出问题的能力。在物理教学中,教师为了培养学生提出科学问题的能力,仅仅从内容的衔接上提出问题是远远不够的。教师还必须从真实的物理学认识发展的历史进程中,展开物理学探索过程中问题背景的演化,阐明重大物理学问题产生的历史条件及其所导致的深远后果。因此,在物理教学中,教师有必要借助物理学史上的精彩事例培养学生独立思考的能力,善于提出科学的灵活性和智慧,使他们的思想沉浸在好奇之中,永远不闭塞怀疑的目光。

3.有助于学生全面理解物理规律

物理规律(包括物理定律、定理、原理、法则、公式等)反映了物理现象、物理过程在一定条件下发生、发展和变化的规律。在进行物理教学时,教师为了让学生最有效地掌握好物理规律,应使其对物理规律的建立过程有一定的了解,这就需要教师经常把物理学史知识渗透到物理教学之中。这是由于物理学的创立和发展是具有连续性的,后人的研究工作总是以前人的研究成果为基础,重要的物理规律都是经历了艰难和曲折的历史发展过程的。教师让学生了解这些规律的发现过程,会对学生学习物理规律、形成严谨的工作态度和作风产生重大的影响。例如在讲述万有引力定律和牛顿运动三定律时,教师可以给学生介绍当时的社会背景:16世纪以后的欧洲,航海、战争和工业的需要大大地促进了力学的发展,推动了人类对天体的观测和研究。波兰的天文学家哥白尼对天象进行了长期的观测,获得了大量的观测资料,在对这些观测资料进行了整理和分析后,提出了“日心说”的理论体系,推翻了统治天文学领域一千多年的托勒密“地心说”体系,打开了自然科学的大门。继哥白尼之后,丹麦天文学家第谷以他惊人的毅力和毕生的精力对行星的运动进行了精确的观测,并采集到大量的观测数据,这为他的学生开普勒的进一步研究打下了良好的基础。开普勒有着丰富的想象力和杰出的数学才能,在整理和研究第谷所观测到的数据中总结出了开普勒三定律。在回顾历史的过程中,教师将万有引力定律和牛顿运动三定律内容跟物理学史联系起来,让学生知道定律的来龙去脉,可以让其得到一个能够反映事物之间相互联系的、完整的认识,给定律增加丰富的内涵,从而有助于学生对定律的内涵和外延的理解与掌握。

4.树立勇于探索的献身精神

物理学史充分体现了物理学家在探索物理世界的探索和不怕困难的精神,可以教育学生在实验过程中要勇于挑战权威、不怕困难,甚至为了科学牺牲自己的生命。例如焦耳测量热功当量用时34年,大量的数据和实验方法为热功当量提供了确凿的依据;为弄清雷电,富兰克林冒着生命危险做了震惊世界的费城实验,证明其与摩擦所得的电是同一性质的;伽利略因宣传日心说,被教会判终身监禁,等等。教师引入这些物理学史,可以让学生树立学生勇于探索的献身精神。

5.认识到物理知识的作用与贡献

很多物理规律的建立不是孤立和偶然的,而是社会发展到一定阶段的必然产物。万有引力定律和牛顿运动三定律的建立已说明了这一点。在18世纪初期欧洲产业革命的推动下,蒸汽机的出现引起了第一次工业革命,大大促进了工业的迅速发展。在蒸汽机的发明和使用过程中,人们迫切需要研究热和功的关系,所以热和机械功的相互转化就得到了广泛的研究。这使人们对水和蒸汽,以及其他物质的热性质作了深入的研究,有力地促进了热力学理论的建立和发展,并在此基础上建立了热力学第一定律。在蒸汽机的应用得到很大发展的情况下,如何进一步提高机器的效率就成了当时工程师和科学家共同关心的问题,在此大环境下克劳修斯和开尔文各自独立地发现了热力学第二定律。它在实用上的重要性是寻求热机效率的最大可能性和预测化学反应进行的可能性。由此可见,热力学第一和第二定律的发现与当时社会生产需求有很密切的关系。

教师在物理教学中穿插物理史知识具有重要的教育功能,不仅能激发学生学习物理的兴趣,帮助学生全面理解物理规律,而且能使学生从中学到严谨的科学态度,科学的思维方法,逐步树立科学的世界观和方法论。因此物理教师要重视和发掘物理学史的教育价值功能,合理地实施物理学史教育。

参考文献:

[1]陶丹.科学物理方法[M].武汉:湖北教育出版社,1993.

[2]朱雄.物理教育展望[M].上海:华东师范大学出版社,2002.