如何在物理教學(xué)里巧妙穿插物理學(xué)史
物理學(xué)史是人類對自然界各種物理現(xiàn)象的認識史,它揭示了物理學(xué)發(fā)展的規(guī)律及其內(nèi)在邏輯性,集中體現(xiàn)了人類探索和逐步認識物理世界的歷程。學(xué)生的認識過程與人類認識的歷史發(fā)展過程有著許多相似之處,因此,在物理教學(xué)中正確而恰當?shù)剡\用物理學(xué)史,介紹物理史實,不僅使學(xué)生從歷史的素材中,透視物理知識發(fā)現(xiàn)和發(fā)展的來龍去脈,認識物理學(xué)家的科學(xué)方法和科學(xué)思維特點,加深對物理知識的理解,而且可以從中得到教益,受到啟示,提高自身的科學(xué)素養(yǎng)。在物理教學(xué)中貫穿物理學(xué)史的教育,對培養(yǎng)創(chuàng)造性人才有著重要作用。
一、向?qū)W生介紹物理學(xué)史知識的必要性
學(xué)習一門學(xué)科首先要弄清楚這是一門怎樣的學(xué)科。物理學(xué)的本質(zhì)特征是什么? 當今物理學(xué)究竟發(fā)展到了哪個階段?在科學(xué)中的地位如何?與其他學(xué)科有什么聯(lián)系?這些問題大都不被學(xué)生了解。在教學(xué)中, 物理學(xué)史的滲入可以使學(xué)生初步了解物理學(xué)產(chǎn)生與發(fā)展的過程, 體會物理學(xué)對人類文明發(fā)展的作用, 從而對物理有一個較為全面的認識:它既是一門科學(xué), 更是一種文化。物理學(xué)是研究物質(zhì)運動的一般規(guī)律和物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)的科學(xué)。它研究的運動普遍存在于其它高級的復(fù)雜的物質(zhì)運動形態(tài)之中, 因而物理學(xué)是其他自然科學(xué)的重要基礎(chǔ), 對整個科學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生著深刻地影響。
介紹必要的物理學(xué)史知識可以使學(xué)生在平時的學(xué)習中對所學(xué)問題的背景產(chǎn)生更加深入的理解, 認識到物理絕不是孤立的, 它與其他很多學(xué)科都關(guān)系密切,物理學(xué)的知識及研究方法滲透到各個科學(xué)領(lǐng)域,許多領(lǐng)域內(nèi)的學(xué)生都發(fā)現(xiàn)自己正在學(xué)習物理學(xué),這是因為它在所有的現(xiàn)象中起著基本的作用。比如:物理學(xué)與數(shù)學(xué)關(guān)系密切,源遠流長,歷史上有許多著名科學(xué)家如牛頓,萊布尼茨,帕斯卡,高斯等對這兩門學(xué)科都作出重要的貢獻。牛頓為解決運動問題,創(chuàng)立了和物理概念直接聯(lián)系的數(shù)學(xué)理論微積分,順利地處理了一些具體問題,如切線問題、求積問題、瞬時速度問題以及函數(shù)的極大和極小值問題等。物理學(xué)與化學(xué)本來就是唇齒相依、息息相關(guān)的,有人說,化學(xué)是分子、原子水平上的物理學(xué);生物學(xué)是大分子集團的物理學(xué),物理在生命科學(xué)中也具有廣闊的應(yīng)用前景。在物理學(xué)研究中形成的基本概念和理論,基本實驗方法和精密測試技術(shù),已經(jīng)越來越廣泛地應(yīng)用于其他學(xué)科,進而極大地豐富了人類對物質(zhì)世界的認識,極大地推動了科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新和革命,極大地促進了物質(zhì)生產(chǎn)的繁榮與人類文明的進步。
課程標準對物理教學(xué)需要講授的物理學(xué)史內(nèi)容給出了明確的要求,新教材的編排為落實這一理念也做出了相當努力,在物理學(xué)家生平、物理學(xué)研究方法、物理學(xué)實驗等方面都有相應(yīng)的介紹,相應(yīng)的圖片資料,文字信息和閱讀鏈接都做得很到位。當然課程標準新理念的具體落實,以及教材的實際操作,關(guān)鍵在于一線教師。如何引導(dǎo)學(xué)生去查閱資料,利用豐富的圖文資料展開學(xué)習,教師的組織和引導(dǎo)不可或缺。
從物理教學(xué)的角度上看,物理學(xué)史和物理教學(xué)方法不是物理課堂教學(xué)中可有可無的附屬物和裝飾品,而是物理教學(xué)中必不可少的部分。人們常說,在物理教學(xué)中講物理理論,給學(xué)生以知識;講物理學(xué)史,給學(xué)生以精神和智慧,二者不可偏廢。
二、如何在物理課堂教學(xué)中滲透物理學(xué)史知識
興趣是最好的老師,要想學(xué)生學(xué)好物理,首先要讓他們對物理學(xué)感興趣。物理學(xué)史中有許多有趣、有用的史料可以使學(xué)生充分認識到物理學(xué)是一門充滿生機的學(xué)科,可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習物理的興趣,并逐步引導(dǎo)學(xué)生由興趣轉(zhuǎn)化為志趣,從而形成學(xué)生的物理學(xué)科情感。
例如在講解“實驗:用打點計時器測速度”時,很多學(xué)生并不理解打點計時器的作用,不能理解交流電源的.頻率50赫茲與打點計時器計時周期間的聯(lián)系,教師如果能結(jié)合人類計時技術(shù)的發(fā)展史,讓學(xué)生認識到打點計時器是一種精密計時儀器,就能幫助學(xué)生進一步理解本實驗的原理及其意義。
我在授課時,先給學(xué)生介紹了人類使用技術(shù)工具的歷史和當前計時工具的發(fā)展狀況,其中很多內(nèi)容都是學(xué)生以前所不知的,因而引起學(xué)生極大興趣。
例如:公元前20000年,史前人以在木棍和骨頭上刻標記的方式來計時;公元400年,中國發(fā)展了機械漏刻;公元1350年,德國鐘表匠發(fā)明第一個機械鬧鐘;公元1700年,時鐘上除時針外又加上了分針;公元1800年,計時精確度到1/100秒;公元1949年,發(fā)明第一臺原子鐘;公元1970年,計時精確到微微秒;公元1998年,建立超冷銫原子鐘,比微微秒又要精確10萬倍。
學(xué)生聽了我的介紹后,對人類計時的歷史有了一定的了解,知道了各類計時工具及其精確度,提高了學(xué)習打點計時器的興趣,為下一步的教學(xué)工作帶來極大的便利。
在講授“伽利略對自由落體運動的研究”時,我先讓學(xué)生查閱資料,全面了解亞里士多德和伽利略的生平以及對科學(xué)發(fā)展的貢獻。亞里士多德是古希臘最偉大的、百科全書式的科學(xué)家,亞里士多德對世界的貢獻無人可比。不幸的是亞里士多德的物理理論有嚴重的局限性,他認為數(shù)學(xué)對描述地面現(xiàn)象沒有什么價值,另外,他強調(diào)直接的,定性的觀察是形成理論的根據(jù)。簡單的定性觀察使亞里士多德在生物研究中取得了很大的成就。但是,事實表明,只是認識到數(shù)學(xué)推導(dǎo)和精細測量的價值之后,物理學(xué)才真正得到發(fā)展。伽利略的成功之處在于他對物理規(guī)律的論證非常嚴格,他創(chuàng)立了對物理理象進行實驗研究并把實驗的方法與數(shù)學(xué)方法、邏輯論證相結(jié)合的科學(xué)研究方法。此外,伽利略還創(chuàng)立了理想實驗法,他設(shè)計的實驗雖是想象中的,但卻是建立在可靠的事實的基礎(chǔ)上。把研究的事物理想化,就可以更加突出事物的主要特征,化繁為簡,容易于認識其規(guī)律。伽利略的這一自然科學(xué)新方法,有力地促進物理學(xué)的發(fā)展,他因此被譽為是“經(jīng)典物理學(xué)的奠基人”。
我讓學(xué)生查閱資料,了解伽利略是如何用實驗驗證自己的猜想,在實驗中遇到了哪些困難,又是如何解決的。學(xué)生接到任務(wù)后,都很感興趣,分別行動,查閱了資料,并創(chuàng)造性地排演了一部科學(xué)小品,讓同學(xué)們在娛樂中學(xué)到了物理學(xué)史知識,領(lǐng)會了物理學(xué)發(fā)展的艱難和伽利略的過人之處,提升了自身的科學(xué)素養(yǎng)。
物理學(xué)史能告訴我們物理學(xué)思想的邏輯行程和歷史行程, 它的滲入不僅有助于學(xué)生了解各概念、定理、定律的來龍去脈, 而且有助于學(xué)生逐步掌握正確的科學(xué)思維方法,造就一個強大的頭腦。例如,在教學(xué)“牛頓第一定律”時,從古希臘的亞里士多德,到伽利略、牛頓, 循著偉人的研究歷程學(xué)習,從而加深學(xué)生對力和運動關(guān)系的理解;在教學(xué)“電磁感應(yīng)”的時候,以奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)為線索,向?qū)W生介紹人類對磁以及電和磁關(guān)系的認識過程。通過講解安培、法拉弟、愣次和麥克斯韋等人在揭示電磁關(guān)系工作中的艱辛努力和所取得的成果, 使學(xué)生在有了對電磁發(fā)展總體認識的基礎(chǔ)上,加深對教材的理解和對左、右手定則、法拉弟電磁感應(yīng)定律、愣次定律等關(guān)鍵點的把握。物理學(xué)史知識的滲入可以引導(dǎo)學(xué)生不單純地接受教師傳授的知識, 而是形成一種探索與研究的習慣, 對任何知識細節(jié)自覺地追根朔源,凡事都問個為什么,去發(fā)現(xiàn)和認識在一個問題從產(chǎn)生到解決的過程中,真正創(chuàng)造了些什么,應(yīng)用了那些科學(xué)方法,從而可以在這種不斷學(xué)習,不斷探索,不斷研究的過程中學(xué)會物理科學(xué)思維方法。
科學(xué)精神作為科學(xué)教育的重要方面,愈來愈受到人們的重視,這不僅是因為它與科學(xué)知識、方法、技能與能力有著密切的關(guān)系,具有獨特的教育價值。如在原子物理教學(xué)中,介紹一些著名科學(xué)家的故事:居里夫婦在極其簡陋的條件下,從幾噸礦渣中找到了幾克鐳;在α散射實驗中,盧瑟福和他的學(xué)生共記下了十萬次以上的閃光,終于發(fā)現(xiàn)了個別被金原子核彈回的α粒子,并以嚴密的論證提出了原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說等。這些優(yōu)秀事例,都體現(xiàn)了科學(xué)研究的艱辛和科學(xué)之美。
現(xiàn)在許多中學(xué)生生活條件優(yōu)越,幾乎沒有受過什么挫折,不懂得美好生活和科技成果的來之不易。面對這樣的學(xué)生,教師在物理學(xué)史中可以找到很多正面素材加以教育。如焦耳為了探索“熱”與“功”之間的數(shù)量關(guān)系,在1840年到1879年間,做了幾百次實驗,才測出了精確的熱功當量值。法拉第為了找到“磁生電”的方法,整整花了十年時間。教師要通過教育使學(xué)生充分認識到:人對自然規(guī)律的認識是一個迂回曲折的過程,是一代又一代的科學(xué)家經(jīng)過精心觀察、實驗和復(fù)雜、艱巨的創(chuàng)造性勞動,付出了巨大的代價才取得的,一項科學(xué)成就的取得不是一蹴而就的。
物理教學(xué)中一定要重視培養(yǎng)運用科學(xué)方法解決物理問題的能力。著名科學(xué)家巴甫洛夫曾說過:“有了良好的方法,即使是沒有多大才干的人也能作出許多成就。如果方法不好,即使是有天才的人也將一事無成�！�
總之, 在物理教學(xué)過程中要充分挖掘物理學(xué)史的教學(xué)功能, 以物理史實為背景,創(chuàng)設(shè)適當?shù)慕虒W(xué)情境,讓學(xué)生了解歷史,進入歷史,這樣既能使教學(xué)內(nèi)容豐富多彩, 富有感染力, 又能啟迪學(xué)生的智慧, 提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì), 培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。
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