在物理学史教学中渗透科学探究的思想和方法

在物理学史教学中渗透科学探究的思想和方法

长汀一中   刘成金

【摘  要】 本文主要分析新课程教材中物理学史作为一种教学资源的重要性，并结一些实例分析如何在物理学史教学中渗透科学探究的思想和方法。

【关键词】新课程 物理学史 科学探究

一、问题的提出。

随着我校高一新课改实验的进行，在司南版物理必修一、必修二新教材的使用中，我们发现教材中涉及到物理学史的内容增加了许多。主要内容具体如下：

通过上表我们还可以看到，引入物理学史的方式也明显增多：在绪言中、导入中、信息窗中甚至直接作为教学内容出现在教材正文的介绍中等等。这不仅突出了物理学史在教材中的地位，而且也体现了物理学史必须作为新课改的一项重要的教学资源。在以往的教学中，我们往往会认为在讲物理学史很浪费时间，所以往往只讲知识内容：从基本原理出发，运用数学推理，得出各个很具体的定理和结论。事实上这种方式比较省时间，甚至学生在考试中能取得更好的分数，但笔者认为在这样的教学中，真正的物理学史认识发展的精髓被忽略了，科学家们的观测、困惑、试探和创新的精彩与智慧也没有了。这种教法，缺乏对学生过程与科学方法、情感态度与价值观的培养，给学生造成了物理学总是顺利发展的错觉，会使学生对物理学习失去兴趣，更无法培养学生科学探究的能力，对学生以后的发展非常不利。所以如何在新课改的背景下应用物理学史这一重要教学资源，去渗透科学探究的思想和方法也就值得我们深思了。

二、如何在物理学史教学中渗透科学探究的思想和方法

1．在物理学史教学中，带领学生认识探究过程的曲折与乐趣，从而提高学生科学探究所需要的能力和增进对科学探究的理解。

物理学史为教学提供了非常丰富的材料，在具体的教学中我们可以围绕物理学史的发展提出问题，将物理学发展过程展现给学生。以此帮助学生体会科学家发现规律的思维过程和探究方法。渗透科学探究的一般程序：提出问题→猜想与假设→制定计划与设计实验→进行实验与收集证据→分析与论证→评估→交流。使学生学习物理学史过程中不断接受科学探究方法教育，潜移默化地培养学生科学探究的能力。

例如，在“牛顿第一运动定律”的教学中，我们可以根据必修一教材98－99页中的物理学史：“跨越时空的对话”来进行教学设计：从亚里斯多德根据生活经验提出的错误论断到伽利略理想实验的分析推理，再到笛卡尔、牛顿的补充、完善让学生认识探究过程的曲折与乐趣，同时体验和领悟科学家研究问题的思维过程和思维方式，学生既学习到了知识的也体验到了物理方法。伽利略的理想实验所运用的分析、比较、归纳、推理等方法就是科学探究的基本方法，结合实验引导学生体会方法。

又如：必修一教材50－52页中的物理学史：在伽利略对自由落体运动的研究中，开始，他提出速度增量正比于通过距离的假设，经过简单的推理就否定了这一假设。然后又提出了速度增量正比于时间间隔的假设，因为无法用实验直接检验这一假设，因此他由这一假设推导出距离与时间的关系，再用实验来验证这个关系，最后把由斜面实验证实了的这一结论推广到自由下落的情形。伽利略实质上使用了把实验和理论和谐结合起来的方法，创造了一套对近代科学发展很有效、很具体的程序：对现象的一般观察→提出假设→运用数学和逻辑手段得出推论→通过物理的或理想的实验对推论进行检验→对假设进行修正和推广等等。  

在物理学史教学中，让学生了解物理学史中典型的探究实例，有助于他们学会做学问、做研究的方法，从而在养成探究习惯的同时获得探究的思维工具。

2．在物理学史教学中，带领学生认识科学家们在探究过程中的观测、困惑、试探和创新的智慧之光，激发学生探究的热情与兴趣，使学生受到科学的思维方法的熏陶

伽利略为何会突发奇想想象了一个的理想斜面实验，教学中介绍伽利略当年在教堂里看到摆钟左右摆动，总是能上升到同一高度，从而引发了他的思考，于是他便设计了一个单摆实验，证实了摆球在左右摆动时总是能上升到同一高度，通过类比联想，从而才有了理想实验，而当年的伽利略年仅17岁。而在1666年，年仅24岁的牛顿则是看到苹果落地激发了他的灵感：“月亮也在下落”，于是就有了他著名的“地－月验证”（教材必修二89页），从而在落体运动与月亮运动之间搭起了一座智慧之桥，把天体的运动与地球上的运动统一起来。

教材必修一50页：伽利略为了反驳亚里士多德关于落体的学说，设想了一个“落体佯谬”的理想实验，通过对这个想象的实验中可能发生的情况的分析，并从亚里士多德的“重物下落比轻物为快”的原理导出了“重物下落比轻物为慢”的悖论，从而否定了亚里士多德的理论。

教材必修二107页：如果人能像一束光跑得那么快，他将会观测到什么现象与规律。这就是少年时代的爱因斯坦16岁在中学念书时，曾在无意中想到一个追光的假象实验。他想：“如果我以速度C追随一条光线运动，那么我就应当看到这样一条光线，就好像一个在空间里振荡着而停滞不前的电磁场。这是与狭义相对论有关的“第一个朴素的理想实验”。这个假象实验提出了个佯谬：一个以光速C追随光线运动的人应当看见电磁波的存在，而按照麦克斯韦方程没有这样的驻波存在。这个佯谬的提出体现了少年的爱因斯坦具有非凡的洞察问题的本领。

通过介绍这些物理学家们少年时代的奇思妙想，激发学生探究的热情与兴趣，使学生受到科学的思维方法的熏陶。

三、展望

物理学史也就是物理学探究的历史，物理学史中的探究过程所充满的艰巨性和创造性、洋溢的科学精神、渗透的科学探究的思想和方法，启示我们在物理教学中要突出物理学史这一重要教学资源，使学生认识探究过程的曲折和乐趣，以提高学生科学探究所需要的能力和增进对科学探究的理解, 领悟到科学的本质特征。科学的本质就是探究，是不断地追求真理和不断地修正错误，是不断地创新。在物理教学中，要改变“重科学结论，轻探究过程”的模式，以学生的探究活动为主线，倡导探究学习，使学生认识到产生科学知识必须依赖探究，让他们像科学家从事科学探究那样来学习科学，领悟科学探究的真谛。使学生从“机械学习、被动思考、获得知识”向“灵活学习、积极思考、勇于探究”转化，获得真正的“智慧”。

参考文献：

司南版教材《物理1》《物理2》　山东科学技术出版社   2005年8月

《科学究竟是什么》  张红霞   　教育科学出版社  　　2003年12月

《大学物理导论》 　 向义和    清华大学出版社 　　　2001年4月