物理学史对中学物理教育的重要作用

物理学史对中学物理教育的重要作用

湖北省公安县第三中学：梁红

摘要：

本文根据当前中学物理教学的实际，提出在中学物理教学中运用物理学史为教学服务的可能性和必要性；并从体会物理方法、开阔物理思路、调动学生的非智力因素、培养科学态度、激发创造情感、提高道德修养等方面，详细论述在中学物理教学中适当介绍若干物理学史知识的意义和作用。

正文：

随着中学全面推进素质教育，对中学生应具备的基本素质提出了更高的要求。为了迎接二十一世纪人才竞争的挑战，为了适应知识经济时代的特点，他们需要多方面的、综合性的心理品质。为了实现这一教学目的，需要进一步加强对物理教学影响很深远的物理学史教育。

物理学史是研究物理学发展历史的科学，它是物理科学体系中重要的组成部分。物理学史不仅真实记载描述了物理科学形成发展的历程，而且解释与分析了历程的形成背景与规律，不仅包含物理科学知识体系逐步成熟发展的过程，也包括科学家探索追求真理的事实与故事。因此，在学史中蕴藏着科学家——人，研究过程——事，研究成果——知识体系等多方面的教育资源，它对学生的教育价值是巨大的。物理学史集中体现了人类探索和逐步认识物理世界的现象、特征、规律和本质的历程。任何一个具体的物理知识和理论体系都是汇集许多人的研究成果而建立起来的，常常是几十年、甚至上百年的努力才能迈出有意义的一步，它包含着认识论和方法论的因素，包含着探索者的艰辛与悲欢，又体现着认识过程中理论与实践、继承与突破、理性与非理性的辨证统一，因而也包含着丰富的“教书育人”的教育因素。

物理学史教育是通过传授物理学史方面的知识，培养学生科学意识、科学精神及科学方法等多方面品质的过程。物理学史教育是中学物理教学中的重要部分，尤其在当前大力推进素质教育，进而对发展中学生综合素质提出了更高的要求，物理学史的教育成功则更加明显。因此，在高中物理教学中引入物理学史教育具有非常重要的意义。诚然，中学物理教学中不可能进行完整的学史教育，只有从中选取很少部分内容。尽管如此，它仍具有多方面的教育功能，主要有以下几个方面：

1． 体会物理方法 开阔物理思路

通过知识教育渗透物理方法教育固然重要。但是正像每一种物理方法都是其局限性样，这种进行物理方法教育的方法也存在着不足。中学物理的绝大多数知识是已经建立起严密逻辑体系的经典物理学知识，教材无论如何刻意组织内容和教师无论怎样注意渗透方法，绝大多数情况下也只能涉及逻辑的方法，对于知觉、灵感、信念等非逻辑色彩的但具有创造性的思维方式很难涉及到，而且考虑到教学效率问题，对于经典物理学的内容，我们有可能也有必要尽可能地简化知识的教学过程。这样，知识的教学过程就很难充分反映出方法的各个侧面。比如说我们通过洛伦兹力的教学传授假说方法，教学过程中很难将假说需要根据实验结果不断地修正和完善，最后发展为理论的特点反映出来。对于这一问题我们可以求助于历史教学来解决。这里所说的“历史教学”并不是让学生把物理学史当作一门课程来学习，而是指给学生开设历史讲座，在教材中插入有关历史的阅读材料等，重点在于分析一些重要概念、规律、假说、模型的形成和发展过程。

物理教学是教学双方通过各种教学手段相互促进、制约的一个特殊过程。如同其他学科一样，凡一个公式的导出、一个定律或定理的建立，及至每道习题的分析演算，都有它固定的逻辑思维过程和数学推演程序。我们现在当作物理教本上的内容是前人长期探索研究的结晶。随着科学发展和人类进步，对物理教科书基础知识的表诉方法和思想方法也愈益显现出其先进性、适用性和强烈的时代感。根据教材编排特点，分单元讲解分析其发展史不仅有助于学生了解各概念、定理、定律的来龙去脉和科学知识的运动过程，而且有助于学生按已有的形式和体系来理解和把握物理知识，从而逐步掌握正确的科学思维方法。例如，在讲到“力”的概念时，从古希腊的亚里士多德到伽利略、牛顿，循着为人的研究历程，从而加深学生对力的概念的理解；在讲高二年级“电磁感应”的时候，以奥斯特发现电流的磁效应为线索，向学生介绍人类对磁及电和磁关系的认识过程，通过讲解安培、法拉弟、楞次和麦克斯韦等人在揭示电磁关系工作中的艰辛努力和所取得的成果，使学生在有了对电磁发展总体认识的基础上加深对教材的理解和对左、右手定则、法拉第电磁感应、楞次定律等关键点的把握。

物理学史上可用以体会物理方法开阔学生物理思路和扩大知识视野的例子是举不胜举的。依据同一目的，我们对物理学史上曾经产生过的一些有意义的设想和悬而未决的重要课题也有向学生大体介绍的必要。如陈景润攻歌德巴赫猜想的雄心壮志就萌生于中学时代一位高明的数学教师在讲课中提及的“额外”一言。在物理学史中，向这样的问题也是不乏其例的。高中生学习电磁学时，他们深知有单独存在的正电荷和负电荷，但一根磁棒一分为二后，仍具有南北两个磁极也是不可否认的事实。善于思考、敢于想象的学生必然情不自禁地向老

师发问；“有电荷，那有无磁荷？”“世界上有没有单独的磁荷存在？”这就使老师回溯到1931年英国物理学家狄拉克关于磁极子的最先设想和论证，以及介绍目前寻找磁单极子实验的最新信息。

为了有效地开阔学生的物理思路，必须善于运用辨证唯物主义与历史唯物主义的观点和方法，认真分析物理学发展史中的重要问题。例如，一般学生学习了“光的本性”一章后，他们会“恍然大悟”地轻易得出如下一个循环认识过程：微粒说——波动说——微粒说——波、粒二象性。在他们看来，似乎由牛顿首倡的微粒说经过一段时间偃旗息鼓后又东山再起，光的本性之争最终以微粒、波动二说互相调和共存而宣告结束。显然，这种认识是极其片面和机械的。只要认真回顾人们对光的本性的认识史，我们不难清楚地看到从粒子到“粒子”好象转了一圈又回来了，实则大大地迈进了具有根本性变革的一步。事实上，爱因斯坦的光量子与牛顿早先提出的光粒子是截然不同的：光粒子运动遵从经典力学规律，即机械运动的规律，粒子能量是连续的；光量子的运动却不遵从经典力学规律，而是遵循电磁运动的规律，且量子能量是不连续的。毫无疑问，爱因斯坦的光量子说是二象性认识的一个质的飞跃。所以，一个伟大的发现固然有其先驱者，但我们通过辨析发展史绝不能无原则地将两者等量其观。

2． 调动学生的非智力因素，提高教学效果

目前中学物理教学改革的关键就是在教学过程中最大限度地调动学生学习的主动性和积极性，使他们接受知识的被动地位转变为自己发现和获取知识的主动地位。教学过程是师生共同活动的过程，教学活动的本质就是教师通过合理的方式把以教材为主体的知识传授给学生并达到培养学生能力、发展学生智力的目的。在智力水平相近的情况下，非智力因素对学习起着决定性的作用。只有当学生产生浓厚的兴趣和强烈的情感时，才能对物理这门学科产生亲切感和广泛的好奇心，才能产生持之以恒的巨大的驱动力，其智力因素才能得到充分发挥。因此，激发学生的学习兴趣，养成爱学习物理的习惯，对发展学生的智力和能力产生定向推动和激励作用，从而提高学习效率。

学生的兴趣不是天赋，青少年时期受环境（家庭、社会、学校）影响很大，尤其受到老师影响最深。这就要求我们在教学中不仅要把日常生活、生产劳动中发生的现象、问题与教材紧密联系起来，使学生认识到学习物理的现实意义；还须把历史引入教学中，把科学理论的建立、科学发现的过程、科技发明对人类社会发展的贡献用生动事例展示给学生。学生有好奇心理，他们对科学家刻苦自学、潜心探究的轶事倍感兴趣。诸如，伽利略在教堂里面对摆动的吊灯注目凝视；牛顿由苹果落地联想到万有引力；阿基米德在澡堂中顿捂浮体规律；

爱迪生坐在鸡窝里“孵蛋”等等不胫而走的故事，即使教师不作介绍，学生们也是略知一二的，我们在教学中未尝不可以运用类似的史料来让科学家“现身说法”，以在物理现象与学生的学习兴趣之间连通一根思维的导线。比如：在讲述磁现象时，我们就可用孩提时代的爱因斯坦在看过父亲拿来的一只罗盘后，便唤起他自幼即欲探索自然奥秘的兴趣，以之诱导学生透过物理现象寻求其本质规律。又如，1820年奥斯特所做的著名的电流磁效应实验，在过去很长一段时间内被误传为一次“偶然的机遇”，其实这正是奥斯特在统一自然力思想的启迪下孜孜以求的必然结果。若无浓厚的兴趣和坚强的毅力是难以成功的，此例同样能给予学生以深刻的启发和教益。这种寓史于教、史教相融、启而后发的教学方法显然是应当加以提倡的。

3． 科学态度的培养

科学态度是现代公民必备的基本素养，是健全个性的重要组成部分，对学生将来参加社会生活具有很重要的意义。

培养学生的科学态度，要依据态度形成的规律，注意结合学校培养目标、课程目标与内容特点以及学生的实际情况选择适当的方法来进行。教师在日常的教学中，结合知识教学介绍物理学家的有关事迹，让他们知道科学态度无论对于科学家自身能否取得科学成就，还是科学事业的发展，都具有重要的意义。要使学生明确认识到科学的概念和原理都是建立在实践基础之上的，科学家在观察、实验时，必须以实事求是、认真细致的态度对待，任何模型、假说、猜想都必须经受事实检验。科学家的任何一个发明、创造以及他们所做出的贡献，既体现了他们批判地继承了前人的科学研究成果的继承精神，又体现了他们大胆创新、勇于探索、坚持实践、刻苦钻研、精益求精的科学精神和事实求是的科学态度。

如法拉第历经10年的反复实验最终发现了电磁感应定律；我们熟悉的爱迪生是从一个只读过3个月小学的失学者成长为世界发明大王的，后人曾评价爱迪生成功的基础是百分之一的灵感加上百分之九十九的汗水，是努力奋斗、坚持不懈的结果。因为严谨的科学态度是成功决定因素。 4． 激发情感 创造才能

情感指的是人的内在体验，学生的喜怒哀乐爱恨等都在不同程度上影响着创造力。积极的创造情感是学生创造未来的力量。爱因斯坦曾经说过：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要，提出的新问题、新可能，从新的角度去看旧的问题，却需要有创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步。”物理教学中创造欲的激发，使学生产生“我为什么就不行呢？”“我为什么就不能把事情做好呢？”等诸多为什么，我们的教学就会产生一种新的效果，同