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1、论物理学史的科学教育功能论物理学史的科学教育功能 （陇东学院 电气工程学院，甘肃 庆阳 745000）摘 要：在教育实习中我发现学生往往忽视公式定律概念的产生和发展的过程，更忽略实验对物理的重要作用，进而使学生失去对实验与观察的兴趣，误以为物理就是概念的堆砌和数学的推导。其实这一弊端的产生从某种程度上讲就是缺乏或者是没有利用好物理学史的知识造成的。我相信如果了解物理学发展史的知识并把它应用到日常的教学中去弥补这一弊端，对提高教学质量有很大益处。关键词：物理学史；科学教育；功能；新课标；素质教育The History of Physics Science Education Function (

2、Electrical Engineering College, Longdong University, Qingyang 745000, Gansu, China) Abstract: I found that students tend to ignore the formula for the law of the concept generation and development process, it ignores the important role of experimental physics, thereby enabling students to lose inter

3、est in the experiment and observation, the misconception that physics isthe concept of a pile and mathematical derivation. In fact, the shortcomings to some extent is the lack of or did not take advantage of a good knowledge of the history of physics cause, understand the history of the development

4、of physics knowledge and apply it to everyday teaching to compensate for this shortcoming, improve teaching quality is very good.Key words: history of physics; science education; function; new curriculum standard; quality education obviously0 引言教学要面向未来，就要是培养的学生将来能适应社会发展的需要，就要在学生身上培养长期起作用的素质。教学的目标一要培

5、养学生的认知能力；二要教学生如何思维，提高创造力；三要教学生如何做人，即培养正确的价值观、人生观，有更高的道德思想水平和文化素养。概括起来讲，包括人文素质、科学素质、创造素质和思想道德素质等各方面的要求。自2001年新课程实施以来，已经经历了11个年头。一切为了学生的发展，这是新课程的核心理念。那如何摆脱传统的应试教育，为新课程理念下的素质教育注入新的生命？物理学像一座知识的宝塔，基础雄厚，力学、热学、电学、光学以至相对论、量子论、核物理和粒子物理学，形成了一座宏伟的大厦。它又像一棵大树，根深叶茂，从基根到树干长出茂密的枝杈，又结出累累果实。可以说，物理学是一门不断发展的科学，它向着物质世界的

6、深度和广度进军，探索物质世界及其运动的规律。在实现物理教学的素质教学目标中，物理学史有着重要的作用。物理学史由于其科学内容的特点以及它所具有的丰富的教育因素，在素质教育中可以发挥独特的科学教育功能。对于物理学史的科学教育功能，我作如下阐述。1 在情感态度方面：1.1 学习物理学史可以激发学生学习兴趣。霍金说：“物理学是最基础的自然科学学科。从这个意义上说，它是最具诗意的。”那么，物理学的历史就是一部人类不屈不挠、坚苦卓绝地探索大自然秘密的英雄史诗。然而，许多学生却与这首珍贵的物理学的英雄史诗无缘。许多教师在物理教学过程中存在认识误区，认为给学生传授物理知识，并能应用这些物理知识进行解题和考试就

7、已完成教学任务，达到教学目的。在课堂中讲述物理学史内容是浪费时间，对解题、考试没有价值。所以，老师往往按照知识内容编排出讲授知识内容的简捷方式和程序，从几个基本原理出发，运用数学演绎的手段，逻辑推演出各个具体的定律和结论。这种方式虽然有利于学生缩短认知的过程，可以在考试中取得好成绩，但在这样的教学体系中，物理知识的真正认识过程被抹平了，物理学探索者的观测、困惑、试探和创新的智慧之光被掩盖了。只有带着积极的情感去学习，才能取得良好的成绩。教学的目标包括情感和认知两个方面，情感包括兴趣、欣赏、价值观和情绪一直的培养，这些非智力因素对教学的同样是非常重要的。学习效果的好坏，与学习者的态度、情感、以及

8、责任心是密切相关的。这就要求我们未来的教师，应该把情感渗透到物理教学中去。随着社会的发展，全面实施新课程教学改革，培养学生科学素养放在首位，已成为时代对教育提出的迫切需求，新课程的提出就是为达到这一要求。爱因斯坦也曾说过“兴趣是最好的老师”，引入物理学史从某种程度上可以增强学生对物理学的兴趣。在一节课的开始，就引入物理学史，可以很快地把学生的学习积极性调动起来，吸引学生的注意力，从而会认真听讲。例如，在讲自由落体这节课时，我是这样引入新课：我问：落体运动有什么规律？学生大都回答：重的物体落的快，轻的物体落的慢。我接着说，两千多年前，古希腊的学者亚里士多德也是这样认为的。这时问：“大家听说过意大

9、利的比萨斜塔吗？”然后叙述，有资料显示，素有“近代科学之父”之称的伽利略曾于1591年在斜塔上边做了一次落体实验，以无可辩驳的实验“事实”否定了亚里士多德的落体理论，后来有不少人把斜塔落体实验称作是“历史上最杰出的成就”。然而，伽利略真的做过斜塔实验吗？1949年，英国历史学家巴特菲尔德对此持否定看法。于是，科学界为澄清事实，展开了一场旷日持久的争论，有人干脆把它称之为“科学史上九十九迷”中的第一迷。这节课我们将学习自由落体运动的规律，看看伽利略研究出来的结果是什么，又是如何研究的。这样引用一个物理学史上的争议，吸引上了学生的注意，给他们造成悬念，激发起他们的兴趣，使学生整节课都在专心听讲、积

10、极思考，他们希望能从中得到正确答案，所以教学效果良好。本文引用某中学进行了物理教学中渗透物理学史教育的实验数据来举例说明。学生学习物理学史的感兴趣程度和学习物理学的感兴趣程度间存在着正相关关系，实验班学习物理学的兴趣的后测结果比前测结果有明显增加，特别是不感兴趣和非常不感兴趣两项共降低了11.1%,感兴趣一项中提高了17.7%,而对照班的前测和后测结果差异不明显，前两项共降低了4.5%，后一项只提高了3.3%。学生学习物理和物理学史的感兴趣程度比较 (百分比)非常感兴趣感兴趣一般不感兴趣非常不感兴趣前测后测前测后测前测后测前测后测前测后测第一题实验班11.113.331.148.840.031

11、.113.36.64.40对照班12.211.130.033.341.143.311.110.05.62.2第二题实验班12.213.335.553.338.931.18.92.24.40对照班10.08.934.436.740.041.111.110.04.43.31.2 学习物理学史有利于降低学生的对物理的畏难情绪 物理是一门抽象的学科，大部分中学生都觉得物理抽象难懂，特别是一些女生，对学习物理完全失去了信心。 讲清物理学发展历史的曲折性,让学生们充分认识到,科学的道路是不平坦的,科学家成功之路是艰险的,要准备付出比常人更多的精力和代价,必须有热爱科学、献身科学的精神,要善于继承又勇于创新

12、,才有可能取得成功。在实习期间和一个学生聊天，他这么说：“物理学史知识真的非常有趣！以前我所了解的物理学史知识仅是课本中插入的很少的一点阅读材料，根本不知道物理学史的内容是如此丰富和有趣。在进入高中前，我听很多人说物理难学，升入高中开始学习物理以来，我也有这样的感觉：物理确实不好学!不过当我遇到解不来的物理难题想放弃时，我就会想：当年物理学家在探寻物理规律时也是遇到了许多的困难和挫折，但他们并没因此而放弃，而是更加努力地学习和工作，最后终于有了伟大的发现。并且几百年前的他们当时的工作和生活条件是非常恶劣的，现在爸爸妈妈、学校老师给我提供了这么好的学习和生活条件，我没有理由不好好学习，而且我现在

13、学习的是物理学家们己经探索和发现出来的知识，我相信我是能学懂、学好的。”1.3 学习物理学史可以让学生体会物理学家探索的乐趣，成功的喜悦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、结构、规律和本质的历程。它包含了认识论和方法论的因素。包含着深刻的物理思想和观念的变革，包含着探索者的思索、创造、艰辛与悲欢。让学生了解科学家对大自然的疑惑，并通过长期的思考，艰辛的探索，逐步揭开大自然神秘的面纱。就如同上帝掷骰子吗？这本量子力学史中的序言所说：“我在这里先要给大家讲的是量子论的故事。这个故事更像一个传奇，由一个不起眼的线索开始，曲径通幽，渐渐地落英缤纷，乱花迷眼。正在没个头绪处，突然间峰回路

14、转，天地开阔，如河出伏流，一泄汪洋。然而还未来得及一览美景，转眼又大起大落，误入白云深处不知归路量子力学的发展史是物理学上最激动人心的篇章之一，我们会看到物理大厦在狂风暴雨下轰然坍塌，却又在熊熊烈焰中得到了洗礼和重生。我们会看到最革命的思潮席卷大地，带来了让人惊骇的电闪雷鸣，同时却又展现出震撼人心的美丽。我们会看到科学如何在荆棘和沼泽中艰难地走来，却更加坚定了对胜利的信念。1.4 学习物理学史可以培养学生体验物理学的质疑、批判精神。在现实的物理教学中，由于以灌输为目的的教学方式仅立足学生记住公式、定律并能够熟练应用，使学生在学习的过程中逐渐形成了无条件接受这样的观念。久而久之，历史性的、进化着

15、的科学理论被神圣化，学生不知道这个理论从何而来，为什么会是这样。不自觉地剥夺了学生的怀疑和批判精神，致使大多数学生对科学家和科学理论永远怀着一种崇敬心情， 这种心情扼杀了学生发现问题、提出问题的积极性，从而抑制了学生的科学精神和创新能力。而物理学家的批判精神充溢着整个物理学发展的进程，是促使物理学向前发展的动力。 这一点在原子的核式结构一课中就能得到很好的体现。例如：汤姆逊在研究阴极射线的时候发现了原子中电子的存在。这本身就是批判了从古希腊人那里流传下来的“原子不可分割”的理念。而对于原子的内部结构，汤姆逊那时完全缺乏实验证据，于是他展开自己的想象提出了所谓的“枣糕”模型。他的学生卢瑟福想通过

16、粒子散射实验来确认那个“枣糕”模型的大小和性质。但是，极为不可思议的情况出现了：有少数粒子的散射角度如此之大，以至超过90度。对于这个情况，卢瑟福自己描述得非常形象：“就像你用十五英寸的炮弹向一张纸轰击，结果这炮弹却被反弹了回来，反而击中了你自己一样。”卢瑟福发扬了亚里士多德前辈“吾爱吾师，但吾更爱真理”的优良品质，决定修改汤姆逊的“枣糕”模型。次年卢瑟福发表了他的这个新模型原子的核式结构，使他导师汤姆逊的“枣糕”模型成为了历史。在物理教学中融入这些物理学批判性发展的精彩事例，能够使学生意识到这样一条真理：有条件的、有怀疑的思考，不迷信权威，这是科学能不断向前发展的动力。能促使学生养成独立思考

17、的习惯，提高善于提出科学问题的灵性和聪慧，使他们的思想沉浸在好奇之中，永不闭塞怀疑的目光。1.5 学习物理学史可以让学生体会物理实验的重要性物理学是一门以实验为本的科学，物理理论来源于实验，并且还必须经过实验的检验，可以说没有实验就没有物理学。比如富兰克林的风筝实验，在风雨交加的情况下，利用风筝将大气中的电收集到莱顿瓶中使其充电，证明了“闪电和静电的同一性”；比如光的颜色问题，从亚里士多德到迪卡尔都认为“白光是纯洁的、均匀的，是光的本质”，而色光只是光的变种，但是他们都没有象牛顿那样做过认真的实验验证，大约在1666年牛顿用棱镜进行光的色散实验，终于得“白光是由各种折射程度不同的彩色光组成的非

18、均匀混合体”。又比如，卡文迪许伟大的扭矩实验。牛顿的一项伟大贡献是他的万有引力定律，但是万有引力到底多大？牛顿不知道。18世纪末，英国科学家亨利卡文迪许决定要找出这个引力。他将两边系有小金属球的6英尺木棒用金属线悬吊起来，这个木棒就像哑铃一样；再将两个350磅重的铅球放在相当近的地方，以产生足够的引力让哑铃转动，并扭动金属线。然后用自制的仪器测量出微小的转动。测量结果惊人的准确，他测出了万有引力恒量的参数，在此基础上卡文迪许计算地球的密度和质量。卡文迪许的计算结果是：地球重6.01024公斤。卡文迪许成为第一个在实验室“称出”地球有多重的人。2 在能力方面2.1学习物理学史可以帮助学生提高掌握

19、物理基础知识能力教师在讲授新的物理知识时，如果能及时穿插历史案例，不仅可以使学生进一步加深对知识的理解，而且可以使学生的心灵受到多方面的启迪。让学生适当的了解物理知识产生的背景和历史过程有助于对物理知识的把握和深层次的理解。有了理解才会有长时间的记忆。比如对光学知识部分的学习，光学共分为两大块知识部分，一部分是几何光学，也是比较容易掌握的部分；另一部分，是光的本性的研究，人类对光的认识也是有一定的过程的。从能形成学说的是在17世纪末期的以牛顿为首的“微粒说”和与牛顿同一时期的荷兰物理学家惠更斯的“波动说”，支持他们各自的学说均有相关的实验，当然由于牛顿的地位显赫，所以微粒说事占上风的。后来，再

20、到19世纪后期，伟大的物理学家麦克斯韦提出了电磁说，并预言了电磁波的速度和光速在真空中是相同的。于是便又有了“电磁说”即麦克斯韦认为光的本性应该属于电磁波。比如光的干涉、衍射、偏正等实验现象均说明光是由波动性的。再到了20世纪，在电磁说达到鼎盛时期时，历史又开始转变，著名的“光电效应”现象发现了，这使电磁说陷入困境。于是，又一位伟大的科学家爱因斯坦提出了“光子说”的观点。当然，这其中也有其他物理学家的探索和研究。到了现在，人们对光的本性认识统一到了“波粒二象性”。这一历史发展过程是在曲折中前进的，但也是很有逻辑性。有了这么一个知识作为背景，学生掌握光的本性时能够更加快捷，记忆更深刻。最初学习物

21、理的时候，实验是物理学的基础。研究声音的影响因素，大家都知道，声音的影响因素有音色、响度，音调。研究音调的如何影响声音的高低时，控制其中哪些不变的量，而只研究频率的大小及变化对声音的影响。后面很多物理学问题都是通过这种方法控制变量，来研究并的车结论的。例如，力、质量、加速度，小孔成像当中的焦距与成像的关系都是通过控制变量的方法研究的。学习物理学史有利于学生掌握学好物理的基本方法，并为未来的学习奠定良好的基础。2.2 学习物理学史有提高学生的探究问题的能力探究即“探索研究”，即努力寻找答案、解决问题。新课程改革以科学探究为突破口，提倡科学探究的学习方式，其理论设想在于学生的学习过程从本质上说和科

22、学家认识和研究事物的过程是一致的，所不同的是科学家研究的事物是人类未知的，而学生学习的对象大多数是人类已经认识的。而且在物理教学中学生碰到的重点和难点也往往是物理学家在探索过程中碰到的难题。教学中教师可通过介绍物理学史，引导学生可以像科学家一样用科学研究的方法进行探究式学习，这有助于学生多种能力的培养。纵观物理学的发展史，许多物理学家为物理学的发展做出了卓越的贡献，他们在物理学研究中运用了许多科学的方法，例如：观察、实验、类比、假设、代替、微元、模型、推理、抓住主要问题忽略次要问题、归纳与演绎、分析与综合以及数学方法和控制论法等方法是学生学习的宝贵财富。在高中物理教学中,应重视引导学生从科学家

23、们从事的工作中学习他们处理问题的方法，也就是：他们是怎样抓住问题, 怎样借鉴前人的经验教训，从而找到新的途径的；他们是用什么科学方法进行研究，怎样从中发现新规律、 新现象的；他们又是怎样处理矛盾的，怎样从矛盾的对立中找到突破口的；他们是怎样设计实验,从而得到最终结论的。例如：“力和运动的关系”中，首先，亚里士多德通过观察和经验得出力是维持物体运动的原因；伽利略通过理想实验得出力是改变物体运动状态的原因；牛顿在前人实验基础上推理得出牛顿第一定律(理想模型)。高中物理教材中还有许多科学家的研究方法，例如：研究滑动摩擦力用的是控制变量法、加速度是比值法、质点概念是理想模型法、重心的概念是等效代替法、

24、瞬时速度是微元法等等。这些方法对学生科学方法的培养可以为学生以后学习新知识及进行科学研究有重要作用，提高学生的探究问题的能力。2.3学习物理学史可以提高学生的观察事物的能力物理学是一门以实验为基础的科学，观察和实验既是研究物理学的基本方法，也是学习物理学的基本方法。物理学史描述了许多科学家善于从不被人注意的一些平常现象中，细心地观察与思考的事例。比如德国著名物理学家伦琴，在一次实验中，偶然发现离包有黑纸的阴极射线管不到1米处的一块亚铂氰化钡做成的荧光屏发出闪光，他没放过这一个细小的现象；正是他这种观察能力、分析能力使他最终发现了X射线。又如奥斯特实验，在十九世纪以前，人们一般认为电和磁之间没有

25、任何联系。1820年4月的一天晚上，奥斯特在讲课中突然出现了一个想法，讲课快结束时，他说：让我把导线与磁针平行放置来试试看当他接通电源时，他发现小磁针微微动了一下。这一现象使奥斯特又惊又喜，他紧紧抓住这一现象，连续进行了3个月的实验研究，终于向科学界公布了他关于电流磁效应的发现。这篇文章揭示了电与磁之间的关系，第一次将电和磁联系起来。3.4 学习物理学史可以培养学生科学学习的能力中国有句古话叫“授人以鱼不如授人以渔”，所以物理学习中不仅应包括物理知识，还应对学生进行科学方法论教育，使其在其它的学习和工作中，会运用以物理为代表的科学方法论和认识论去探索问题和解决问题。法国物理学家贝尔纳说过，“良

26、好的方法能使我们更好地运用天赋的才能，而拙劣的方法则可能阻碍才能的发挥”。由此可见，学习科学方法对培养学生的智能是至关重要的。纵观物理学发展史，凡在物理学中卓有成就的物理学家，大都有独特的研究方法。掌握科学方法要比单纯地掌握科学知识重要得多。物理学家费曼就曾说过：“科学是一种方法，它教导人们：一些事物是怎样被了解的，什么事情是已知的，现在了解到什么程度，如何对待疑问和不确定性，证据服从什么法则，如何去思考事物，做出判断，如何区别真伪和表面现象。”在物理学习中有目的地将物理学家们在物理研究中的方法介绍给学生，可以大大提高学生理解问题、分析问题和科学想象的能力。3 社会价值方面3.1 学习物理学史

27、有助于学生形成正确的人生观、价值观，科学地对待问题科学技术是第一生产力。物理学自身的发展推动了整个科技的进步，让学生充分领会物理学对经济、社会发展的巨大贡献有助于学生增强把科技知识服务于社会的意识和社会责任感。物理学的大量事实表明，追求真理、献身科学的精神是科学伟人们取得成就的崇高思想境界的支撑。布鲁诺为捍卫科学真理走上火刑场；伽利略被终身监禁而矢志不渝等这些感人的事例对培养学生的科学理想，树立正确的人生观和价值观，培养实事求是的精神等都是很有裨益的。学生通过物理学史能很好的认识物理的实用性，自觉地把学习知识与服务社会联系起来，形成正确的科学价值观。同时，物理教育还应关注科技进步与环境保护的关

28、系，帮助学生树立可持续发展的意识。除要看到物理学的发展带来的伟大成绩外，也要注意到其对环境的影响与破坏如噪声污染、光污染、核污染、电磁辐射等。老师在讲述相关内容时有必要对物理学发展带来的不良影响作出公正客观的评价，让学生正确对待。3.2 学习物理学史有助于解决社会人文知识缺乏的问题传统的物理教学注重的是具体科学知识的传授，强调的是要教给学生越来越多的具体知识，教学中化大部分精力于训练学生的技能方面，并将科学知识静止化、教条化和工具化，所谓的“上课教条条、课后背条条、回家用条条、考试考条条”，就是这种教育的真实写照。而中学新课程改革在观念上发生了非常大的变化，比如，从注重面面俱到更多的知识到更注

29、重学生探究能力的培养，更关注将人文的因素渗透到其中，体现到其中；注重在学习中激发学生的情感；强调素质，尽量改变学科本位，强调从生活走向物理，从物理走向社会。物理学科是以自然界物质的运动和变化规律为研究对象的自然科学，在培养人的人文精神方面具有很好的优势，正如美国物理学家和物理教育家拉比认为：“只有把科学和人文融为一体，我们才能期望达到与我们时代和我们这一代相称的智慧的顶点。”在中学物理教育中渗透人文思想、人文色彩，对学生进行人文教育，科学家和科学史起到了桥梁作用。科学发展史就是一部完整的科学家奋斗史，通过学习使学生体会到科学家与他人合作的重要性；熟悉了定量、定性、美学等的思维方式；形成独立思考

30、，分析问题，解决问题的能力；体会到在科学研究中兴趣、意志品质是非常重要的所有这些对受教育者潜质的开发诱导，形成自己的“榜样”都是非常重要的。同时又能历史地，客观地学习科学知识和进行创新。对现有知识的历史考察，可以把发现的本质放在更真实的背景下，从而使学生得到超过定律和公式的许多启示。”由于物理学史引入了一种人文的视角来看待科学和技术，我们不纯粹关注一个科学自身具体的知识，而是把它放到一个更大的社会文化背景里，研究科学技术领域相互的作用，相互的影响，这样一些要点的引入，使我们对科学的本质、功能、性质、方法对社会的影响、哲学涵义、科学技术与社会的关系，有更深刻的理解，从而弥补物理课中人文知识缺乏的

31、问题。3.3 学习物理学史可以培养学生的爱国主义精神，实现中华民族伟大复兴 介绍我国物理学成就及物理学家事迹是进行爱国主义教育的有效手段。如学习“超重与失重”、“人造地球卫星”、“宇宙飞船”等内容时，渗透我国在航天技术上取得的重大成就，激发学生的爱国热情。如：“神舟”五号载人飞船于2003年10月15日将我国第一位航天员杨利伟送上太空，准确进入预定轨道，安全准确着陆，标志着我国载人航天工程取得历史性重大突破，成为世界上继美、俄之后第三个能够独立开展载人航天活动的国家。有了热情就有了动力，学生要报效祖国就必须明白人类的前进与科技的发展是离不开的，科技的发展又牵涉各门科学学科的发展其中包括物理学的

32、发展，而任何一门学科都是处在不断发展前进的状态中。讲解物理学史，不能认为历史就是过去，而也包括它的未来，所以不仅要将过去告知学生，适当的介绍前沿科学的发展动态也是有必要的。当代学生要开拓眼界，了解过去，探知未来，实现中华民族的伟大复兴。4 开发物理学史教育的途径 4.1 加强学习，提高教师自身素质能否发挥教材教育功能，关键在教师。为了有效发挥学史的教育功能，物理教师本身也必须具有较高的物理学史素养，这样才能在掌握学史知识的基础上，从认识方法论的角度，把握物理科学的发展轨迹与规律，挖掘学史的教育功能。不仅如此，提高学史素质对教师全面理解和把握物理学科的知识体系，提高教学水平，具有长远的意义。 4.2 研究规律，调整关系尽快认识和把握有“学史”教学和“知识与技能”教学之间的关系；各学史教学内容之间，如科学家故事、科学探索的背景、科