学士学位论文中学物理教学中渗透物理学史策略研究Word文件下载.docx

1、3.1.4培养学生把握物理学理论知识与思维方法 123.2渗透物理学史对教学课堂的影响 143.2.1活跃课堂氛围师生融为一体 143.2.2改变传统的授教模式 144渗透物理学史的实施策略 154.1以物理实验为学习基础，重现历史培养学生 164.2以现代技术为学习依托，拓宽物理学史的影响 174.3课堂教学与课外活动有机结合，追求物理学史的整体性 185总结 18参考文献 19中学物理教学中渗透物理学史策略研究（陕西理工学院 物理与电信工程学院 物理学1201班，陕西 汉中，723000）指导教师：摘要新课程改革以来，中学物理教学面临着新的要求与挑战。在教学中如何渗透物理学史，如何提高教学

2、质量，提高学生科学素养，实现课程改革目标成为广大物理教师探寻的重要课题。对教师而言，在新的环境下探索并寻找出一条适用于中学生高效教学策略成为了首要任务。本论文结合中学物理教学，对物理教学中渗透物理学史，优化物理教学的策略进行了研究。关键词物理学史;中学物理;教学方法;策略1引言1.1物理学史从18世纪以来，科学史，尤其是物理和生物科学，往往是在一个进步的叙述，呈现在真实的理论更换错误的信念。最近的历史解释，如托马斯库恩，往往把科学史中更细致的方面，如竞争性的范式或概念系统在更广阔的矩阵，包括智力、文化、科学之外的经济和政治的主题。科学编史学则相反，往往是借鉴了这两种思想史和社会史的历史研究方法

3、。在研究科学史的发展情况以及所取得的成果，科学文献是必不可少的工具，较为权威的是剑桥科学史8卷1。在推进素质教育和通识教育方面，科学史能起到非常巨大的作用。科学史的创始人乔治萨顿（George Sutton）认为，科学史是自然科学与人文学科之间的桥梁，它能够帮助学生获得自然科学的整体形象、人性的形象，从而全面的理解科学、理解科学与人文的关系。与教学方面的良好局面相比，我们在科学史方面的理论研究还没有受到应有的重视。理论研究不深入，就会影响科学史教学的质量，就会影响科学史在素质教育和通识教育中发挥应有的作用。物理学史作为自然科学的带头学科，是研究人类对自然界各种物理现象的认识史，研究物理学发生和

4、发展的基本规律，研究物理学概念、思想发展和变革的过程，以及物理学是怎样成为一门独立学科，怎样不断开拓新领域，怎样产生新的飞跃，它的各个分支怎样互相渗透，怎样综合又怎样分化。物理学向着物质世界的广度和深度进军，探索物质世界及其运动的规律。那么，物理学到底是怎样的一门不断发展的科学哪？只有了解了物理学发展的历史过程，才能更深刻地认识物理学的宏伟壮观。通过对物理学史的学习，不但能增长见识，而且加深对了物理学的理解，更重要的是可以从中得到收获，开阔眼界，从前人的经验中得到启示。最早的物理学的著作是古希腊科学家亚里士多德的物理学。形成物理学的元素主要来自对天文学、光学和力学的研究，而这些研究通过几何学的

5、方法统合在一起形成了物理学，这些方法形成于古巴比和古希腊时期。当时的代表人物如数学家阿基米德和天文学家托勒密；随后这些学说被传入阿拉伯世界，并被当时的阿拉伯科学家海什木等人发展为更具有物理性和实验性的传统学说；最终这些学说传入了西欧，首先研究这些内容的学者代表人物是罗吉尔培根。然而在当时的西方世界，哲学家们普遍认为这些学说在其内在本质上是技术性的，从而没有察觉到它们所描述的内容反映着自然界中重要的哲学意义。而在古代中国和印度的科学史上，类似的研究数学的方法也在发展中。科学史不仅真实记载描述了物理科学形成发展历程，而且解释与分析了科学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

6、程，也包括科学家们探索追求真理的事实与故事。物理学史的教育就是向学生传授物理学史方面的知识，通过对物理学家创新思维和实践的了解，使学生受到科学思想、科学精神的教育和熏陶，从而促进学生各种能力和全面素质的提高。在新课改的要求下，将物理学史教育引入中学物理教学中，以成为物理教学工作者的共识，越来越受到重视。1.2物理学史的发展历程 （1）萌芽阶段在古代，生产水平低下，人们对自然界的认识主要依靠观察和猜测，来把握自然现象的一般性质，因而自然科学的知识基本上是属于现象的描述、经验的总结和思辨的猜测。那时，物理学知识是包括在统一的自然哲学之中的。在这个时期，首先得到较大发展的是与生产实践密切联系的力学，

7、如静力学中的简单机械、杠杆原理、浮力定律等。在墨经中，有力的概念（“力，形之所以奋也”）的记述；光学方面，积累了关于光的直进、折射、反射、小孔成像、凹凸面镜等的知识。墨经上关于光学知识的记载就有八条。生活在古希腊的欧几里德（公元前450-380），其著作中也有光的直线传播和反射定律的论述，并且对光的折射现象也作了一定的研究。电磁学方面，发现了摩擦起电、磁石吸铁等现象，并在此基础上发明了指南针，这也是我国古代四大发明之一。声学方面，由于音乐的发展和乐器的创造，积累了不少乐律、共鸣方面的知识。物质结构和相互作用等方面，提出了原子论、元气论、阴阳五行说、以太等假设。在古代，观察和思辨虽然是人们认识自

8、然的主要手段和方法，但也出现了一些类似于用实验来研究物理现象的方法。例如，我国宋代沈括在梦溪笔谈中的声共振实验和利用天然磁石进行人工磁化的实验；以及赵友钦在革象新书中的大型光学实验等就是典型的事例。总之，从远古直到中世纪（欧洲通常把五世纪到十五世纪叫做中世纪），由于生产的发展，虽然积累了不少物理知识，也为实验科学的产生准备了一些条件并做了一些实验，但是这些都还称不上系统的自然科学研究。在这个时期，物理学尚处在萌芽阶段。（2）经典物理学时期十五世纪末叶，资本主义生产关系的产生和发展，促进了生产和技术的大发展；席卷西欧的文艺复兴运动，解放了人们的思想，激发起人们的探索发现精神。近代自然科学就在这种

9、物质的和思想的历史条件下诞生了。系统的观察实验和严密的数学演绎相结合的研究方法被引进物理研究中，导致了十七世纪主要在天文学和力学领域中的“科学革命”。牛顿力学体系的建立，标志着近代物理学的诞生。整个十八世纪，物理学处在消化、积累、准备的渐进阶段。新的科学思想、方法和理论，得到了传播、完善和扩展。牛顿力学完成了解析化工作，建立了分析力学；光学、热学和静电学也完成了奠基性工作，成为物理学的几门基础学科。人们以力学的基本模型去认识各种物理现象，使机械论的自然观成为十八世纪物理学的统治思想。到了十九世纪，物理学获得了迅速和重要的发展，各个自然领域之间的联系和转化被普遍发现，新数学方法被广泛引进并应用于

10、物理学，相继建立了波动光学、热力学和分子运动论、经典电磁场理论等完整的、解析式的理论体系，使经典物理学臻于完善。由物理学的巨大成就所深刻揭示的自然界的统一性，为辨证唯物主义的自然观提供了重要的科学依据。（3）现代物理学时期十九世纪末叶物理学上一系列重大发现，使经典物理学理论体系本身遇到了不可克服的危机，从而引起了现代物理学革命。由于生产技术的发展，精密、大型仪器的创制以及物理学思想的变革，这一时期的物理学理论呈现出高速发展的状况。相对论和量子力学的建立，克服了经典物理学的危机，完成了从经典物理学到现代物理学的转变，使物理学的理论基础发生了质的飞跃，改变了人们的物理世界图景。现代物理学的发展，引

11、起了人们对物质、运动、空间、时间、因果律乃至生命现象的认识的重大变化，对物理学理论性质的认识也发生了重大变化。现在越来越多的事实表明，物理学在揭示微观和宏观深处的奥秘方面，正酝酿着新的重大突破。现代物理学的理论成果应用于实践，出现了像半导体、计算机、激光、原子能、宇宙航天等许多新技术科学。这些新兴技术正有力地推动着新的科学技术革命，促进生产的发展。而随着生产和新技术的发展，又反过来有力地促进物理学的发展。1919年的“五四”运动才真正开始发展中国的近代物理和近代科学。1919年我国首次在北京大学设立“物理系”，开设完整的本科课程和实验。之后中央、清华、东南等大学先后建立物理教育中心。1930年

12、前后，全国有20多所高等院校设物理系。1928-1929年间，中央研究院物理研究所也先后于上海和北京成立。著名物理学家爱因斯坦在1922年底、1932年初两度来上海访问，朗之万、狄拉克等著名科学家也先后来华访问。1931年保尔朗之万在北京建议中国物理学工作者联合起来成立中国物理学会并参加国际纯理论和应用物理联合会IUPAP（International Union of Pure and Applied Physics）。在日军侵华前夕，中国物理学会于1932年8月23日在清华大学正式成立。中国物理学会成立之后，即为发展中国的物理学努力奋斗，学会坚持不渝地每年举行一次年会，坚持出版物理学报，论文

13、用英、法、德三种文字发表，附以中文摘要，做了大量的工作。八年抗战，在极端艰难困苦的条件下，坚持物理教学和研究，从未停息。在海外从事前沿研究的爱国学者也不断回国参加工作，竭尽全力使中国物理教育达到先进水平。抗战期间中国物理学会坚持开了六次年会，出版了六期学报。1942年还开报告会纪念牛顿诞生300周年。这些努力为近代物理学在我国的发展培养了人才，奠定了基础。新中国成立之后，在党和政府的领导下，我国逐渐建立起完整的物理学教育和研究体系，许多大学设立物理系，物理学教育的规模和质量空前提高，各大学物理系每年招生的数目，远远超过解放前各大学物理系所有在校学生的总和；与此同时，还建立了几十个与物理有关的专

14、业研究院所，从事物理学基础和应用研究。当时在国外的一大批中国物理学者相继归来，他们和留在国内的老一辈物理学家相结合，大大增强了中国物理学队伍的实力。五十年代后期，许多优秀的物理工作者，坚决服从国家需要，放弃自己熟悉的专业，投入到“两弹一星”的研制工作中去。在当时国家经济困难、技术基础薄弱和工作环境十分艰苦的条件下，依靠自主创新，用较少的投入和较短的时间，突破了原子弹、氢弹和人造地球卫星等尖端技术，取得了举世瞩目的成就。1964年10月16日中国原子弹爆炸成功了，这是我国自主创新取得的又一次重大胜利！改革开放以来，科教兴国的战略为物理学在中国的发展提供了新的机遇，注入了新的活力。2渗透物理学史的

15、研究背景与理论基础2.1中外中学物理教学中渗透物理学史自从原美国哈佛大学校长科南特在二十世纪五十年代初大力倡导把科学史引入科学教育以来，科学史无论是在教育研究领域还是在教学实践领域，都日益引起了人们广泛的重视。把物理学史引入物理教育己经成为国际上物理教育改革的重要相关教育趋势之一。目前，就全球而言，美国是在物理教学与物理学史相渗透方面做得较早，同时也是做得较好的国家。1952年哈佛大学教授G霍耳顿编写了一本物理科学的概念和理论导论，在这本书中作者认为，将科学史纳入物理学的导论课程有三个目的：一、提供赋予某一特定概念以意义和重要性的适宜背景；二、了解科学建立者们的原始资料、动机及研究方法，阐明隐

16、藏在纯粹抽象背后人类的胜利；三、把科学作为对知识的伟大探求的一个侧面展示给读者。同时他强调：学生学完这类课程之后，将会知道主要定律和重要概念体系的演变；作为有责任感的公民，将理解判定科学思想正误的标准和促进科学繁荣昌盛的条件，以及使他们的教师留恋于科学职业的那种喜悦心情。2从二十世纪六十年代起，科学技术的迅速发展促使美国掀起了一场课程改造运动。就在同一时期，“发现学习”和“探究学习”理论先后提出，分别向传统教学发起了挑战。“发现学习”着重于教育内容的侧面，“探究学习”着重于教学方法的侧面。1970年，在美国的麻省理工学院召开的“物理学史在物理教学中的作用国际工作讨论会”和1983年在意大利召开

17、的“物理学史用于物理教育革新国际会议”，促进了物理学史和物理教学相结合在世界范围内的研究和交流。另外较早注意到物理学史教育作用的还有前苏联、英国等国家。改革开放三十多年来，我国广大物理教育工作者，对物理学史引入课堂教学产生了浓厚的兴趣。1982年中国科技史学会在北京召开了第一次物理学史讨论会，会议就物理学史教学进行了专门讨论。1985年，在昆明市召开了“全国高师物理学史讨论会”拟定了物理学史普及工作座谈会纪要，明确提出了“用物理学史改进物理教学”的重大问题。1999年中国物理学史学会在北京和杭州，为北京市和浙江省的一百多位中学教师讲授“物理学史引入物理教学”知识并普及物理学史知识。全国各地在师

18、范院校和教育学院工作的物理学史工作者利用暑假中学继续教育学班讲授物理学史知识，普及面广泛，人数众多。这表明广大物理教育工作者充分认识到物理学史在物理教学中的重要作用。近几年，我国也借鉴了哈佛大学教授G霍耳顿的做法，部分新出版的教材也尝试着将物理学史有机地编入教材，编者从物理实验事实和物理发展史出发，具体地引入物理概念，叙述了物理概念的形成、发展、演变过程，具体且深入地揭示了物理概念的内涵。在叙述物理原理和基本定律时，还介绍了这些理论建立的过程，以及重大物理发现中物理学家探索的历程，分析了他们的研究思路、创造性工作特点以及所用的研究方法。人民教育出版社出版的义务教育初中物理教材、高中物理教材等，

19、在教材内容和阅读材料中加入了大量的物理学史的内容，同时，教材中给出了部分物理学史内容的相关网址，有兴趣的同学可以自己上网查询，将物理学史引入物理教学作了重大突破。在此背景下，有的教育工作者开始探讨大学物理教学中物理学史和物理教学相结合的方法，典型的有：（1）蔚文江提出的“用模拟科学认识过程的方法”进行物理教学3。他认为，在教学过程中，要把书本知识转化为学生自己的知识，主要是解决科学认识过程和学生学习的认识过程两者之间的矛盾，而教师的任务就是具体的实现二者的统一。“模拟科学认识过程的方法”的基本设想是：教师在了解科学认识的过程、掌握丰富的物理学史料、把握教材内容和学生心理的基础上，将物理学史溶入

20、教学中，注重分析科学发现和科技发明思路，善于把学生推到若干年前，让他们在当时的背景下遵循前人的思路来学习。（2）青岛大学师范学院物理系教授雷肇基提出的“面向21世纪专业教学、物理学史与教学科研相结合教学法” 3。他提出的教学法由“专业教学内容、物理学史、科学方法论”三个方面构成。其实施方式为：课堂教学，科研学习园地，学术报告或讲座，物理学史和科学方法论试题库，期末考试和问卷调查。2.2中学物理教学中物理学史教育的理论基础2.2.1认知结构迁移理论“认知结构迁移理论”（The Cognitive Structure Migration Theory）是美国著名的认知派心理学家奥苏泊尔在其同化论基

21、础上所提出的关于学习的理论。与以往的学习认知研究不同，奥苏泊尔把迁移问题放在了一个更为广阔的层面进行考察，认为一切有意义的学习都是在原有的学习基础上的，这一过程本身就是一个迁移的过程，一切有意义的学习必然包括有迁移，并把迁移与认知结构及其特征联系起来。（1）认知结构的概念4所谓认知结构，简单的说就是学生头脑中的知识结构。从广义上讲，认知结构是学生已有观念的全部内容及其组织；从狭义上讲，认知结构是指学生在某一学科的特殊知识领域的观念的全部内容及其组织。所以认知结构主要是由两部分构成的：一是指人在以前学习和经验的过程中所形成的知识经验本身，它是以观念的形式存在于人的头脑当中；二是指对这些知识经验的

22、组织，即在组织方面所具有的特点。奥苏泊尔认为，如果我不得不把全部的教育心理学还原为一条原理的话，我会说影响学习的最重要的因素是学生已经知道了什么，根据学生原有的知识状况进行教学。原有的学习经验对新的学习的影响就是已有的认知结构对新的学习的影响，这也就是教育心理学上所说的迁移。（2）影响学习迁移的因素、学习材料的特点：学习材料作为学生学习的主要对象和知识来源，对学习迁移有着重要的影响。学习对象之间的相同或相似的要素越多，迁移的量就越大，迁移是由于两种学习情境之间存在着共同的要素。所以在教材的编排和教学内容的安排上，必须兼顾科学知识本身的性质、特点、逻辑结构、产生和发展以及学生的知识经验水平。、经

23、验的概括程度：根据概括化理论，产生学习迁移的关键因素是学习者概括出了学习中的共同原理，或者掌握了概括化原理，这种概括的原理能有效的迁移到新的学习中去，从而有效的指导学习实践。、学习的心理准备状态：心理准备状态是在过去学习或活动过程中形成的，又对未来的学习或活动产生影响。心理准备状态在关于迁移的研究中讨论比较多的是学习定势。应当以由易到难，按事物发展的规律安排学习任务，这样学生就能比较容易学习这些问题。奥苏泊尔的认知结构迁移理论从认知结构的概念及影响学习迁移的因素两方面进行论述，为我们研究物理教学中的学史教育提供了许多有价值的启示，新课程的教学理念是要培养学生的创新能力，培养创新型人才。从很大程

24、度上说，物理教学的目的也是在于培养学生的能力，尤其是对知识的迁移能力。2.2.2人本主义学习动机理论人本主义是西方心理学中的一个重要流派，兴起于二十世纪五六十年代的美国。人本学派强调人的尊严、价值、创造力和自我实现，把人的本性的自我实现归结为潜能的发挥，而潜能是一种类似本能的性质。人本主义心理学把人作为一个整体来研究，人本主义教育理论以“完整的人”作为强调以人为本5。代表人物马斯洛认为人具有一种与生俱来的内在潜能5。具体来说，就是要更多地关爱学生，在把学生看作完整的“人”的基础上，培养知道如何学习、能够适应外部环境、能够合理处理人事关系，个性得到充分发展的人。也就是在教育教学中，教育者不仅要关

25、注知识和能力方面的教育目标还要关注情感方面的教育目标。人本主义学习理论认为融洽和谐的师生关系是教育、教学的关键。其代表人物罗杰斯提倡“师生平等”，主张“情感教学法”，他认为教师和学生应该是合作者和朋友的关系，教师应该充分地理解自己的学生，发掘每位学生独特的气质，尊重学生的情感，通过情意方面的熏陶，使学生获得掌握知识、经验有效方法的正确指导。人本主义心理学主要研究的是人类的内在动机，在教育上它认为教育者要先教给学生认识自己。因此教师在教育学生学习任何内容前，必须设身处地的从学生的角度思考，只有学生认为学习是有意义和有价值的，所学内容符合他们生理和心理的需要，而且学生也觉得自己有能力学习，有兴趣学

26、习更有能力学到教师对他们的渴望的程度时，这样学生们自然会努力学习，不用外力的控制，他们就会自动的维持强烈的学习动机。学习动机的作用表现在两方面：（1）对学习过程的影响、对学习行为的启动作用：当学生因为解决某种课题而缺乏相关知识或方法时，就会出现焦虑不安的内心紧张状态。为克服这种状态，就会驱使学生产生某种学习行为的原动力，使学生产生了学习新知识的行为，也就是说对学生的学习来说，当学生有了学习的需要，形成了学习动机后就会在学习前做好准备，集中精力在某些内容的学习上，从而较容易启动其学习行为；、对学习行为的维持作用：由某种学习动机激起的学习行为出现后，学习动机就会像指南针一样指引着学生的学习行为，使

27、已经被激起的行为始终朝着既定的学习目标进行努力。动机的这种指向作用还可以表现为：增强学生对学习内容的注意和兴趣，使学生朝向特定的学习内容；、对学习过程的监控作用：在实际的教学情境中，学生的学习动机和由之而起激起的学习行为可能经常会受到来自学生自身和外部各种因素的影响。所以培养学生形成正确的，水平适合自身的学习动机尤为重要。（2）对学习结果的影响“知之者不如好之者，好之者不如乐之者”。总体而言，学习动机越强，有机体对学习活动的积极性就越高，从而学习效果就会越好。因此，在物理教学过程中，增强学生对学习获得的积极认识和体验，增强学生学习自信心，增加学生的情绪情感体验过程并提高他们的内在学习动机，从而

28、提高他们对于学习的兴趣，是学生得以顺利掌握知识，持久记忆知识，达到教学目标的重要方法。只有激发学生的内部学习动机，让他们真正的从内心喜欢所学的知识，他们才会全身心的投入，并保持这种持久的状态。而在物理教学中进行物理学史教育就是将科学发现的历程引入到课堂教学中，让学生自己“参与”物理知识的发现过程，体会到科学发现的乐趣和心理上的满足。同时物理学史中有丰富的素材和宝贵的精神财富势必会激发学生学习物理学的兴趣和信心，使学生认识到物理学不是枯燥的概念、公式、定理、法则，而是充满了无限可能，蕴藏丰富宝藏的科学。在其间学生可以亲历科学家发现真理的全过程，体验科学研究方法的奇妙，也可以深深的受到科学家科学精

29、神的感染和熏陶。2.2.3建构主义学习理论十八世纪的哲学家维柯曾指出6：“人们只能清晰地理解他们自己建构的一切。”建构主义理论的前身是认知结构理论，它是认知理论在当代的发展，它主张学生的自主能动性，认为获取新知识的过程不是教师的灌输传授，而是学生在已有的知识基础上通过一定的知识情境、学习资料、以及他人辅助下自主获得新知识的过程，即完成了新知识的建构。建构主义是学习理论中行为主义发展到认知主义后的进一步发展，行为主义的基本主张是：客观主义，分析人类行为的关键因素是对外部事件的考察分析；环境主义，环境是决定人类行为的最重要最基本因素；强化主义，人们行动的结果影响着后继的行动。行为主义的客观主义观点

30、反映在教学上，认为学习就是通过强化建立刺激与反应之间的联结；教育者的目的在于传递客观世界存在的知识，学习者的目的是在这种传递过程中达到教学者所确定的目标。建构主义理论是二十世纪后，针对传统的赫尔巴特教育思想的弊端和社会发展的要求，基于人们对于哲学，教育学和心理学的深入认识，在认知心理学基础上发展起来的另一种现代学习理论。最早的提出者可以追溯到瑞士的心理学家皮亚杰，他的“同化，顺应”理论是关于建构主义的基本理论，强调了有机主体在学习活动中的能动性。在此理论上，科尔伯格在认知结构的性质与认知结构的发展条件等方面做出了进一步的研究；斯腾伯格和卡茨等人则强调了个体的主动性在建构认知结构过程中的关键作用

31、；维果斯基创立的“文化历史发展理论”则强调认知过程中学习者所处社会文化历史背景的作用7。创设真实性的情境是建构主义学习理论突出的特点，它强调在原有经验基础上的进一步学习。情境是建构主义学习理论最重要属性，它是指与学习主题的基本内容相关和现实情况基本一致或相类似的情景和环境。创造真实性的情境能提供给学生理解主题所需要的经验，以减少或免除对主题意义建构的困难，促进知识的理解与接受。建构主义学习理论还认为，学生的任何学习过程都不可避免受到之前已学习科学概念的影响。而在物理学发展史上，一些物理概念、物理规律的形成过程也会受到已有科学知识和当时学术观念的影响。这两种影响具有一定的相似性，都表现出广泛性和顽固性的特征，并由此迁移推广，产生负面的影响。例如：对学生的调查研究发现，绝大多数学生认为光的传播需要时间8。在物理学史上，开普勒就认为光的传播是瞬时进行的，不需要时间，笛卡儿也有类