物理学史与物理思想的建构

物理学史与物理思想的建构

大同市实验中学（037010）田雨禾

现代教育科学，心理科学和信息科学技术的综合和相互渗透，已成为教育发展和改革的强大动力。传统的教和学的模式正在酝酿重大的突破，教育面临着有史以来最为深刻的变革。这场教育的大变革不仅仅是教育形式和学习方式的重大变化，更重要的是将对教育的思想、观念、模式、内容和方法产生深刻影响。

物理学是人类对客观物质世界认识的结晶，它的基本使命是认识客观物质世界。研究目标是正确揭示客观物质世界所有现象和过程的本质的规律。研究方法包括观察、实验、假说和科学推理等。物理学特点决定了高中物理教育的功能定位，即以物理学的知识体系为载体，以创新精神和实践能力的培养为重点，以提高学生的科学素质为目标，通过强化物理知识的形成过程和应用过程，认识科学、技术、社会的紧密联系。体验，认识和运用科学研究的过程和方法，进而激发学生学习物理的兴趣，培养学生的观察实验能力、思维能力、分析和解决问题的能力，逐步提高学生的学习能力和研究能力，逐步树立正确的世界观、人生观、价值观，最终达到全面提高素质，发展个性，形成特长的目的。物理学以及高中物理教育的特点，功能定位决定了高中学生在物理课堂学习策略上与其它学科在课堂学习策略上应该也有所不同。

很多物理教育家指出，物理教学不仅要给出物理事实和物理规律，而且要对学生进行科学思想与科学方法教育。这与新一轮课改所提出的“知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观”这三个维度的课程目标完全吻合。诺贝尔物理学奖得主，著名物理学家杨振宁博士就曾经这样说过，“进了一个好的研究院，学生都不坏，都得了博士学位。过了15年，他们的成就可以很悬殊。所以悬殊决不是他们的天分差得那么远，也绝对不是他们的技术差得那么多。最主要的是有的人走到一个正确的方向。这个方向在以后5年、10年或15年有了大发展，他们和这个方向与之俱长，就可以有大成就。”由此可见科学思想和科学方法的建构与掌握的重要性。物理学史含有的极为丰富的科学思想、科学精神与人文思想，是进行素质教育的极好内容，能够培养学生多方面的能力，是进行物理教学十分必要的部分。由于物理事实和物理规律具体，较容易把握，而科学思想与科学方法隐含其中，较为抽象，因此容易被忽略。因此，在中学物理的教学中如何从物理学史料中发掘物理思想，引导学生建构物理思想以真正提高学生的科学素养，从而提高全民族的素质，已成为当前中学物理教学的一个重要任务和使命，新课程目标的提出也给物理学史在物理教学中的渗透以及二者的结合提供了发展的天地。

一、新课标提倡的面向过程的教学给物理教学和物理学史的结合提供了广阔的空间。

现代教育理念所提出的教学根本目的，是促进学生的全面发展。新课程标准又把它具体化为“知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观”这三个维度的课程目标。教学实践告诉我们，不仅要教给学生现代科技所必需的系统的物理知识，还应教给学生科学的学习和研究方法，科学既是一种人类的知识体系又是人类认识世界的一种方式和探索过程，而通常的科学方法都贯穿在物理学发展的过程中。物理学具有很强的继承性，许多科学家就是从对本学科历史的研究中，开始自己的创造活动的。牛顿说过：“如果说我比别人看的远一点，那是因为我站在巨人肩膀上的缘故”。不仅牛顿如此，凡做出重大贡献的物理学家都善于批判和继承。学习物理学史有助于活跃思维，增强胆识，使学生更自觉地继承前人的事业，有效地进行学习研究。上海教科院顾泠沅教授在《教学任务的变革》一文中提到：早在上世纪五十年代，英国哲学家波兰尼(M.polanyi)就曾说过：“我们所知道的多于我们所能言传的”。他据此推断出人类大脑中的知识分为两类：明确知识和默会知识。所谓明确知识是指能言传的，可以用文字等来表述的知识；而默会知识则是不能言传的，不能系统表述的那部分知识。而且人

类的默会知识远远多于明确知识。笔者以为，物理学史材料中所蕴涵的科学思想和科学方法，正属于顾泠沅教授所讲的默会知识。因此，如何通过渗透物理学史中相关的材料使学生感悟其中的物理思想和科学方法，也是中学物理教学的重要任务。

二、面向过程的教学有利于物理思想的渗透，而物理学史是研究物理过程材料的宝库

各种建构主义学习理论都强调了学习者在建构性学习中的积极作用，这就要求物理课堂教学中善于激发学生的好奇心和求知欲，使学生主动积极的学习。物理教学中应根据内容和学生的特点，选择适当的教学方法，灵活运用适当的教学手段，引起悬念，使学生产生好奇心和强烈的求知欲。物理教学过程中涉及到大批中外科学家，教学中恰当地介绍他们的传记、品格、成就、精神，可以开阔学生的视野，影响学生的心智，塑造学生的灵魂，在潜移默化中激发学生学习物理的兴趣。纵观物理学的发展史，它所取得的成就无一不归功于人类对物理过程孜孜不倦的研究。经典力学的产生和发展，起源于人们对宏观物体运动过程的研究；原子核式结构的发现与确立，依赖几代人对微观领域物质相互作用过程的探索；电磁波在科学家对电磁运动过程的研究中被预言其存在，又在科学家对电磁运动过程的进一步研究中被验证。对教学活动的安排，要以教学内容为依据，从教师本人和学生实际情况出发，给学生留有足够的时间和空间，让学生经历科学探究过程，尝试用实验方法，模型方法和数学工具来研究物理问题，验证物理规律。

物理过程往往是十分复杂的。在物理过程中，各种因素的影响和作用互相联系，纵横交错。通过对复杂纷纭的物理过程的研究，揭示物质运动的规律、特性、物质基本结构以及各种物理现象之间的联系，使物理学蕴含着启人心智的科学态度、思维方法和研究技能。而这些方法又在人们对物理过程的研究中表现得淋漓尽致。物理过程又是简单的，汤川秀树访问莫斯科大学时，曾写下这样一句话：“从本质上讲，自然界是简单的”。物理学的发展证明了这一点。在反映自然规律方面，物理学具有高度的概括性和简明美丽的特点。这里正闪烁着认识论和方法论的光辉！著名教育学家布鲁纳指出:“所谓学科教育，不是灌输作为结果的知识，而是指导学生获得知识的过程。”物理学是一门以观察和实验为基础的学科，不少规律是从观察和试验总结出来的。物理课程在整个高中阶段是地位极其稳定的基础课程，在科学课程中处于重要的地位。但是，物理“一听就懂，一看就会，一做就错”，即物理学科是高中阶段最难学的一门功课，早已是一个不争的事实。高中物理除了包含较为系统的学科知识(是否可以把它称为明确知识)以外，还包含着比学科知识本身多得多的默会知识，如怎样阅读物理教科书、物理概念和规律是怎样建立的、根据不同的学习内容应怎样选用最佳的学习方法、面对物理实验的失败，将采取怎样的对策等等。大量的教学实践表明，物理之所以难学，并不主要是学生背不出那些物理概念、规律及一些实验的操作步骤，而是不知道这其中的许许多多为什么。面对实际问题中的怎么想，怎么办，“实际问题”解决后该怎么评价，怎么反思……

高中物理课堂教学的内容主要涉及物理现象、物理概念和物理规律。物理现象是与物质运动和物质结构相联系的物理过程的直观表现，是物理过程的一种反映；物理概念是物理现象本质特征的表述，是物理现象的高度抽象和提炼；物理规律是物理过程演变发展的轨道，是对物理过程的高度概括。因此，以对物理过程的研究为载体组织课堂教学，实施面向过程的教学，不仅能更好地完成课堂教学的目标，具有较强的可操作性，还强化了物理概念和规律形成的过程以及与这一过程相联系的物理方法和科学思想。

物理学的基本规律是中学物理课堂教学的重头戏。物理规律本身就是和物理过程密不可分的，我们更应该在物理规律的课堂教学中实施面向过程教学。让学生有机会发表自己的见解，并与他人讨论、交流、合作；还要让学生通过物理课程，来学习如何计划并调控自己的学习过程，逐步形成一定的自主学习能力。

通过对物理学史的回顾，使学生消除对已有物理知识来源的神秘感，了解科学技术发展的过程，懂得任何一个定律的发现和理论的建立既与社会生产力密切相关也受到物理学发展内在规律的制约，任何一部分物理知识的获得都离不开实验，可靠的、精确的、可重复的实验是物理学中决定一切的基础。因此，了解物理学史可提高人们进行科学创造的自信心和自

觉性，这对于培养学生实事求是的科学态度和创造力有着十分重要的意义。同时，物理学史中有许多科学家为真理献身的动人事迹，如伽利略为宣传哥白尼的日心说而被教会终身监禁，利赫曼为引雷电而捐躯，居里夫人为研制放射性而做出了巨大的牺牲，法拉第舍弃荣华富贵，几次拒绝接受封爵而甘"平民法拉第"，亚里士多德富有批判和怀疑精神等。这些科学家不畏艰险，不惜生命，不慕利禄，不怕权威，追求真理的高尚品质，有利于培养学生实事求是的科学态度、献身科学的探索精神，为以后的学习和研究打下良好的基础。

三、科学家的研究事迹可以极大地促进学生探究物理问题的兴趣

帮助学生有效地学习是教师的天职。想要有效地帮助学生有效地学习，教师必须首先要明白学生到底愿不愿学，即学生是否具有主动加工的心理倾向。认知心理学的研究结果表明，没有学习的愿望或积极性，新的学习是不能发生的，即便学生有适当的知识准备也是如此。其次，要明白学生会不会学。从已有的教育研究结果来看，衡量学生会不会学的重要标志是看学生学习策略水平高低及运用状况。而在当今信息化社会，学生会不会又显得尤为重要,迫切。爱因斯坦说过，“兴趣是最好的老师”。只有当学生对学习有了兴趣，才能表现出学习的自觉性、主动性，才能在学习中发扬开拓和探索精神，以顽强毅力去克服学习中遇到的困难。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。并通过了解物理学家的生平、各学派间的争端以及尚未解开的物理课题来激发学生学习物理的兴趣，让学生从中学习到物理学家严谨的科学态度和科学的思维方法，不断提高自身科学素质、养成良好的学习习惯，变被动学习为主动获取知识。例如，牛顿是举世公认的伟大科学家，在高一一开始以专题讲座的形式，介绍牛顿的生平及其科学研究历程，从而消除了科学研究的神秘感，拉近了科学家与学生的距离，激励他们把对科学家的崇拜转化为刻苦学习的动力。

根据教材编排特点，分单元讲解、分析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，而且有助于学生按现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，循着伟人的研究历程，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，向学生介绍人类对电和磁关系的认识过程。通过讲解安培、法拉第、楞次和麦克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。

综上所述，以物理过程为载体，在物理概念、物理规律及至物理习题的课堂教学中对学生进行素质教育，是行之有效的课堂教学策略，在高中物理的课堂教学中强化面向过程的教学大有可为。学习物理学史，是一种科学思维的训练，通过人类揭开物理世界奥秘的真实和令人兴奋的探索历程，可以使学生受到物理大师们有效的方法一步一步的掀开遮蔽真理的帷幕的那种科学创造的震撼与激动，从身临其境的参与感中，获得科学方法论思想的某种升华，因此，在物理教学中是非常必要的。

在素质教育的园地里，物理学科有着得天独厚的优势。我们应该充分发挥物理学科的特长，把素质教育真正落实到课堂教学之中去。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、特性、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，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。