让物理学史走进课堂

让物理学史走进课堂

——“历史探究”教学模式的构建与实践

【摘要】本文以建构主义学习理论和现代科学教育理论为指导思想，论述了将物理学史引入课堂教学的必要性，并倡导从历史发展的角度组织课堂教学，提出一种将物理学史融入物理教学的行之有效的“历史探究”教学方法和教学模式，以期促进学生对科学本质的理解，培养他们的科学精神和创造力。

【关键词】物理学史历史探究教学模式构建实践在当代世界范围内的科学教育改革中，科学史教育正在从科学教育的边缘进入科学教育的中心。科学教育改革表达的一个共同思想是，学科的科学教育中应包括科学史内容，借以阐明科学探究的不同侧面、科学的人文侧面以及科学在各种文化发展中的作用。学习科学史，可以认识到科学发展的历史动态画面，历史地把握科学的本质，深刻地理解科学与人的存在之间的关系以及科学的发展对人的精神的影响。

中学物理教材中的概念、规律和理论，既是人类认识的结晶，具有科学知识的价值，同时它们又无不铭刻着人类思维的印记，具有思想文化价值。如果我们在进行物理教学的同时能把浓缩于其中的“知识的逻辑和理性组织进程（科学史）”（皮亚杰语）重现，让学生沿着前人思维活动的足迹，从中体验和学习科学思维方法，那无疑是交给学生一把打开思维宝库的钥匙。虽然新的物理课程标准把物理学史作为物理学习的重要内容，但令人遗憾的是，在理论层面上，许多教师对物理学史教育的价值仍不甚明确，在实践层面上更没有找到将物理学史融入物理课堂的行之有效的教学方法。历史和现实告诉我们，重新认识物理学史的教育价值，探索行之有效的物理学史教育模式，是当前我国科

学教育改革亟待解决的重要课题。

一、“历史探究”教学模式的理论依据与实践价值

传统的物理学史教育，往往是把物理学史作为一种知识附加在物理教学内容上，教师以讲故事的方式进行教学。实践证明，这种物理学史教学模式是低效的。而以建构主义理论为基础和指导思想的“历史探究”教学模式，是指在物理教学过程中，以教材中的物理学知识和知识发展的历史进程中所蕴含的科学思维方法为基础，有机地渗透有关历史、社会和哲学等方面的内容，依据学习目标和学生发展水平，使科学学习的过程变为科学探究过程的一种教学模式。这一模式的特点是教学中学生不仅可以学习到物理课程中的概念、规律、公式、定理等原来物理课程能够学到的东西，而且可以从中体验和学习科学思维方法，使学生认识到物理学知识的发展也受到社会因素和个人因素影响，知道科学知识并不仅仅是靠积累得来的，它是物理学发展不断渐变和不断革命的结果，从而使学生建立起“开放的”知识观和较为完整的物理学知识体系。

1．物理教学实施“历史探究”教学模式的理论依据建构主义学习理论为从历史探究的角度进行科学教育提供了理论依据，主要体现在

以下三个方面。

⑴知识观。长期以来，理科教学关注的是科学结论即“是什么”的问题，而不是科学结论形成的条件或背景，即“为什么”或“怎么样”的问题。建构主义学习理论认为，知识并不是对现实的准确表征，它只是对现实的一种假设或一种解释，并不是问题的最终答案。相反，它会随着人类的进步而不断被“革新”掉，并随之出现新的假设或解释。而且知识并不是精确地概括世界的法则，在具体问题中，并不是拿来使用，而是需要针对具体情况进行再创造。物理学发展的历史，正是物理科学的孕育、产生和发展及其演变规律的反映。例如，（某个）问题是怎样产生的？如何提出的？问题的解决方案是怎样提出的？结论是在什么基础上形成的？当时及后来，有没有人对这一结论提出异议？等等。恰如爱因斯坦所说，联系科学的发展来“追踪理论的形成过程”是“始终具有一种特殊的魅力”的。

⑵学习观。建构主义学习理论认为，学习不是知识由教师向学生的传递，而是学生构建自己知识的过程。教师的作用实际上只是促进学生自己建构知识而已。建构主义的代表人物——皮亚杰，在其著作《发生认识论》中写到：“发生认识论的基本假定是，知识的逻辑性和理性的组织进程（科学史）与相应的心理过程之间相似性。”很多经验研究表明学生对科学的认识过程会重复科学发展过程的某些特征。例如学生从未知到真知，中间需要经历一定的教学过程，这个过程就像胚胎发育一样，也是以浓缩的形式重

演人类漫长的认识发展史。

⑶教学观。依据上述知识观和学习观，物理教师在课堂中应是物理教学的组织者、积极参与者及学生主动建构知识的促进者。建构主义的学习理论认为，教学进程也是一个学习过程。在教学中，教师和学生要同样质疑其他人的概念，重新解释它、改进它。这就要求我们知道物理知识和概念的起源，它们被插入的框架（科学史）。因此在教学中，教师通过“历史探究”引导学生亲历物理概念、理论的生长过程，组织学生去探寻物理规律的发现过程，要求学生去体验物理问题的解决过程，有效地促进学生对知识的主动建构。从而使学生逐步掌握科学思维方法，提高思维能力，培养创新精神。

2．物理教学实施“历史探究”教学的实践价值

从历史探究的角度进行物理教学的价值是构建“历史探究”教学模式的理论基础。

主要体现在以下三个方面。

⑴有利于学生从历史的维度去把握科学的本质

物理学的本质就在于科学探究。所谓科学探究，是指物理学家们用以研究自然界获得科学证据、提出各种理论的过程、方法以及物理学家的科学探究精神。物理学史与科学的本质紧密相连，在物理教学中渗透物理学史有助于学生理解科学的探究本质。具体说，至少能促使学生从以下四方面理解科学的本质：①理解所有的科学观念都不是最终真理，在原则上都要进行改进。但一些基本概念已经经过大量的实验证实，在未来不可能有大变化；②物理学家通过观察、实验、理论模型和数学模型来构建和检验对自然界的解释，当遇到与已有的解释不一致的新的实验证据时，就要改变关于自然界的概念；

③在研究过程中，如果缺乏大量实验性和观察性证据，物理学家们对同一现象做出不同

的解释是正常的，不同的科学家可能会公布不同的实验结果，或者从同样的数据中得出不同的结论，但科学家会认识到分歧并努力消除分歧；④对已公布的科学研究成果加以评价，包括审查过程、检验证据、找出错误推理，对同样的观察结果提出不同的解释。

⑵有利于学生认识物理学的人文内涵

物理学史是极富人文内涵的。科学史家萨顿认为，一旦让学生理解科学的起源和发展，科学就会显示出它的人文性，而且极富人文内涵。所以，在教学中渗透物理学史知识，可以促使学生更好地理解、评价、欣赏科学事业，激发其探究科学的热情、勇气与欲望，培养其坚忍不拔的意志品质。物理学的发展史，实际上就是一部科学家为追求真理而进行不屈不挠的奋斗的历史。“英雄们一砖一瓦地建造了科学大厦，他们经受多少痛苦的斗争，表现出多大的坚忍不拔，这些事情，如果青年们知道得更多一些，不是将会以更大的勇气和热忱工作吗？不是对科学怀有更深的尊敬吗？不是会更加渴望进行某些不谋私利的研究吗？或者，至少，他们看到科学事业在接踵而来的困难中完成，并曾分享欢乐与陶醉，不是会更好

地评价全部科学事业的伟大与壮丽吗？

⑶有利于培养学生的批判精神

科学的怀疑批判精神是一种理性探索精神，它对于现有的认识都要问一个为什么，都要追根溯源，看看是否有科学依据，依据是否充分，有没有内在的逻辑矛盾，决不是盲目地崇拜或迷信，而是努力寻求新的突破口，为创新开辟道路。教学中渗透物理学史内容，有利于培养学生的怀疑批判精神，因为科学进步的历史就是科学怀疑的历史，就是科学家不断克服错误、追求真理的历史。我国科学家钱三强说，“向学生追溯一项发现或发明的历史，向学生指明在发现或发明者道路上经常出现的各种困难，以及他们怎样战胜它们、避开它们，最后又是怎样趋近于那从未达到的目标，再没有比这种做法更适于启发学生的批判精神、检验学生的才能的了。”

二、“历史探究”教学模式的构建与实践

1．“历史探究”教学模式的操作结构

步骤：问题－自学－历史研究－设计实验－归纳－评价

步骤：问题－自学－历史研究－设计实验－归纳－评价

师

生

活

动

探究方法线

意图通过对学生原有认识和概念的

分析，提出更深层次的质疑

呈现历史材料

或争论焦点

科学探究活动

的模拟

关于科学概念规律的认

识和科学本质的领悟

2．“历史探究”教学模式的基本程序

“历史探究”教学模式的教学程序包括以下六个环节。

⑴演示现象。上课伊始，教师就给学生演示某一自然现象，学生通过观察现象，由此产生一个需要解决的问题。必须指出的是，一开始向学生展示的自然现象必须是以往科学家在历史上进行理论研究的一个现象，如落体运动、光的本性认识、天体运动等等。

这既能引起学生的好奇心，又能促使学生利用物理学史资源进行进一步的探究。

⑵引出观念。教师启发学生就这一自然现象提出自己的观点（解释）。为了促使学生提出各种不同的观点，可采用“头脑风暴法”（即由发散性思想产生的各种方法），促

使学生各抒己见，标新立异。

⑶学习历史。在这一环节，教师可以精选史料让学生自学或直接向学生介绍：①介绍早期科学家关于这一现象的思想与实例，作为学生研究的参照系；②举例说明当时其他科学家的不同观念；③引导学生讨论或探索这些观念产生的背景、条件，使学生认识到科学认识的历史（时代）制约性。总之，学习历史不仅可激发学生的想象力，同时物理学史的介绍还可以使学生以一种移情的方式，设身处地地体验以往物理学家的探究与

思考。

⑷设计实验。教师将学生分组，要求学生从多种观点（或观念）中选择某种观点，设计实验进行检验。这一环节也能激发学生的想象力和创造力，同时应使学生认识到：

①对同一自然现象可能有不同的解释；②可以用实验检验这些观点（或假设）。

⑸呈示科学观念和实验检验。由教师讲解当代的科学观念，即介绍教科书上对这一自然现象的解释，从而为学生实现观念转变提供契机和可能。这一环节还需要学生对自己的观念和解释进行实验检验，由实验现象的观察、资料的收集与整理，最终得出结论，形成科学观念，即实现由已有的错误观念向科学观念的转变。

⑹总结与评价。通过总结与评价，帮助学生更深刻地理解科学的探究本质，历史上

科学家的探究过程和科学观念。

从上述教学过程可以看出，这一模式有以下几个显著特点：①将物理学史、科学哲学的学习与当前的科学概念和理论的学习有机地融合在一起；②整个教学过程是一个问题解决的探究过程，因而有利于培养学生的解决问题能力和创新能力；③充分发挥了学生的主体性，促使他们主动学习和建构知识；④使学生认识到科学家和常人一样也会犯错误；⑤通过探究活动实现观念转变学习，形成正确的科学观念。

3．“历史探究”教学模式的要点分析

⑴分析教材中科学探究教育的因素，精心选择史料启发讨论

上述教学模式结构中，所要提出的问题应具备物理学史意义，而且学生能够提出自己的见解。在高中，面对有限学时，根据具体教材内容，物理教师要准确选择物理学史料，并经必要的简化和组织梳理。不同的物理学史料所侧重的教学功能往往不同，例如：

①侧重说明物理学发展的里程碑或转折点，代表物理学发展潮流的史料，如“能量守恒定律的发现”；②侧重表明旧理论、旧概念局限性，新理论、新概念的发展性的史料，如“原子结构认识的发展”；③有助于加深理解基本概念、基本规律的史料。如“牛顿第一定律”的建立；④富有方法论意义的史料。如“自由落体运动的研究”；⑤有助于学生重视实验的史料。如“光速的测定”；⑥展现科学家艰苦奋斗，献身科学的史料。

如“科学家对放射现象的研究”。

在教学过程中，可利用多种方法启发学生对给定问题提出自己的见解，或通过对

学生原有概念的分析，提出更深层次的质疑。

⑵以科学思维方法为线索，建立起学生思维与物理学家思维的实质性联系

备课备课 上课

①物理学家虽然不是教学活动的参与者，但是由于物理知识是物理学家思维活动的成果，从这些成果中可以窥视出他们的思维过程，而这种成熟的思维过程（科学思维方法），

正是学生思维活动的楷模。

②学生是教学活动的主体和主要参与者，但是学生在主动建构知识的过程中，会遇到困难：第一，学生无法独立地完成重现物理学家思维过程的任务；第二，物理学家的思维水平与学生思维水平间存在着一定程度的差异，即使物理学家思维过程得以暴露，学生也不一定

能从中深刻地理解他们的思维方法和技巧，无法从中汲取营养和教益。

③物理教师扮演着学生主动建构知识的促进者的角色，要根据知识发展过程重现物理学家的思维过程，并根据学生思维特点和水平制定学习“序列”；指导、调控学生思维活动，使学生思维活动与物理学家思维活动“同步”；以重新获得物理学家的科学思维所取得的成

果并通过这个过程，逐步实现学生思维结构向物理学家思维结构的转化。

所以，教师在历史探究教学中，可以充分利用现代教育技术，从历史角度向学生展现所要研究的问题，主要有：古代科学家对问题的看法；当时的背景；对问题的认识的历史年表等，让学生学会用发展的眼光看问题。然后充分发挥学生的想

象力和创造力，由学生自己去完成实验、验证自己的结论或介绍历史上的实验，让学生从做中体会科学家的思维方法，激发其创造性思维。

三、“历史探究”教学模式的一个教学案例

笔者运用上述教学模式在高二“电磁感应现象”的教学中进行了尝试。

1．教学目标

⑴知识与技能方面：知道电磁感应现象；理解感应电流产生的条件；训练实验技能。

⑵过程与方法方面：体会科学探索的过程特征；领悟科学思维方法和科学实验方法。

⑶情感、态度和价值观方面：感受法拉第的科学探索精神；感悟科学与技术、社会的

关系，树立人文精神。

①李艳平申先甲物理学史教程，科学出版社，2003

②候新杰科学教学的建构主义方法，全球教育展望，2001

③刘德华点击学校课程——走在十字路口的科学教育，福建教育出版社，2001

④靳玉乐、徐学福探究教学论，西南大学出版社，2001