如何在新课中渗透物理学史 如何在物理教学设计中渗透科学研究方法
如何搞好高中物理教学中的物理学史教育~
物理学史是研究物理学发生、发展的历史，是介绍物理学概念、定理、定律等发展与变革，以及人类对自然界各种物理现象的认识史。它不仅记述了物理实验与理论的发展过程，而且记述了物理学家的活动。著名哲学家马赫认为：物理学史的教学是对学生进行富有成效的科学教学的一种辅助手段[1]。1989年出版的《普及科学──美国2061计划》的总报告指出，“大部分科学概念是缓慢形成的，凝聚着许多研究人员的心血。没有历史实例，不论记忆多少一般概念，最多也不过是一些口号。[2]” 科学史与基础科学教育相结合可以说已是一种教育改革的必然趋势，我们教学的目的不是让学生知道“欧姆只是一个定律，科里奥利只是一个加速度，开尔文只是一个温度，阿伏伽德罗仅仅是一个数目”。
国内物理教育界对物理教材中应融入物理学史的做法也给与了充分肯定，2003年教育部颁布的《普通高中物理课程标准》（以下简称《课标》）提出教科书的编写要重视科学的发生与发展过程，应对科学过程所凝练和升华的科学思维方式和科学研究方法有较为精到的展示，使学习者汲取前辈科学家科学思维和研究方法的滋养，也要以鲜活的资料弘扬其科学精神和献身于科学的意志品质，使学习者受到生动的情感、态度与价值观的熏陶和感染，有利于健全人格的养成。根据《课标》编写的各种版本的高中物理课本，都不同程度地在内容上增加了很多历史知识，主要呈现在“科学足迹”、“科学漫步”、“STS”等栏目中。
从国内的关于高中物理课堂中物理学史教育的一项调查可以知道[3]：在物理教学中进行物理学史教育尚存在一些困难和制约因素，有教师认为高考中关于考察物理学史内容的考题几乎没有，他们在教学中就会削弱了对于物理学史教育的重视；有的认为在教学中进行物理学史教育有时占用了大量时间，有可能完成不了规定的教学内容；对学生来说，由于课业负担繁重，他们没有充足的时间去阅读课本以外的物理学史资料；教师普通认为加入物理学史素材毫无疑问是有利的，可是怎样加入，在实践中还缺乏将物理学史内容融入物理课程中的教学方法和策略。但不可否认的是，在实际中还存在有轻视物理学史作用的倾向，认为物理学史只不过是传授物理知识的载体，或者是物理教学内容的附加而已，实际上这种只关注物理知识的教学倾向，不利于学生科学素养的提升，低估、忽视了物理学史本身具有的教育价值。也有教师认为物理学史在高中物理教学有着十分重要的作用，但教学效果难以评价。笔者认为，并不能因其评价问题而放弃物理学史的教学，物理学史对学生的影响是在潜移默化中的、不知不觉中的，正像著名科学家杨振宁教授所说的那样“学习有两种办法，一个办法是按部就班的一个办法是渗透性的。很多东西是在不知不觉中，经过了一个较长时期的接触, 就自己也不知道什么时候已经懂了。”那么如何在高中物理教学中搞好物理学史的教育呢？笔者认为应从以下方面入手：
一、掌握物理学史的教学方法
（一）渗透法：所谓渗透法就是把与物理课程相关的物理学史知识恰当地穿插在物理课堂中来逐步开展物理学史教育的方法。物理学史的渗透可以以问题为线索来引入物理学家的轶闻趣事或者以往物理学家研究的过程或片断，可以是大篇幅，也可以是几句话，甚至一副图等，此举不仅可以缓解学习者的学习疲劳，激发物理学习的热情，可以使学生在心理上和情感上接近科学，增加物理学对学生的亲和力，开拓学生的视野，使学生更具有洞察力；还可以使他们以一种移情的方式设身处地体验以往科学家的探究过程，促使他们主动学习和建构知识，并形成严谨的科学态度。例如在探究产生感应电流的条件时，先提出问题“电流能产生磁场，那么磁场能否产生电流呢？若能产生，条件是什么？”接着介绍历史上安培、科拉顿、法拉第等科学家相继提出的利用磁生电的方法。在历史材料基础上，让学生讨论、提出几种产生感应电流的猜想：①将导线放在磁场中就能在导线中产生电流；②导体在磁场中运动能在导线中产生电流；③磁体运动，导体不动能在导线中产生电流；④导体和磁体都不动让穿过闭合电路磁场发生变化能在导线中产生电流。然后全班学生进行分组进行实验，根据事实得出结论：穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有电流产生。还可以插入科拉顿在这方面的研究轶事：“科拉顿在法拉第发现之前，曾做过这样的实验，他把一个螺线管与电流计相连接，为了避免实验时磁铁对电流计指针的影响，他将电流计放在另一个房间。实验时，他将磁铁插入或抽出线圈以后，再跑到另一个房间去观察电流计指针的变化，结果当然什么也看不到了。”再让学生思考科拉顿没有成功的原因在什么地方，“科拉顿的方法暴露出他实验设计的不够严密，如果当时他能安排一名助手在另一房间观察电流计，那么他将最先在这一领域取得突破。这一事例从反面告诉我们思考问题和设计实验必修要科学周密，不能有任何疏忽。”但在课堂渗透时，千万不可为了迎合学生们的需要而讲大量的科学家轶事等等，这样会喧宾夺主，冲淡主要教学内容的学习。不能为了引入史料而引入史料，如果没有必要引入时，就不引入。既要注重与课本结合，注重与学生的认知能力结合，同时还要言简意赅。适时、适当、适度地的进行课堂渗透是一种有效的进行物理学史教育的主要途径。
（二）准历史法：所谓“准历史法”，就是在忠于历史事实的情况下，按照历史发展的顺序将与教学内容相关的物理学史料进行组织后贯穿在教学过程中来达到一定教学目的教学方法。这种方法要求科学的还原那些重要的历史足迹，是对历史最具体的重演，是很好的过程体验教学方式，而且在很大程度上符合学生的认知发展过程，让学生更容易理解和接受物理规律并从相关历史事件中广泛吸取科学的思想方法和研究方法以及所蕴含的科学精神与人文精神，把物理学史教育真正实践在课堂教学中[4]。具体步骤是：1． 将物理学理论（教学内容）的历史发展过程按问题起源—提出的工作假设—思辨以得出推论—实验或思想实验对推论进行检验—假设的修正及结论的推广进行整理，以形成教学内容的“准历史”过程。2． 将学生对物理知识（教学内容）的一般认知过程，即对物理现象的观察-提出问题-假设或猜测-实验探索-结论及对认知过程的反思，整合到已组织形成的教学内容的“准历史”过程中，形成具体的教学过程。例如，在学习牛顿第一定律时，先向学生提出问题：“根据生活中经验，有力作用在物体上，物体才运动，没有力的作用，物体就静止，这种说法正确吗？”然后让学生讨论形成自己的观点（假设），再向学生阐述历史人物对这个问题的思考，即亚里士多德及同时代的人也都有“物体受力而运动，不受力则停止”的认识。接下来，向学生阐明三百年前的物理学家伽利略认为这种认识是错误的，再向学生展现伽利略为推翻这一论断而如何质疑、如何进行实验验证的？最后慢慢让全班的立场都站到正确的或更具优势的认识上，使学生经历从错误到如何突破、再到正确认识的过程。再例如，在学习万有引力定律时，可以按照教材展现的人类对行星运动规律的认识的过程，先提出是什么原因使行星围绕太阳运动的问题，然后引导学生追寻牛顿的足迹，重演历史过程，动手和动脑，经历“发现”万有引力定律的过程，让他们在万有引力的简洁公式中看到了宇宙的统一与和谐。
二、重视物理学史课程资源的开发和利用
根据课程标准编写的物理教材尽管通过多样化的方式呈现了丰富多彩的物理学史内容，但这些内容还不能满足老师教学的需求，网络、课外读物等已经成为教师获取物理学史课程资源的重要渠道。教师可以从网络上获取物理学家奇特而伟大的构思和重大发现，以及他们的成功与失败等方面的材料展示给学生，或者让学生真搜集整理物理科学发展资料，自主地了解物理发展的历史，也可以定期举办物理学史讲座，讲座不一定要在大的会议室进行，教师可以灵活自主的选择在自习课的时间，在教室里或者以开主题班会的形式进行。在讲座过程中可以采用多媒体设施，播放一些科教系列片，这些都可以潜移默化的实现物理学史的教育功能。当然如何选择适合学生认知水平、便于学生理解和激发学生兴趣的讲座内容，则需要教师根据学生物理知识掌握情况及认知规律而确定，因为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，学生可能很难深刻地理解他们的思维方法和技巧。
三、提高教师物理学史教育的素养
教师具有的物理学史知识的丰富程度直接影响到他们在教学中对物理学史的自觉应用程度。物理教育理论指出，为更好地完成物理教育的目的任务，教师不能只掌握物理学本身的概念、规律和理论，物理教师最低限度要掌握物理学知识、物理学史知识、物理方法论知识这三方面的专业知识[5]。将物理学史知识列入物理教师必备的专业知识中，足见其重要性。教师只有对物理学史的内容有全面、深入的了解，才能对其作出合理取舍，设计出符合中学生思维和认识水平的教学方案，这同时要求教师能够创造性地使用教材，除选入教科学的物理学史知识外，还要补充与物理知识直接相关的物理学史内容。此外，教师还要特别关注物理学研究进程中出现的各种概念、学说、规律是怎样建立的、怎样形成的？这也是物理教师了解学生学习难点的有效途径。因为历史上物理学家在形成物理概念，发现物理规律的过程中所遇到的困难，所产生的种种想法（其中包括很多错误想法），所做出的种种判断（包括一些错误判断）等，学生在学习过程中往往也遇到过、产生过、做出过。熟知物理学史的教师，能够了解学生在学习过程中可能出现的问题和困难，进而将之作为教学重点和难点，并有针对性地帮助学生克服认识上的困难，排除误解和疑问，加深了他们对物理学知识结构的理解。
一、在剖析物理学史案例中让学生体会科学方法
例如“原子的能级”一节就有及其丰富的科学方法教育内容，是科学方法教育的好素材。
二、在物理概念、规律建立的教学中重视科学方法渗透
在概念教学中应按照学生的认知规律教给学生形成概念的科学方法。即提出问题→观察实验(直接感官)→分析、比较、抽象、概括、演绎(抽象思维)→形成物理概念。使学生学习领会比值定义法、乘积定义法、类分法、比例系数法等物理概念定义的方法。
物理规律是物理知识的骨架。和物理概念教学一样，在探索、总结物理规律时，也应重视科学方法的传授。即教会学生：①提出问题→观察实验→归纳、演绎→物理规律；②已有概念和规律→建立假说→实验验证→物理规律；③已有概念和规律→数学或逻辑推理→得出物理规律。使学生学习领会实验归纳法、实验验证法、演绎推理法、类比法等总结物理规律的方法。比如安培环流假说，卢瑟福类比太阳---行星模型，提出原子核结构学说等。
三、在探究性实验中训练学生科学方法
物理学是一门实验科学，探究实验是训练科学方法教育的有效策略。一个完整的实验，包括提出问题、设计操作、数据分析和理论解释四个阶段。在整个过程中蕴含着丰富的科学方法，如比较、分类、分析、综合、推理、归纳、演译，等等。教学中要注重把教材上的演示实验变为学生的探索实验，引导学生通过亲身实践去领会科学家们研究问题的科学方法，并内化为自己的思维和行为方式，培养他们用科学方法主动探求新知识、研究新问题的习惯和能力。使学生学习掌握观察法、控制变量法、补偿法、放大法、模拟法、留迹法等物理实验的方法。
四、在练习中强化科学方法
练习教学中进行科学方法教育，主要是进行思维方法的训练，提高学生分析和解决问题的能力。教师要站在科学方法论的高度，认真研究题型、分析归类、精选典型例题。对学生进行逻辑思维与非逻辑思维、集中思维与发散思维、正向思维与逆向思维、局部思维与整体思维、类比思维与联想思维等专项训练。使学生学习掌握整体与隔离法、类比法、近似估算法、守恒法等规律应用的方法。
五、在章节单元小结中总结科学方法
复习课的目的是总结知识结构，使学生所学知识系统化。由于物理概念和规律的建立、发展和应用过程中以及各知识点相互联系的地方往往蕴含着丰富的科学方法。所以通过复习，一方面引导学生总结知识结构，一方面可以系统地总结一个单元或一部分内容中所涉及的重要科学方法，并通过举例说明科学方法应用的条件、有效性和局限性，使学生进一步完善科学方法。例如数学方法在“直线运动”一章有突出的运用。教师在本章学完后的知识复习中可对数学方法作系统总结，数学方法在物理学中的运用主要体现在三个方面：用比值定义物理量、表达规律的形式化语言、运用图象探究和描述物理现象与规律。
#陈骅平# 如何在物理教育中培养学生的科学素养 -
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(17876564047)： 导入是上好一堂课的前提,导入的目的在于能激发学生兴趣,引起学习动机;明确学习目的,集中注意力;充分调动学生的学习积极性和主动性.引入得当,引到学生的心坎上,引在教材的要点处,才能使学生进入一个良好的学习境界,为取得...
#陈骅平# 学习物理学史有什么意义?在教学上该如何上会比较好? -
(17876564047)： 让你知道每个物理符号和单位的来源和意义.至于课堂上该如何上,我的经历就是,要了解,遇到选修的话,会填就行了.最要紧的是能记住.学物理,我总结出来的就是一句话,“理解记忆”题目不要做多,但是做过的题目要真正地弄懂.以后做题目才会手到擎来.就这么简单----
#陈骅平# 翻译成英语新课程改革赋予物理学史很多教育功能,随着新课改的进行和
(17876564047)： New course innovation will endow plenty educational function for history of physics. By the new course innovation goes along, more and more physics teacher will use the ...
#陈骅平# 如何上好高中物理第一课? -
(17876564047)： 第一课培养学生的兴趣很重要....我的建议:1、物理小实验,比如电磁方面的,比较神秘,学生会好奇;2、介绍一些物理学史中有趣的小段子,别讲牛顿的苹果这些学生早就知道的,让学生觉得物理并不是一门枯燥的学科...
#陈骅平# 物理学史有什么作用 -
(17876564047)： 了解物理学的进程.其实这也是人类科技发展的进程及思维的进程! 思维很得重要,从历史我们就可以知道前人的想法,物理研究方法的进步. 物理学史是一门非常值得学习的学科!
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(17876564047)： 物理难学,物理不好学,大部分没有学好物理的学生都这么认为,这对刚刚接触这门课的初中生来说无疑是一种无形的压力.其实物理并不难学.要想使学生学好物理,最重要的是培养学生的学习物理的兴趣.激发和培养学生的学习兴趣不仅是...
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(17876564047)： 在物理教学中,教师在完成传授知识的同时,如果有意识、有目的的进行科学方法教育和指导,有利于促进学生智能的发展,培养科学的态度,以及探索物理奥秘的精神.我个人认为在初中物理教学中加强科学方法教育,应从以下方面进行:一....
