學科教育論文-物理學史與中學生的科學素質(zhì).doc

學科教育論文-物理學史與中學生的科學素質(zhì)摘要要想在21世紀興旺發(fā)達，就必須有目的地通過科學教育來造就一大批具有科學素質(zhì)的高級人才。本文試圖通過物理學史對中學生進行科學素質(zhì)教育，并對此作了初步探討。關(guān)鍵詞物理學史中學生科學素質(zhì)隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展，科學理論和實踐成果及思維方式都有著革命性的進展。對人的科學觀和方法論產(chǎn)生了重大影響。要想在21世紀興旺發(fā)達，就必須有目的地通過科學教育來造就一大批具有科學素質(zhì)的高級人才。本文試圖通過物理學史對中學生進行科學素質(zhì)教育，并在此方面作些初步探討。一、對中學生進行科學素質(zhì)教育的必要性科學素質(zhì)，主要是指人們在認識自然和應用科學知識的過程中表現(xiàn)出來的內(nèi)在特性。它的內(nèi)涵和外延非常深刻而廣泛，包括政治的、倫理的、道德的以及科學本身等方面。單就科學本身而論，科學素質(zhì)包括科學思想、科學方法、科學精神、科學態(tài)度、科學意識等。幾十年來，我國高等學校實施的科學教育模式造成科學素質(zhì)發(fā)展的畸形。1992年中國科協(xié)對我國公眾的科學素質(zhì)所做的調(diào)查表明，我國公民掌握科學知2.3%的1/3。這個令人驚心的比例說明加強對中學生科學素質(zhì)教育的緊迫性。二、物理學史中科學素質(zhì)教育的內(nèi)容1.科學精神科學精神包含創(chuàng)新精神、懷疑精神、批判精神和獻身科學的犧牲精神，科學精神的精髓是創(chuàng)新，創(chuàng)新又首先體現(xiàn)在觀念、思想的創(chuàng)新。針對經(jīng)典物理學能量是連續(xù)變化的觀點，為了解釋光電效應、黑體輻射等實驗現(xiàn)象，普郎克提出了能量子的概念，并給出公式E=hv，為量子理論的建立做出了開創(chuàng)性的貢獻。愛因斯坦在繼承的基礎(chǔ)上又創(chuàng)造了“光量子”的概念，提出了光電效應的方程w+(1/2)mv2，并成功地解釋了光電效應，從而獲得了1921年的諾貝爾物理學獎。玻爾則站在兩位巨人的肩上，提出了氫原子核外電子軌道量子化和能量量子化，成功地解釋了氫原子光譜。科學家創(chuàng)新常常帶有濃厚的非理性、非邏輯的反常思維色彩。物理學發(fā)展史上的大量事實，都可以揭示出科學創(chuàng)新的這一本質(zhì)。例如安培提出分子電流假設(shè)時，人們還根據(jù)不了解分子的電結(jié)構(gòu)。泡利提出“中微子”假設(shè)時，他自己就把它稱為“孤注一擲的措施”，而且打比方說“只有押了賭注，才能談到贏”，這些重要的發(fā)現(xiàn)并不是經(jīng)驗事實的邏輯結(jié)果，它們帶有革命性創(chuàng)新。懷疑精神的具體表現(xiàn)，就是敢于和善于提出科學問題。物理學中幾乎每一個重大發(fā)現(xiàn)都表明：創(chuàng)造性思維活動起始于對困難或問題的認識，是圍繞解決問題而展開的。善于提出問題，總是從對事物、現(xiàn)象或已有理論的懷疑開始的。在人類認識史上提出一個新異而又深刻的問題，必然會導致一個重大的突破，將標志著科學的真正進步。物理學的許多成功發(fā)現(xiàn)都始于懷疑。如自由落體規(guī)律的發(fā)現(xiàn)則源于伽利略用重物落得快的觀點進行分析，得出一輕一重的兩球聯(lián)成一體后下落時，在落速上存在邏輯矛盾。通過物理學史的學習，使中學生知道懷疑精神的可貴。因此，要在自己學習過程中習慣于對現(xiàn)有理論提出質(zhì)疑。例如：從斜拋公式可推出斜射角45度時射程最遠，但認真觀察用橡皮管澆草地的情況，可能并非如此?？茖W精神也包含著批判精神，在應試教育下，為了便于組織教學和對付考試，知識的考察和學習往往以絕對化、標準化的形式出現(xiàn)。久而久之，學生思想日益僵化，唯書、唯師，只會接受，不會否定，只會繼承，不會創(chuàng)新，迷信權(quán)威缺乏批判精神。通過物理學史的介紹，可以潛移默化的培養(yǎng)學生的批判精神。例如，1897年電子的發(fā)現(xiàn)，就是湯姆生對前人原子不可分的批判、否定的結(jié)果。而實際上，早在1890年，英國的舒斯特就已經(jīng)測出陰極離子的荷質(zhì)比(m/e)在氫離子的荷質(zhì)比的千分之一以下，這與湯姆生測得的結(jié)果基本一致，但他深信原子不可分割，不敢相信自己的結(jié)果，從而錯過了科學發(fā)現(xiàn)的機會。2.科學態(tài)度科學態(tài)度指人們正確對待客觀事物和從事實踐活動的穩(wěn)定的行為傾向。包含實事求是，客觀公正；獨立思考，追求新知；謙虛謹慎，善于合作；關(guān)心社會，關(guān)心環(huán)境。實事求是，客觀公正：盧瑟福在用粒子從氮14中打出質(zhì)子之后，為了證實這結(jié)果，英國物理學家布拉愷特在充滿氮的云室里重復了這個實驗，拍攝了兩萬多張云室照片。他又從四十多萬條粒子徑跡的照片中尋找到了產(chǎn)生了分叉的八萬條徑跡，再對徑跡分叉情況進行分析，方才確證了盧瑟福實驗的正確性。1957年泡利和海森堡合作，試圖完成從對稱性原理出發(fā)解決物理學所有問題，并很快取得了不少成果。次年他在美國做報告時發(fā)現(xiàn)這個新理論存在很大問題，于是他很快寫信給海森堡，表示他不相信這個理論。后來，當海森堡仍堅持并宣傳這個理論時，泡利當即反對。他這種堅持真理，實事求是，勇于否定自己的態(tài)度正是所有科學家成功之所在。獨立思考，追求新知。物理學史上大量事實表明，不迷信傳統(tǒng)理論和觀念，不迷信權(quán)威和書本，是科學創(chuàng)造的思想前提。在科學本身的矛盾已經(jīng)顯現(xiàn)出來時，誰能首先同束縛科學發(fā)展的傳統(tǒng)觀念決裂，勇于提出新思想、新見解，誰就可能搶先占領(lǐng)科學發(fā)展的前沿陣地，做出突破性的發(fā)展。眾所周知，在愛因斯坦之前，洛侖茲和彭加勒已經(jīng)走到相對論的大門口，只是未能擺脫絕對時空觀的束縛，最終沒有邁入相對論的門檻。正是由于愛因斯坦獨立思考、追求新知，拋開了“絕對靜止”和“靜止以太”的觀點，并深刻的審察了“同時性”概念的物理學根據(jù)。于1905年將他的不朽之作論動體的電動力學一文公諸于世，從此產(chǎn)生了人類最寶貴的精神產(chǎn)品狹義相對論。從而引起了人類時空觀的巨大變革。謙虛謹慎，善于合作。在如今的“大科學”時代，任何一項科學技術(shù)的進展都不是全部由一個人的努力所能完成的，它常常是一個科研集體或幾個科研群體協(xié)作所完成的。因此在科研中處理好協(xié)作關(guān)系，調(diào)動各方面科技人員的積極性成為跨世紀人才必須具備的基本素養(yǎng)。以能量守恒原理的發(fā)展為例，能量守恒原理的發(fā)展曾有幾個國家的十幾名科學工作者做出了貢獻：英國的焦耳、德國的邁爾和亥姆霍茲的貢獻最為突出，他們的成績往往體現(xiàn)著廣大科技工作者的集體智慧和血汗。正像英國物理學家盧瑟福所說的：“科學家不是依賴于個人的思想，而是綜合了幾個人的智慧，所有人想一個問題，并且每人做他的部分工作，添加到正在