對高中物理教科書整合物理學史內(nèi)容的探討

1、對高中物理教科書整合物理學史內(nèi)容的探討翁鋼志 趙順法近年來，國際科學教育界大力提倡進行“科學的歷史、哲學和科學教育”，以提高學生的科學素養(yǎng)美國國家科學教育標準指出：許多個人對科學傳統(tǒng)做出了貢獻，學習其中的某些典范人物可以進一步理解科學探究，理解作為人類奮斗目標的科學，理解科學的本質(zhì)及科學與社會之間的關系跟隨科學史的足跡可以發(fā)現(xiàn)，科學創(chuàng)新要打破當時被普遍接受的觀念，得出我們今天認為理所當然的結論是多么困難科學解釋的歷史觀點說明，科學知識如何隨時間的推移發(fā)生變化，而且?guī)缀跏冀K建立在先前知識的基礎上學習科學史不僅是對科學思想本身的學習，也是使學生了解科學本質(zhì)、培養(yǎng)科學精神的一個重要途徑當前我國基礎教

2、育課程改革的指導思想是“大眾教育”，即強調(diào)科學為人人高中物理課程標準明確提出，高中物理的課程目標是旨在提高全體學生的科學素養(yǎng)，從知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀三個方面培養(yǎng)學生，要做到四能：一能理解科學，即科學的本質(zhì)和科學的價值等；二能了解科學發(fā)展的歷史；三能理解科學與社會的關系，即注重科學與社會、科學與人文、科學與技術等教學內(nèi)容；四能解釋或解決問題 t 可見，重視科學課程中的科學史教育已是國內(nèi)外大勢所趨，它是中學科學教學改革的有效手段之一，如何做好這樣的教育是迫切需要研究的本文就高中物理新課程教科書中如何有效整合物理學史內(nèi)容展開了探討和研究一、物理教科書整合物理學史內(nèi)容的原則物理學史

3、教育的意義不在于簡單地介紹歷史知識，而在于培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)與人文素養(yǎng)物理學史進入物理教科書面臨的首要問題是內(nèi)容的選擇，并非所有與課程內(nèi)容相關的物理學史都有必要進入教科書教科書的容量終歸有限，而科學史的內(nèi)容紛繁復雜，如何在物理教科書有限的空間內(nèi)挖掘出科學史豐富的內(nèi)涵呢 ?既要針對教材中的不同內(nèi)容選取與其相關聯(lián)的物理學史內(nèi)容，又要考慮能夠為學生所接受和具有促進學生深入理解物理學的作用在保持真實性的前提下需要由物理學史的史學形態(tài)向教育形態(tài)轉(zhuǎn)化，使其融入教科書并能夠為學生所接受我們認為，物理學史走進物理教科書要注意以下幾條原則：1目的性和適應性物理學史引進物理教科書，必須要明確教學目的需要考慮為什么

4、要引進，在哪些環(huán)節(jié)上引進，要體現(xiàn)哪些方面的價值，怎樣才能與教科書內(nèi)容有機結合等等，對科學史的內(nèi)容要去粗取精，做到：符合學生的認識水平和接受能力； 選取的內(nèi)容應該具有較高的教育價值，能給學生以多方面的啟迪，避免為教 史而教史；削枝強干，使教科書中的科學史線條單一、脈絡清晰.2教育性和真實性物理學史走進新課程有利于實現(xiàn)培養(yǎng)學生“科學素養(yǎng)”和“人文素養(yǎng)”的雙重功能，其教育價值體現(xiàn)為不同側面的功能強化，需要結合教科書內(nèi)容，有目的地突出其中一些側面，但不能為教育而無端拔高或貶低歷史，引進教材中的物理學史料必須是客觀的、真實的，不可違背史實尊重歷史的真實性，需要重視科學發(fā)現(xiàn)的背景，要把科學放在導致它們產(chǎn)生

5、的那個背景中來學習科學固然注重創(chuàng)新，但繼承是根基，牛頓曾經(jīng)說過，他之所以比別人看得遠，是因為站在巨人的肩上另外，要尊重歷史的真實性，教科書就不能滿足于僅僅介紹正面的成功事例在科學的征途中，激動人心的時刻相比漫長的發(fā)展史畢竟是短暫的一瞬失敗的研究在科學發(fā)展史上自有其意義，這與“成則王、敗則寇”的價值觀大相徑庭還科學發(fā)展以本來面目，克服世風浮躁對教育的負面影響，有助于學生腳踏實地地學習3針對性和實效性要針對物理課程分支或內(nèi)容中的物理概念的形成、物理原理的推出和物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)等過程，精心選擇與其關聯(lián)的物理史料，進行形態(tài)轉(zhuǎn)化，使其融人課程內(nèi)容，進而有效地促進學生更好地理解物理，提高教學效益4靈活性和多

6、樣性進入教材的物理學史，可以放在課程或章節(jié)的開頭，介紹課程分支或重要內(nèi)容的發(fā)展歷史，可以融入具體知識的過程展示、思維方式的借鑒、科學方法的對比等，也可以介紹物理學家所處時代背景、插人物理學家肖像等，還可以設置物理學史閱讀和探索欄目，圖文并茂，增加教科書的親和力，促進學生更好地理解和學習科學5以小見大和自成體系教科書編寫者應通過有限的篇幅和精選的事例，通過學生的參與，折射出科學的全景例如，人教版高中新教材就把“伽利略對自由落體運動的研究”作為單獨的一節(jié)教科書中采用資料分析的方式，呈現(xiàn)了這一發(fā)現(xiàn)的科學背景及大致歷程，突出展示了伽利略的科學研究過程，然后再引導學生從科學方法、科學哲學、科學精神及實驗

7、技術等角度思考問題這樣編寫，使學生能夠從一個典型的科學史實出發(fā)，通過對前人探究過程和探究方法的分析，從科學前輩那里汲取營養(yǎng)，用以提高自身的科學素養(yǎng)與人文素養(yǎng)以上主要論述了高中物理教科書中整合物理學史的原則，雖然教科書中物理學史的整合不易，但我們更應看到不易之后所具有的深遠意義“問渠哪得清如許，為有源頭活水來”，讓我們挖掘物理學史蘊藏的寶藏，追尋物理學教育的源頭活水二、物理教科書引入物理學史內(nèi)容的類型教科書選取的物理史料，不純粹是介紹物理學史，主要從培養(yǎng)人才、提高素養(yǎng)這一角度來考慮的與以前相比，新課程教科書所引用的物理學史資料明顯增多了我們也發(fā)現(xiàn)國外許多優(yōu)秀的物理教科書所引用的物理學史資料確實很

8、豐富，但它的成功不是數(shù)量和篇幅有的教科書機械地引用不少與學科內(nèi)容聯(lián)系甚少的史料，盲目地堆砌史料，篇幅占據(jù)不少，反而使人有臃腫之感，這也是我們所反對的我們研究發(fā)現(xiàn)，優(yōu)秀教科書的成功之處在于它有目的地、適當?shù)剡x材，使之與物理學科的內(nèi)容有機地融為一體；它應該對物理學發(fā)展的邏輯和教科書的系統(tǒng)性之間的關系作認真而系統(tǒng)的研究，在一個比較明確的指導思想下組織教材的編寫，切實地把學習放到物理學發(fā)展的歷史長河中來介紹和展現(xiàn)；教科書中提到的歷史信息，有人物、有事實、有分析，既要引人人勝，能激發(fā)讀者的強烈求知欲和濃厚的知識興趣，又要嚴肅確切，能使讀者明了物理學發(fā)展的規(guī)律及物理現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)的方法我們分析了一些國內(nèi)外物理教

9、科書中引述的物理學史資料，發(fā)現(xiàn)大致有以下幾種類型的學史資料進入教材1科學家語錄人教版高中物理新課程教科書，在引言及每章內(nèi)容的開頭，均引用一條學者或科學家的語錄，例如在必修1 中，引言部分引用了莊子的話“判天地之美，析萬物之理”，概括了物理學的研究特征；在第一章“運動的描述”開頭則引用了亞里士多德的話“不了解運動，就不了解自然”，不但揭示了本章的內(nèi)容及其重要性，而且也說明了近代物理學的產(chǎn)生和發(fā)展是從對運動現(xiàn)象的研究開始的教材中也恰當融入了科學家的名言妙語，例如在講述萬有引力定律時，恰當融入牛頓的名言和科學家對牛頓的評價等用簡單的一兩句話，勾勒出即將學習的物理知識、方法及其科學家的科學思想和科學精

10、神，向讀者作了極濃縮的介紹，不僅是知識和方法的傳遞，更是心靈的喚醒，回味無窮2物理原理及定律的發(fā)現(xiàn)過程新課程教科書往往在引入歷史的敘述中介紹原理、定律，把本來比較抽象的內(nèi)容，講述得繪聲繪色例如，在人教版物理新教材必修1 第七章“萬有引力和航天”中，專辟“行星的運動”和“行星和太陽的引力”兩節(jié)，并在第一節(jié)課后插入材料“人類對行星運動規(guī)律的認識”，共約占 7 個版面， 5 000 多字，比較詳細地介紹了開普勒的工作以及牛頓得出萬有引力定律的過程，在第三節(jié)才正式提出萬有引力定律作者將萬有引力發(fā)現(xiàn)過程做了歷史性的概括，并把它寫入書本，目的是解決“我們是如何知道我們所知道的東西的”這個問題，它常常教給我

11、們許多不亞于最終答案所教給我們的東西3物理原理、定律發(fā)現(xiàn)的方法通過一些歷史上著名的論證、實驗等，介紹一些科學研究方法例如，在人教版物理新教材必修1 第二章第五節(jié)“伽利略對自由落體運動的研究”，介紹伽利略的科學方法，系統(tǒng)地闡述了伽利略從“邏輯的推理”、到“猜想與假說”、再到“實驗驗證”的科學實驗方法我們認為，教科書在這方面的引入還可以加強，既可以系統(tǒng)地展現(xiàn)某些重要的科學方法，也可以潛移默化地介紹其他一些科學方法例如介紹慣性時，可以專門闡述一下伽利略通過對“從一條正在航行的船的桅桿頂上落下的一石塊總是落在桅桿腳下”的分析，認為在船上無法判定船是否在動類比之下，地球上“一個落體的豎直路徑”也不足以判

12、定地球是靜止不動的論斷這個例子很精彩，它給出了一個類比的論證方法科學方法的介紹應該自然地融人到教科書的內(nèi)容中，做到深淺結合、詳略得當4闡述某些發(fā)現(xiàn)在歷史中的地位對教科書中的一些發(fā)現(xiàn)、發(fā)明在歷史中的地位作一定的介紹，不就事論事，而是與它的科學價值聯(lián)系起來例如，愛因斯坦對伽利略創(chuàng)立的科學研究方法的評述：“伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所用的科學推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標志著物理學的真正開端”；楊振寧對自然哲學的數(shù)學原理的出版的評述：“如果一定要舉出某個人、某一天作為近代科學誕生的標志，我選牛頓自然哲學的數(shù)學原理在1687 年出版的那一天”等闡明這些科學發(fā)現(xiàn)帶來的社會發(fā)展和技術進步對人類發(fā)展

13、的影響，引導學生從中汲取多方面的教益5佯謬的介紹有意識地介紹一些歷史上的佯謬借以幫助學生擴大眼界、去偽存真?zhèn)€別例子還可以向?qū)W生灌輸外推的方法例如在伽利略對自由落體運動的研究中介紹“重物和輕物下落快慢”的佯謬；在量子論的“測不準原理”中，可以介紹一則古希臘著名哲學家茲諾的佯謬：茲諾面對著“一個物體可以既在某一點又在走過那點”的概念，發(fā)生了很大的困惑，竟斷言“如果一個物體在運動，那就不能說它在任何地方”將這一點與測不準原理聯(lián)系起來，認為上述概念可以從完全不同的基點上來看，即“我們沒有能力去把一個運動的位置和速度都測得任意精確”這種分析既精彩又深奧，確實可以使學生的思想豁然開朗，并由此引起極大的科學

14、興趣6對基本物理定律或理論體系的評述引證一些專家對物理學的某一定律、某一課題甚至理論體系的評述，特別是對一些具有里程碑式的重大物理學發(fā)現(xiàn)、發(fā)明及成果的評價，以啟發(fā)學生從更高的角度把握這些定律、原理的內(nèi)在邏輯性，或理論體系的系統(tǒng)性例如，在學習能量守恒定律時，教科書可引入對其歷史地位的評述：“能量的轉(zhuǎn)化與守恒定律揭示了自然科學各個分支之間驚人的普遍聯(lián)系，是自然科學內(nèi)在統(tǒng)一性的第一個偉大的證據(jù)，找到了各種現(xiàn)象的一種公共量度能量它是 19 世紀中葉物理學上最重要的發(fā)現(xiàn)，是自伽利略和牛頓之后朝向科學的統(tǒng)一邁進的很重要的一步，并成為全部自然科學的基石，成為檢驗一個理論是否正確的基本準繩之一，成為辯證自然觀

15、的自然科學基礎”評述不但可以在各章的開頭引入，也可以在各節(jié)的開頭、正文或旁批旁注中引入7科學家的生平教科書除了引入科學家的科學發(fā)現(xiàn)之外，還應該以各種形式適當介紹一些重要科學家的生平、工作經(jīng)歷及其遭遇、科學思想和重要貢獻等等，使學生正確了解科學家的形象，領悟科學家的科學精神，也增加了教材的可讀性8各物理學派、假說間的爭議，展現(xiàn)歷史上一些學派、假說問的爭議，例如，對運動和力的關系的認識過程；對熱本質(zhì)和光的本性的認識過程；對原子和原子核的探索等等通過展現(xiàn)人類認識進程中的歷史爭論，使學生感受到科學是一個開放的、不斷發(fā)展的系統(tǒng)， 是一個永遠不會完結的過程9我國科學技術與物理文化適當引入我國古代和現(xiàn)代的科

16、學技術發(fā)展例如我國古代科學家在磁學和光學方面的貢獻，我國現(xiàn)代航天技術的發(fā)展歷程，楊振寧、李政道、丁肇中等著名學者在物理學發(fā)展中的貢獻使學生們認識到，我們中華民族同樣可以立足于世界科學之林，增進學生的民族使命感和責任感，培養(yǎng)學生的事業(yè)心和愛國主義情懷此外，應教育我們的學生，立足于國內(nèi)，為社會主義祖國辛勤工作，所以有必要在教材中多宣傳我國一些在物理學史有一定貢獻的科學家特別是那些長期為社會主義祖國的科學事業(yè)奮斗的物理學中的人物和事例另外，我們還可以將“相關的趣味性或幽默故事”、“科學家像、圖表和原始數(shù)據(jù)”等史實材料融人教科書從上述所概括的各類歷史資料，大體上可以看出，教科書引入物理學史時應該有一種

17、指導思想，即通過物理學史的引述，給學生一個比較完整的物理學發(fā)展的線索，樹立歷史上著名人物、著名事件的形象或典范，不僅使學生了解科學知識本身，而且使學生了解這些科學知識是如何得來的，從而為使學生具備獲得新的科學知識的能力、提供一條可行的路徑，實現(xiàn)全面提高學生的科學和人文素養(yǎng)我國物理教材還要進一步提高質(zhì)量，結合我國物理教學的實際情況，科學地選擇物理學史料，有目的地收集到教科書中，使之成為內(nèi)容比較充實、引人人勝的、有利于能力培養(yǎng)的教科書，是一個重要的途徑三、物理學史進入物理教科書的基本方式在以前的物理教科書中，物理學史要么作為正文引入，要么作為課后的閱讀材料隨著基礎教育改革的深入和課程標準的提出，物

18、理教科書中物理學史內(nèi)容所占的比例不斷增加，明顯突出了物理學史在教科書中的地位新教科書內(nèi)容的呈現(xiàn)方式大大增多，不同教科書有不同模塊的多種欄目設置，使引入物理學史的方式也明顯增多，主要有以下幾種基本方式：1作為新知識的背景材料如問題的提出、解決與發(fā)展；概念的形成與發(fā)展；重大科學事實的發(fā)現(xiàn)；重要科學規(guī)律、原理、方法的建立、應用與發(fā)展；理論體系的建立；新的分支學科的誕生等主要出現(xiàn)在教材正文的介紹中2作為課后閱讀材料不同版本的教科書都以這種方式引入的物理學史內(nèi)容居多，不同版本的教科書設置的欄目名稱有所不同，一般出現(xiàn)在該節(jié)的最后例如，人教版新教材設置的欄目有“科學足跡”、“ST6等；“司南”版教材設置的欄目有“科學人物”、“專題研討”等3作為擴展性資料插入該方式一般以欄目的形式插入到教科書的上下文之間，作為拓展性的資料引