談物理學史與物理教學-精選教育文檔

談物理學史與物理教學科學史與科學教育有機結(jié)合 ,已越來越多的被科學教育者所重視。在物理教育中樹立歷史的觀點 ,發(fā)揮物理學史的教育功能更是物理教育工作者一直關注的課題。 著名的物理學家朗之萬就曾明確提出:“在科學教學中 ,加入歷史的觀點是有百利而無一弊的”。物理學史教學的方式多種多樣 ,可在課內(nèi)進行,也可以講座的形式進行,還可以介紹物理學家傳記等史料。針對物理的課程結(jié)構,物理學史教學的主渠道應是課堂教學。應遵循有機結(jié)合,適當滲透原則,要以有利于學生興趣的激發(fā)、知識的理解、方法的掌握、觀念的熏陶、科學精神的養(yǎng)成為原則。近些年來 ,許多物理教育工作者總結(jié)了不少可貴的教學實踐經(jīng)驗。而今,如何使物理教學適應素質(zhì)教育的要求,如何真正發(fā)揮物理學史在物理教學中的教育功能仍是一個重要的突破口,值得我們更加廣泛深入地研究。一、滲透物理學史有利于突出物理知識產(chǎn)生的過程物理教學是一種特殊的認識活動。為了突出這種認識活動的特點,讓學生了解物理知識的產(chǎn)生背景和過程理所當然便成為物理教學的重要任務之一。很多物理課程的教學中 ,需要物理學史才能完成這一任務。如在進行大氣壓強教學時 ,可以講述著名的“馬德堡半球”試驗?？梢韵葟墓糯茖W家們關于真空的種種爭論開始,再介紹這種爭論波及到法國、 德國,當時德國的馬德堡市市長格里克花了大量的資金和時間從事獲得真空的實驗,經(jīng)過多次失敗之后,最后用了一個又大又堅固的中空金屬球終于獲得成功。在1654年,格里克又做了兩個直徑為30多厘米中空半球,扣在一起然后抽空,大氣把兩個半球緊壓在一起,用16匹馬才把它拉開。這樣講授,學生不但思想活躍,而且了解了人們認識大氣壓強存在這一過程,能更進一步具體理解大氣壓強的性質(zhì)及其種種測量方法。物理知識的創(chuàng)建過程是一個完整的系統(tǒng)整體。所以,教材的編排處理應從系統(tǒng)整體出發(fā)。例如,力學內(nèi)容教學應以“力”的概念為主線,滲透物理學史,充分講述“力”的概念形成過程。從伽利略對亞里士多德“力是維持物體運動的原因”的否定,到得出牛頓第一定律,“力是物體對物體的作用”。從笛卡爾學派和萊布尼茨學派關于物體“運動的力”的爭論,到牛頓在《自然哲學的數(shù)學原理》中明確提出動量的概念,并得出牛頓第二定律。從達蘭貝爾關于“活力”和“死力”兩種量度同樣有效性,到《運動的量度――功》一文中揭示了兩種量度的本質(zhì)區(qū)別。人們才清楚了力、動量、能量三個概念的本質(zhì)含義。這樣,學生如同親自參與了知識體系的創(chuàng)建過程,有利于知識的理解和掌握。二、滲透物理學史有利于突出物理學思想方法愛因斯坦曾經(jīng)說過:“學校始終應當把發(fā)展獨立思考和獨立創(chuàng)造的一般能力放在首位?！痹谖锢斫虒W中,不僅要使學生學習系統(tǒng)的物理學基礎知識,還應該讓學生掌握物理學的重要思想方法。這不僅關系到物理教學任務的完成 ,也關系到社會所需的合格人才的培養(yǎng)。物理教學的核心應是培養(yǎng)學生的科學思維能力 ,科學思維能力的形成有賴于科學方法的教育。因此,應不失時機地滲透物理學史內(nèi)容,充分展示知識背后的科學方法,啟發(fā)學生思考,發(fā)展學生思維能力,以促進學生智能的全面發(fā)展。例如,從力的合成到串聯(lián)電路總電阻的等效思想、伽利略的理想實驗方法、研究氣體三大試驗定律的控制變量實驗法、從重力勢能到分子勢能再到電勢能的類比方法等。還可以介紹物理學家理論建立的歷程,再現(xiàn)他們嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、嚴密的思維方法,從而啟發(fā)學生從中受到教益,發(fā)展自己的推理能力和想象能力。如,介紹玻爾是怎樣在已有的光譜試驗的事實和規(guī)律以及已知的原子核式模型和能量子理論的基礎上建立起氫原子的模型的。1911年盧瑟福建立了原子的核式模型,當時還很年輕的玻爾來到了盧瑟福實驗室。1912年秋,玻爾回到了哥本哈根,從原子的穩(wěn)定性和經(jīng)典電磁理論的矛盾出發(fā),一開始就放棄在原子領域運用經(jīng)典的電磁理論,而以光的量子學說做為探索的門徑。玻爾通過推理想象提出了關于氫原子模型的兩條假設。在說明了兩條假設的內(nèi)容后 ,又介紹他按照電子繞核轉(zhuǎn)動的模型所得出的結(jié)論,并與光譜公式比較,為了說明電子在確定軌道運轉(zhuǎn)時能量穩(wěn)定和在躍遷時輻射的能量差同光譜規(guī)律相符,提出另一假說,即電子在定態(tài)軌道上運動時應滿足的量子化條件,由這一條件算出電子定態(tài)能量和里德伯常數(shù)與實驗測值完全一致,光譜發(fā)生的機理第一次得到說明。三、滲透物理學史有利于新課的引入課堂教學中好的開頭能緊緊抓住學生的注意力,激發(fā)起學生的求知欲,是優(yōu)質(zhì)課堂教學效果的重要保證。然而,課能否開一個好頭,關鍵是課程的引入方式。那么,在結(jié)合教學內(nèi)容的特點和教學要求下,恰當?shù)貪B透物理學史料,則能獲得良好的課堂效果。如在浮力定律的教過程中,可先在開頭向?qū)W生介紹古希臘國王希洛要求阿基米德鑒別王冠里的純金有無摻假的故事來引入新課。通過這個故事的介紹,使學生的學習熱情增加,啟發(fā)學生很快進入浮力定律教學的最佳狀態(tài),為順利完成本課程的教學任務(下轉(zhuǎn)127頁)(上接125頁)打下堅實的基礎。四、滲透物理學史有利于培養(yǎng)學生的科學精神物理學發(fā)展史是一部科學家們奮斗求索的歷史,沒有平坦的大路可走,只有崎嶇的小路可以攀登。著名的華裔物理學家楊振寧曾經(jīng)講過:直覺、堅持、力量,意思是說:“要有科學的直覺意識去創(chuàng)造、用堅持不懈的努力去奮斗、以扎實的知識力量克服困難”。法拉第用10年時間,經(jīng)歷了無數(shù)次試驗失敗才找到了電磁感應現(xiàn)象。焦耳用了40年時間做了400多次試驗,才確定了“熱功當量”。甚至許多科學家為了真理而獻身,這樣的動人事跡在物理學史料中更是不勝枚舉。如,伽利略為宣傳哥白尼學說而被教會監(jiān)禁終生;布魯諾為捍衛(wèi)日心說而被教皇燒死;居里夫人為研究放射性作出巨大的犧牲;牛頓對物理學研究的如癡如醉;愛因斯坦富有批判和懷疑精神 ;吳健雄對實驗精益求精 ,以至于科學界人士從不懷疑她實驗數(shù)據(jù)的準確性。通過這些史料,有利于培養(yǎng)學生為求真理不畏艱難、不怕權威、勇攀高峰的高尚品質(zhì)。五、滲透物理學史有利于展示物理學美在物理教學中,運用物理學史料,可以使學生從物理學發(fā)展史料中學習巧妙的實驗構想和設計、簡潔的物理公式和精致的物理思想方法,可以使學生在學會從物質(zhì)組成和運動的繁雜、混亂的秩序中整理出統(tǒng)一、簡潔的秩序和規(guī)律的同時,培養(yǎng)學生正確的審美觀和鑒賞美、創(chuàng)造美的能力,學會從零散、無序的藝術哲學之中整理出令人神怡的秩序和規(guī)律,從而受到美的熏陶、獲得美的教育。物質(zhì)世界的真與美從來是統(tǒng)一的,物理學家往往借助美學原則認識真理,整個物理學發(fā)展史體現(xiàn)出物理學家追求簡單性、對稱性及和諧性三方面而揭示物理學美的特質(zhì)。從天體到基本粒子,物質(zhì)運動紛繁復雜,但物理學家巧妙地從復雜的真實物質(zhì)世界中把研究對象一一分割,抽象出最簡單的物理模型,如質(zhì)點、理想彈簧振子、理想單擺、理想氣體、點電荷、電力線、光線、薄透鏡,等等。以這些優(yōu)美的理想模型概括出物質(zhì)運動的基本規(guī)律,變復雜為簡單,既簡潔又合理,給人們帶來研究物質(zhì)世界美的享受。此外,物理學家始終認為物理規(guī)律