物理學史在物理教學中的應用

1、    物理學史在物理教學中的應用    曹 娟摘要: 本文結(jié)合結(jié)合物理教學實際,利用相關物理學史知識,來提高學生的學習興趣、發(fā)展獨立思考的能力、全面理解物理規(guī)律、學習物理學家的科學思想和方法等,發(fā)掘物理學史素質(zhì)教育價值的潛能。關鍵詞: 物理學史物理教學教育功能物理學史體現(xiàn)了人類探索和逐步認識世界的現(xiàn)象、結(jié)構、特性、規(guī)律和本質(zhì)的歷程。人類對物理知識的認識發(fā)展歷程,比起教科書上知識編排的邏輯體系有著更多的矛盾,更為豐富多彩、復雜曲折,因而包含著豐富的教育功能。物理學史的課程資源可以幫助學生理解和掌握物理學知識、發(fā)展獨立思考的能力、學習科學方法、進行科學思維

2、的訓練等,有助于學生的學習。1.提高學生的學習興趣著名物理學家愛因斯坦說過:“興趣是打開科學大門的導師?！睂W生只有對學習產(chǎn)生了濃厚的興趣,才能產(chǎn)生學習熱情和內(nèi)在動機。但很多學生覺得物理含有太多的枯燥公式,并且公式的應用很難掌握,因此課堂氣氛沉悶,學生失去了學習的興趣。物理學史中有很多真實的故事、趣聞和材料可以用來作為培養(yǎng)學生學習興趣的素材。教師在教學中結(jié)合所學內(nèi)容恰當?shù)匾脒@些材料,可以拓寬學生的視野、擴大學生的知識面、活躍課堂氣氛、提高學生學習的興趣。2.發(fā)展獨立思考的能力愛因斯坦認為:“如果一個人掌握了他的學科的基礎理論,并且學會了獨立思考和工作,他必定會找到他自己的道路,而且比起那種主要

3、以獲得細節(jié)知識為其培訓內(nèi)容的人來,他一定會更快地適應進步和變化?！豹毩⑺伎己酮毩⑴袛嗟囊话隳芰?首先表現(xiàn)為懷疑和批判的精神。物理學中幾乎每個重大發(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,是圍繞解決問題展開的,而善于提出問題,總是從對事物、現(xiàn)象或已有的理論的懷疑開始的。在已往的教學中,教師經(jīng)常提到要培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力,而忽視了提出問題的能力。在物理教學中,教師為了培養(yǎng)學生提出科學問題的能力,僅僅從內(nèi)容的銜接上提出問題是遠遠不夠的。教師還必須從真實的物理學認識發(fā)展的歷史進程中,展開物理學探索過程中問題背景的演化,闡明重大物理學問題產(chǎn)生的歷史條件及其所導致的深遠后果。因此,在

4、物理教學中,教師有必要借助物理學史上的精彩事例培養(yǎng)學生獨立思考的能力,善于提出科學的靈活性和智慧,使他們的思想沉浸在好奇之中,永遠不閉塞懷疑的目光。3.有助于學生全面理解物理規(guī)律物理規(guī)律(包括物理定律、定理、原理、法則、公式等)反映了物理現(xiàn)象、物理過程在一定條件下發(fā)生、發(fā)展和變化的規(guī)律。在進行物理教學時,教師為了讓學生最有效地掌握好物理規(guī)律,應使其對物理規(guī)律的建立過程有一定的了解,這就需要教師經(jīng)常把物理學史知識滲透到物理教學之中。這是由于物理學的創(chuàng)立和發(fā)展是具有連續(xù)性的,后人的研究工作總是以前人的研究成果為基礎,重要的物理規(guī)律都是經(jīng)歷了艱難和曲折的歷史發(fā)展過程的。教師讓學生了解這些規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過

5、程,會對學生學習物理規(guī)律、形成嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和作風產(chǎn)生重大的影響。例如在講述萬有引力定律和牛頓運動三定律時,教師可以給學生介紹當時的社會背景:16世紀以后的歐洲,航海、戰(zhàn)爭和工業(yè)的需要大大地促進了力學的發(fā)展,推動了人類對天體的觀測和研究。波蘭的天文學家哥白尼對天象進行了長期的觀測,獲得了大量的觀測資料,在對這些觀測資料進行了整理和分析后,提出了“日心說”的理論體系,推翻了統(tǒng)治天文學領域一千多年的托勒密“地心說”體系,打開了自然科學的大門。繼哥白尼之后,丹麥天文學家第谷以他驚人的毅力和畢生的精力對行星的運動進行了精確的觀測,并采集到大量的觀測數(shù)據(jù),這為他的學生開普勒的進一步研究打下了良好的基礎。

6、開普勒有著豐富的想象力和杰出的數(shù)學才能,在整理和研究第谷所觀測到的數(shù)據(jù)中總結(jié)出了開普勒三定律。在回顧歷史的過程中,教師將萬有引力定律和牛頓運動三定律內(nèi)容跟物理學史聯(lián)系起來,讓學生知道定律的來龍去脈,可以讓其得到一個能夠反映事物之間相互聯(lián)系的、完整的認識,給定律增加豐富的內(nèi)涵,從而有助于學生對定律的內(nèi)涵和外延的理解與掌握。4.樹立勇于探索的獻身精神物理學史充分體現(xiàn)了物理學家在探索物理世界的探索和不怕困難的精神,可以教育學生在實驗過程中要勇于挑戰(zhàn)權威、不怕困難,甚至為了科學犧牲自己的生命。例如焦耳測量熱功當量用時34年,大量的數(shù)據(jù)和實驗方法為熱功當量提供了確鑿的依據(jù);為弄清雷電,富蘭克林冒著生命危

7、險做了震驚世界的費城實驗,證明其與摩擦所得的電是同一性質(zhì)的;伽利略因宣傳日心說,被教會判終身監(jiān)禁,等等。教師引入這些物理學史,可以讓學生樹立學生勇于探索的獻身精神。5.認識到物理知識的作用與貢獻很多物理規(guī)律的建立不是孤立和偶然的,而是社會發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物。萬有引力定律和牛頓運動三定律的建立已說明了這一點。在18世紀初期歐洲產(chǎn)業(yè)革命的推動下,蒸汽機的出現(xiàn)引起了第一次工業(yè)革命,大大促進了工業(yè)的迅速發(fā)展。在蒸汽機的發(fā)明和使用過程中,人們迫切需要研究熱和功的關系,所以熱和機械功的相互轉(zhuǎn)化就得到了廣泛的研究。這使人們對水和蒸汽,以及其他物質(zhì)的熱性質(zhì)作了深入的研究,有力地促進了熱力學理論的建立和發(fā)展,并在此基礎上建立了熱力學第一定律。在蒸汽機的應用得到很大發(fā)展的情況下,如何進一步提高機器的效率就成了當時工程師和科學家共同關心的問題,在此大環(huán)境下克勞修斯和開爾文各自獨立地發(fā)現(xiàn)了熱力學第二定律。它在實用上的重要性是尋求熱機效率的最大可能性和預測化學反應進行的可能性。由此可見,熱力學第一和第二定律的發(fā)現(xiàn)與當時社會生產(chǎn)需求有很密切的關系。教師在物理教學中穿插物理史知識具有重要的教育功能,不僅能激發(fā)學生學習物理的興趣,幫助學生全面理解物理規(guī)律,而且能使學生從中學到嚴謹?shù)目茖W態(tài)度,科學的思維方法,逐步樹