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關(guān)鍵詞:物理學(xué)史;大學(xué)物理教學(xué);滲透;作用
物理學(xué)是自然科學(xué)重要的分支。隨著物理教師對物理學(xué)史認知的加深,會恰當(dāng)?shù)貙⑽锢韺W(xué)史融入到物理教學(xué)中,使教學(xué)資源得以優(yōu)化,同時還可引導(dǎo)學(xué)生從哲學(xué)的角度思考物理問題,激發(fā)學(xué)生對大學(xué)物理的學(xué)習(xí)興趣。
一、物理學(xué)史的概念及其特點
(一)物理學(xué)史的概念
物理學(xué)史是從社會歷史發(fā)展的角度研究物理學(xué)中的各種問題。人類對自然界中所呈現(xiàn)出來的各種物理現(xiàn)象的認識是過程性的,而物理學(xué)史的基本研究任務(wù)就是對物理理論、物理定律以及物理學(xué)的研究方法加以描述,將與物理學(xué)研究有關(guān)的自然科學(xué)、思維科學(xué)、人文科學(xué)等相互滲透,使物理學(xué)成為一門綜合性學(xué)科。
(二)物理學(xué)史的特點
物理學(xué)史再現(xiàn)了人類探索物理世界的過程,屬于綜合性學(xué)科,是人類探索自然科學(xué)的歷程。其中所涵蓋的內(nèi)容包括物理現(xiàn)象、物理規(guī)律的探索,科學(xué)家的思維方式以及物理學(xué)的研究方法等等,記述的任何一個物理研究成果都具有階段性和連貫性特點,都是多個研究成果的匯集。一個物理研究成果往往要經(jīng)歷幾年、幾十年,甚至一個多世紀才會有突破性進展,足見物理學(xué)研究是一個漫長而艱辛的過程。研究者要經(jīng)歷無數(shù)次的深入探索,還要運用正確的認識論和方法論,不僅要繼承和借鑒前人的結(jié)果,還要辯證地思考,才能夠獲得研究成果??梢?,物理學(xué)史將人類探索物理世界的過程呈現(xiàn)出來,對引導(dǎo)學(xué)生運用正確的學(xué)習(xí)方法學(xué)習(xí)物理知識具有指導(dǎo)意義[1]。
二、物理學(xué)史在大學(xué)物理教學(xué)中的滲透
大學(xué)物理教學(xué)將物理學(xué)史滲入其中,賦予了物理知識以生命意義。大學(xué)物理教學(xué)圍繞著教材展開,雖然物理學(xué)知識豐富,但是教師要能夠?qū)⑽锢碇R有效地傳遞給學(xué)生,就需要將物理學(xué)史滲透于大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中,引導(dǎo)學(xué)生從社會歷史的角度理解物理知識,以哲學(xué)思維方式思考物理知識[2]。學(xué)生通過了解物理知識形成的過程,明確物理學(xué)來源于社會實踐,是科學(xué)用于實踐、執(zhí)著地追求真理所獲得的成果。大學(xué)物理學(xué)教學(xué)中,物理學(xué)史的滲透使物理學(xué)教學(xué)更富于生機和活力,可有效激發(fā)學(xué)生對物理的興趣。
三、物理學(xué)史在大學(xué)物理教學(xué)中的作用
(一)引導(dǎo)學(xué)生認識物理學(xué)研究進程對工業(yè)發(fā)展的推動作用
大學(xué)物理教師運用歷史的觀點開展教學(xué),將已經(jīng)固化的物理知識中加入歷史元素,活化物理知識,以培養(yǎng)學(xué)生的物理知識應(yīng)用能力。物理學(xué)史讓學(xué)生認識到物理研究成果并不是一蹴而就的,而是不斷探索和創(chuàng)新的過程。比如,物理學(xué)理論對工業(yè)革命的貢獻是非常大的[3]。從17世紀到18世紀,牛頓力學(xué)為第一次工業(yè)革命奠定了基礎(chǔ),它對其他學(xué)科的發(fā)展起到了重要的推動作用,特別是蒸汽機的研制以及機械工業(yè)的發(fā)展,改變了工業(yè)生產(chǎn)方式,滿足了當(dāng)時工業(yè)社會的需要。進入到19世紀,法拉第和麥克斯韋的電磁理論形成,推動工業(yè)發(fā)展進入到電能時代,即為第二次工業(yè)革命。工業(yè)生產(chǎn)中開始應(yīng)用各種電氣設(shè)備,并向自動化方向發(fā)展。進入到20世紀,愛因斯坦建立了相對論和量子力學(xué),各種微觀理論成果被研究出來。在工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域中,半導(dǎo)體、電子計算機、空間科學(xué)等普遍應(yīng)用,將工業(yè)文明推向了新高度,如今的物理學(xué)將成為推動工業(yè)4.0的強大動力源。學(xué)生從歷史的角度學(xué)習(xí)和探索物理學(xué)知識,可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機,實現(xiàn)更為有效的學(xué)習(xí)效果。
(二)物理學(xué)史對現(xiàn)今工業(yè)發(fā)展具有指導(dǎo)意義
將物理學(xué)史滲入到大學(xué)物理教學(xué)中,要注重培養(yǎng)學(xué)生新型的物理觀,即對物理的學(xué)習(xí)不拘泥于單純的知識,而是要以探索的方式研究物理現(xiàn)象。物理學(xué)史更多地呈現(xiàn)了科學(xué)家探索自然奧秘、尋求自然規(guī)律的過程,從探索中獲得真理。現(xiàn)代的工業(yè)發(fā)展進程不斷加快,如果僅依賴于固有的知識很難實現(xiàn)工業(yè)創(chuàng)新[4]。物理學(xué)史對學(xué)生創(chuàng)新知識的能力具有重要的培養(yǎng)作用,特別是將情感教育貫穿于學(xué)生的物理學(xué)習(xí)中,可培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)研究品質(zhì),令其以實事求是的態(tài)度對待科學(xué)研究,并將這種態(tài)度運用到未來的工業(yè)建設(shè)中。綜上所述,在大學(xué)理工科專業(yè)教學(xué)中,大學(xué)物理是必修基礎(chǔ)課。近年來,物理學(xué)史被應(yīng)用到大學(xué)物理教學(xué)中,使得大學(xué)物理教學(xué)及技術(shù)教學(xué)與思想教學(xué)融為一體,其中所蘊含的人文精神和科學(xué)思維方式對大學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)非常有利。
參考文獻:
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[3]畢冬梅,趙利軍,支文.大學(xué)物理教學(xué)中引入物理學(xué)史的點滴體會[J].長春大學(xué)大學(xué)學(xué)報,2010,20(8):108-111.
關(guān)鍵詞:物理學(xué)史;滲透法;準歷史法
物理學(xué)史是研究物理學(xué)發(fā)展歷史的學(xué)科,它不僅真實記載了物理科學(xué)形成發(fā)展歷程,而且解釋了歷程的形成背景與規(guī)律,它不僅包含物理科學(xué)知識,也包括科學(xué)家們探索追求真理的事實與故事。多年教學(xué)經(jīng)歷,我發(fā)現(xiàn)課堂教學(xué)中如果恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用物理學(xué)史,如,物理學(xué)家的個人奮斗事跡,物理學(xué)解釋的奧妙景觀,物理知識的科學(xué)成果,物理知識與人類的現(xiàn)代化生活等方面的物理學(xué)史來開展教材物理知識的學(xué)習(xí)與傳授,在提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,激發(fā)物理學(xué)習(xí)熱情,活躍課堂氣氛,提高教學(xué)效率,推廣物理知識,普及物理學(xué)文化等方面有積極重要的作用。那么,課堂教學(xué)中,如何恰當(dāng)?shù)剡M行物理學(xué)史的教學(xué)呢?根據(jù)自己的教學(xué)實踐提供兩種方法供同仁參考。
一、滲透法
所謂滲透法就是把與物理課程相關(guān)的物理學(xué)史知識恰當(dāng)?shù)卮┎逶谖锢碚n堂中來逐步開展物理學(xué)史教育的方法。物理學(xué)史的滲透要以課堂問題為線索,可以是大篇幅,也可以是幾句話,甚至一幅圖等。課堂教學(xué)中,物理學(xué)史知識的恰當(dāng)滲透不僅可以緩解學(xué)生的學(xué)習(xí)疲勞,激發(fā)物理學(xué)習(xí)的熱情,還可以使學(xué)生在心理和情感上更接近科學(xué),增加他們對物理知識的親近力,還可以使學(xué)生以一種移情的方式體驗科學(xué)家的探究過程,促使他們主動學(xué)習(xí),形成嚴謹?shù)目茖W(xué)追求態(tài)度。例如,我在“電磁感應(yīng)”的講授:探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件時,先提出問題:“電流能產(chǎn)生磁場,那么磁場能否產(chǎn)生電流呢?若能產(chǎn)生,條件是什么?”接著組織學(xué)生閱讀并介紹歷史上安培、科拉頓、法拉第等科學(xué)家相繼研究磁生電的歷程,在了解歷史材料的基礎(chǔ)上,讓學(xué)生討論磁生電的猜想:(1)將導(dǎo)線放在磁場中就能在導(dǎo)線中產(chǎn)生電流;(2)導(dǎo)體在磁場中運動能在導(dǎo)線中產(chǎn)生電流;(3)磁體運動,導(dǎo)體不動能在導(dǎo)線中產(chǎn)生電流;(4)導(dǎo)體和磁體都不動,讓穿過閉合電路磁場發(fā)變化能在導(dǎo)線中產(chǎn)生電流。然后要求學(xué)生動手進行探究實驗,根據(jù)事實得出結(jié)論:穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化,閉合電路中就有電流產(chǎn)生。在進行探究實驗的過程中,還插入科拉頓在這方面的研究軼事:“科拉頓在法拉第之前,曾做過這樣的實驗,他把一個螺線管與電流計相連接,為了避免實驗時磁鐵對電流計指針的影響,他將電流計放在另一個房間。實驗時,他將磁鐵插入或抽出線圈以后,再跑到另一個房間去觀察電流計指針的變化,結(jié)果什么也看不到。”啟發(fā)學(xué)生思科科拉頓沒有成功的原因:“科拉頓的方法暴露出他的實驗設(shè)計不夠嚴密,如果當(dāng)時他能安排一名助手在另一個房間觀察電流計,那么他將最先在這一領(lǐng)域取得突破。”這樣的課堂知識滲透不介提升了課堂效率,激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,也實現(xiàn)了知識和能力、品質(zhì)與修養(yǎng)的育。
一、物理學(xué)史教學(xué)的現(xiàn)狀
無奈的現(xiàn)狀和矛盾:對物理學(xué)史的教學(xué)方法,及物理學(xué)史什么時候引入,引入什么,缺乏系統(tǒng)的研究和深層次考慮;教學(xué)無計劃,隨心所欲;物理學(xué)史與高考題目幾乎無關(guān),物理學(xué)史幾乎變成了“雞肋”!
浩瀚的物理學(xué)史與有限的45分鐘時間存在矛盾;大浪淘沙,魚龍混雜,中學(xué)生對史料的模仿能力強、分辨能力弱又是一對矛盾。
二、物理學(xué)史教學(xué)的誤區(qū)
教學(xué)的誤區(qū):無邊無際式的講課,把物理課變成了純歷史課;內(nèi)容不做選擇的講課,好像只要是物理學(xué)史里面包括的,就可以在課堂里隨意講;只是說一聲是誰發(fā)明、發(fā)現(xiàn)的講課,對其他物理學(xué)史內(nèi)容閉口不談,認為這樣就足夠了。
三、物理學(xué)史教學(xué)的作用
1.能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)
(1)培養(yǎng)學(xué)生強烈的好奇心和創(chuàng)新精神。相應(yīng)的物理學(xué)史可給學(xué)生介紹:愛因斯坦的科學(xué)成就。(2)培養(yǎng)學(xué)生批判的精神、懷疑的勇氣??山o學(xué)生介紹:牛頓對亞里士多德、伽利略的批判和繼承;愛因斯坦對牛頓時空觀的懷疑;年輕玻爾與愛因斯坦的三次辯論。(3)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方法??山o學(xué)生介紹:伽利略的理想斜面實驗與大小石頭自由落體運動的絕妙分析方法,被愛因斯坦稱之為“是人類思想史上最偉大的成就之一,并且標志著物理學(xué)的真正開端?!睈垡蛩固箤ψ饭鈫栴}的思索;湯姆生的模型思維等。(4)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神、科學(xué)態(tài)度??山o學(xué)生介紹:法拉第歷時十年,經(jīng)過幾百次實驗,終于發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象;愛迪生為了尋找一種合適的燈絲,試驗了一千六百多種耐熱材料,六千多種植物纖維,做了四萬頁的研究筆記。
2.能培養(yǎng)學(xué)生的人文素養(yǎng)
(1)合作與團隊??山o學(xué)生介紹:制造第一顆原子彈的曼哈頓工程;卡文迪什實驗室團隊。(2)物理與哲學(xué)??山o學(xué)生介紹能量守恒和轉(zhuǎn)化定律是受康德哲學(xué)的影響;奧斯特也是受康德哲學(xué)的啟發(fā),堅信電力和磁力有共同的根源,才發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)。由此可見物理學(xué)的發(fā)展與哲學(xué)具有密切關(guān)系。追根溯源,物理學(xué)的發(fā)展一開始就是與哲學(xué)結(jié)合在一起的。亞里士多德的《物理學(xué)》,就是一部自然哲學(xué)的著作。本世紀以來,普朗克、愛因斯坦、玻爾、狄拉克、海森伯、普里高津、霍金等思想大師們,結(jié)合現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展從哲學(xué)的高度上所闡明的廣泛綜合的思想,對物理學(xué)和全部現(xiàn)代自然科學(xué)的探討與發(fā)展都具有深刻的影響?,F(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展,提出了許多尖銳的哲學(xué)問題,進一步推動了自然科學(xué)與哲學(xué)的結(jié)合。(3)物理與文學(xué)??山o學(xué)生介紹:普朗克、海森伯、玻爾、楊振寧等科學(xué)家都具有深厚的文學(xué)修養(yǎng)。(4)物理與數(shù)學(xué)??山o學(xué)生介紹:沒有對數(shù),開普勒難以建立天文學(xué)的重要規(guī)律——開普勒三定律;沒有微積分,牛頓就得不到萬有引力定律;沒有統(tǒng)計學(xué),無法發(fā)展分子動理論;在高等物理中尤見其重要性,如麥克斯韋方程、薛定諤方程。(5)物理與藝術(shù)。可給學(xué)生介紹:普朗克的鋼琴,愛因斯坦的小提琴,玻爾的足球。(6)物理與經(jīng)濟、社會??山o學(xué)生介紹:瓦特的蒸汽機,愛迪生的電燈,推動了社會經(jīng)濟發(fā)展,并最終引發(fā)社會革命。
3.使學(xué)生形成科學(xué)的世界觀、價值觀和愛國主義情懷
(1)形成矛盾統(tǒng)一、有序、簡單的世界觀??山o學(xué)生介紹:哥白尼的“日心說”革命,使人類的世界觀——看待自然、看待神靈的觀念發(fā)生改變;愛因斯坦的“波粒二象性”、相對論、質(zhì)能關(guān)系等全新的物理理論和概念的提出,使經(jīng)典物理無法面對的事實危機得到解決,同時也將人類對世界機械刻板的觀念推向多側(cè)面、多元性、相對性等更加辯證的境界。統(tǒng)一場理論將展現(xiàn)給人們新的視野。(2)培養(yǎng)學(xué)生為人類服務(wù)的價值觀??山o學(xué)生介紹:第一顆原子彈在日本廣島爆炸后,愛因斯坦等一些科學(xué)家的震驚與自責(zé),把原子彈用于戰(zhàn)爭與他們?yōu)槿祟惙?wù)的人生價值目標大相徑庭。(3)培養(yǎng)學(xué)生的愛國主義情懷??山o學(xué)生介紹:錢學(xué)森克服種種困難,最后在的直接幫助下從美國回到了祖國;居里夫人把她經(jīng)過千辛萬苦發(fā)現(xiàn)的元素命名為“釙”以紀念她多難的祖國——波蘭;玻爾為了祖國科學(xué)的發(fā)展,謝絕了去英國工作的邀請,留在研究條件差很多的丹麥,終于形成量子力學(xué)的“哥本哈根學(xué)派”。
四、案例舉例
物理學(xué)史集中體現(xiàn)了人類探索和逐步認識物理世界的現(xiàn)象、特性、規(guī)律和本質(zhì)的歷程.任何一個具體的物理知識和理論體系都是匯集許多人的研究成果而建立起來的,常常是幾十年、甚至上百年的努力才能邁出有意義的一步,它包含著認識論和方法論的因素,包含著探索者的艱辛與悲歡,又體現(xiàn)著認識過程中理論與實踐、繼承與突破、理性與非理性的辨證統(tǒng)一,因而也包含著豐富的"教書育人"的教育因素,因此,在高中物理教學(xué)中引入物理學(xué)史教育具有非常重要的意義。
一、有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣,培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣,樹立勇于探索的獻身精神。只有當(dāng)學(xué)生對學(xué)習(xí)有了興趣,才能表現(xiàn)出學(xué)習(xí)的自覺性、主動性,才能在學(xué)習(xí)中發(fā)揚開拓和探索精神,以頑強毅力去克服學(xué)習(xí)中遇到的困難。這就要求我們在教學(xué)中,不僅要把日常生活、生產(chǎn)勞動中發(fā)生的現(xiàn)象、問題與教材緊密聯(lián)系起來,使學(xué)生認識到學(xué)習(xí)的現(xiàn)實意義。還須把歷史引入教學(xué)中。把科學(xué)理論的建立,科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程,科技發(fā)明對人類社會發(fā)展的貢獻用生動事例展示給學(xué)生。并通過了解物理學(xué)家的生平、各學(xué)派間的爭端以及尚未解開的物理課題來激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣,讓學(xué)生從中學(xué)習(xí)到物理學(xué)家嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度和科學(xué)的思維方法,不斷提高自身科學(xué)素質(zhì)、養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣,變被動學(xué)習(xí)為主動獲取知識。例如,牛頓是舉世公認的偉大科學(xué)家,在高一一開始以專題講座的形式,介紹牛頓的生平及其科學(xué)研究歷程,從而消除了科學(xué)研究的神秘感,拉近了科學(xué)家與學(xué)生的距離,激勵他們把對科學(xué)家的崇拜轉(zhuǎn)化為刻苦學(xué)習(xí)的動力。
同時,通過對物理學(xué)史的回顧,使學(xué)生消除對已有物理知識來源的神秘感,了解科學(xué)技術(shù)發(fā)展的過程,懂得任何一個定律的發(fā)現(xiàn)和理論的建立既與社會生產(chǎn)力密切相關(guān)也受到物理學(xué)發(fā)展內(nèi)在規(guī)律的制約,任何一部分物理知識的獲得都離不開實驗,可靠的、精確的、可重復(fù)的實驗是物理學(xué)中決定一切的基礎(chǔ)。因此,了解物理學(xué)史可提高人們進行科學(xué)創(chuàng)造的自信心和自覺性,這對于培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度和創(chuàng)造力有著十分重要的意義。同時,物理學(xué)史中有許多科學(xué)家為真理獻身的動人事跡,如伽利略為宣傳哥白尼的日心說而被教會終身監(jiān)禁,利赫曼為引雷電而捐軀,居里夫人為研制放射性而作出了巨大的犧牲,法拉第舍棄榮華富貴,幾次拒絕接受封爵而甘"平民法拉第",亞里士多德富有批判和懷疑精神等。這些科學(xué)家不畏艱險,不惜生命,不慕利祿,不怕權(quán)威,追求真理的高尚品質(zhì),有利于培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度、獻身科學(xué)的探索精神,為以后的學(xué)習(xí)和研究打下良好的基礎(chǔ)。
二、有助于對物理知識的理解和把握。根據(jù)教材編排特點,分單元講解、分析發(fā)展史不僅有助于學(xué)生了解各概念、定理、定律的來龍去脈和科學(xué)知識的運動過程,而且有助于學(xué)生按規(guī)有的形式和體系來理解和把握物理知識,從而逐步掌握正確的科學(xué)思維方法。例如,在講到力的概念時,從古希臘的亞里士多德,到伽利略、牛頓,循著偉人的研究歷程,從而加深學(xué)生對力的概念的理解,在講高二年級"電磁感應(yīng)"的時候,以奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)為線索,向?qū)W生介紹人類對磁及電和磁關(guān)系的認識過程。通過講解安培、法拉弟、愣次和麥克韋等人在揭示電磁關(guān)系工作中的艱辛努力和所取得的成果,使學(xué)生在有了對電磁發(fā)展總體認識的基礎(chǔ)上,加深對教材的理解和對左、右手定則、法拉弟電磁感應(yīng)、愣次定律等關(guān)鍵點的把握。
三、有助于對學(xué)生進行愛國主義教育有助于學(xué)生樹立辯證唯物主義觀點。我國是世界四大文明古國之一,在物理學(xué)的理論和實踐有著輝煌的成就。例如,在理論著作方面,《墨經(jīng)》中對力學(xué)、光學(xué)的論述;《天工開物》中關(guān)于簡單機械的記述;《夢溪筆談》對磁角的論述,《論衡》中關(guān)于簡單電現(xiàn)象的記述《考工記》中關(guān)于工程技術(shù),聲音傳播的記載等在當(dāng)時都是遙遙領(lǐng)先于世界各國,就是在今天仍有參考價值。在實用技術(shù)方法,更是舉不勝舉。指南針、地球儀、渾天儀、船閘、石拱橋、火箭等,都是我國最早發(fā)明的。教學(xué)中結(jié)合教材內(nèi)容,介紹我國在物理學(xué)方面對世界的杰出貢獻,可以使學(xué)生了解祖國古代燦爛文化,激發(fā)他們的民族自尊心和自豪感。
物理學(xué)發(fā)展的歷史表明:物理學(xué)的發(fā)展與人類哲學(xué)理論的發(fā)展有著極為特殊的密切關(guān)系,中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容中,概念、定理、定律充滿了辯證唯物主義內(nèi)容。在教學(xué)中,有意識地用辯證唯物主義觀點去分析物理學(xué)發(fā)展歷史,闡明概念、規(guī)律。結(jié)合物理學(xué)特點,進行物質(zhì)第一性、物質(zhì)的運動性和對立統(tǒng)一、量變與質(zhì)變、否定之否定規(guī)律的教育,可以使學(xué)生從中領(lǐng)會其中所包含的辯證唯物主義觀點。例如介紹愛因斯坦的相對論時,我們就可以把"新生事物不可戰(zhàn)勝"這一哲學(xué)觀點滲透進去,講到萬有引力定律時可將"物質(zhì)是普遍聯(lián)系的"這一哲學(xué)觀點滲透進去。
1物理學(xué)史內(nèi)容的選擇
物理學(xué)史有著龐大的內(nèi)容體系,那么哪些內(nèi)容才是高中物理教學(xué)所需要的呢?筆者認為以下兩點需要教師進行針對性選擇.
1.1物理對社會進步的影響
物理學(xué)的發(fā)展歷程也正是人類社會不斷變革進步的過程.瓦特改進蒸汽機推動著工業(yè)革命的興起,熱力學(xué)的研究加速了工業(yè)化社會的到來,電磁理論的蓬勃發(fā)展給人類社會帶來極其深遠的影響,近代物理的發(fā)展特別是原子物理和航天科技等領(lǐng)域的成就推動了社會發(fā)生著更深層次的變革.
高中生通過學(xué)習(xí)物理學(xué)史,能夠看到人類探索自然世界的歷程,同時人類的發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)新和變革也最大程度地促進著文明的繁榮和社會的進步.在此基礎(chǔ)上,學(xué)生會產(chǎn)生崇敬科學(xué)、堅持真理、勇于探究的科學(xué)情感,并能由衷地產(chǎn)生對科學(xué)理論的敬畏之心和對物理學(xué)家的敬仰之情.
1.2物理學(xué)家和他們的成就
分析整個人類科技發(fā)展史,很多重大發(fā)現(xiàn)和技術(shù)革新都是誕生于才華橫溢的科學(xué)家具有創(chuàng)造性的工作之中.物理學(xué)的發(fā)展也不以外,而物理學(xué)史不僅記載著物理學(xué)家的個人成就,也記載著一個個充分智慧團隊的卓越功績.
例1卡文迪許實驗室就是無數(shù)物理學(xué)家心中的“麥加圣地”,在那里產(chǎn)生了近30個的諾貝爾獎獲得者;貝爾實驗室至今總計產(chǎn)生了兩萬六千多項專利,平均每天就有一項專利產(chǎn)生,其中有聲電影、晶體管、激光、可視電話、計算機等等,都是具有劃時代意義的發(fā)明,在那里每年會發(fā)表上以千計的科技論文,造就一大批在各領(lǐng)域都堪稱尖端的科學(xué)家.
物理學(xué)的發(fā)展和突破既有偶然性,也有必然性.科學(xué)家彼此合作,又相互競爭,他們以特殊的協(xié)作方式引領(lǐng)著一個又一個輝煌成就的誕生.讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中感悟這一點,也是對學(xué)生一種進行情感教育的滲透,對他們科學(xué)素養(yǎng)提升有積極的作用.
2物理學(xué)史與情感教育的整合
物理學(xué)史的內(nèi)容自稱體系,而高中物理的情感教育也有自身獨特的內(nèi)涵,如何將二者整合起來呢?筆者認為以下幾點是教學(xué)過程中值得實踐和推廣的.
2.1通過物理學(xué)史的介紹來強化學(xué)生的興趣和信心
物理知識的探索和發(fā)展是一個充滿理性而又講究嚴謹?shù)倪^程,但是這并不意味著物理學(xué)史就是如白開水般清淡無味的流水賬記錄,事實上物理學(xué)史上也有很多有趣的事情能夠讓學(xué)生為之而興奮.
例2“泊松亮斑”的發(fā)現(xiàn)就是一個具有反轉(zhuǎn)色彩的歷史事件.
光的本性是什么?在人們圍繞“波動說”和“微粒說”爭執(zhí)不休之時,法國學(xué)術(shù)界進行了一項學(xué)術(shù)競賽,讓兩個學(xué)說的支持者各自進行證明.“微粒說”的支持者泊松,是一個數(shù)學(xué)家,他以反證法的思路來處理問題,他從“波動說”代表人物菲涅爾的相關(guān)理論出發(fā)得出一個在當(dāng)時看來很是荒謬的結(jié)論――對應(yīng)一定波長的光,在其傳播方向上放置一圓盤,那么在其陰影的中央會出現(xiàn)一個亮斑,這與光的直線傳播有著明顯的沖突,泊松也理所當(dāng)然地認為他找到駁斥“波動說的有力證據(jù)”.偏偏按照他的思路,物理學(xué)家阿拉果通過實驗看到這個陰影中央的亮斑,泊松的計算和推理反而成為“波動說”的直接證明.這一戲劇化的歷史事件能激起學(xué)生無窮的興趣.
例3永動機制作的失敗帶來了意想不到的成果.
正如煉金術(shù)的失敗推進了化學(xué)的發(fā)展一樣,對永動機原理的追尋也成就了一大批物理學(xué)家,像焦耳、亥姆霍茨就是他們中的佼佼者,他們在探索失敗后,能快速冷靜下來,勇于用科學(xué)的目光審視自己的失敗,從而誕生了能量守恒定律等基本物理原理.馮端教授曾經(jīng)說過:我們在緬懷載入史冊的物理學(xué)家之時,也要建造一座無名紀念碑,再寫上碑文:“紀念那些為設(shè)計永動機而不懈努力卻又遭受失敗的人”,因為正是這些科學(xué)先驅(qū)的付出,他們在探索規(guī)律時做出了各種假設(shè),雖然這些假設(shè)最終都是錯誤的,但是正是前人的嘗試才引導(dǎo)后人改變了思維方式和探索方向,從而引領(lǐng)了物理研究的進步.
物理學(xué)史上記載了物理學(xué)家探索自然規(guī)律曲折而又讓人興奮的過程,高中物理教學(xué)中,學(xué)生通過對物理學(xué)史的學(xué)習(xí),重新回顧相應(yīng)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過程,并從中體驗到探索物理的成功和樂趣.
2.2通過物理學(xué)史對學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神進行培養(yǎng)
物理學(xué)史中記載著物理學(xué)家不畏艱辛,敢于挑戰(zhàn)權(quán)威的探索過程,這些材料都是對學(xué)生進行情感教育的重要素材,有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神.
例4從伽利略的生平來認識科學(xué)和社會.
伽利略被譽為“現(xiàn)代科學(xué)之父”,正是他的論著《關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》確立了日心說的地位,摧毀了教會教義的根基,因此這本巨著很快就成為了禁書.但是伽利略不畏強權(quán),依然堅持對真理的追求,繼續(xù)在自由落體運動等方面取得了重大成就,并在1628年繼續(xù)發(fā)表他的著作《關(guān)于兩門新科學(xué)的對話與數(shù)學(xué)證明對話集》.
例5法拉第和麥克斯韋的學(xué)術(shù)傳承.
法拉第是自學(xué)成才的典范,年幼時期的他沒有接受過系統(tǒng)化的教育,但是這并不妨礙他用理性、嚴謹而又智慧的思維來研究物理.他不僅發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象,更重要的是他還提出了“場”和“力線”等概念,這些概念也是法拉第為了彌補自身數(shù)學(xué)能力的缺乏,另辟蹊徑而提出來的.麥克斯韋在研究相關(guān)理論的時候,看出其中的玄機,并致力于用自己的數(shù)學(xué)才華來完善相關(guān)理論,最終成就了一番事業(yè).
榜樣效應(yīng)有著無窮的力量,學(xué)生在物理學(xué)史的學(xué)習(xí)中重溫先賢敢于質(zhì)疑、堅持真理的事跡,為學(xué)生形成正確的科學(xué)思維打下堅實的基礎(chǔ).
2.3通過物理學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生克服困難、不屈不撓的科學(xué)意志
物理學(xué)家在探索真理的過程中會經(jīng)歷很多艱難險阻,他們以頑強的意志堅持下來,不屈不撓地堅持下去,最終取得成功,這對學(xué)生來講有著非常重要的啟發(fā)意義.
例6密立根對光電效應(yīng)方程的驗證.
愛因斯坦將普朗克的量子理論運用于光電效應(yīng)的解釋,得出了光電效應(yīng)方程,而其正確性的檢驗是由密立根來完成的.具有戲劇性的事實在于,當(dāng)初密立根并不贊同愛因斯坦的理論,他后來回憶道:“ 從1907年開始,通過長達十多年的實驗研究,最終的結(jié)果與我的預(yù)想截然[JP2]相反,實驗結(jié)果成為了愛因斯坦方程正確性的驗證證據(jù).”
例7愛因斯坦和量子理論.
作為物理發(fā)展史上最卓越的科學(xué)家之一,愛因斯坦的最重要成就在于相對論領(lǐng)域,但是他在量子理論方法所投入的精力更多.即使如此,他在晚年也有過這樣的回憶:“我經(jīng)歷了長達50多年的精心思考,卻從未明確光量子是什么.”然而,越是困難、越是具有挑戰(zhàn)的問題,就越能激起人類的好奇心.
物理學(xué)的發(fā)展之路充滿曲折,對未知世界的探索不可能是一帆風(fēng)順,需要研究者具備頑強的意志,甚至還需要他們具備為科學(xué)獻身的意識.物理學(xué)家永不放棄、勇于奉獻的精神有助于幫助學(xué)生形成正確的科學(xué)觀和價值觀.
2.4通過物理學(xué)史來幫助學(xué)生培養(yǎng)唯物主義世界觀,并形成物理美學(xué)鑒賞力
物理學(xué)的發(fā)展需要學(xué)者用物理的視角來認識和理解世界,同時物理學(xué)本身特有的美觀也為研究者的探索和發(fā)現(xiàn)指明了道路,這一些都是學(xué)生在學(xué)習(xí)物理學(xué)史時必須關(guān)注到的內(nèi)容.
例8感悟物理學(xué)特有的美感.
物理學(xué)有著這樣的美學(xué)特征:簡潔性、和諧性、普適性和統(tǒng)一性.為數(shù)不多的幾項規(guī)律就覆蓋了自然界的一切特征,幾條簡單的公式就完成了對世界的描述,這都體現(xiàn)了客觀世界和諧與統(tǒng)一之美.牛頓運動定律、萬有引力定律、相對論原理等等都以其簡潔性與普適性給人一種特殊的美學(xué)享受,啟發(fā)著人們的靈感產(chǎn)生和智慧發(fā)展,從而去創(chuàng)造更加美妙的世界.
例9統(tǒng)一性對物理學(xué)發(fā)展的作用.