丁建楠　王較過(guò)

(陜西師范大學(xué)物理學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院　陜西 西安　710119)

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教材與書(shū)評(píng)

物理學(xué)史在高中物理教科書(shū)中的滲透*
——以人教版必修模塊為例

丁建楠王較過(guò)

(陜西師范大學(xué)物理學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院陜西 西安710119)

物理學(xué)史在物理教學(xué)在中起著重要的教育作用，以人教版高中物理教科書(shū)中必修模塊為例，對(duì)其中滲透的物理學(xué)史內(nèi)容及呈現(xiàn)方式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并分析其特色．提出在教材中滲透物理學(xué)史內(nèi)容的3點(diǎn)建議．

中學(xué)物理物理學(xué)史教材分析

科學(xué)史與學(xué)科教學(xué)相結(jié)合的課題一直受到重視，英國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)(BAAS)主席惠威爾曾呼吁:“我們要教給年輕人的,與其說(shuō)是科學(xué)結(jié)論,不如說(shuō)是科學(xué)方法,更不如說(shuō)是科學(xué)史”[1]．可見(jiàn)，在科學(xué)教學(xué)中，不但要注重知識(shí)本身，而且要更加注重知識(shí)形成發(fā)展的過(guò)程．隨著基礎(chǔ)教育課程改革地不斷深入，廣大物理教育工作者越來(lái)越重視物理學(xué)史在物理教學(xué)中的滲透．《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《課標(biāo)》)指出物理學(xué)史的滲透在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度、科學(xué)素養(yǎng)及促進(jìn)學(xué)生正確科學(xué)觀的形成過(guò)程中，起到直接且重要的教育作用[2]．因此，依據(jù)課標(biāo)編寫(xiě)的物理教材都非常重視物理學(xué)史的滲透．那么，物理教材中滲透了哪些物理學(xué)史內(nèi)容？這些內(nèi)容又是如何滲透的呢？

本文以人教版高中物理必修模塊教科書(shū)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)必修模塊)為例，對(duì)其中滲透的物理學(xué)史內(nèi)容及呈現(xiàn)方式進(jìn)行探討．

1　必修模塊的物理學(xué)史內(nèi)容及特色

物理學(xué)史不但涉及與物理學(xué)有關(guān)的自然科學(xué)的多個(gè)學(xué)科，而且融合了與人類(lèi)思想和社會(huì)發(fā)展有關(guān)的文、史、哲等多學(xué)科知識(shí)，是蘊(yùn)含著無(wú)限科學(xué)精神財(cái)富的寶地[3]．物理學(xué)是在一代接一代的科學(xué)家的探索中逐步發(fā)展并完善的，其發(fā)展過(guò)程既包含科學(xué)家的探索歷史，又包含物理學(xué)思想方法和物理知識(shí)的發(fā)展歷史．

筆者就分別從物理學(xué)家和物理知識(shí)發(fā)展兩個(gè)維度分析必修模塊中滲透的物理學(xué)史內(nèi)容，其中物理學(xué)家維度包括物理學(xué)家的生平簡(jiǎn)介、人物畫(huà)像和名言等；物理知識(shí)發(fā)展維度包括物理概念形成過(guò)程及物理規(guī)律的探索歷程、物理方法、物理實(shí)驗(yàn)和學(xué)派間的爭(zhēng)議等．統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)下表1和表2．

從表1可見(jiàn)，必修模塊滲透的物理學(xué)家史料共29處，其中物理學(xué)家的生平簡(jiǎn)介15處，人物畫(huà)像4處，人物名言10處；

從表2可見(jiàn)，物理知識(shí)發(fā)展史料共13處，其中物理概念形成過(guò)程及物理規(guī)律的探索歷程6處，物理方法6處，物理實(shí)驗(yàn)1處．分析發(fā)現(xiàn)，必修模塊滲透的物理學(xué)史內(nèi)容具有以下4個(gè)特色．

表1必修模塊滲透的物理學(xué)家史料統(tǒng)計(jì)

生平簡(jiǎn)介人物畫(huà)像名言必修1亞里士多德(簡(jiǎn)述,第8頁(yè))普朗克(簡(jiǎn)述,第30頁(yè))伽利略(詳述,第48頁(yè))牛頓(簡(jiǎn)述,第68頁(yè))丁肇中(簡(jiǎn)述,第92頁(yè))亞里士多德(第46頁(yè))伽利略(第48頁(yè))牛頓(第68頁(yè))亞里士多德(第8頁(yè))普朗克(第30頁(yè))愛(ài)因斯坦(第47頁(yè))笛卡爾(第69頁(yè))必修2基爾霍夫(簡(jiǎn)述,第1頁(yè))拉普拉斯(簡(jiǎn)述,第31頁(yè))開(kāi)普勒(簡(jiǎn)述,第31頁(yè))哥白尼(簡(jiǎn)述,第34頁(yè))哈雷(簡(jiǎn)述,第42頁(yè))牛頓(詳述,第51～52頁(yè))勞厄(簡(jiǎn)述,第54頁(yè))邁爾(簡(jiǎn)述,第81頁(yè))焦耳(簡(jiǎn)述,第81頁(yè))亥姆霍茲(簡(jiǎn)述,第81頁(yè))開(kāi)普勒(第32頁(yè))基爾霍夫(第1頁(yè))拉普拉斯(第31頁(yè))勞厄(第43頁(yè))勞厄(第54頁(yè))費(fèi)恩曼(第55頁(yè))齊奧爾科夫斯基(第44頁(yè))數(shù)量統(tǒng)計(jì)15410

表2必修模塊滲透的物理知識(shí)發(fā)展史料統(tǒng)計(jì)

物理概念形成過(guò)程及物理規(guī)律的探索歷程物理方法物理實(shí)驗(yàn)學(xué)派間的爭(zhēng)議必修1自由落體運(yùn)動(dòng)(第46～48頁(yè))牛頓第一定律(第68～69頁(yè))構(gòu)建理想模型法(第10頁(yè))比值定義法(第15頁(yè))實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)法(第47頁(yè))數(shù)學(xué)法(第48頁(yè))理想實(shí)驗(yàn)法(第68頁(yè))伽利略斜面實(shí)驗(yàn)(第47,68頁(yè))必修2行星運(yùn)動(dòng)認(rèn)識(shí)(第32～35頁(yè))萬(wàn)有引力(第36～38頁(yè))黑洞(第46頁(yè))能量守恒定律(第81頁(yè))歸納與演繹法(第52頁(yè))數(shù)量統(tǒng)計(jì)661

1.1滲透了大量的物理學(xué)家的生平簡(jiǎn)介

在必修模塊的滲透中，物理學(xué)家的生平簡(jiǎn)介共15處．其中有13處是簡(jiǎn)述，有2處是詳述．簡(jiǎn)述主要是用于對(duì)物理學(xué)家的生平介紹，比如在必修1第二章“勻變速直線運(yùn)動(dòng)的研究”中提到的普朗克，書(shū)中以“普朗克(Max Karl Ernst Ludwig Planck，1858-1947年)，德國(guó)物理學(xué)家，量子論的奠基人．1900年，他在黑體輻射研究中引入能量量子，因此于1918年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)．”寥寥幾筆共62字，將他的國(guó)籍、所處時(shí)代及貢獻(xiàn)成果都展示出來(lái)，在不占用本章大量篇幅的情況下，開(kāi)闊了學(xué)生視野．詳述一般用于對(duì)所學(xué)章節(jié)物理知識(shí)起重大影響的物理學(xué)家的生平介紹，筆墨多用于描述他們?cè)诎l(fā)現(xiàn)真理的過(guò)程中遇到的各種艱難險(xiǎn)阻以及他們堅(jiān)持不懈、最終克服困難，取得成果的科學(xué)精神．比如在自由落體運(yùn)動(dòng)部分，書(shū)中以700多字詳細(xì)地介紹了伽利略所處的時(shí)代背景，他為捍衛(wèi)科學(xué)真理遭受的種種迫害與磨難，及他在艱苦環(huán)境下堅(jiān)持完成著作的偉大精神．滲透這些內(nèi)容能夠使學(xué)生從中領(lǐng)略到科學(xué)探索的艱辛，以及科學(xué)家不畏艱難險(xiǎn)阻，追求真理的科學(xué)精神，有利于幫助學(xué)生正確看待學(xué)習(xí)及成長(zhǎng)過(guò)程中遇到的困難，從而促進(jìn)學(xué)生形成積極的“情感態(tài)度與價(jià)值觀”．

1.2注重滲透物理學(xué)家名言

必修模塊中滲透的物理學(xué)家名言共10處，占物理學(xué)家史料的三分之一．名言大多出現(xiàn)在每一章節(jié)的引言部分，其內(nèi)容主要涉及到物理學(xué)家對(duì)物理學(xué)和物理方法的認(rèn)識(shí)．如勞厄所說(shuō)“物理學(xué)的任務(wù)是發(fā)現(xiàn)普遍的自然現(xiàn)象．因?yàn)檫@樣的規(guī)律的最簡(jiǎn)單的形式之一表現(xiàn)為某種物理量的不變性，所以對(duì)于守恒量的尋求不僅是合理的，而且也是極為重要的研究方向．”勞厄?qū)ξ锢韺W(xué)及其任務(wù)的闡述不但有助于學(xué)生認(rèn)識(shí)物理學(xué)的本質(zhì)，而且有助于學(xué)生領(lǐng)悟物理學(xué)思想．再如普朗克所說(shuō)“物理定律不能單靠‘思維’來(lái)獲得，還應(yīng)致力于觀察和實(shí)驗(yàn)．”這句話不但強(qiáng)調(diào)了物理研究方法的重要性，而且有助于引導(dǎo)學(xué)生領(lǐng)會(huì)學(xué)習(xí)物理的正確方法．可見(jiàn)，物理學(xué)家名言就像一盞明燈，指導(dǎo)學(xué)生用正確的方法學(xué)習(xí)物理．

1.3注重物理概念形成過(guò)程及物理規(guī)律的探索歷程

必修模塊共6處滲透了物理概念形成過(guò)程及物理規(guī)律的探索歷程，幾乎占到物理知識(shí)發(fā)展史料的一半．其中滲透的物理概念及規(guī)律都是所屬章節(jié)中的重點(diǎn)知識(shí)．比如必修1第四章“牛頓運(yùn)動(dòng)定律”中滲透的牛頓第一定律的發(fā)展過(guò)程，眾所周知，牛頓定律奠定了動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)，而牛頓第一定律又是牛頓定律的基礎(chǔ)．滲透其發(fā)展過(guò)程，可以更好地促進(jìn)學(xué)生對(duì)牛頓運(yùn)動(dòng)定律的深入理解，為之后動(dòng)力學(xué)的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)．

必修模塊對(duì)物理概念及規(guī)律的相關(guān)過(guò)程的滲透詳細(xì)且全面．比如必修2第二章“萬(wàn)有引力與航天”中，細(xì)述了從托勒密到哥白尼，再到第谷和開(kāi)普勒等各個(gè)時(shí)期的物理學(xué)家對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)發(fā)展過(guò)程，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中不但可以加深對(duì)開(kāi)普勒三大定律的認(rèn)識(shí)，也可以認(rèn)識(shí)到科學(xué)發(fā)展的艱辛與曲折．

1.4注重滲透物理方法

由表2可見(jiàn)，必修模塊有6處滲透了物理方法．在滲透方法時(shí)，不僅有比較詳細(xì)的物理方法的提出過(guò)程，還有專(zhuān)門(mén)對(duì)所提出的物理方法的使用小結(jié)．比如第一章“運(yùn)動(dòng)的描述”一節(jié)，在質(zhì)點(diǎn)概念提出的過(guò)程中介紹了構(gòu)建理想模型法，并在結(jié)尾處小結(jié)：“在物理學(xué)中，突出問(wèn)題的主要方面，忽略次要因素，建立理想化的物理模型，并將其作為研究對(duì)象，是經(jīng)常采用的一種科學(xué)研究方法．質(zhì)點(diǎn)就是這種物理模型之一．”這段小結(jié)概括性地描述了理想模型法的構(gòu)建條件，這樣不但幫助學(xué)生更好地理解質(zhì)點(diǎn)模型建立的條件和過(guò)程，同時(shí)能夠促進(jìn)學(xué)生掌握構(gòu)建物理模型的方法，引導(dǎo)學(xué)生掌握正確的物理學(xué)習(xí)方法，為以后處理類(lèi)似的問(wèn)題提供了思路，引導(dǎo)學(xué)生勤于動(dòng)腦思考．

2　必修模塊中物理學(xué)史內(nèi)容的呈現(xiàn)及特色

必修模塊內(nèi)容的呈現(xiàn)方式可分為導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)、課文系統(tǒng)和課文輔助系統(tǒng)3種類(lèi)型[4]．導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)主要包括卷首語(yǔ)、導(dǎo)言、引言等，它為教學(xué)提供必要的準(zhǔn)備和幫助；課文系統(tǒng)主要包括正文、活動(dòng)等，是教師進(jìn)行教學(xué)的具體材料；課文輔助系統(tǒng)包括注釋、習(xí)題、附錄等，增進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，拓展學(xué)生的科學(xué)知識(shí)和提高問(wèn)題解決能力．對(duì)必修模塊的物理學(xué)史內(nèi)容的呈現(xiàn)方式統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表3．

表3人教版必修模塊教科書(shū)物理學(xué)史內(nèi)容的呈現(xiàn)方式的數(shù)量統(tǒng)計(jì)

物理學(xué)史內(nèi)容的呈現(xiàn)方式物理學(xué)史內(nèi)容數(shù)量統(tǒng)計(jì)導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)卷首語(yǔ)物理模型法1導(dǎo)言物理學(xué)與人類(lèi)文明1引言亞里士多德、霍爾頓、普朗克、基爾霍夫、拉普拉斯、勞厄等名言6課文系統(tǒng)正文亞里士多德及伽利略對(duì)運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)天體運(yùn)動(dòng)認(rèn)識(shí)的發(fā)展過(guò)程、能量守恒思想的發(fā)展3活動(dòng)科學(xué)足跡人類(lèi)對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)牛頓的生平簡(jiǎn)介2科學(xué)漫步黑洞的發(fā)現(xiàn)過(guò)程、航天事業(yè)的發(fā)展2STS伽利略生平簡(jiǎn)介2課文輔助系統(tǒng)注釋亞里士多德、普朗克、米開(kāi)朗琪羅、基爾霍夫、拉普拉斯、勞厄、邁爾、焦耳、亥姆霍茲生平簡(jiǎn)介9習(xí)題附錄學(xué)生實(shí)驗(yàn)丁肇中對(duì)實(shí)驗(yàn)的看法及其成就、電磁學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)介2課題研究課外讀物《物理學(xué)的進(jìn)化》、《阿西莫夫最新科學(xué)指南》《物理與頭腦相遇的地方》、《大眾天文學(xué)》、《宇宙》5

從表3可見(jiàn)，物理學(xué)史內(nèi)容在必修模塊中導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)有8處，課文系統(tǒng)有9處，課文輔助系統(tǒng)有16處，共33處．呈現(xiàn)特色主要體現(xiàn)在2個(gè)方面．

2.1課文輔助系統(tǒng)內(nèi)滲透的物理學(xué)史內(nèi)容廣泛

課文輔助系統(tǒng)內(nèi)的注釋、習(xí)題及附錄部分共16處滲透了物理學(xué)史內(nèi)容，幾乎占到總數(shù)的一半．注釋中滲透了9處物理學(xué)家的生平簡(jiǎn)介，附錄中介紹了5本物理學(xué)史類(lèi)書(shū)籍．其中《物理學(xué)的進(jìn)化》以通俗的語(yǔ)言向讀者介紹從牛頓、伽利略的經(jīng)典力學(xué)到現(xiàn)代物理的物理學(xué)觀念的演變過(guò)程，其涉及內(nèi)容廣泛，文字淺顯易懂，學(xué)生在閱讀中既增長(zhǎng)了知識(shí)，又加深了對(duì)物理學(xué)的理解；在學(xué)生實(shí)驗(yàn)部分，滲透的電磁學(xué)知識(shí)的發(fā)展過(guò)程，說(shuō)明了實(shí)驗(yàn)的重要性，同時(shí)也為后面電磁的學(xué)習(xí)做了鋪墊．

2.2課文系統(tǒng)內(nèi)的物理學(xué)史內(nèi)容緊扣知識(shí)的形成過(guò)程

課文系統(tǒng)內(nèi)有9處滲透了物理學(xué)史，幾乎占到總數(shù)的三分之一．課文系統(tǒng)的學(xué)史內(nèi)容密切結(jié)合物理概念、物理規(guī)律產(chǎn)生發(fā)展過(guò)程．比如必修1“伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究”正文部分滲透的亞里士多德和伽利略對(duì)運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)及研究過(guò)程，介紹了人們對(duì)運(yùn)動(dòng)的理解從錯(cuò)誤到正確，從直觀到抽象的過(guò)程，同時(shí)還包含研究過(guò)程中物理學(xué)家的科學(xué)態(tài)度、思維與方法等．由于課文系統(tǒng)是教學(xué)過(guò)程中師生互動(dòng)最活躍的部分，所以師生在課堂上“重演”整個(gè)概念規(guī)律的發(fā)展過(guò)程時(shí)，不僅能大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)該知識(shí)的積極性，同時(shí)也能促進(jìn)學(xué)生合理地建構(gòu)知識(shí)體系，培養(yǎng)嚴(yán)密的邏輯思維．

3　對(duì)教材中滲透物理學(xué)史的建議

從上述分析易見(jiàn)，必修模塊選擇了教育教學(xué)功能指向性強(qiáng)的物理學(xué)史內(nèi)容進(jìn)行滲透，其呈現(xiàn)符合青少年學(xué)生心理和思維發(fā)展規(guī)律[5]．但筆者認(rèn)為必修模塊滲透的物理學(xué)史內(nèi)容的深度、廣度及呈現(xiàn)方式仍需要進(jìn)一步改進(jìn)．

3.1部分內(nèi)容要加大物理學(xué)史知識(shí)的滲透力度

部分知識(shí)內(nèi)容滲透的物理學(xué)史過(guò)于簡(jiǎn)略，學(xué)生無(wú)法了解物理學(xué)史料．比如在“彈力”一節(jié)中，彈簧發(fā)生彈性形變時(shí)遵循胡克定律，而關(guān)于胡克定律的發(fā)現(xiàn)者胡克，書(shū)中只用了這樣一句話“這個(gè)規(guī)律是英國(guó)科學(xué)家胡克發(fā)現(xiàn)的”來(lái)進(jìn)行介紹，導(dǎo)致學(xué)生只知胡克的國(guó)籍，而關(guān)于他的時(shí)代背景、生平事跡、科研情況等完全不知．事實(shí)上，胡克在力學(xué)、光學(xué)方面都有一定的發(fā)現(xiàn)和貢獻(xiàn)，他的科學(xué)研究，上承伽利略，下啟牛頓，教科書(shū)上不應(yīng)該就一句話帶過(guò)，不再做任何介紹．

3.2部分物理學(xué)史內(nèi)容的呈現(xiàn)形式有待改進(jìn)

不恰當(dāng)?shù)某尸F(xiàn)形式會(huì)破壞知識(shí)的整體性，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)起到反作用．比如在“萬(wàn)有引力與航天”中的行星的運(yùn)動(dòng)里，書(shū)中在正文部分介紹了人們對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)從“地心說(shuō)”到“日心說(shuō)”再到“開(kāi)普勒提出的三大定律”的過(guò)程，但是并沒(méi)有提及“地心說(shuō)”“日心說(shuō)”的代表人物，只是在“科學(xué)足跡”活動(dòng)閱讀部分簡(jiǎn)單地提及了托勒密和哥白尼．如果學(xué)生沒(méi)有良好的閱讀習(xí)慣，這個(gè)重要的知識(shí)就會(huì)被忽略，從而無(wú)法深入地理解物理知識(shí)．因此應(yīng)在正文部分提及兩個(gè)學(xué)說(shuō)的代表人物并配以相應(yīng)的圖畫(huà)和文字．

3.3加大選取反面素材及觀點(diǎn)紛爭(zhēng)史料的力度

教科書(shū)中滲透的物理學(xué)史內(nèi)容絕大部分是正面的，這可能會(huì)讓學(xué)生對(duì)物理學(xué)的認(rèn)識(shí)片面化和簡(jiǎn)單化，認(rèn)為物理學(xué)家的發(fā)現(xiàn)簡(jiǎn)單而容易，物理學(xué)的發(fā)展一帆風(fēng)順、暢通無(wú)阻．事實(shí)上，物理學(xué)的發(fā)展道路困難且艱辛，每一個(gè)物理定律、理論的發(fā)現(xiàn)，都是在物理學(xué)家反復(fù)對(duì)其進(jìn)行研究、探討甚至于激烈的爭(zhēng)論中，才得以確定落實(shí)．比如胡克與牛頓在引力研究方面持有不同的看法，并有過(guò)尖銳的爭(zhēng)論，正是不同的看法及爭(zhēng)論，才促進(jìn)了牛頓的科學(xué)研究[6]．因此，適當(dāng)?shù)刈寣W(xué)生了解一些學(xué)派之間的爭(zhēng)論，學(xué)史上的反面資料，使學(xué)生對(duì)科學(xué)史發(fā)展有一個(gè)多角度、多方面的認(rèn)識(shí)，促進(jìn)學(xué)生辯證思維的培養(yǎng)及正確價(jià)值觀的養(yǎng)成．

1魏冰.科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)與科學(xué)教學(xué).比較教育研究,1999(3):52～54

2中華人民共和國(guó)教育部.全日制普通高中物理新課程標(biāo)準(zhǔn).北京:人民教育出社,2003.8～10

3人民教育出版社,課程教材研究所物理課程教材研究中心.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)物理1,2(必修).北京:人民教育出版社,2010

4谷雅慧.從三維培養(yǎng)目標(biāo)看物理學(xué)史在高中物理教科書(shū)中的應(yīng)用.中小學(xué)教材教學(xué)，2006(11):31～32

5武小琴.高中物理課標(biāo)教科書(shū)中物理學(xué)史的內(nèi)容及呈現(xiàn)形式研究：[碩士論文].重慶：西南大學(xué)，2008:3～4

6蔡志凌.物理學(xué)史教學(xué)的現(xiàn)狀、問(wèn)題與對(duì)策研究.課程·教材·教法，2003(7):35

7丁慶紅，馮爽.談牛頓平方反比的形成.物理教師，2013，34(3):66～67

丁建楠(1993-)，女，在讀碩士研究生，研究方向：物理課程與教學(xué)論.

指導(dǎo)教師：王較過(guò)(1957-)，男，教授，研究方向：物理課程與教學(xué)論.

2016-04-19)

*系2016年陜西師范大學(xué)“4+2+1”卓越教師班碩士研究生教師教育研究“物理教材滲透物理學(xué)史的研究——以人教版必修模塊為例”專(zhuān)項(xiàng)資助成果之一.