融入物理學(xué)史 培育核心素養(yǎng)

王 高

(江蘇第二師范學(xué)院，江蘇 南京 210013)

融入物理學(xué)史培育核心素養(yǎng)

王 高

(江蘇第二師范學(xué)院，江蘇 南京 210013)

物理學(xué)史反映了物理學(xué)概念、定理、定律的醞釀、產(chǎn)生和發(fā)展的過(guò)程,蘊(yùn)含了物理學(xué)家們研究物理的方法,體現(xiàn)了物理學(xué)家們執(zhí)著追求、堅(jiān)持真理的精神等,是培育核心素養(yǎng)的重要教學(xué)資源．本文介紹了在教學(xué)中科學(xué)地融入物理學(xué)史的策略——情感體驗(yàn)策略、適時(shí)融入策略、因材滲透策略、追本溯源策略、再創(chuàng)式教學(xué)策略,這些策略的使用能有效地培育學(xué)生物理核心素養(yǎng)．

物理學(xué)史； 融入； 核心素養(yǎng)； 策略

物理學(xué)史反映了物理學(xué)概念、定理、定律的醞釀、產(chǎn)生和發(fā)展的過(guò)程,蘊(yùn)含了物理學(xué)家們研究物理的方法,體現(xiàn)了物理學(xué)家們執(zhí)著追求、堅(jiān)持真理的精神等．教學(xué)中融入物理學(xué)史對(duì)激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、形成物理觀念、培養(yǎng)科學(xué)思維、開(kāi)展科學(xué)探究、樹(shù)立哲學(xué)理念等方面有著良好的促進(jìn)作用．

1 物理學(xué)史是培育核心素養(yǎng)的重要教學(xué)資源

物理核心素養(yǎng)主要由物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任4個(gè)方面構(gòu)成,物理學(xué)史中具有豐富的物理教育元素,是培育學(xué)生核心素養(yǎng)的重要教學(xué)資源．

1.1 物理學(xué)發(fā)展史是物理觀念形成的良好素材

物理學(xué)的概念、規(guī)律隨著物理學(xué)的發(fā)展在不斷演變著．了解物理概念、定理、定律的來(lái)龍去脈和發(fā)生、發(fā)展過(guò)程,可以幫助學(xué)生了解物理學(xué)基本觀念的變革,促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)更深層次的理解和掌握,認(rèn)清物理知識(shí)的本質(zhì)．

在對(duì)落體運(yùn)動(dòng)的研究中,亞里士多德憑著直覺(jué)和生活經(jīng)驗(yàn),認(rèn)為物體下落的快慢與物體的重量成正比．伽利略對(duì)落體運(yùn)動(dòng)研究的路徑是:一般觀察——假說(shuō)——通過(guò)演繹思維得出推論——對(duì)推論進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證——對(duì)假說(shuō)進(jìn)行修正．

(1) 通過(guò)觀察并作出假說(shuō).

伽利略觀察一塊原來(lái)處于靜止?fàn)顟B(tài)的石頭從高處開(kāi)始下落,并不斷獲得速度增量時(shí),認(rèn)為應(yīng)該相信這樣的速度增加是以為人們十分容易理解的極簡(jiǎn)單方式進(jìn)行的．如果仔細(xì)考察,我們可以發(fā)現(xiàn),增加的方式?jīng)]有比以同樣方式重復(fù)更簡(jiǎn)單的了．因此這種運(yùn)動(dòng)的定義可以陳述為:若一物體從靜止?fàn)顟B(tài)出發(fā)并在相等的時(shí)間間隔內(nèi)獲得相等的速度增量,則稱該運(yùn)動(dòng)為勻加速運(yùn)動(dòng)．

圖1

(2) 通過(guò)演繹思維得到自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律.

(3) 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證——伽利略的加速度實(shí)驗(yàn).

1638年,伽利略做了一個(gè)長(zhǎng)6m多,寬約0.3m的光滑直木板槽,板槽拋光,并鋪以羊皮紙,羊皮紙平滑光亮．再把這個(gè)木板槽傾斜固定,讓銅球沿木槽滑下,并用水鐘測(cè)量銅球每次下滑的時(shí)間,研究它們之間的關(guān)系．實(shí)驗(yàn)證明銅球滾動(dòng)的路程和時(shí)間的平方成比例:兩倍的時(shí)間里,銅球滾動(dòng)4倍的距離； 實(shí)驗(yàn)重復(fù)上百次,終于發(fā)現(xiàn)銅球所經(jīng)過(guò)的各種距離總是同所用時(shí)間的平方成比例,這對(duì)于銅球沿之滾動(dòng)的各種斜度的槽都成立．

公元1590年,伽利略建立了自由落體定律.它不僅是運(yùn)動(dòng)學(xué)中的第一個(gè)定量定律,更重要的是由此產(chǎn)生了一種新的研究方法,即把數(shù)學(xué)推理與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法,為物理學(xué)的發(fā)展開(kāi)辟了道路．正如愛(ài)因斯坦所說(shuō):“人的思維創(chuàng)造出一直在改變的宇宙圖景,伽利略對(duì)科學(xué)的貢獻(xiàn)就在于毀滅直覺(jué)的觀點(diǎn)而用新的觀點(diǎn)來(lái)代替它,這就是伽利略發(fā)現(xiàn)的重要意義．”

介紹這些內(nèi)容后,學(xué)生不僅知道自由落體運(yùn)動(dòng)定律,還能了解物理學(xué)上每一次重大的發(fā)展總是以物理觀念、物理思想的突破為先導(dǎo)和基礎(chǔ)的．物理概念、規(guī)律發(fā)展的演變史,可幫助學(xué)生逐步地掌握、理解物理知識(shí),進(jìn)而形成物理觀念．

1.2 物理學(xué)重要概念和定律生成史是科學(xué)探究、思維的教育元素

培根說(shuō)過(guò)，讀史使人明智．物理中的概念、定律、定理的得出都是物理學(xué)家們經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、推理、總結(jié)出來(lái)的精華．在他們艱辛探索的過(guò)程中,有著他們別具匠心的設(shè)計(jì),精湛無(wú)比的技術(shù),精巧奇妙的方法和非常精確的結(jié)果.這些都是對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究、科學(xué)思維培養(yǎng)的重要素材．在伽利略的自由落體運(yùn)動(dòng)研究中,我們能領(lǐng)略到實(shí)驗(yàn)、思維的智慧之光．

(1) “沖淡”重力.

自由落體運(yùn)動(dòng)的加速度是很大的,下落幾十米的高度,只需幾秒鐘,伽利略時(shí)代所使用的滴水計(jì)時(shí)器由于誤差較大,無(wú)法滿足實(shí)驗(yàn)要求．他就想出了一個(gè)巧妙的辦法——“沖淡”重力,用一個(gè)小球放在摩擦很小的斜面上,它滾下的時(shí)間就很長(zhǎng),比較容易測(cè)量,同時(shí)讓小球在斜面的不同位置滾下,并且在不同的傾斜角度重復(fù)實(shí)驗(yàn)．因?yàn)槭孪人?jīng)過(guò)分析確信二者遵從相同的法則．小球在斜面上運(yùn)動(dòng)的速度是受控的,可以用斜面的傾角來(lái)調(diào)節(jié)．只要傾角很小,小球運(yùn)動(dòng)的時(shí)間就可以在當(dāng)時(shí)的計(jì)時(shí)條件下比較準(zhǔn)確地測(cè)量出來(lái)．這種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新定能給學(xué)生有益的啟發(fā)．

(2) 滴水計(jì)時(shí).

由于當(dāng)時(shí)沒(méi)有機(jī)械鐘表,伽利略制造了一個(gè)水鐘．在水桶的底部開(kāi)一個(gè)小孔,接上一根小直徑的管子,便產(chǎn)生一股細(xì)流．在測(cè)量小球滾落時(shí)間時(shí),無(wú)論是在槽中全長(zhǎng)滾動(dòng)還是部分滾動(dòng),均用一只玻璃杯收集這股細(xì)流,然后在一個(gè)非常精確的天平上稱量所收集的水的質(zhì)量,這些質(zhì)量的差值和比值就是運(yùn)動(dòng)時(shí)間的差值和比值．所得結(jié)果如此精確,以致實(shí)驗(yàn)重復(fù)多次,都沒(méi)有出現(xiàn)可察覺(jué)的差異．

(3) 簡(jiǎn)單性思維.

伽利略認(rèn)為“自然界總是習(xí)慣于運(yùn)用最簡(jiǎn)單和最容易、又是人們?nèi)菀桌斫獾姆绞絹?lái)進(jìn)行的”．他認(rèn)為自由落體運(yùn)動(dòng)速度增加的方式?jīng)]有比以同樣方式重復(fù)更簡(jiǎn)單的了,即速度隨著時(shí)間均勻地增加．他仿照勻速運(yùn)動(dòng)定義了勻加速運(yùn)動(dòng):若一物體從靜止?fàn)顟B(tài)出發(fā),并在相等的時(shí)間間隔內(nèi)獲得相等的速度增量,則稱該運(yùn)動(dòng)為勻加速運(yùn)動(dòng)．

(4) 選擇恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)手段.

伽利略恰當(dāng)?shù)剡x擇了幾何學(xué)中的三角形這樣一種抽象的數(shù)學(xué)實(shí)體與所研究的物理過(guò)程——自由落體運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng),成功地對(duì)落體問(wèn)題進(jìn)行了數(shù)學(xué)處理,得出了自由落體運(yùn)動(dòng)的結(jié)論:s1∶s2∶s3=t12∶t22∶t32．他強(qiáng)調(diào)既要進(jìn)行觀察和實(shí)驗(yàn),又要對(duì)獲得的材料進(jìn)行確切的數(shù)學(xué)分析,把各個(gè)物理量之間的關(guān)系用簡(jiǎn)潔的數(shù)學(xué)形式表達(dá)出來(lái),從而去揭示各個(gè)物理量之間的內(nèi)在聯(lián)系,把實(shí)驗(yàn)結(jié)果上升到普遍理論的高度．

(5) 實(shí)驗(yàn)和推理相結(jié)合.

伽利略通過(guò)數(shù)學(xué)推理分析得出結(jié)論后,又通過(guò)斜面實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證．他在實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)斜面傾角固定時(shí),球滾過(guò)的距離與所用時(shí)間的平方之比為一常數(shù);改變斜面傾角,這個(gè)比值也隨之改變．于是在測(cè)定了一些較小傾角下的比值后,伽利略利用外推法得出:對(duì)于大的傾角,該比值為常數(shù)的這個(gè)論斷仍然成立．特別是當(dāng)傾角為90°，即物體自由下落時(shí),這個(gè)結(jié)論也將成立,由此得出自由落體運(yùn)動(dòng)也是勻加速直線運(yùn)動(dòng)的結(jié)論．

邏輯推理的方法應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)中可以達(dá)到現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件所達(dá)不到的目的,因?yàn)樵傧冗M(jìn)的實(shí)驗(yàn)條件都無(wú)法達(dá)到理想狀態(tài),有時(shí)只有通過(guò)邏輯推理,才能達(dá)到理想狀態(tài)的結(jié)論．

運(yùn)用物理學(xué)史,向?qū)W生展現(xiàn)物理學(xué)家們探索發(fā)現(xiàn)新的規(guī)律和理論的過(guò)程,從中了解他們是如何思維的,用了什么樣的研究方法,進(jìn)而領(lǐng)悟到科學(xué)的思維、正確的研究方法．

1.3 科學(xué)家的艱辛發(fā)現(xiàn)史是培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度、價(jià)值觀的綠色養(yǎng)料

物理學(xué)發(fā)現(xiàn)的過(guò)程中充滿了成功與挫折、分歧與爭(zhēng)論,物理學(xué)家們堅(jiān)持真理、不畏犧牲的科學(xué)態(tài)度以及量變與質(zhì)變、否定之否定的辯證唯物主義世界觀與價(jià)值觀,為學(xué)生科學(xué)態(tài)度、價(jià)值觀的培養(yǎng)提供了養(yǎng)料．

(1) 培養(yǎng)愛(ài)國(guó)情感.

物理學(xué)的歷史是人類(lèi)創(chuàng)造的,這種創(chuàng)造的過(guò)程是生動(dòng)而多彩的,充滿著民族自豪感與愛(ài)國(guó)主義精神．我國(guó)古代物理知識(shí)不僅涉及到力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)和電磁學(xué),也探討了物質(zhì)的本源．春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的《墨經(jīng)》記述了許多物理知識(shí),尤其在光學(xué)方面,它是世界古代科學(xué)史上一部難得的幾何光學(xué)著作;《考工記》在記述各種手工技術(shù)的同時(shí),闡明了一些科學(xué)道理,其中包括力學(xué)、聲學(xué)和熱學(xué)的知識(shí)．在實(shí)用技術(shù)方面,張衡制造了水運(yùn)渾天儀．公元132年,他還制造了世界上第一個(gè)地動(dòng)儀,用以測(cè)定地震的震源方向．現(xiàn)代物理學(xué)家錢(qián)學(xué)森、吳健雄等,他們都有一顆熱愛(ài)祖國(guó)的赤子之心,他們的精神和事跡都是培養(yǎng)愛(ài)國(guó)情感的優(yōu)秀題材．

(2) 培養(yǎng)科學(xué)精神.

科學(xué)精神是一種老老實(shí)實(shí)的態(tài)度,實(shí)事求是是最起碼的要求;科學(xué)精神是一種嚴(yán)格縝密的方法,每一個(gè)論斷都要經(jīng)過(guò)嚴(yán)密的邏輯論證和實(shí)踐檢驗(yàn);科學(xué)精神是一種批判的態(tài)度,要對(duì)自己和別人所作的研究無(wú)一例外地進(jìn)行苛刻的審查,不承認(rèn)任何萬(wàn)古不變的教條;科學(xué)精神是一種變革的勇氣,隨時(shí)準(zhǔn)備否定那些似乎是天經(jīng)地義的斷言并接受那些好像是離經(jīng)叛道的觀點(diǎn)．

物理學(xué)史中蘊(yùn)藏著豐富的科學(xué)精神教育素材．許多物理學(xué)家如卡文迪許、居里夫人、史蒂芬·霍金等等,以常人難以想象的毅力、信心和意志,與困難作斗爭(zhēng),與傳統(tǒng)的觀念作斗爭(zhēng),與科學(xué)界的阻力甚至迫害作斗爭(zhēng),愛(ài)國(guó)奉獻(xiàn)、追求真理、敢于創(chuàng)新、嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、唯物唯實(shí)．他們的業(yè)績(jī)長(zhǎng)存史冊(cè),精神彪炳千秋．科學(xué)家的科學(xué)精神能幫助學(xué)生養(yǎng)成嚴(yán)肅認(rèn)真、一絲不茍的良好作風(fēng),以及實(shí)事求是、客觀公正、尊重證據(jù)、堅(jiān)持真理、修正錯(cuò)誤的優(yōu)良品德．

(3) 樹(shù)立哲學(xué)理念.

物理學(xué)的發(fā)展與哲學(xué)的發(fā)展有著極為特殊的密切關(guān)系．物理概念、定理和定律中都充滿了辯證唯物主義內(nèi)容．有意識(shí)地用辯證唯物主義觀點(diǎn)去分析物理學(xué)發(fā)展史,進(jìn)而闡明物理概念、規(guī)律,同時(shí)結(jié)合物理學(xué)內(nèi)容,進(jìn)行世界的物質(zhì)性、物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)性和對(duì)立統(tǒng)一、量變與質(zhì)變、否定之否定規(guī)律的教育,使學(xué)生領(lǐng)會(huì)辯證唯物主義觀點(diǎn)．

(4) 提升審美水平.

物理學(xué)史中對(duì)稱、和諧、統(tǒng)一等美學(xué)要素占有重要地位．萬(wàn)有引力與靜電力都遵循平方反比關(guān)系,電子繞核運(yùn)動(dòng)的模型和行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的模型相似等,都顯示著物理學(xué)深刻的統(tǒng)一美．奧斯特堅(jiān)信自然界各種現(xiàn)象是有聯(lián)系的,他在1820年終于發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)．英國(guó)物理學(xué)家法拉第堅(jiān)信“自然界各種基本力之間是轉(zhuǎn)化、統(tǒng)一的”哲學(xué)觀點(diǎn),在長(zhǎng)達(dá)10年堅(jiān)持不懈的努力下,終于在1831年發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象,完美地證實(shí)了電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象的統(tǒng)一性,并被麥克斯韋用同一組方程式進(jìn)行了定量描述,實(shí)現(xiàn)了物理學(xué)史上第二次大綜合．簡(jiǎn)潔美吸引著第谷、開(kāi)普勒為之潛心鉆研,最終“日心說(shuō)”戰(zhàn)勝了“地心說(shuō)”,神學(xué)思想遭到了巨大的打擊．

萊辛有一句名言:對(duì)真理的追求要比對(duì)真理的占有更為可貴．物理上對(duì)真理的追求同時(shí)也是對(duì)美有著追求,因?yàn)槊揽梢砸?適當(dāng)?shù)慕榻B可以提升學(xué)生審美水平、促進(jìn)科學(xué)創(chuàng)造．

2 融入物理學(xué)史培育核心素養(yǎng)的策略

物理核心素養(yǎng)的培育必須根植于物理教學(xué)之中,在教學(xué)中應(yīng)用合適的策略,科學(xué)地融入物理學(xué)史能有效地培育學(xué)生物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等素養(yǎng)．

2.1 情感體驗(yàn)策略

根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知水平,將物理知識(shí)產(chǎn)生的真實(shí)背景和過(guò)程,詳略得當(dāng)?shù)爻尸F(xiàn)在學(xué)生面前,讓學(xué)生感受物理知識(shí)產(chǎn)生、發(fā)展的全過(guò)程．教師要努力促進(jìn)物理學(xué)家和學(xué)生之間進(jìn)行恰當(dāng)?shù)摹敖涣鳌?帶著學(xué)生穿越到知識(shí)發(fā)生的年代,體驗(yàn)當(dāng)時(shí)的物理學(xué)家如何發(fā)現(xiàn)問(wèn)題?如何思考?遇到什么樣的困難和障礙?運(yùn)用怎樣的思維方式突破困難?他們的結(jié)論在歷史的演變過(guò)程中發(fā)生了什么變化?爭(zhēng)論的焦點(diǎn)是什么?把這些內(nèi)容可以編成小故事,讓學(xué)生進(jìn)行角色扮演,即由學(xué)生扮演持不同觀點(diǎn)的物理學(xué)家,演繹物理發(fā)現(xiàn)過(guò)程,誘導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真思考、討論有關(guān)物理本質(zhì)的話題,以激發(fā)學(xué)生的好奇心與興趣,提高學(xué)生的參與積極性．這樣,不僅使學(xué)生學(xué)到物理知識(shí),促進(jìn)學(xué)生高水平的思考和能力的發(fā)展,還能促進(jìn)學(xué)生在認(rèn)知和情感方面的成長(zhǎng)．

實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)研究的重要手段,也是學(xué)生情感體驗(yàn)的重要載體．達(dá)芬奇說(shuō)過(guò)，實(shí)驗(yàn)是科學(xué)知識(shí)的來(lái)源,智慧是實(shí)驗(yàn)的女兒．還原當(dāng)時(shí)物理學(xué)家實(shí)驗(yàn)情境、認(rèn)知水平,研究當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件,分析實(shí)驗(yàn)遇到的困難,賞析實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的精妙,感受實(shí)驗(yàn)的方法、智慧．在講授“電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)”時(shí),教師把學(xué)生帶回到1820年奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)的那個(gè)年代,從對(duì)稱性角度提出磁能不能產(chǎn)生電的問(wèn)題.接著創(chuàng)造實(shí)驗(yàn)情境,引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手重復(fù)著法拉第當(dāng)年做過(guò)的實(shí)驗(yàn)： (1) 將導(dǎo)線繞在永磁鐵上,并將導(dǎo)線的兩端接在電流表上構(gòu)成回路,觀察電表指針是否偏轉(zhuǎn); (2) 換一個(gè)磁性強(qiáng)的磁鐵,觀察電表指針偏轉(zhuǎn)情況; (3) 換一個(gè)靈敏電流表,再來(lái)觀察電表指針偏轉(zhuǎn)與否; (4) 用一個(gè)通電線圈代替永磁鐵,觀察指針偏轉(zhuǎn)情況; (5) 兩個(gè)線圈繞在一個(gè)鐵環(huán)上,一個(gè)線圈與電流表相連,另一個(gè)線圈通過(guò)電鍵與電池相連,將電鍵接通、斷開(kāi),再來(lái)觀察指針偏轉(zhuǎn)與否．

學(xué)生身臨其境地重溫法拉第的實(shí)驗(yàn),體驗(yàn)這一偉大科學(xué)發(fā)現(xiàn)過(guò)程,在實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出電磁感應(yīng)的產(chǎn)生條件．

2.2 適時(shí)融入策略

現(xiàn)代的課堂是開(kāi)放性的、生成性的課堂,教師與學(xué)生應(yīng)有足夠的互動(dòng)．人本主義心理學(xué)家要求教學(xué)中要注意學(xué)生的學(xué)習(xí)需要、愿望、興趣與學(xué)習(xí)材料的關(guān)系．教師要不斷地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情．其中,利用物理學(xué)史把“物理學(xué)家的發(fā)現(xiàn)與思考”作為素材適時(shí)融入到教學(xué)中,能產(chǎn)生良好的教學(xué)效果．

2.3 因材滲透策略

不同的教材內(nèi)容、多變的教學(xué)情境需要不同的激發(fā)、學(xué)習(xí)策略,教師可靈活選取物理學(xué)史料,因材滲透．伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)研究的實(shí)驗(yàn),在當(dāng)時(shí)的條件下一般人是完全不可能完成的,因?yàn)槊媾R的困難實(shí)在是太多了．從理論上來(lái)說(shuō),“速度”的概念沒(méi)有建立;從測(cè)量技術(shù)上來(lái)看,沒(méi)有精確的計(jì)時(shí)工具．怎么辦?方法總比困難多，伽利略不畏困難,首先定義速度、加速度、時(shí)間等物理概念,建立運(yùn)動(dòng)學(xué)的理論體系,進(jìn)而借助于多種思維方法,巧妙地將困難化解,最終取得實(shí)驗(yàn)的成功,一舉成為近代科學(xué)的奠基人．例如思辨法,以可靠的事實(shí)為基礎(chǔ),加以邏輯的思考演繹,得出了實(shí)驗(yàn)所不能得出的結(jié)果．這樣,既為實(shí)驗(yàn)研究指明了方向,又突破了實(shí)驗(yàn)的局限,得出了普遍的、科學(xué)的結(jié)論．再如,用轉(zhuǎn)換法將豎直方向上的運(yùn)動(dòng)研究轉(zhuǎn)換為斜面上的運(yùn)動(dòng)研究,將速度與時(shí)間的關(guān)系研究轉(zhuǎn)換為位移與時(shí)間的關(guān)系研究,將時(shí)間測(cè)量轉(zhuǎn)換為水流質(zhì)量的稱量,從而突破了測(cè)量技術(shù)的瓶頸,將不可能變?yōu)榭赡埽?/p>

愛(ài)因斯坦說(shuō)過(guò)，科學(xué)結(jié)論幾乎是以完成的形式出現(xiàn)在讀者面前．學(xué)生難以從結(jié)論上體驗(yàn)到探索和發(fā)現(xiàn)的喜悅,感覺(jué)不到思想形成的生動(dòng)過(guò)程,也很難清楚地解釋全部問(wèn)題．教學(xué)中需要教師結(jié)合教學(xué)內(nèi)容,融入相關(guān)的物理學(xué)史料,回顧科學(xué)家所做的工作和取得的成績(jī),引起學(xué)生情感上的共鳴.學(xué)生不僅僅增長(zhǎng)了見(jiàn)識(shí),了解物理學(xué)研究方法,還獲得情感、態(tài)度、價(jià)值觀的升華和毅力的提升．

2.4 追本溯源策略

在物理教學(xué)中,依托物理學(xué)史實(shí),以著名物理定律、物理學(xué)重要發(fā)現(xiàn)、典型物理實(shí)驗(yàn)為研究對(duì)象,根據(jù)原始史料來(lái)追蹤物理理論的形成過(guò)程,探究物理規(guī)律的形成過(guò)程,體驗(yàn)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的歷程,準(zhǔn)確把握物理概念、規(guī)律的真正內(nèi)涵．

圖2

在講授“宇宙航行”時(shí),教師們自然會(huì)介紹牛頓著名的拋體運(yùn)動(dòng)理想實(shí)驗(yàn),很多教師還通過(guò)電腦動(dòng)畫(huà)來(lái)模擬這個(gè)實(shí)驗(yàn),學(xué)生知道了有這么回事．可是,牛頓為什么要設(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)?實(shí)驗(yàn)的價(jià)值在哪里?學(xué)生應(yīng)該明白但不知道．教師可以引導(dǎo)學(xué)生追溯到1685年,牛頓完成了“論物體的運(yùn)動(dòng)”論文,文中所描繪的說(shuō)明如圖2所示,他寫(xiě)道:由于向心力行星會(huì)保持于某一軌道,如果我們考慮拋體運(yùn)動(dòng),這一點(diǎn)就很容易理解．一塊石頭投出,由于自身的重量,被迫離開(kāi)直線路徑,如果僅有初始投擲,理應(yīng)按直線運(yùn)動(dòng),而這時(shí)卻在空中描出曲線,最終落在地面．投擲的速度越大,它在落地前走得越遠(yuǎn)．于是我們可以假設(shè)當(dāng)速度增大到如此之大,在落地前描出一條1、2、5、10、100、1000英里長(zhǎng)的弧線,直到最后超出了地球的限制,進(jìn)入宇宙空間永不觸及地球．

牛頓的這一簡(jiǎn)單的思想實(shí)驗(yàn),第一次讓人們認(rèn)識(shí)到,原來(lái)月球不會(huì)掉到地上來(lái)(也不會(huì)飛走)的原因,正是導(dǎo)致蘋(píng)果落地的引力，說(shuō)明了行星在向心力的作用下為什么會(huì)保持在一定的軌道運(yùn)行,進(jìn)而闡述萬(wàn)有引力的思想．牛頓的引力理論促成了人們認(rèn)識(shí)上的一個(gè)飛躍:天上的東西并不“神圣”,他們遵循的規(guī)律和地上普通物體的規(guī)律完全一致．

2.5 再創(chuàng)式教學(xué)策略

將相關(guān)物理學(xué)史中有助于課堂教學(xué)的內(nèi)容提煉出來(lái),根據(jù)條件對(duì)物理學(xué)史進(jìn)行再創(chuàng)造,使其既能符合學(xué)生的認(rèn)識(shí)又能為學(xué)生的學(xué)習(xí)和思考提供啟示．借鑒物理學(xué)史發(fā)展的脈絡(luò),而非“重復(fù)”,進(jìn)行創(chuàng)造,以進(jìn)一步完善學(xué)生的認(rèn)知．

伽利略利用理想斜面實(shí)驗(yàn)否定了亞里士多德的“力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因”的觀點(diǎn),揭示了物體運(yùn)動(dòng)的重要性質(zhì)——慣性．這是一個(gè)思想實(shí)驗(yàn),是在可靠的事實(shí)基礎(chǔ)上,通過(guò)推理獲得的．教學(xué)中,教師可以追問(wèn):伽利略的觀點(diǎn)能否經(jīng)受實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)?zāi)?然后引導(dǎo)學(xué)生利用氣墊導(dǎo)軌實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證,如圖3所示．安裝好實(shí)驗(yàn)裝置后,調(diào)節(jié)h的大小,分別測(cè)出物體運(yùn)動(dòng)的加速度a;在a-h坐標(biāo)中描點(diǎn),畫(huà)出a與h的關(guān)系圖線,如圖4所示．圖線表明,物體的加速度a與斜面高度h成正比．利用外推法,當(dāng)h=0時(shí)a=0,即導(dǎo)軌水平時(shí)物體(無(wú)外力作用)保持勻速直線運(yùn)動(dòng)．

圖3

圖4

實(shí)驗(yàn)是學(xué)習(xí)前人的“創(chuàng)新”,許多經(jīng)典實(shí)驗(yàn)中蘊(yùn)含了科學(xué)家獨(dú)特的思想方法和智慧的設(shè)計(jì),值得我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)、領(lǐng)悟,啟迪我們?nèi)ンw驗(yàn)、改進(jìn)與創(chuàng)新,從而提升實(shí)驗(yàn)的智慧．

教學(xué)中融入物理學(xué)史,有助于學(xué)生了解知識(shí)的全貌,有利于準(zhǔn)確理解所學(xué)知識(shí),增強(qiáng)學(xué)習(xí)主動(dòng)性,提高學(xué)習(xí)趣味性,引導(dǎo)學(xué)習(xí)走向深入,提高學(xué)生的人文素養(yǎng)和科學(xué)素養(yǎng)．作為物理教師要結(jié)合教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生情況不斷地探索,讓物理學(xué)史在促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的提升方面發(fā)揮更大的作用．

1 王較過(guò),王娟.物理學(xué)史對(duì)物理三維教學(xué)目標(biāo)的促進(jìn)作用[J].重慶教育學(xué)院學(xué)報(bào),2011(5):11-15.

2 蔡鐵權(quán). 物理學(xué)史與物理教育[J].浙江師大學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2000(8): 245-252.

3 李寧. 淺談物理學(xué)史在初中物理教學(xué)中的實(shí)踐研究[J].物理教學(xué),2013(01):36-38.

4 趙塞君. 物理學(xué)史與高中物理教學(xué)相結(jié)合的研究[J].物理教學(xué),2017(05):76-78.

2017-06-03)