談物理學(xué)史教學(xué)對(duì)科學(xué)本質(zhì)觀形成的作用

張艷艷

摘 要：《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）明確將正確認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì)作為學(xué)生必須達(dá)到的學(xué)習(xí)目標(biāo)。因而，在高中物理教學(xué)中，如何體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)是教師需要特別關(guān)注的問題。物理學(xué)史教學(xué)對(duì)學(xué)生正確認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì)具有重要的意義，但目前高考的考試形式并不能很好地考查這個(gè)學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成度，導(dǎo)致現(xiàn)階段很多教師僅讓學(xué)生背記一些科學(xué)家和科學(xué)家的貢獻(xiàn)。本文以“萬有引力與航天”這一章節(jié)為例，結(jié)合物理學(xué)史的內(nèi)容，初步探究物理史的教學(xué)方法和策略，以期幫助學(xué)生更好地認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì)。

關(guān)鍵詞：科學(xué)本質(zhì);物理學(xué)史;教學(xué)方法;教學(xué)策略

中圖分類號(hào)：G427? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-624X（2021）26-0028-02

引 言

科學(xué)本質(zhì)可以從“科學(xué)知識(shí)”“科學(xué)探究”和“科學(xué)事業(yè)”這三個(gè)方面進(jìn)行闡述。科學(xué)知識(shí)的本質(zhì)是世界是可認(rèn)識(shí)的，科學(xué)知識(shí)是可變的，科學(xué)并不能解決所有問題;科學(xué)探究的本質(zhì)，是科學(xué)講究實(shí)據(jù)，所以一切理論都需要通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證，科學(xué)是邏輯和想象的結(jié)合體，具有解釋和預(yù)測(cè)的功能，同時(shí)反對(duì)權(quán)威;科學(xué)事業(yè)的本質(zhì)是科學(xué)是一種復(fù)雜的社會(huì)活動(dòng)，是在不同領(lǐng)域的探究，同樣必須考慮倫理的原則。科學(xué)家作為專家又作為公民參與公眾事務(wù)，要考慮科學(xué)對(duì)全人類的影響。高中物理從很多方面盡量去體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)，如教材的編寫、《課程標(biāo)準(zhǔn)》的要求等。但目前很多教師讓學(xué)生以考高分為目標(biāo)，忽略了教材、《課程標(biāo)準(zhǔn)》等在這方面的改變，如教師將規(guī)律概念濃縮成若干精練的語言或公式，讓學(xué)生直接解題，忽略得出規(guī)律的過程。特別是物理學(xué)史的教學(xué)，教師通常讓學(xué)生直接記憶一些高考可能考查的內(nèi)容，對(duì)于高考不考的內(nèi)容可能直接忽略掉。而物理學(xué)史講的是人類對(duì)自然界中各種物理現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)過程，對(duì)學(xué)生理解物理知識(shí)和培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)至關(guān)重要[1]。

一、目前教材對(duì)物理學(xué)史的編寫及編寫目的

物理學(xué)史在課本中一般以三種方式呈現(xiàn)。（1）單獨(dú)出現(xiàn)在引導(dǎo)環(huán)節(jié)。例如，人教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理選修3-1第一章第3節(jié)“電場(chǎng)強(qiáng)度”一節(jié)中對(duì)超越空間發(fā)生的相互作用力的討論和說法做了敘述。學(xué)生通過學(xué)習(xí)本課內(nèi)容，不僅能了解到電場(chǎng)這種看不見、摸不著的客觀物質(zhì)的提出過程，還能深刻感受到科學(xué)家們對(duì)科學(xué)真理的不懈追求。（2）人教版高中物理教材經(jīng)常以“科學(xué)漫步”這一內(nèi)容呈現(xiàn)物理學(xué)史。（3）物理學(xué)史內(nèi)容隨著理論、概念、定義和方程出現(xiàn)。例如，在“行星的運(yùn)動(dòng)”這一節(jié)內(nèi)容中，教材在編排時(shí)，并不是開篇就介紹“開普勒三大定律”，而是從古代人類對(duì)行星運(yùn)動(dòng)認(rèn)識(shí)的發(fā)展過程出發(fā)，進(jìn)行物理學(xué)史的介紹。文中有這樣一段話：“德國天文學(xué)家開普勒用了20年的時(shí)間研究了丹麥天文學(xué)家第谷的行星觀測(cè)記錄，發(fā)現(xiàn)如果假設(shè)行星的運(yùn)動(dòng)是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，計(jì)算所得的數(shù)據(jù)與觀測(cè)數(shù)據(jù)不符，只有假設(shè)行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道不是圓，而是橢圓，才能解釋這種差異?！睂W(xué)生自己閱讀教材，一定會(huì)感受到人類對(duì)自然的認(rèn)識(shí)是對(duì)自然的觀測(cè)、歸納，然后由科學(xué)家們利用自己的智慧進(jìn)行推理、演算，或者想象并經(jīng)過驗(yàn)證才得到的。同樣，科學(xué)知識(shí)是發(fā)展的，不是一成不變的，當(dāng)新的實(shí)驗(yàn)證據(jù)、更合理的解釋等出現(xiàn)，科學(xué)知識(shí)可能發(fā)生改變。通過對(duì)科學(xué)知識(shí)發(fā)展過程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠了解科學(xué)家的思維發(fā)展過程，這對(duì)學(xué)習(xí)理論知識(shí)有很大的幫助[2]。

例如，人教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理選修3-5中原子結(jié)構(gòu)這一內(nèi)容的編寫，是從古希臘的原子論認(rèn)為物質(zhì)只能分割到原子為止，再到德國物理學(xué)家普呂克爾的實(shí)驗(yàn)，到湯姆森的陰極射線實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)電子，得到原子可再分;然后盧瑟福的α散射實(shí)驗(yàn)，駁斥湯姆森的棗糕模型，發(fā)現(xiàn)核式結(jié)構(gòu)。還有關(guān)于中學(xué)生熟悉的一個(gè)規(guī)律——牛頓第一定律，普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教材先從亞里士多德的關(guān)于運(yùn)動(dòng)和力的觀點(diǎn)出發(fā)，到伽利略的“理想斜面實(shí)驗(yàn)”，再到笛卡爾的觀點(diǎn)，最后才到牛頓第一定律，使學(xué)生在不知不覺中對(duì)運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系有了正確的認(rèn)識(shí)，并加深了印象。教材的編寫目的就是讓學(xué)生通過了解知識(shí)的獲得過程，更深刻地理解知識(shí)，也讓學(xué)生通過對(duì)物理學(xué)史的學(xué)習(xí)，體會(huì)到科學(xué)精神就是一種批判的態(tài)度、一種變革的勇氣，隨時(shí)否定那些似乎天經(jīng)地義的規(guī)律，承認(rèn)科學(xué)知識(shí)是發(fā)展的;更讓學(xué)生通過了解科學(xué)家們的生平事跡，體會(huì)到與他人合作對(duì)研究的重要性。

在物理學(xué)教學(xué)中，教師依據(jù)具體的教學(xué)內(nèi)容恰到好處地引用一些精確的、生動(dòng)的物理學(xué)史知識(shí)，不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生的求知欲望，還能引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)揣摩物理學(xué)家分析問題、解決問題的科學(xué)思維方法，使其樹立辯證唯物主義思想，培養(yǎng)質(zhì)疑精神和提出科學(xué)問題的能力。

現(xiàn)以高中新課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理必修二第六章“萬有引力與航天”為例，簡要介紹物理學(xué)史的教學(xué)方法和策略。物理學(xué)史貫穿在整個(gè)章節(jié)中，大致被分為12處，現(xiàn)歸納如下（見表1）。

二、物理學(xué)史的教學(xué)方法

物理學(xué)史的內(nèi)容一般可以分為：物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過程，物理學(xué)家的生平事跡，各物理學(xué)派學(xué)說的陳述和假說間的爭議。本文現(xiàn)就物理學(xué)史的內(nèi)容及教學(xué)的作用提出以下幾種教學(xué)方法。

（一）重演—?dú)w納法

重演—?dú)w納法就是通過現(xiàn)象提出問題，引導(dǎo)學(xué)生像歷史上的科學(xué)家一樣分析問題、思考問題，正確認(rèn)識(shí)現(xiàn)象，歸納得出規(guī)律。如從地心說與日心說之爭，到開普勒定律的提出，這個(gè)內(nèi)容就非常適合利用重演—?dú)w納法，讓學(xué)生感受到科學(xué)規(guī)律的得出除了依靠觀察現(xiàn)象，還需要理性的假設(shè)和科學(xué)的計(jì)算，也使學(xué)生領(lǐng)悟到科學(xué)探究、規(guī)律的得出并不是一蹴而就的，而是需要經(jīng)歷不斷的探究和驗(yàn)證。

（二）文獻(xiàn)—陳述法