王良

我國正在深化高中課程改革，發(fā)展學生的科學素養(yǎng)被置于這一改革的基礎地位.《普通高中物理課程標準（實驗）》明確指出——課程目的：提高全體學生的科學素養(yǎng)；課程性質：高中物理是普通高中科學學習領域的一門基礎課程，與九年義務教育物理或科學課程相銜接，旨在進一步提高學生的科學素養(yǎng).高中物理課程改革的深入進行也將以促進學生的核心素養(yǎng)發(fā)展為目標.

在科學素養(yǎng)中，最核心部分是科學精神，即人們對科學的態(tài)度與價值觀；中間部分是科學知識，即人們在學校中、在社會生活中所學習并掌握的知識、技能、方法與能力；最外圍部分是科學意識，即人們在科學素養(yǎng)教育中所形成的、在追求科學的過程中所表現(xiàn)出來的科學熱情、激情以及自覺運用科學的行為與習慣.

那么在日常的教學活動中提升學生物理學科的科學素養(yǎng)？筆者認為在高中物理課程教學融入科學史的內容是通過物理課程落實科學素養(yǎng)教育的有效途徑.

1 物理學史對提升科學素養(yǎng)的作用

物理學史、我國的科技成就，知識在生活中的運用等在物理學科核心素養(yǎng)的“立德樹人”方面具有獨特的意義.物理學史對培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)具有極高的價值.人教版高中物理課本中有很多章節(jié)是對物理學史的介紹，這些與學科相關的歷史對培養(yǎng)學生的情感、態(tài)度、價值觀，提高學生的科學素養(yǎng)是極好的素材.如伽利略對自由落體運動的研究，牛頓第一定律的建立，萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)，電磁感應現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，盧瑟福原子核式結構的建立等，猶如一部部壯麗的科學史詩，它歌頌了前輩科學家們排除困難、勇于探索的科學精神，展示了科學發(fā)展過程中先賢們富有創(chuàng)造而又嚴謹?shù)牡目茖W思維，也體現(xiàn)了真理來之不易這一樸素思想.其豐富的內容、浩瀚的史料、翔實的素質教育素材決定了它是落實新課程倡導的三維目標的一個良好載體，是高中物理教學中的一項重要內容，是提升物理素養(yǎng)的有效途徑.

2 巧用物理學史，提升科學素養(yǎng)——以“行星的運動”為例

2.1 了解探索行星運動的發(fā)展史，能培養(yǎng)學生的情感態(tài)度和價值觀，提升學生的科學素養(yǎng).

“行星的運動”是必修2第六章“萬有引力與航天”的第一節(jié)內容，教材圍繞日心說的建立和開普勒行星三定律這兩個內容來闡述.其中對于“地心說”和“日心說”的爭論和歷史發(fā)展過程，學生們大都知道，但是對于開普勒和第谷的故事學生卻普遍不熟悉.針對這種情況，在進行本節(jié)課的教學前，筆者就讓學生提前預習書本上“科學足跡”欄目，并對全班進行了分工：地心說小組（地心說的發(fā)展過程及主要內容）、日心說發(fā)展史小組（為日心說發(fā)展做出巨大貢獻的科學家）、第谷小組（其對天文學的貢獻）、開普勒小組（開普勒三大定律的發(fā)現(xiàn)過程）.根據(jù)各自分配到的任務上網(wǎng)查閱相關資料，整理相關文獻.

活動一 （1）地心說小組簡要介紹地心說的發(fā)展過程及主要內容.

地心說的主要內容是：地球是宇宙的中心，并且靜止不動，一切行星圍繞地球做簡單完美的圓周運動.

（2）日心說小組介紹其創(chuàng)立者和主要內容

日心說的內容：太陽是宇宙中心并且靜止不動，地球圍繞太陽做圓周運動，并且在自轉，其他行星都圍繞太陽做圓周運動.

活動二 教師引導學生根據(jù)以上學生的展示結合閱讀教材第一段，回答以下幾個問題

（1）古代人們對天體運動存在哪些看法？

（2）“地心說”的主要內容及代表人物，“日心說”的主要內容及代表人物？

（3）哪種學說占統(tǒng)治地位的時間較長？“日心說”為什么最終能戰(zhàn)勝“地心說”試舉例說明.

（4）“日心說”的觀點是否絕對正確？“地心說”被證明是錯誤的，那么它在行星運動研究發(fā)展史上是否就被我們完全否定？

活動三 第谷小組講述他對天文學的貢獻

第谷連續(xù)20年對750顆左右恒星進行觀察并有準確記錄，他的觀察精度達到了肉眼觀測的極限.為開普勒革新行星運動理論，發(fā)展日心說奠定了基礎.

學生們在課堂上所表現(xiàn)的積極性，回答的答案都讓我刮目相看.如果沒有在課前布置任務讓學生查閱相關資料，而只是根據(jù)課本上的內容，簡單介紹一下“地心說”和“日心說”，學生雖然能掌握兩種學說的代表人物和主要內容.但是，他們一定不能經(jīng)歷了解“行星運動”的歷史發(fā)展過程，不了解先輩們是如何發(fā)展和創(chuàng)造知識的，那么他們也就不會有機會思考這段歷史發(fā)生的價值和意義，失去了培養(yǎng)學生科學的辯證的看待問題的機會.在實際的教學過程中，我們往往因為課時的限制，而忽略了物理學史的教學，但其實在實際物理教學過程中穿插著的物理學發(fā)展史，滲透物理文化的教育，能激發(fā)學生的學習興趣，充分展示科學規(guī)律的發(fā)展過程，讓學生體驗科學家的思維過程，有利于學生對科學探索的正確情感態(tài)度和價值觀的形成.而這些正是個人科學素養(yǎng)中最深層次的部分.

2.2 提供充分史實，注重深度挖掘，能凸顯相關內容的思想內涵，提升學生的科學素養(yǎng)

在科學史內容的教學中，教師要注意以顯性化方式挖掘相關內容深刻的思想內涵，讓學生從中對科學的本質，科學與社會的關系，科學的美等有更深刻的認識.

活動四 開普勒小組展示資料，教師補充說明

在科學史上，開普勒在第谷觀測數(shù)據(jù)基礎上發(fā)現(xiàn)行星運動定律的過程是十分繁瑣而艱苦的.他經(jīng)過四年多的刻苦計算，嘗試了十九種設想的路徑，但由于或多或少與觀測結果不一致而被否決.最后開普勒才發(fā)現(xiàn)火星運行的軌道是橢圓，進而發(fā)現(xiàn)每個行星運行軌道都是橢圓，有人把它這一工作探索過程比喻為“螞蟻啃骨頭”，這體現(xiàn)了科學工作者的一種堅韌、執(zhí)著的求真精神.通過“對開普勒是如何利用觀測數(shù)據(jù)來發(fā)現(xiàn)行星運動軌道是橢圓的”這一問題的補充，可以讓學生體會科學方法的巧妙，同時加深對這一科學發(fā)現(xiàn)過程艱巨性的感受.

在實際的教學過程中，有學生提出了這樣一個困惑：既然開普勒發(fā)現(xiàn)圓軌道是錯誤的，為什么我們在處理行星運動時，還是要按照圓軌道來處理？在深度挖掘物理學史的過程中，學生有了新的發(fā)現(xiàn)，這正是我們課堂所要達到的效果.橢圓軌道是事實，是行星運動的實際軌道，因為行星的軌道與圓十分接近，在處理問題時，我們可以將行星的軌道近似為圓軌道來建立理想模型——勻速圓周運動.當然這樣處理只適用于是我們高中階段的物理知識水平.向學生說明“從圓軌道到橢圓軌道是人們對科學本質認識的修正過程.而近似按照圓軌道處理是物理學簡化問題建立模型的方法，兩者有本質的區(qū)別的.” 通過對物理學史的深度挖掘，啟發(fā)學生獨立地對新問題產(chǎn)生自己的思考，引導學生順著科學家對這個問題的思考的脈絡，了解科學的本質，有利于學生從“機械學習，被動學習、獲得知識”向“靈活學習、積極思考、勇于探索”轉化，獲得真正的“智慧”，提升自身的科學素養(yǎng).

2.3 結合物理學史，體驗探究過程，培養(yǎng)探究能力，提升學生的科學素養(yǎng)

開普勒第一定律：所有行星繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個焦點上.

雖然學生都知道橢圓是什么樣，但是學生在學習萬有引力定律時沒有系統(tǒng)學習過橢圓知識，對于焦點、半長軸、半短軸等概念不清楚.教材對這部分進行了恰當處理：可以用一條細繩和兩只圖釘來畫橢圓（圖1）.在學習了從地心說到日心說整個漫長而驚心動魄的歷程后，讓學生自己動手畫橢圓，體驗行星繞著太陽的運動的這么一個環(huán)節(jié)，會大大提高學生學習的積極性.而且在橢圓畫出后，通過觀察可以發(fā)現(xiàn)，當兩枚圖釘?shù)木嚯x較近時畫出的橢圓近似為一個圓，為今后在處理行星的運動問題時把軌道視為一個圓作鋪墊.這部分的教學內容主要以體驗為主，使學生領略宇宙中行星運動的特點.

其實探究的過程就是教與學的過程，但是它比單純的知識講解更能激發(fā)學生學習的興趣.從教師層面來講，采用探究學習過程對教師自身的知識、駕馭課堂的能力有更高的要求，上這樣一堂課教師在課前要化更多的時間備課.但從學生層講能讓學生在探究過程中發(fā)現(xiàn)問題，通過觀察和比較自己發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，從而能留下更深刻的印象.作為教師，應該給學生提供更多這樣的機會，在教學過程中提高學生的觀察能力、發(fā)現(xiàn)問題的敏銳程度，引導他們自己解決問題，以此提升學生的科學素養(yǎng).

物理學史為一般自然科學提供的素材是多種多樣和豐富具體的，巧用物理學史為培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)提供很好的平臺和契機.以上教學實例僅是筆者在物理教學階段融入物理學史的初步實踐.面對新形勢，我們物理教師自身首先必須培養(yǎng)和提高適應未來生存和發(fā)展所必備的科學素養(yǎng)，同時搭建多種系列物理學史、物理實驗等平臺，完善科學素養(yǎng)培養(yǎng)體系，這對創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)必將起到較大的推動作用.