摘 要：高中物理課程強(qiáng)調(diào)了物理教學(xué)中應(yīng)滲透物理學(xué)史，明確要求“初步了解物理學(xué)的發(fā)展歷程”。本文對(duì)在高中物理教學(xué)（包括新課教學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)，復(fù)習(xí)課教學(xué)）中滲入物理學(xué)史的模式作了一些探討。

關(guān)鍵詞：高中物理教學(xué)；物理學(xué)史；滲透

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2016）11-0077-4

由于《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》（實(shí)驗(yàn)）在課程目標(biāo)中明確要求高中學(xué)生“初步了解物理學(xué)的發(fā)展歷程”，因此各種版本的普通高中物理教材中都有多處引用了相關(guān)的物理學(xué)史。那么，在高中物理教學(xué)中可以什么方式滲透物理學(xué)史呢？本文對(duì)在高中物理教學(xué)包括新課教學(xué)、實(shí)驗(yàn)課教學(xué)、復(fù)習(xí)課教學(xué)中滲入物理學(xué)史的模式作一些探討。

1 在新課教學(xué)中滲入物理學(xué)史

新課教學(xué)是高中物理教學(xué)的主要形式之一，在新課教學(xué)中滲入物理學(xué)史的方式常見(jiàn)的有四種。

1.1 將物理學(xué)史引入新課教學(xué)

（1）利用物理學(xué)史引入新的教學(xué)主題或新的一章

比如：魯科版選修3-5除第一章外其他內(nèi)容都是近代物理，為了讓學(xué)生對(duì)即將要學(xué)習(xí)的知識(shí)有個(gè)整體的了解，在開(kāi)始教學(xué)部分內(nèi)容之前用物理學(xué)史引入課題：

1 9世紀(jì)下半葉，科學(xué)家們開(kāi)始研究陰極射線。倫琴在研究陰極射線時(shí)發(fā)現(xiàn)了X射線，J.J.湯姆孫通過(guò)陰極射線證實(shí)了電子的存在。貝可勒爾在研究X射線時(shí)發(fā)現(xiàn)了放射性，居里夫婦發(fā)現(xiàn)并研究了放射性元素釙和鐳。在對(duì)放射性的進(jìn)一步研究中，盧瑟福發(fā)現(xiàn)了α射線和β射線，維拉德發(fā)現(xiàn)了γ射線。

隨著盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子、查德威克發(fā)現(xiàn)了中子，原子核的結(jié)構(gòu)被揭開(kāi)。中子的發(fā)現(xiàn)還激發(fā)了一系列新課題的研究，引起一連串的新發(fā)現(xiàn)——人工放射性、慢中子和核裂變，并且打開(kāi)了核能實(shí)際應(yīng)用的大門。

普朗克為了克服經(jīng)典理論解釋黑體輻射規(guī)律的困難而提出了能量子假說(shuō)，標(biāo)志著量子力學(xué)的誕生；愛(ài)因斯坦針對(duì)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)與經(jīng)典理論的矛盾提出了光量子假說(shuō)和光電方程。玻爾將量子學(xué)說(shuō)應(yīng)用于盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)成功地解釋了氫原子光譜。

愛(ài)因斯坦第一個(gè)肯定了光既有波動(dòng)性又有粒子性，即波粒二象性；德布羅意把波粒二象性推廣到微觀粒子，提出了物質(zhì)波的假說(shuō)，論證了微觀粒子也具有波動(dòng)性，并得到了電子的衍射實(shí)驗(yàn)和雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的證實(shí)。

利用物理學(xué)史引入新的教學(xué)主題或新的一章時(shí)要盡可能把本主題或本章涉及到的物理學(xué)史有機(jī)地串起來(lái)，才能達(dá)到使學(xué)生對(duì)本主題或本章將要學(xué)習(xí)的知識(shí)有整體上了解的目的。

（2）利用物理學(xué)史引入新的一堂課

比如：魯科版必修1的第6章第1節(jié)《牛頓第一定律》可以用再現(xiàn)物理學(xué)史的方式引入新課。先給出馬拉車的圖（如圖1所示），問(wèn)學(xué)生看這個(gè)圖能得出什么結(jié)論，然后根據(jù)學(xué)生的回答引出亞里士多德的觀點(diǎn)——馬不拉車，車就不動(dòng)，這證明了有力才有運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)需要外力來(lái)維持。亞里士多德被奉為圣賢，他的觀點(diǎn)人們相信了很長(zhǎng)的時(shí)間，但慢慢地不斷有人批駁，伽利略就是其中一個(gè)。伽利略利用如圖2所示的光滑斜面實(shí)驗(yàn)進(jìn)行批駁：假設(shè)沿斜面AB落下的物體，以B點(diǎn)得到的速度沿另一斜面BC向上運(yùn)動(dòng)，則物體不受BC傾斜的影響仍將達(dá)到和A點(diǎn)同樣的高度，只是需要的時(shí)間不同而已。迪卡爾進(jìn)一步完善了伽利略的結(jié)論——運(yùn)動(dòng)一旦加于物體，就會(huì)永遠(yuǎn)保持下去，除非受到某種外來(lái)手段的破壞。牛頓將前人的觀點(diǎn)進(jìn)行了大綜合，提出了牛頓第一定律。

將物理學(xué)史引入新課教學(xué)可以增強(qiáng)學(xué)生對(duì)物理學(xué)的興趣，可以很快就把學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性調(diào)動(dòng)起來(lái)，吸引學(xué)生的注意力。

1.2 以物理學(xué)史為線索串講一堂新課

比如：魯科版必修2第5章第1節(jié)《萬(wàn)有引力定律及引力常量的測(cè)定》，可以用天文學(xué)的進(jìn)展為線索串起整堂課：托勒密的地心說(shuō)→哥白尼的日心說(shuō)→開(kāi)普勒和伽利略捍衛(wèi)哥白尼的日心說(shuō)→第谷的天文觀測(cè)→開(kāi)普勒的貢獻(xiàn)→開(kāi)普勒三大定律→牛頓對(duì)天體的研究→牛頓發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律→發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律的意義→卡文迪許對(duì)引力常量的測(cè)量→測(cè)出引力常量的意義。

再比如：魯科版選修3-5的第3章第1節(jié)《原子核結(jié)構(gòu)》，也可以用原子核物理學(xué)的發(fā)展為線索串起整堂課：盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)質(zhì)子（含布拉凱特的貢獻(xiàn)）→發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的意義→盧瑟福的中子假說(shuō)→玻特、約里奧-居里夫婦雙雙錯(cuò)過(guò)發(fā)現(xiàn)中子的機(jī)會(huì)→查德威克發(fā)現(xiàn)中子→發(fā)現(xiàn)中子的意義。

以物理學(xué)史為線索串講一堂課，可以使學(xué)生更加深刻地了解科學(xué)探索的過(guò)程，了解知識(shí)的形成過(guò)程，進(jìn)一步理解所學(xué)的知識(shí)。

1.3 在新課教學(xué)結(jié)束時(shí)補(bǔ)充本節(jié)相關(guān)物理學(xué)史

比如：魯科版必修2第3章第3節(jié)《勻變速直線運(yùn)動(dòng)實(shí)例——自由落體運(yùn)動(dòng)》，在教學(xué)“什么是自由落體運(yùn)動(dòng)”及“自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律”后可以補(bǔ)充歷史上對(duì)于落體運(yùn)動(dòng)的研究：亞里士多德的錯(cuò)誤觀點(diǎn)→伽利略對(duì)落體運(yùn)動(dòng)的猜想假說(shuō)與邏輯推理→伽利略的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證（斜面實(shí)驗(yàn)）→合理外推至傾角為90 °（即物體自由下落）。

補(bǔ)充的目的是讓學(xué)生了解物理學(xué)史上關(guān)于自由落體運(yùn)動(dòng)的研究發(fā)展過(guò)程，了解伽利略對(duì)物理學(xué)的貢獻(xiàn)，同時(shí)讓學(xué)生了解伽利略研究運(yùn)動(dòng)學(xué)的方法（如圖3所示）是：把實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)結(jié)合在一起，既注重邏輯推理，又依靠實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。

再比如：魯科版選修3-1第1章第2節(jié)《靜電力 庫(kù)侖定律》，在學(xué)習(xí)庫(kù)侖定律時(shí)學(xué)生可能會(huì)有這樣的想法：怎么庫(kù)侖定律和萬(wàn)有引力定律這么像？?jī)蓚€(gè)定律間有什么關(guān)聯(lián)嗎？利用學(xué)生的疑惑，可以在課堂的最后幾分鐘補(bǔ)充庫(kù)侖定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程：

1759年德國(guó)的愛(ài)皮努斯猜測(cè)電荷之間的斥力和吸力隨物體的距離的減少而增大→1760年瑞士的伯努利猜測(cè)電力會(huì)不會(huì)也跟萬(wàn)有引力一樣，服從平方反比關(guān)系→1767年英國(guó)化學(xué)家普利斯特利從富蘭克林的空罐實(shí)驗(yàn)中得出：電的吸引與萬(wàn)有引力服從同一定律，即距離平方的反比→1773年卡文迪許的同心球?qū)嶒?yàn)確定了電力服從平方反比定律，但沒(méi)有及時(shí)發(fā)表而未對(duì)科學(xué)發(fā)展起到應(yīng)有的推動(dòng)作用→1785年法國(guó)的庫(kù)侖從電扭秤實(shí)驗(yàn)得出：帶同種電的兩球之間的斥力，與兩球中心之間距離的平方成反比；庫(kù)侖又從電擺實(shí)驗(yàn)得出：正電與負(fù)電的相互吸引力，也與距離的平方成反比。

可以看出科學(xué)家在研究電力的規(guī)律時(shí)都是按萬(wàn)有引力的模式來(lái)探討電力的規(guī)律性，即應(yīng)用了類比法，可見(jiàn)類比法在庫(kù)侖定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程中起到重要的作用。

1.4 針對(duì)新課教學(xué)過(guò)程中的某一知識(shí)點(diǎn)滲入相關(guān)物理學(xué)史

比如：魯科版選修3-4第4章第2節(jié)《光的全反射》，可以在全反射及其產(chǎn)生條件教學(xué)結(jié)束后補(bǔ)充全反射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)過(guò)程：1611年，開(kāi)普勒系統(tǒng)研究光的折射現(xiàn)象，并在《折光學(xué)》一書中記載了他做的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)——一個(gè)是比較入射角和折射角的實(shí)驗(yàn)，另一個(gè)是圓柱玻璃實(shí)驗(yàn)，雖然開(kāi)普勒沒(méi)有從這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中找到折射定律的表達(dá)式，但他卻通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)和光的可逆性應(yīng)用發(fā)現(xiàn)了光的全反射現(xiàn)象。

再比如：魯科版選修3-4第5章第2節(jié)《光的衍射》中關(guān)于泊松亮斑可以作如下補(bǔ)充：1818年，為鼓勵(lì)對(duì)衍射現(xiàn)象的研究，法國(guó)科學(xué)院懸賞征集這方面的論文。菲涅耳以嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推理定量地計(jì)算了圓孔、圓板等形狀的障礙物所產(chǎn)生的衍射花紋，推出的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)相符得很好。評(píng)審委員泊松在審查菲涅耳的理論時(shí)，運(yùn)用菲涅耳方程推導(dǎo)圓盤衍射，得到一個(gè)令人稀奇的結(jié)果：在盤后方一定距離屏幕的影子中心出現(xiàn)亮斑。泊松認(rèn)為這是荒謬的，但阿拉果對(duì)泊松提出的問(wèn)題進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，結(jié)果實(shí)驗(yàn)中影子中心果然出現(xiàn)了一個(gè)亮斑。這一事實(shí)轟動(dòng)了法國(guó)科學(xué)院，于是菲涅耳榮獲了這一屆的科學(xué)獎(jiǎng)，而后人戲劇性地稱這個(gè)亮斑為泊松亮斑。

將新課教學(xué)過(guò)程中的某一知識(shí)點(diǎn)結(jié)合相關(guān)物理學(xué)史，目的是讓學(xué)生加深對(duì)這一知識(shí)點(diǎn)的理解，同時(shí)拓展學(xué)生的知識(shí)面，開(kāi)拓學(xué)生的眼界。

2 在實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中滲入物理學(xué)史

物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)學(xué)科，大量的物理規(guī)律建立在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上。物理實(shí)驗(yàn)是高中物理教學(xué)的重要手段，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高中物理教學(xué)的有機(jī)組成部分。在實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中也可適當(dāng)?shù)貪B入相關(guān)的物理學(xué)史。

2.1 在分組實(shí)驗(yàn)教學(xué)中滲入物理學(xué)史

比如：魯科版必修1第3章第2節(jié)《勻變速直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)探究》，在介紹打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是個(gè)簡(jiǎn)便的計(jì)時(shí)儀器時(shí)，可以順帶給學(xué)生講講伽利略時(shí)代的計(jì)時(shí)方法：把一只盛水的大容器置于高處，在容器底部焊上一根口徑很細(xì)的管子，用小杯子收集每次物體運(yùn)動(dòng)時(shí)由細(xì)管流出的水，用接收到的水的多少來(lái)代表物體運(yùn)動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短。這種方法不但麻煩還只能間接測(cè)量時(shí)間，可見(jiàn)當(dāng)時(shí)的科學(xué)家要做研究是多么的困難。

再比如：魯科版選修3-4第5章第1節(jié)《光的干涉》，在“科學(xué)探究——測(cè)定光的波長(zhǎng)”中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)將各光學(xué)元件在光具座上裝配好后，要把雙縫干涉儀調(diào)節(jié)到能觀察到明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有點(diǎn)難度，這時(shí)為了增加學(xué)生的信心，可以給學(xué)生講講18世紀(jì)初的英國(guó)醫(yī)生托馬斯·楊在沒(méi)有這些先進(jìn)的光學(xué)儀器的情況下是如何克服困難做出干涉實(shí)驗(yàn)的：在百葉窗上開(kāi)了一個(gè)小洞，然后用厚紙片蓋住，再在紙片上戳一個(gè)很小的洞。讓光線透過(guò)，并用一面鏡子反射透過(guò)的光線。然后，再用一個(gè)厚約三十分之一英寸的紙片把這束光從中間分成兩束，結(jié)果才看到了相交的光線和陰影。

2.2 在隨堂演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)中滲入物理學(xué)史

比如：魯科版必修2第3章第3節(jié)《勻變速直線運(yùn)動(dòng)實(shí)例——自由落體運(yùn)動(dòng)》，在演示完紙片和硬幣在接近真空的玻璃管內(nèi)下落的快慢后，可以補(bǔ)充伽利略著名的比薩斜塔實(shí)驗(yàn)：從斜塔上同時(shí)釋放一輕一重的兩個(gè)物體，結(jié)果兩個(gè)物體幾乎同時(shí)落地。

在實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中適當(dāng)?shù)貪B入相關(guān)的物理學(xué)史，可以讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)上沒(méi)有平坦的大道，科學(xué)家使用最簡(jiǎn)單的儀器和設(shè)備進(jìn)行科學(xué)研究是多么不容易，讓學(xué)生學(xué)會(huì)珍惜現(xiàn)在優(yōu)越的學(xué)習(xí)條件，勤奮學(xué)習(xí)。

3 在復(fù)習(xí)課教學(xué)中滲入物理學(xué)史

復(fù)習(xí)課也是高中物理教學(xué)中常見(jiàn)的形式之一，特別是高三的總復(fù)習(xí)階段更是以復(fù)習(xí)課為主。由于近年的高考中頻現(xiàn)與物理學(xué)史相關(guān)的考題，因此，在高三總復(fù)習(xí)階段有必要把重點(diǎn)章節(jié)（比如力學(xué)、電磁學(xué)、原子物理）的物理學(xué)史再次滲入到相應(yīng)的復(fù)習(xí)課中，但不能只是新課教學(xué)中已講過(guò)的物理學(xué)史的簡(jiǎn)單再現(xiàn)，而是在廣度和深度上要有所提高。

比如：在復(fù)習(xí)電磁感應(yīng)的探索歷程時(shí)，可以在原來(lái)新課教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上重點(diǎn)補(bǔ)充以下幾點(diǎn)：

“跑失良機(jī)”的科拉頓：科拉頓的實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)得完全正確，如果磁鐵磁性足夠強(qiáng)，導(dǎo)線電阻不大，電流計(jì)十分靈敏，那么在科拉頓將磁鐵插入螺旋線圈時(shí)，電流計(jì)的指針確實(shí)會(huì)擺動(dòng)。也就是說(shuō)，產(chǎn)生了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。只不過(guò)科拉頓沒(méi)有看見(jiàn)，他跑得還是“太慢”，連電流計(jì)指針往回?cái)[也沒(méi)看見(jiàn)。

阿拉果圓盤實(shí)驗(yàn)：1822年，阿拉果和德國(guó)科學(xué)家洪堡測(cè)量格林威治附近小山的磁場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，注意到磁針附近的金屬物對(duì)磁針的振動(dòng)有阻尼作用。1824年阿拉果把磁針當(dāng)作單擺，讓它在銅盤上方擺動(dòng)，發(fā)現(xiàn)磁針的擺動(dòng)會(huì)很快衰減；如果在磁針下面迅速轉(zhuǎn)動(dòng)銅盤，磁針也會(huì)跟著轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)時(shí)，阿拉果無(wú)法解釋這種現(xiàn)象，只是如實(shí)地向公眾宣布了這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。阿拉果因此而獲得1825年的科普利獎(jiǎng)，此盤也被命名為阿拉果盤。這個(gè)實(shí)驗(yàn)震動(dòng)了歐洲的物理學(xué)家，畢奧認(rèn)為銅盤在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生了磁性，而安培提出銅盤在運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生了電流，但都沒(méi)有找到問(wèn)題的實(shí)質(zhì)。當(dāng)時(shí)，這個(gè)現(xiàn)象誰(shuí)也不能解釋，歷史上稱之為阿拉果之謎。

法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的四個(gè)遞進(jìn)式實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)一如圖4a所示，在一個(gè)軟鐵圓環(huán)上繞兩個(gè)互相絕緣的線圈A和B，線圈A和電池相連，線圈B用一導(dǎo)線連通，導(dǎo)線下面平行放置一只小磁針，充當(dāng)檢驗(yàn)電流通過(guò)的指示器。實(shí)驗(yàn)二如圖4b所示，在一根鐵棒上繞以線圈，并和電流計(jì)相接，鐵棒兩端各放一根條形磁鐵，讓鐵棒拉進(jìn)拉出。實(shí)驗(yàn)三如圖4c所示，將條形磁鐵插入和拔出線圈。實(shí)驗(yàn)四（法拉第圓盤發(fā)電機(jī)）如圖4d所示，把銅盤置于馬蹄形磁極之間，從銅盤的軸心和邊沿引兩根導(dǎo)線接于電流計(jì)，然后旋轉(zhuǎn)銅盤。

4 結(jié) 語(yǔ)

物理學(xué)史只有以適當(dāng)方式滲入高中物理教學(xué)中才能起到幫助學(xué)生樹(shù)立正確人生觀和價(jià)值觀的作用，起到培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神和良好道德品質(zhì)的作用。

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（欄目編輯 鄧 磊）