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加強(qiáng)物理學(xué)史教育 培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)

2017-07-24 17:02徐鐵剛
湖南教育·C版 2017年7期
關(guān)鍵詞:物理學(xué)科學(xué)素養(yǎng)科學(xué)

徐鐵剛

物理學(xué)史是人類(lèi)對(duì)自然界中各種物理現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)史,包含物理實(shí)驗(yàn)與理論體系、物理概念和定律定則、思維方法和研究手段的產(chǎn)生和發(fā)展過(guò)程以及物理學(xué)家的研究探索歷程。物理學(xué)發(fā)展史是一座理論與實(shí)驗(yàn)、挫折與成功、邏輯與直覺(jué)混合的科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)素材寶庫(kù)。筆者在中學(xué)物理教學(xué)中,通過(guò)加強(qiáng)物理學(xué)史教育,激發(fā)學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任。

一、加強(qiáng)物理學(xué)史教育對(duì)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的意義

1.有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維,形成良好的思維品質(zhì)

物理學(xué)史的教育可以促進(jìn)學(xué)生形成科學(xué)思維的方法和品質(zhì)。例如,伽利略在對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究中,用邏輯反證推理和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的辦法,終結(jié)了“重的物體下落得快,輕的物體下落得慢”這個(gè)綿延兩千年的錯(cuò)誤,有利于培養(yǎng)學(xué)生的批判精神和創(chuàng)新意識(shí);卡文迪許扭秤實(shí)驗(yàn),用等效和放大的方法,巧妙地將不易觀察的微小變化量,轉(zhuǎn)化為容易觀察的顯著變化量,測(cè)量出非常微弱的力,證實(shí)了萬(wàn)有引力定律的正確性,并比較簡(jiǎn)便地測(cè)出了地球的質(zhì)量,讓馬克·吐溫感嘆“科學(xué)真是迷人”;法拉第引入電場(chǎng)和磁場(chǎng)概念,指出電和磁的周?chē)即嬖谥皥?chǎng)”,進(jìn)而提出了電場(chǎng)線和磁感線概念,用來(lái)解釋電、磁現(xiàn)象,化無(wú)形為有形,化抽象為具體,形象直觀,體現(xiàn)了類(lèi)比法、對(duì)稱(chēng)法等思維方法的魅力,是物理學(xué)理論的一次突破。學(xué)生對(duì)物理學(xué)家研究探索過(guò)程的學(xué)習(xí)和體驗(yàn),認(rèn)識(shí)和學(xué)習(xí)科學(xué)家的思維方法,能有效提高自己的科學(xué)思維品質(zhì)。

2.有利于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)踏實(shí)的科學(xué)態(tài)度和合作精神

在物理教學(xué)中加強(qiáng)物理學(xué)史教育,讓學(xué)生走進(jìn)物理學(xué)家的精神世界,感受他們的科學(xué)態(tài)度和謙遜品格,對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神、科學(xué)態(tài)度和協(xié)作意識(shí)有非常重要的作用。例如,牛頓發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律的過(guò)程,從對(duì)行星和太陽(yáng)間的引力的研究,到月地檢驗(yàn),再到發(fā)明微積分解決兩個(gè)均勻球體間的引力計(jì)算問(wèn)題,最后才大膽地推廣到宇宙中的任何兩個(gè)物體間,提出萬(wàn)有引力定律。其研究過(guò)程艱辛漫長(zhǎng),細(xì)致嚴(yán)謹(jǐn),讓學(xué)生明白對(duì)科學(xué)的探求過(guò)程是曲折的,有時(shí)還可能是乏味的,需要有一種百折不撓、愿為科學(xué)獻(xiàn)身的精神。又如,原子結(jié)構(gòu)及原子核結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)過(guò)程,是眾多科學(xué)家前赴后繼、不斷創(chuàng)新超越的過(guò)程,也讓我們認(rèn)識(shí)到物質(zhì)是無(wú)限可分的,認(rèn)識(shí)是沒(méi)有止境的。

3.有利于培養(yǎng)學(xué)生勇于擔(dān)當(dāng)?shù)木窈蛯?duì)科學(xué)的責(zé)任意識(shí)

物理學(xué)史中有許多科學(xué)家為真理獻(xiàn)身的動(dòng)人事跡,讓我們明白了真理終將戰(zhàn)勝謬誤,但有時(shí)不得不付出生命的代價(jià)。伽利略為宣傳哥白尼的日心說(shuō)而被教會(huì)終身監(jiān)禁,布魯諾更是被活活燒死,這些將激勵(lì)后人為科學(xué)、為真理、為人類(lèi)的發(fā)展進(jìn)步而不懈奮斗。為研究“上帝之火”———雷電,富蘭克林多次被擊昏,未喪身雷電事故完全是一種僥幸。他冒險(xiǎn)弄清了雷電的本質(zhì),提出了用避雷針來(lái)保護(hù)建筑物的建議,為人類(lèi)解除了雷電帶來(lái)的巨大災(zāi)害??茖W(xué)家們?yōu)榱丝茖W(xué)的發(fā)展,為了人類(lèi)的安全與和平,不畏艱險(xiǎn)、不怕權(quán)威、不惜生命、追求真理的高尚品質(zhì),培養(yǎng)了學(xué)生為科學(xué)獻(xiàn)身的探索精神以及為科技發(fā)展和人類(lèi)進(jìn)步的責(zé)任意識(shí)。

二、在物理教學(xué)中加強(qiáng)物理學(xué)史教育的幾點(diǎn)嘗試

1.課前運(yùn)用物理學(xué)史引入新課,激發(fā)學(xué)生興趣

“興趣是最好的老師”。適當(dāng)運(yùn)用物理學(xué)史引入新課可以增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如,在講自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí),可以從伽利略的比薩斜塔實(shí)驗(yàn)的小故事引入新課,同時(shí)讓學(xué)生自己做實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證不同的物體下落的快慢與什么因素有關(guān),激發(fā)學(xué)生興趣和參與意識(shí);又如,在講行星的運(yùn)動(dòng)時(shí),先提問(wèn):“有一位科學(xué)家被人們尊稱(chēng)為‘天空立法者。你知道是誰(shuí)因?yàn)槭裁传@得了這一殊榮嗎?”然后讓學(xué)生閱讀教材“科學(xué)足跡”內(nèi)容,一起學(xué)習(xí)人類(lèi)對(duì)于宇宙的認(rèn)識(shí)過(guò)程,這樣能讓學(xué)生較深刻理解開(kāi)普勒三定律及其歷史性貢獻(xiàn);再如,提問(wèn):“同學(xué)們知道海王星、冥王星是如何發(fā)現(xiàn)的嗎?”作為“萬(wàn)有引力理論的成就”一課開(kāi)場(chǎng)語(yǔ),來(lái)學(xué)習(xí)用牛頓定律的理論指導(dǎo)實(shí)踐在天文學(xué)上的成功案例;在講述核裂變時(shí),可提問(wèn)導(dǎo)入新課:“你知道原子彈和氫彈的主要區(qū)別是什么嗎?”利用學(xué)生對(duì)原子彈、氫彈的神秘感和強(qiáng)烈興趣,給學(xué)生造成懸念,吸引學(xué)生的注意,激發(fā)起學(xué)生的興趣,使學(xué)生帶著問(wèn)題專(zhuān)心聽(tīng)講、積極思考;學(xué)習(xí)經(jīng)典力學(xué)的局限性時(shí),可提問(wèn)“你知道我國(guó)在世界領(lǐng)先的量子保密通信和量子計(jì)算機(jī)是怎么回事嗎?”進(jìn)行課堂導(dǎo)入,講解經(jīng)典力學(xué)的適用范圍,簡(jiǎn)要講述相對(duì)論力學(xué)對(duì)高速運(yùn)動(dòng)物體的研究妙趣,和量子力學(xué)對(duì)微觀世界的探索奧秘,鼓勵(lì)學(xué)生今后投入到這兩大物理學(xué)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)和研究,培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng),引導(dǎo)學(xué)生立志獻(xiàn)身科學(xué)技術(shù)的研究和運(yùn)用。

2.課中運(yùn)用史料還原歷史過(guò)程,幫助學(xué)生理解物理知識(shí)

課堂上若能適時(shí)穿插和還原物理學(xué)史案例,將使學(xué)生進(jìn)一步加深對(duì)知識(shí)的理解,使學(xué)生受到多方面的啟迪。例如,在講電磁感應(yīng)定律時(shí),為了加深對(duì)磁生電時(shí)磁通量變化這一條件的深刻理解,穿插科拉頓的實(shí)驗(yàn)研究的故事,師生一起模擬演示科拉頓的實(shí)驗(yàn)。老師接通或斷開(kāi)原線圈回路開(kāi)關(guān),穩(wěn)定后再去看檢流電流表,模擬科拉頓在兩個(gè)房間做實(shí)驗(yàn)。雖然實(shí)驗(yàn)中電流表偏轉(zhuǎn)了,但他什么也沒(méi)看到;學(xué)生雖然看到了電流的產(chǎn)生,卻未能理解所看到的現(xiàn)象意味著什么??评D失去了發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的機(jī)會(huì),他的學(xué)生也未能敏銳地捕捉這一激動(dòng)人心的瞬間,成了科學(xué)史上的一樁憾事;又如,講光的波粒二象性時(shí),讓學(xué)生分成“微粒說(shuō)”組和“波動(dòng)說(shuō)”組進(jìn)行辯論,分別展示兩種學(xué)說(shuō)的觀點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)事實(shí),最后兩組握手言和得出光的波粒二象性。這樣使學(xué)生對(duì)前面學(xué)習(xí)了的諸多物理知識(shí)進(jìn)行復(fù)習(xí)和運(yùn)用,更好的了解光的波粒二象性的來(lái)龍去脈及其實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ),加深學(xué)生對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)。

3.課外開(kāi)展物理學(xué)史研究性學(xué)習(xí)活動(dòng),提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)

教師可以利用學(xué)生課外活動(dòng)時(shí)間,指導(dǎo)學(xué)生閱讀科學(xué)家傳記和科普讀物,上網(wǎng)查找物理學(xué)家及其研究過(guò)程,開(kāi)展關(guān)于物理學(xué)史研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)。讓學(xué)生寫(xiě)研究課題報(bào)告,讀后感、科普小論文等,談自己對(duì)科學(xué)思維的理解,對(duì)科學(xué)的態(tài)度和自己肩負(fù)的責(zé)任等。備課組組織對(duì)全年級(jí)學(xué)生的研究成果進(jìn)行評(píng)價(jià)和獎(jiǎng)勵(lì),將優(yōu)秀研究報(bào)告和小論文在全校范圍內(nèi)展示。這樣的研究性學(xué)習(xí)活動(dòng),不僅豐富了學(xué)生的課外活動(dòng),提高學(xué)生的初步科研能力,也可以進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

(作者單位:長(zhǎng)沙市長(zhǎng)郡雙語(yǔ)實(shí)驗(yàn)中學(xué))

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