加强物理学史教育 培养学生科学素养

徐铁刚

物理学史是人类对自然界中各种物理现象的认识史，包含物理实验与理论体系、物理概念和定律定则、思维方法和研究手段的产生和发展过程以及物理学家的研究探索历程。物理学发展史是一座理论与实验、挫折与成功、逻辑与直觉混合的科学素養培养素材宝库。笔者在中学物理教学中，通过加强物理学史教育，激发学生浓厚的学习兴趣，培养学生的科学思维、科学态度与社会责任。

一、加强物理学史教育对培养学生科学素养的意义

1.有利于培养学生的科学思维，形成良好的思维品质

物理学史的教育可以促进学生形成科学思维的方法和品质。例如，伽利略在对自由落体运动的研究中，用逻辑反证推理和实验验证的办法，终结了“重的物体下落得快，轻的物体下落得慢”这个绵延两千年的错误，有利于培养学生的批判精神和创新意识；卡文迪许扭秤实验，用等效和放大的方法，巧妙地将不易观察的微小变化量，转化为容易观察的显著变化量，测量出非常微弱的力，证实了万有引力定律的正确性，并比较简便地测出了地球的质量，让马克·吐温感叹“科学真是迷人”；法拉第引入电场和磁场概念，指出电和磁的周围都存在着“场”，进而提出了电场线和磁感线概念，用来解释电、磁现象，化无形为有形，化抽象为具体，形象直观，体现了类比法、对称法等思维方法的魅力，是物理学理论的一次突破。学生对物理学家研究探索过程的学习和体验，认识和学习科学家的思维方法，能有效提高自己的科学思维品质。

2.有利于培养学生严谨踏实的科学态度和合作精神

在物理教学中加强物理学史教育，让学生走进物理学家的精神世界，感受他们的科学态度和谦逊品格，对于培养学生的科学精神、科学态度和协作意识有非常重要的作用。例如，牛顿发现万有引力定律的过程，从对行星和太阳间的引力的研究，到月地检验，再到发明微积分解决两个均匀球体间的引力计算问题，最后才大胆地推广到宇宙中的任何两个物体间，提出万有引力定律。其研究过程艰辛漫长，细致严谨，让学生明白对科学的探求过程是曲折的，有时还可能是乏味的，需要有一种百折不挠、愿为科学献身的精神。又如，原子结构及原子核结构的认识过程，是众多科学家前赴后继、不断创新超越的过程，也让我们认识到物质是无限可分的，认识是没有止境的。

3.有利于培养学生勇于担当的精神和对科学的责任意识

物理学史中有许多科学家为真理献身的动人事迹，让我们明白了真理终将战胜谬误，但有时不得不付出生命的代价。伽利略为宣传哥白尼的日心说而被教会终身监禁，布鲁诺更是被活活烧死，这些将激励后人为科学、为真理、为人类的发展进步而不懈奋斗。为研究“上帝之火”———雷电，富兰克林多次被击昏，未丧身雷电事故完全是一种侥幸。他冒险弄清了雷电的本质，提出了用避雷针来保护建筑物的建议，为人类解除了雷电带来的巨大灾害。科学家们为了科学的发展，为了人类的安全与和平，不畏艰险、不怕权威、不惜生命、追求真理的高尚品质，培养了学生为科学献身的探索精神以及为科技发展和人类进步的责任意识。

二、在物理教学中加强物理学史教育的几点尝试

1.课前运用物理学史引入新课，激发学生兴趣

“兴趣是最好的老师”。适当运用物理学史引入新课可以增强学生的学习兴趣。例如，在讲自由落体运动时，可以从伽利略的比萨斜塔实验的小故事引入新课，同时让学生自己做实验验证不同的物体下落的快慢与什么因素有关，激发学生兴趣和参与意识；又如，在讲行星的运动时，先提问：“有一位科学家被人们尊称为‘天空立法者。你知道是谁因为什么获得了这一殊荣吗？”然后让学生阅读教材“科学足迹”内容，一起学习人类对于宇宙的认识过程，这样能让学生较深刻理解开普勒三定律及其历史性贡献；再如，提问：“同学们知道海王星、冥王星是如何发现的吗？”作为“万有引力理论的成就”一课开场语，来学习用牛顿定律的理论指导实践在天文学上的成功案例；在讲述核裂变时，可提问导入新课：“你知道原子弹和氢弹的主要区别是什么吗？”利用学生对原子弹、氢弹的神秘感和强烈兴趣，给学生造成悬念，吸引学生的注意，激发起学生的兴趣，使学生带着问题专心听讲、积极思考；学习经典力学的局限性时，可提问“你知道我国在世界领先的量子保密通信和量子计算机是怎么回事吗？”进行课堂导入，讲解经典力学的适用范围，简要讲述相对论力学对高速运动物体的研究妙趣，和量子力学对微观世界的探索奥秘，鼓励学生今后投入到这两大物理学领域的学习和研究，培养学生科学素养，引导学生立志献身科学技术的研究和运用。

2.课中运用史料还原历史过程，帮助学生理解物理知识

课堂上若能适时穿插和还原物理学史案例，将使学生进一步加深对知识的理解，使学生受到多方面的启迪。例如，在讲电磁感应定律时，为了加深对磁生电时磁通量变化这一条件的深刻理解，穿插科拉顿的实验研究的故事，师生一起模拟演示科拉顿的实验。老师接通或断开原线圈回路开关，稳定后再去看检流电流表，模拟科拉顿在两个房间做实验。虽然实验中电流表偏转了，但他什么也没看到；学生虽然看到了电流的产生，却未能理解所看到的现象意味着什么。科拉顿失去了发现电磁感应现象的机会，他的学生也未能敏锐地捕捉这一激动人心的瞬间，成了科学史上的一桩憾事；又如，讲光的波粒二象性时，让学生分成“微粒说”组和“波动说”组进行辩论，分别展示两种学说的观点和实验事实，最后两组握手言和得出光的波粒二象性。这样使学生对前面学习了的诸多物理知识进行复习和运用，更好的了解光的波粒二象性的来龙去脉及其实验基础，加深学生对光的本性的认识。

3.课外开展物理学史研究性学习活动，提升学生科学素养

教师可以利用学生课外活动时间，指导学生阅读科学家传记和科普读物，上网查找物理学家及其研究过程，开展关于物理学史研究性学习活动。让学生写研究课题报告，读后感、科普小论文等，谈自己对科学思维的理解，对科学的态度和自己肩负的责任等。备课组组织对全年级学生的研究成果进行评价和奖励，将优秀研究报告和小论文在全校范围内展示。这样的研究性学习活动，不仅丰富了学生的课外活动，提高学生的初步科研能力，也可以进一步培养学生的科学素养。

（作者单位：长沙市长郡双语实验中学）