谈物理教学中物理学史教育对学生物理学科核心素养的培养_张飞鹏.pdf

DOI:1019392/jcnki1671-7341202318012谈物理教学中物理学史教育对学生物理学科核心素养的培养张飞鹏1黄永华2*1云南师范大学物理与电子信息学院云南昆明650500;2云南师范大学附属中学云南昆明650500摘要:在新的时代背景下，高中物理的教育目标由三维目标走向了物理学科核心素养，更加强调运用原理和方法解释或处理工作和生活中的实际问题，文章从物理学史引入物理课堂的必要性入手，详细阐述了物理教学中物理学史教育对学生物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个方面物理学科核心素养培养的积极作用，对融入物理学史进行教学的现状进行了分析并就此给出了实施建议:引入物理学史的内容必须真实、进阶、典型;引入物理学史的方式须形式多样;作为学生的引导者，教师应当积极地学习、实践，做到教师先行。物理学史作为一个丰富的教育资源库，教师应当充分挖掘这些素材中蕴含的教育价值，将物理学史充分应用到教学实践中，培养学生的物理学科核心素养。关键词:物理学史;物理学科核心素养;实施建议1 问题的提出在新的时代背景下，高中物理的教育目标由三维目标走向了物理学科核心素养，主要包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个方面1，更加强调运用原理和方法解释或处理工作和生活中的实际问题2。我国高中学校教育还没有完全从高考指挥棒的影响下脱离出来，社会、学校、家长对教师的评价依旧是以升学率作为最终的衡量标准3。传统的科学教育出发点忽视了对学生物理学科核心素养的全面培养，自 20 世纪 50 年代初，原哈佛大学的校长科南特大力倡导物理学史引入科学教育后，物理学史极为重要的教育功能早已成为共识，融入物理学史进行教学是培养学生物理学科核心素养的有效途径。2 融入物理学史对培养学生物理学科核心素养的作用21 融入物理学史对培养学生物理观念的作用物理观念是物理概念和规律等在头脑中的提炼和升华1，正如爱因斯坦所说:“建立一个物理理论时，基本观念起了最主要的作用。”随着物理学的发展以及数学工具的引入，物理观念已经变得越来越高深，学生在学习的过程中不可避免会遇到类似“场”这样难于理解的概念。在现代基础教育科学课程背景下，直接将高频考点凝聚出来的重要物理模型倒背如流以应对考试，容易使学生失去对物理本质的认识。物理学史的引入对培养学生的物理观念有积极的作用，当学生在遇到某些不易理解的观念时，常常也是物理学发展史上所遇到的科学难题，借助物理学史原著中最原始的叙述，了解物理学家当时如何攻克这个难题，物理学家们通俗易懂的描述可加深学生对此核心概念的理解，并增强其实际运用的能力。22 融入物理学史对培养学生科学思维的作用正如爱因斯坦所说:“培养独立思考和独立判断的能力，应当始终放在首位，而不应该把获得专业知识放在首位。”物理学就是用我们常见的模型来探讨千变万化的世界背后支配着它的规律，很多的物理规律并非直接经验的总结，它们创造于理想的情况下，在数学的世界中成立，再一步一步地解释实验现象，如果能够经受事实的检验那它就暂时是正确的，否则就需要被进一步完善甚至舍弃，可见创造力是物理学的发展中不可缺少的部分4。引入相关物理学史的内容，可以非常形象生动为学生展示物理学家科学成就背后的整个思维过程5。以图 1 中展示的万有引力定律的发现过程为例，有选择性地向学生展示相关物理学发现完整历程的重要节点，而非一些破碎的画面或者结论，可以引导学生正确使用归纳法等思维方法，激发学生的创新精神，这对学生未来的适应和发展有着举足轻重的作用。23 融入物理学史对培养学生科学探究的作用正如爱迪生所说:“世上一切都是谜，一个谜的答案即是另一个谜。”是否敢于并且善于提出科学问题，是怀疑精神的具体表现，物理学史几乎每一个革命性的发现，都是始于对问题的认识7。物理学家们提出万物的本源是什么?开始了人类对于世界本质的探索，直到如今物理学家们仍旧走在物理学统一的路上;牛顿提出:为什么成熟的苹果会往下掉?让其开始思考万物之间引力的关系;法拉第提出:电荷之间的作用力是如何产生的?建立了场的概念，给物理学带来了丰硕的成果;对地球在以太中运动的问题43科教论坛科技风 2023 年 6 月图 1 万有引力的发现过程以及黑体辐射问题的探究，使物理学家们开启了相对论和量子力学的征程。如图 2 所示，在教师的引导下，让学生置身其中经历完整的科学探究过程，可以使学生更深层次地意识到物理学的发展正是在不断的提出问题、解决问题的过程中前进的。图 2 物理学史培养学生科学探究能力的途径样例24 融入物理学史对培养学生科学态度与责任的作用高中物理课程旨在落实立德树人的根本任务1。物理学史的引入对培养学生的科学态度与责任有积极的作用。首先是对科学本质的认识，物理学作为物理学家们认识世界的方式，这些表达方式和思考的角度是科学家们创造出来的，都是动态的并且时刻经受着实验和事实的检验，正如亚里士多德对力和运动的认识影响了人类将近两千年一样，现如今的量子力学和相对论就是完全正确的吗?这还需要实验和事实的进一步检验，引导学生明白物理学的发展会不断改变我们看待世界的眼光和方式，激发学生树立勇攀科学高峰的信念。其次是对学生科学态度的培养，正是第谷几十年如一日的天文观测和记载，才有了开普勒提出开普勒三定律的可行性，也正是开普勒对探索真理的极大渴望以及对数据的实事求是，才使得他能够从浩瀚无垠的数据中得出 a3和 T2之间的关系，这除了思维方法以及数据处理的技巧之外，还需要有对科学的执着精神，使学生明白在勇攀科学高峰的路上注定不会一帆风顺，而树立正确的科学态度，有利于学生在遇到困难的时候像物理学家们学习勇于接受挑战，克服困难。最后是培养学生的社会责任感，正如巴甫洛夫所说:“科学没有国界，但科学家却有国界。”充分挖掘物理学史中的中国故事，介绍中国古代灿烂的科技成就，引导学生对中国近代科技落后的原因进行探讨，激发青年学生勇攀科学高峰的责任感和进取心;讲述老一辈科学家邓稼先等传奇爱国故事，启发学生的爱国情怀;介绍中国现如今原子弹、人造卫53科技风 2023 年 6 月科教论坛星、超导研究等伟大成就，激发学生的民族自豪感;讲述核能发电为人类带来了巨大的能量，同时核废水的排放对大自然造成了极大的危害，使学生认识到物理学的发展是一把双刃剑，为学生树立起正确的自然观，与自然和谐共处。3 融入物理学史进行教学的现状及实施建议31 融入物理学史进行教学的现状分析在 普通高中物理课程标准(2017 版)2020 年修订中，对物理学史的要求涵盖到了高中物理的各个知识点板块，不仅对教学内容有相应的要求，对了解伽利略研究自由落体运动的实验和推理方法这样的教学方法和策略上也有相应的体现。在新人教版的物理教科书中，除必修一序言部分系统地用物理学史介绍物理学发展的整个历程外，还提供了大量的物理学史素材分布于各个章节中供师生使用，内容丰富且详略得当，可见教育部对物理学史融入物理教学中足够重视，但在实践教学中物理学史的作用仍旧被极大程度地忽视，关于如何更好地将物理学史融入物理教学中，根据物理学史对培养学生物理学科核心素养的作用特点以及融入物理学史进行教学的现状，本文有以下的一些建议。新人教版物理教科书物理学史类型表关于科学方法介绍的段落比如 用动力学方法测质量介绍科学家生平的长篇比如 从伽利略的一生看科学与社会关于重要实验、规律、概念发现过程及产生的时代背景的叙述比如 伽利略对自由落体运动的研究学派和假说间的争议比如介绍像伽利略和亚里士多德关于轻重不同的物体下落的情况到底如何中国本土科学家和物理文化的介绍比如对中国本土科学家吴健雄的成果介绍32 融入物理学史进行教学的建议321 引入物理学史的内容必须真实、进阶、典型作为最古老的学科之一，物理学已有几千年的历史，教材中的每一个物理观念都有着源远流长的故事可以讲授，教师作为学生学习的引导者，应将有故事性、经过教师思维加工过的物理学史呈现给学生。根据某一物理观念，以讲故事的形式有选择地讲清大师们的科学思维、科学探究过程，将其中蕴含的科学态度与责任渗透到特定的历史背景中，层层递进培养学生的科学素养。切忌以知识碎片的形式简单直白地说出某物理学家发现了什么物理规律，或者用力过猛，随意篡改、夸大牛顿等物理学家的传奇性，随意贬低亚里士多德等物理学家的贡献。322 引入物理学史的方式需形式多样物理学发展史上有足够多耐人寻味的科学故事，但并不是所有的老师都可以只用讲授法就能把故事讲得非常精彩，在开展的形式上可以和 PPT 结合，穿插一些有趣的动图或者原始资料和历史图片，当学生进入一个音像齐全的历史殿堂时，兴趣盎然，更容易从感性认识走向理性认识;也可以以动画的形式呈现在学生的面前，凸显故事的主人公，让学生能够看到科学家们之间的对话及思考过程，甚至能够直接和学生对话，再结合当下社会的发展，使学生产生更多的共鸣。在开展方式上也可以更多元一些，除了课堂教师讲授，也可以让学生通过课外阅读并且进行小组汇报、黑板报，以及经过精心设计的物理学史类课后习题等形式进行开展，更多元化地将物理学史的内容呈现在学生面前。323 教师先行作为学生的引导者，教师只有学习和接受了新的教育思想和教育理念，才有可能实施新的课程，所以教师应当树立终身学习的学习观和教育观，积极主动参加 MOOC 等线上课程，以及学校组织的各种教育研讨活动，将学习到的先进教育理念在课堂上逐步实施，并和一线教师不断探讨实施效果做出改进，共同进步。结语综上所述，物理学史作为一个丰富的教育资源库，教师可以充分挖掘这些素材中蕴含的教育价值，将物理学史充分应用到教学实践中，培养学生的物理学科核心素养。参考文献:1 中华人民共和国教育部普通高中物理课程标准(2017 年版 2020 年修订)S 北京:人民教育出版社，2020:1-10 2 阎金铎，郭玉英中学物理教学概论M 北京:高等教育出版社，2019，4:3 3 张家军，陈苗中小学教师减负的系统分析与行动路径 J 南京社会科学，2022(04):143-152 4 陈振文物理模型与中学物理教学 J 物理教师，1982(04):12-14+9 5 郭奕玲，沈惠君物理学史 M 北京:清华大学出版社，2005:20-27 6 尔科姆朗盖尔物理学中的理论概念 M 中国科学技术大学出版社，2017:26-28 7 房科利物理学史与中学生的科学素质J 商情(教育经济研究)，2008(05):214作者简介:张飞鹏(1995)，男，汉族，云南泸西人，在读研究生，研究方向:中学物理学科教学。*通讯作者:黄永华(1976)，男，云南昆明人，硕士，云南师范大学附属中学高级教师，研究方向:高中物理教学。63科教论坛科技风 2023 年 6 月