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物理学史在物理教学中的作用【摘要】 本文重点阐述在物理教学中贯穿物理学史的教学对培养学生兴趣和求知欲、科学意识、科学的探索精神及帮助学生领会物理知识，陶冶学生高尚的情操等品质方面起着积极作用。由此阐明物理教师应熟知物理学史，充分发挥物理学史在物理教学中的作用，有目的的渗透物理学史是完全有必要的，也是切实可行的。【关键词】物理学史；物理教学；作用 引言物理学史，是描述物理学起源及其发展过程的一门学科。它主要包括物理概念、原理、定律的产生及其演变过程及由此派生的应用物理的发生、发展状况、物理学在某个时期或某个领域的代表人物及其对物理学的主要贡献和个人传记等等。在过去的物理教学中，很多教师认为给学生传播物理知识，并能应用物理知识解决问题，就已完成教学任务，达到教学目的，学生也只能枯燥无味的接受，而忽略了物理学史的教学。其实了解和掌握物理学史，在教学中，恰当运用物理学史中各种生动有趣的史料，对激发学生学习兴趣，培养学生科学的探索方法，陶冶学生高尚情操等方面起着积极的不可估量的作用。本人结合在教育教学过程及学生时期物理学习过程中的一些做法和探索，谈一下几点体会：1 学习物理学史，激发学生学习兴趣和求知欲物理学史记载了人类揭开世界奥秘和令人兴奋的探索历程，老师若能抓住学生的心理，穿插一些物理学史的材料，就会受到很好的效果，使学生产生学习物理的兴趣。正如爱因斯坦说过:“兴趣是最好的老师”。比如在教学中教师可以依据具体的教学内容引用一些精彩生动的物理学史料来激发学生的学习兴趣，增强求知欲。例如：在讲到“大气压强”数值得时候，有的学生因为在实际生活中没有切身体会，所以对P0=1.013105a有点怀疑，那么作为一名物理学专业的教师，结合自身的学习和教学中的体会，我认为在教学中应向同学们介绍1654年德国物理学家奥托冯格里克在德国马德堡市的广场上当众表演的“马德堡半球实验”1。又如:在讲到“液体压强与深度有关”时，教师可以例举帕斯卡在1648年曾经做的著名的所谓“木桶实验”1：他用一个密闭的装满水的结实的大木桶，在桶盖上插入一根细长的管子，从二层楼房的阳台上向细管子里灌水，结果只灌了几杯，桶竟然裂开了，桶里的水从裂缝里流了出来。再如讲“库仑定律”时，让学生能够了解在电学发展史中不只有库仑，还有卡文迪许，富兰克林及普里斯特利等科学家都为此项进行过不懈的努力，最终由法国物理学家库仑利用库仑扭秤实验直接进行了证明，后人为了纪念他，把电量单位规定为“库仑”2。在物理教学中，通过这样生动有趣的物理学史实来讲述物理理论，就能克服单纯的物理概念和物理理论的枯燥讲解，使学生对所学内容印象深刻，使教学显得生动活泼，同时还会使学生的学习兴趣得以培养和提高。2学习物理学家的探索过程，使学生掌握科学的探索方法物理学的思想和研究方法是在物理学发展过程中，在科学家长期的科学实践中逐步探索、积累、形成和发展起来的，是人类智慧的结晶。因此，在物理教学中，引导学生学习物理学家的探索过程，是使学生掌握科学的探索方法的重要途径。2.1是学生学会用“观察”的方法学习物理物理学是研究自然界中各种物理现象的规律和物质结构的一门科学。而观察是研究物理问题最基本、最重要的方法。要学好物理，必须要学会观察，勤于思考。例如：在学生刚接触物理的时候，可给学生介绍第谷布拉赫，他是丹麦天文学家，他的天文成就就是发现了开普勒，他在临终前将自己多年积累的天文观测资料全部交给了开普勒，为开普勒发现行星三定律奠定了基础，他再三叮嘱开普勒要继续他的工作，并将观察结果出版出来，开普勒最终接过了第谷尚未完成的工作。后来，开普勒在伽利略的影响下，通过对行星运动进行深入的研究，抛弃了柏拉图和毕达哥拉斯的学说，逐步走上真理和科学的轨道。对火星轨道的研究是开普勒重新研究天体运动的起点。因为在第谷遗留下来的数据资料中，火星的资料是最丰富的，而哥白尼的理论在火星轨道上的偏离最大。开始，开普勒用正圆编制火星的运行表，发现火星老是出轨。他便将正圆改为偏心圆。在进行了无数次的实验之后，他找到了与事实较为符合的方案。可是，依照这个方法来预测卫星的位置，却跟第谷的数据不符，产生了8分的误差3。这8分的误差相当于秒针0.02秒瞬时间转过的角度。开普勒知道第谷的观察数据是可信的，那错误处在什么地方呢？ 正是这个不容忽略的8分使开普勒走上了天文改革的道路。他敏感的意识到火星的轨道并不是一个圆周。随后，在进行了多次试验以后，开普勒将火星的轨道定为椭圆，并用三角定点法测出地球的轨道也是椭圆，断定他运动的线速度跟他与太阳的距离有关。这样就得出了关于行星运动的第二条定律：“行星的向径在相等的时间内扫过的面积相等。”之后经过长期的繁复的计算和无数次失败，他有终于发现了行星运动的第三条定律：“行星公转周期的平方等于轨道半长轴的立方。”行星运动三定律的发现为经典天文学奠定了基石，并导致数十年后万有引力定律的发现1,2.再如：在“自由落体运动”一节教学中，教师可结合教材内容简要介绍伽利略对自由落体运动规律的研究过程和思维方法。伽利略从小聪明好学，他研究过亚里士多德的著作，但对此从不迷信。亚里士多德的落体观念认为：“轻的物体下落的慢，重的物体下落的快。”伽利略指出亚里士多德落体观念中的逻辑矛盾3,4:如果亚里士多德的论断成立，那么将一轻一重两个物体拴在一起，重的物体由于被轻的物体拖着而变慢，因此，该系统将比原来的重物体下落的慢。但从另一方面来考虑，一轻一重两个物体拴在一起，一定比原来的重物体更重，因此他应下落的更快。这样，从亚里士多德的观点得出两个互相矛盾的结论。于是，伽利略于1589年亲自登上比萨斜塔，让10磅重和1磅重的两个金属球同时从同一高度下落，结果观察到两球同时着地。生动的历史事实，定会使学生更加清楚地认识到：观察方法是获取知识的第一源泉，因此在今后的学习中要有目的的观察，亲自动手实验，逐步培养勤观察、勤思考的习惯，从而激发学生自觉的运用此法去观察发生在身边的物理现象。2.2 使学生会用“实验”的方法学习物理物理学是一门以实验为基础的科学，实验是检验真理的重要手段。在讲到光这一章时，可以向学生介绍历史上对光的本质认识的发展1,3,4:1818年，法国科学院进行悬赏征文，提出了征文竞赛题目：一是利用精确的实验确定光的线的衍射效应;二是根据实验，用数学归纳法推求出光通过物体附近时的运动情况.菲涅耳向科学院提交了有关光的波动论的应征论文，论文的主题是由惠更斯的包络面作图法同杨氏干涉原理结合而成的，建立了他的作图形式的衍射理论。评判委员会委员之一的泊松指出，根据菲涅耳的理论，应当能看到一种非常奇怪的现象：如果在光束的传播路径上，放置一块不透明的圆板，由于光在圆板周围的衍射，在离圆板一定距离的地方，圆板阴影的中央应当出现一个亮斑，在当时来说，这简直是不可思议的，所以泊松宣称，他已驳倒了波动理论。菲涅耳接受了这个挑战，立即用实验检验了这个理论预言，非常精彩的证实了这个理论的结论，影子中心的确出现了一个亮斑。这个亮斑后来称之为“泊松亮斑。”通过学习物理学史，使学生了解实验在物理学发展中所起的作用，从而使学生提高对实验重要性的认识。增强学生在物理实验学习中的主动性和积极性，从而使学生自己大胆设计，尝试“实验”这种方法来探索物理奥秘。这种能力的培养在今后的工作中将受益无穷。2.3 使学生学会理论研究的重要方法“假说”物理学的研究方法一般是：观察实验，积累资料 提出假说或模型实验检验，确立理论理论应用于实际，在实际中又出现新问题，再提出假说，这就是物理理论发展的一般过程。恩格斯说：“只要自然科学在思维着，它的发展形式就是假说。”可见，假说是理论发展过程中重要的步骤。假说可分为三类：一是根据大量材料的归纳，提出关于某种物理特性或规律的假说。如牛顿在开普勒和伽利略长期天文观察的基础上，结合自己的研究，提出“万有引力”假说；二是在现有物理理论的基础上经过推理，提出新的物理预见；如麦克斯韦通过研究电磁理论，提出有“电磁波存在”的假说;三是当现有理论不能解释新现象时，则需要用完全新的观念提出假说。如：普朗克的量子假说。这种理论研究方法可在学生学习“分子运动论”时给予介绍（“分子运动论”假说属于上面第一种假说），而且教师在物理教学中要尽可能体现“观察实验提出假说实验检验，确立理论”这一认识过程，引导学生像科学家那样去发现问题，思考问题和解决问题，学习科学家的探索和创新精神，是学习过程变为学生自觉积极的活动。3 学习物理学家的探索精神，陶冶学生高尚情操 教师的任务不仅是向学生传授知识，而且还要引导他们树立坚定正确的的政治方向，培养热爱祖国，忠于人民的思想品德，树立正确的人生观，世界观，价值观，激发学生的创造精神，运用物理学史，可以实现这一教育过程。3.1培养学生的辩证唯物主义的科学观点 物理学的发展史既是人类认识世界的历史，也是一部唯物论与唯心论斗争的历史。这就要求教师运用辨证唯物主义的观点和方法阐述物理知识。例如：在物理学的发展史上，哥白尼以其地动说反对托勒密的天动说，推翻了几千年来宗教宣传的天体按上帝的意志运动的观点；伽利略以其落体定律反对亚里士多德的相应理论，面对残酷的宗教压迫，他们崇尚科学，坚持真理，表现出大无畏的献身精神。这些，都可以使学生认识到世界是客观存在的，创造世界的“神”是不存在的，天上和地上的物体遵从同样的物理规律，它们是统一的。人类对物理世界的认识依赖于实践，任何一种物理理论都是在实践中建立，在实践中受到检验，并在实践中得到发展。3.2 培养学生实事求是，严谨治学的科学态度科学是实事求是的，来不得半点虚假。在粒子散射试验中马斯登与盖革若没有观察到“入射的粒子中每8000个粒子有一个要反射的”统计结果，卢瑟福也就不可能提出正确的原子结构模型；居里夫人为发现新元素，进行了1000多个日日夜夜的艰苦实验，终于从数十吨的铀矿渣中分离出了0.1克镭科学家们坚韧不拔的毅力，实事求是的工作作风，严谨治学的科学态度，都能留给学生深刻的印象，使学生终生受益。3.3 培养学生勇于探索，锲而不舍的科学精神在物理学的发展史上，许多科学家为追求真理，在崎岖的科学征途上勇于探索，锲而不舍，持之以恒，毫不畏惧失败的考验。如：英国物理学家迈克尔法拉第，他从奥斯特“电能生磁”的研究成果受到启发，既然电能生磁那么磁能不能生电？1821年9月3日，法拉第从做了奥斯特的实验，一次次的实验，一次次的失败，这种实验失败再实验的探索，法拉第进行了10余年。在最困难的时候，他也从未失去信心，有一位经济师曾对法拉第磁生电的价值提出疑问，法拉第毫不犹豫的回答说：“20年后请你交电费吧！”正是有他这种不怕失败的精神，最后终于导致发电机的问世。另外还有意大利物理学家和天文学家伽利略为维护科学真理而终生监禁；英国物理学家和化学家卡文迪许为科学事业终生未娶；意大利哲学家和天文学家布鲁诺为坚持真理而在地牢里受了8年折磨后最终被烧死；英国自学成才的物理学家焦耳为测量热功当量历时34年，用了多种方法，得到大量数据，为热力学第一定律的建立提供了确凿的依据这些例子都能使学生们真正的明白面对真理，前面的道路即使再坎坷漫长、荆棘满地，也不会随意放弃，而是认准目标坚持下去，失败了勇敢的站起，只有这样，才能达到理想的彼岸。所以在教学中，要充分利用物理学史中的这些精神财富，引导学生学习物理学家勇于探索的精神，使他们懂得科学探索的道路是不平坦的，科学家成功之路是艰险的，要获得成功必须能吃苦，能坚持到底，要能够经受失败的考验，树立成功的信念，为今后探索未来培养良好的心理素质。3.4 培养学生质疑精神，科学提问的能力“发展独立思考和独立判断的一般能力，应当始终放在首位，而不应当把获得专业知识放在首位。”这是爱因斯坦曾经所说。独立思考和独立判断的一般能力，首先表现在怀疑和批判的精神。科学史上大量事实表明，不束缚于传统理论和观念，不迷信于权威和书本，是科学创造的思想前提。众所周知，在爱因斯坦之前，洛伦兹和彭加勒已经走到相对论的大门口，只是由于没有摆脱绝对时空观的束缚，才没有最终迈入相对论的门坎。正是由于爱因斯坦抛开了“绝对运动”和“静止以太”的观念，并深刻的审察了“同时性”概念的物理学根据，才创建了狭义相对论，引起人类时空观的巨大变革2.同样，1956年，当精确的实验结果把“疑难”尖锐的摆到物理学家面前时，正是杨振宁和李政道敏锐的审察了从未被人怀疑的宇称守恒定律的适用范围，大胆提出弱相互作用中宇称不守恒的假说，从而导致了物理学理论的一个突破性进展4。物理学中几乎每一个重大发现都表明，创造性思维活动起始于对困难或问题的认识，是围绕着解决问题展开的；批判的头脑，质疑的精神，是打开未知科学大门的钥匙。在物理教学中，为了培养学生提出科学问题的能力，仅仅像通常所做的那样从内容的衔接上提出问题是远远不够的，必须从真实的物理学认识发展的历史过程中，展示物理学探索过程中问题背景的演化，阐明重大物理学问题产生的历史条件极其所导致的深远后果。因此，在物理教学中，完全必要用物理学史上的精彩事例，培养学生独立思考的能力，提高善于提出科学问题的灵性和聪慧，使他们的思想沉浸在好奇之中，永远不闭塞怀疑的目光。4.学习物理学史，认识数学在物理中的地位 无论是从伽利略发现落体规律的全过程，还是牛顿万有引力定律的得出，科学家们都离不开数学。爱因斯坦为了研究相对论，前后花了几年的时间研究数学。牛顿为了建立力学理论，而遇到数学困难，他知难而进，提出“流数法”，建立了二项式定理，并和莱布尼茨几乎同时创立了微积分，为数学的发展开辟了一个新纪元1,5。因此，从物理学史的讲解中，可以培养学生对数学的兴趣，在今后的工作中将在这座基石上建起高楼大厦。5.学习物理学史，能更好的为掌握物理知识内容服务 通过自身的学习和了解，有这么一个体会就是现在的许多物理教科书中关于物理理论的严密的逻辑体系，很容易使学生对这些知识的来源和理论体系的形成感到深奥莫测，也很容易形成对这些知识的僵化的绝对化的理解。实际上科学不是静止不动的，认识始终是一个生动的历史过程。教师在讲授“原子和原子结构”一章中，可以介绍人们对原子结构的认识，经历了发现电子汤姆逊模型散射实验卢瑟福有核模型原子光谱的实验规律玻尔量子化原子模型索米菲椭圆轨道模型，直到量子力学建立，人们对原子结构和原子内电子的运动有了基本正确的了解，但至今还有很多不清楚的问题。 在物理教学中有的老师认为讲物理学史内容，浪费上课时间。其实结合物理学史讲清理论的由来和发展，讲述它的成功，讲它解决了那些问题，当然也要讲清它的缺陷和局限，使学生在很短的时间内“亲身经历”一下各部分物理知识的“系统发展过程”，不仅会消除对这些知识来源的神秘感，而且还会从知识的更替演变中认识它的条件性、局限性，认识科学理论的相对真理性，而只记住一些物理概念、数据、定律和公式，并不表示真正理解物理知识，对物理学知识的实质的全面理解，有助于学生更好的理解、掌握物理知识内容，更好的应用物理知识解决问题。 综上所述，物理学史在中学物理教学中的作用是不可低估的。在物理教学中，讲授物理学史内容，恰当的运用物理学史料介绍科学家的生平和成就，既可以激发学生的学习兴趣，又可以使学生学会科学的探索方法，还可以陶冶学生的高尚情操，提高学生的人文精神。因此，物理教师应该熟知物理学史，充分发挥物理学史在物理教学中的作用有目的的渗透物理学史是完全必要的，也是切实可行的。 参考文献1谷世义主编。物理学史简编M.天津：天津科技出版社，1990.4344，2930，187，47482郭弈玲，沈惠君主编。物理学史M.北京：清华大学出版社，1999.112122.3刘筱莉，仲扣庄主编。物理学史M.南京：南京师大出版社，2001.102104，92，221222，275292.4潘永祥，王锦光主编。物理学简史M.湖北：湖北教育出版社，1990.2210221，332333，3563575中国物理学会主办。大学物理J.高等教育出版社，1997，第16卷，第3期，封三。6乔际平，续佩君著。物理教育学M.南昌：江西教育出版社，1992编 号论 文学科物 理教学设计学科教学案例学科教育叙事物理学史在物理教学中的作用作者姓名：陈治国职 称：中教二级籍 贯：陕西富平所在乡校：蓝田县洩湖中学联系电话：[phone]