物理學史作為一門歷史科學,描述物理學發(fā)展的歷史,再現(xiàn)了物理學各個最重要的基本概念,基本定律和基本理論的醞釀,產(chǎn)生和發(fā)展的過程。通過對其研究與學習,能讓學生懂得從一個時期到另一時期過渡中,引起物理學觀念、物理學研究方法和物理學領域發(fā)生變化的條件和原因和研究物理發(fā)展的基本規(guī)律。新編的高中物理教學大綱明確要求學生不僅要學好物理知識的結(jié)論,而且應該了解知識產(chǎn)生和發(fā)展的過程與方法,了解人類對于自然界的認識是怎樣一步一步地深入的,在展開教學內(nèi)容時要介紹一些歷史背景和物理思想的演化。因此在高中物理教學中滲透物理學史的教育顯得很有必要。
一、 加強物理學史的教育,可以提高學生學習物理的興趣
美國心理學家布魯納說:“學習的最好動機,乃是對所學教材本身的興趣”。這就是說,濃厚的學習興趣可激起強大的學習動力,使學生自強不息,奮發(fā)向上。沒有任何興趣,而被迫進行的學習,會扼殺學生掌握知識的意愿。高中物理的難度與深度在初中物理的基礎上有較大的跨越。物理理論越來越抽象,數(shù)學工具越來越高深,邏輯方法越來越廣泛的使用,高考物理的考試越來越側(cè)重能力的考查。這些對學生的要求和提高,學生對物理產(chǎn)生了一種敬而遠之的心態(tài)。在這種情況下,如果能充分利用物理學史的學習,以著名物理學家成功與失敗、喜悅與懊喪,以重大物理學突破中的曲折與反復、分歧與爭論、停滯與躍進,以有血有肉的歷史描述,用一種具體生動的科學發(fā)現(xiàn)的歷史參與感去感染學生,則可以啟發(fā)起他們對物理學事業(yè)的戀情與樂趣。我們在講解電流產(chǎn)生磁場時,簡要介紹一下奧斯特的故事:1820年4月,在一次講演快結(jié)束的時候,奧斯特抱著試試看的心情又作了一次實驗。發(fā)現(xiàn)非常細的鉑導線在通電源的瞬間,放在旁邊的磁針跳動了一下。這一跳,使有心的奧斯特喜出望外,竟激動得在講臺上摔了一跤。奧斯特花了三個月,發(fā)現(xiàn)了 電流磁效應并因此獲英國皇家學會科普利獎章。講解單擺時,介紹一下伽利略。一次,伽利略信步來到他熟悉的比薩大教堂,看到教堂大廳中央的巨燈晃動起來, 這本來是件很平常的事,而伽利略卻像觸了電一樣,目不轉(zhuǎn)睛地跟蹤著擺動的吊燈,同時,他用右手按著左腕的脈,計算著吊燈擺動一次脈搏跳動的次數(shù),以此計算吊燈擺動的時間。不管圓弧大小,總是一樣的。經(jīng)過實驗, 亞里士多德的結(jié)論是錯誤的:決定擺動的周期,是繩子的長度和它末端的物體重量。一個醫(yī)科大學生的科學發(fā)現(xiàn)否定了大名鼎鼎的亞里士多德的權(quán)威說法??茖W家通過生活中的事例研究物理問題,接近了與學生之間的距離,滿足了同學們的好奇心,激發(fā)學習物理的興趣。
二.加強物理學史的教育,培養(yǎng)學生科學的研究方法
任何一項研究都離不開方法的支撐。沒有研究方法的科學研究是不存在的,沒有研究方法,其研究就成了無源之水、無本之木,就不是真正的研究。在物理學的長期發(fā)展中,確實創(chuàng)立了許多成功、成熟的常規(guī)方法。在介紹原子物理時,老師可以向?qū)W生說明盧瑟福是用模型化的方法揭開了物質(zhì)微觀粒子的結(jié)構(gòu),建立了原子結(jié)構(gòu)模型。介紹伽利略時向?qū)W生說明伽利略用實驗——數(shù)學方法發(fā)現(xiàn)了自由落體定律,運用理想實驗發(fā)現(xiàn)了慣性定律,開創(chuàng)了動力學研究的先河。而牛頓則用公理化的方法、歸納與實驗的方法完成了經(jīng)典力學體系。學生在了解這些科學方法,將對學習物理有大的促進作用,也掌握了科學研究的鑰匙。
三.加強物理學史的教育,可以提高學生的思想品質(zhì)
科學家的敬業(yè)精神和對科學事業(yè)的熱愛與專注,他們耐得寂寞、甘守清貧的精神將極大鼓舞學生克服學習中的困難。讓他們能夠追求真理、獻身科學。布魯諾為捍衛(wèi)科學真理走上火刑場,伽利略被終身監(jiān)禁而矢志不渝。開普勒貧病交加,歷受迫害,死在小客店內(nèi)。法拉第淡泊名利,終生進行實驗探索,最后老死書桌旁……這些感人的事例,對培養(yǎng)學生的科學思想與科學品質(zhì)是有感染力的。
四.加強物理學史的教育,可以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神
科學技術(shù)和經(jīng)濟發(fā)展水平的竟爭最終將集中體現(xiàn)在人才的竟爭上。而人才竟爭的關鍵是人才的創(chuàng)新能力。培養(yǎng)和造就高素質(zhì)的創(chuàng)新型人才的關鍵在于教育,教育不僅要傳授給學生已有的知識,還要把他們的創(chuàng)造力誘導出來。從學生個人的未來和發(fā)展的角度來看,人類社會已經(jīng)進入知識經(jīng)濟時代,知識的爆炸式更新,知識量的急劇增長的直接后果,就是知識老化與更新速度的急劇加快。所有這些,對一個人的創(chuàng)新能力提出了更高的要求。物理學史是研究物理學發(fā)展歷史的科學,它記載了人類前仆后繼揭開千古之謎的史實,有很多激動人心的故事。伽利略在觀察船上掛的油燈的擺動時,強烈的創(chuàng)新意識促使他進行更深入地研究,直至發(fā)現(xiàn)了擺的等時性。英國物理實驗大師法拉第憑借著他強烈的創(chuàng)新意識,驚人的洞察力,經(jīng)過十年艱苦的探索,領悟到“磁”生“電”是一種瞬時效應,終于在1831年通過實驗發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象,并建立了著名的電磁感應定律。
五.加強物理學史的教育,讓學生了解過去、探知未來
人類的前進與科技的發(fā)展是離不開的,科技的發(fā)展又牽涉各門科學學科的發(fā)展,其中包括物理學的發(fā)展。而任何一門學科都是處在不斷發(fā)展前進的狀態(tài)中。講解物理學史,不能認為歷史就是過去,而也包括它的未來,所以不僅要將過去告知學生,適當?shù)慕榻B前沿科學的發(fā)展動態(tài)也是有必要的。
總之,物理學的發(fā)展史,是辯證唯物主義世界觀和科學方法論的發(fā)展史,在物理教學中穿插物理史知識,具有重要的教育功能,不僅能激發(fā)學生學習物理的興趣,幫助學生全面理解物理規(guī)律,還能從中學到嚴謹?shù)目茖W態(tài)度,科學的思維方法,逐步樹立科學的世界觀和方法論。