陸險(xiǎn)峰+馬媛媛

摘 要：從HPS教育理念出發(fā)，深入挖掘《劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)》一課理論與實(shí)踐的劃時(shí)代意義及其深層教育價(jià)值，提出具體教學(xué)創(chuàng)新要點(diǎn)，對(duì)人類對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)過程和研究方法進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：HPS教育；科學(xué)史情景探究；科學(xué)教育價(jià)值

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2014）7（S）-0073-4

日前，筆者組織了淮北市高中優(yōu)質(zhì)課評(píng)比活動(dòng)，其中選用了《劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)》（人民教育出版社高中物理3-2）這一課題。多位選手同上該課，其中不乏亮點(diǎn)，同時(shí)也暴露出很多共性的問題。在此，筆者將聽課中所思所想整理成聽課札記，與同行們交流。

1 對(duì)《劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)》課題的理解

教材將《劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)》單獨(dú)作為一節(jié)處理，并命名為劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)，是因?yàn)閺奈锢韺W(xué)的角度看，電磁感應(yīng)是電磁學(xué)的核心。電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致了人類社會(huì)的技術(shù)應(yīng)用水平發(fā)生了劃時(shí)代的變化，帶領(lǐng)人類社會(huì)邁進(jìn)了電氣化時(shí)代，這是它在技術(shù)上的劃時(shí)代意義。所有選手均理解了這層意義，但均未理解它在理論上的劃時(shí)代的意義。

從HPS教育理念考慮，選手們還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有發(fā)現(xiàn)本節(jié)課更深層的價(jià)值與意義。HPS系history、philosophy & sociology of science的簡(jiǎn)稱，中文譯為“科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)與科學(xué)社會(huì)學(xué)”。HPS教育是以建構(gòu)主義為指導(dǎo)思想的新的科學(xué)教育的教學(xué)模式，這種模式就是把科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會(huì)學(xué)（HPS）的有關(guān)內(nèi)容引入中小學(xué)科學(xué)教育，以期促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和創(chuàng)造力。

縱觀物理學(xué)的發(fā)展歷史，正是由于電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，才使電與磁的關(guān)系被全面揭示出來(lái)，推動(dòng)了電磁學(xué)理論的發(fā)展。通過對(duì)變化磁場(chǎng)、變化電場(chǎng)的研究，麥克斯韋建立了完整的電磁場(chǎng)理論，電磁統(tǒng)一對(duì)稱性的發(fā)現(xiàn)促使我們思考四種相互作用統(tǒng)一的可能性，這是它在理論上的劃時(shí)代的意義；電與磁關(guān)系揭示的科學(xué)史，改變了人們的自然觀、世界觀，科學(xué)家思辨的脈絡(luò)開啟了科學(xué)哲學(xué)關(guān)于物理學(xué)之美的思考。這段科學(xué)史也改變了人們的思維方式（從相互聯(lián)系中考察事物），突破了人們的慣常經(jīng)驗(yàn)。這段科學(xué)史也是科學(xué)思維中傳統(tǒng)與創(chuàng)新交鋒和突破的生動(dòng)事例，它同時(shí)還展示了創(chuàng)新思維的重要和時(shí)代局限性對(duì)創(chuàng)新的羈絆。

2 對(duì)《劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)》教學(xué)的定位

許多選手在定位本節(jié)課時(shí)，處理成物理學(xué)史講授課。教師僅僅枯燥地講授奧斯特、法拉第發(fā)現(xiàn)的歷史故事，單純由教師敘述整個(gè)發(fā)現(xiàn)史，讓課堂顯得單調(diào)沉悶，學(xué)生也很難設(shè)身處地感受到這些發(fā)現(xiàn)的偉大性；有的老師只是強(qiáng)調(diào)“發(fā)現(xiàn)”歷程的意外與偶然，只會(huì)給學(xué)生帶來(lái)贊嘆、獵奇或挫折感，卻無(wú)助于學(xué)生的學(xué)習(xí)。

HPS理念下的物理教學(xué)并不意味著將科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)社會(huì)學(xué)的知識(shí)當(dāng)作純粹的學(xué)科知識(shí)來(lái)學(xué)習(xí)，而是要將科學(xué)的本質(zhì)問題滲透在物理學(xué)與教學(xué)中。HPS教育的內(nèi)容中不僅蘊(yùn)含著科學(xué)知識(shí)的形成過程， 還蘊(yùn)含著科學(xué)家創(chuàng)造性思維的方式和靈活多樣的科學(xué)方法， 體現(xiàn)著科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神， 是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑。而以往的科學(xué)史的教育價(jià)值僅是作為探究活動(dòng)的情境創(chuàng)設(shè)之用，更多的只局限于將科學(xué)史故事引入科學(xué)教學(xué)，無(wú)法讓學(xué)生通過科學(xué)史的再現(xiàn)理解、領(lǐng)悟科學(xué)的本質(zhì)、科學(xué)方法與精神，科學(xué)史教育未能打破歷史事實(shí)的硬殼，展現(xiàn)科學(xué)史內(nèi)在的價(jià)值。

因此，定位本節(jié)課為物理學(xué)史探究課，也就是利用科學(xué)史情景進(jìn)行探究教學(xué)。我們要求學(xué)生對(duì)科學(xué)探究的認(rèn)識(shí)應(yīng)該是多層面、多角度的，不僅要對(duì)所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)，而且更應(yīng)該把人類對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)過程和研究方法進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)。只有這樣，才能使學(xué)生全面、深入地學(xué)習(xí)和繼承前人積累下來(lái)的科學(xué)知識(shí)。

3 對(duì)《劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)》的教學(xué)創(chuàng)新

3.1 把科學(xué)的人文情感教育融入具體知識(shí)的探索之中

重點(diǎn)展示“電流磁效應(yīng)”、“電磁感應(yīng)現(xiàn)象”的發(fā)現(xiàn)過程本身所體現(xiàn)的豐富的科學(xué)思想與文化底蘊(yùn)，以突出物理學(xué)教育的人文價(jià)值。以發(fā)現(xiàn)的認(rèn)識(shí)程序和邏輯環(huán)節(jié)為主線，適當(dāng)梳理、裁減相關(guān)物理學(xué)史脈絡(luò)，盡可能按知識(shí)形成的本來(lái)面目把這一探索過程的科學(xué)思想方法展現(xiàn)給學(xué)生，使學(xué)生體驗(yàn)到科學(xué)家的科學(xué)信念是直覺思維和科學(xué)洞察力的一種表現(xiàn)形式，使他們陶冶心智，獲得精神上的愉悅。

通常的教學(xué)，將物理學(xué)史的詮釋游離于知識(shí)系統(tǒng)傳授的主線，只是作為引發(fā)興趣和思想教育的“佐料”。例如，教學(xué)只是強(qiáng)調(diào)法拉第“十年磨一劍”堅(jiān)持不懈，終獲成功。僅僅介紹了法拉第“軟鐵環(huán)線圈實(shí)驗(yàn)”，對(duì)法拉第未果的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想，偶獲成功的迷茫，深入探究的思想方法卻只字不提。事實(shí)上，歷史上每一個(gè)重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和理論突破都是各種觀念撞擊與理性思考的結(jié)果，這種凝聚著前輩科學(xué)家創(chuàng)造智慧和人性品格的科學(xué)事件既生動(dòng)具體，又極具啟迪心智的感染力，應(yīng)該成為科學(xué)方法教育的范例。

教學(xué)生科學(xué)知識(shí)是“如何”生成的， 可發(fā)展學(xué)生對(duì)于“科學(xué)發(fā)現(xiàn)”的知識(shí)——科學(xué)家是如何發(fā)明并證明一個(gè)科學(xué)理論的， 科學(xué)家又是如何思考問題的，這對(duì)學(xué)生的科學(xué)探究起到了極好的示范作用，培養(yǎng)了學(xué)生的探究意識(shí)與能力。如果省略了科學(xué)發(fā)展歷史的豐富性、真實(shí)性與情境性， 直接把“現(xiàn)成的”知識(shí)傳授給學(xué)生， 從知識(shí)傳播的效率上看這種方式也許是高的， 但是， 這種教學(xué)方式的一個(gè)嚴(yán)重缺陷是， 讓學(xué)生誤以為科學(xué)的發(fā)展史是一帆風(fēng)順的， 沒有曲折和波瀾， 而只是學(xué)科自身內(nèi)在邏輯的展開而已， 這樣顯然不利于學(xué)生理解科學(xué)知識(shí)的建構(gòu)本質(zhì)。

因此，在教學(xué)設(shè)計(jì)中，筆者認(rèn)為可以參照有關(guān)的文獻(xiàn)記錄，將這一史實(shí)改編成一個(gè)探究案例。讓學(xué)生了解隱藏在結(jié)果背后的法拉第的曲折探索心路，感受其理性思辨的神奇奧妙，讓歷史上物理文化的創(chuàng)造者與今天物理文化的學(xué)習(xí)者親切對(duì)話。要把學(xué)生自然地帶到歷史上探究的事件中去，借鑒歷史的發(fā)現(xiàn)過程，但又不能演化為歷史的簡(jiǎn)單重復(fù)。正如波利亞所言：“在教一個(gè)科學(xué)的分支（或一個(gè)理論，一個(gè)概念）時(shí)， 我們應(yīng)該讓孩子重蹈人類思想發(fā)展中的那種最關(guān)鍵的步子，當(dāng)然我們不應(yīng)該讓他們重蹈過去的無(wú)數(shù)個(gè)錯(cuò)誤，而僅僅是重蹈關(guān)鍵性步子?！?

具體教學(xué)設(shè)計(jì)中，對(duì)法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象可以從以下幾方面加以拓展和強(qiáng)調(diào)：

①法拉第研究的動(dòng)機(jī)和背景

“我因?yàn)閷?duì)當(dāng)時(shí)產(chǎn)生電的方法感到不滿意，因此急于想發(fā)現(xiàn)電磁及感應(yīng)電流的關(guān)系，覺得電學(xué)在這條路上一定可以有充分的發(fā)展?！保ǚɡ谡Z(yǔ)）這是法拉第研究的動(dòng)機(jī)。奧斯特的發(fā)現(xiàn)及安培等科學(xué)家進(jìn)一步的研究，為法拉第的研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

②類比思想的運(yùn)用

回到法拉第所處的時(shí)代，那時(shí)的科學(xué)先驅(qū)的認(rèn)識(shí)背景與思考方式與我們有很大不同，法拉第的對(duì)稱性思考只是某種有意義的思維導(dǎo)向，類似于類比方法或逆向思維。基于靜電感應(yīng)（摩擦電感應(yīng)摩擦電）、磁化（磁感應(yīng)磁）、電流的磁效應(yīng)（伏打電感應(yīng)磁），法拉第運(yùn)用類比思想考慮伏打電能否感應(yīng)出伏打電、磁能否感應(yīng)出伏打電。因此，法拉第在初期的實(shí)驗(yàn)可以分為兩類：一是將強(qiáng)磁體放置在導(dǎo)線或線圈附近，希望在導(dǎo)線或線圈中感應(yīng)出穩(wěn)定電流（伏打電）；二是將兩導(dǎo)線并列放置，將其中之一通以電流（伏打電），希望在另一根導(dǎo)線中得到穩(wěn)定電流（伏打電）。

③偶然發(fā)現(xiàn)的迷茫

1831年8月29日的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并未使法拉第欣喜若狂，他心存疑慮：靜電感應(yīng)能夠感應(yīng)出穩(wěn)定的靜電，為什么“伏打電感應(yīng)”卻感應(yīng)不出穩(wěn)定的伏打電？是A線圈中的伏打電感應(yīng)出B線圈的伏打電，還是A線圈中的伏打電的磁感應(yīng)出B線圈的伏打電呢？在1831年9月23日，法拉第給老友菲利普斯的信中說：“我正再度忙著研究電磁學(xué)。我想我撈到了一樣好東西，可是沒有把握，或許我花費(fèi)了那么多勞動(dòng)，撈到的不是一條魚，而是一團(tuán)水草?！?/p>

④深入探究的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

教學(xué)中我們不僅要關(guān)注法拉第的成功和艱難探索，更要關(guān)注法拉第的思維脈絡(luò)；要關(guān)注法拉第成功時(shí)的迷茫和更深入的探索；對(duì)比科拉頓錯(cuò)失良機(jī)和法拉第的再探索，感知突破傳統(tǒng)思維局限的艱難和創(chuàng)新思維的曲折，才能讓學(xué)生體驗(yàn)劃時(shí)代發(fā)現(xiàn)的意義所在。

法拉第又設(shè)計(jì)了一系列實(shí)驗(yàn)，繼續(xù)探索實(shí)驗(yàn)的因素：

A. 改小磁針為弦線電流計(jì)，可以定量測(cè)量產(chǎn)生的感應(yīng)電流。

B. 鐵環(huán)是實(shí)驗(yàn)的必要條件嗎？他改鐵環(huán)為鐵棒，又改為紙板做的芯子，重做實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)說明鐵環(huán)不是實(shí)驗(yàn)的必要條件，但有“聚磁”作用。

C. A線圈是必需的嗎？為什么非要在A邊的電流接通或切斷的瞬間才能感應(yīng)出電流呢？

直到1831年10月17日，利用類似圖1，2實(shí)驗(yàn)，法拉第才找到電磁感應(yīng)現(xiàn)象的秘密。

3.2 將物理之美貫徹課堂教學(xué)始終

電磁統(tǒng)一的歷程進(jìn)一步增強(qiáng)了世界是對(duì)稱、統(tǒng)一、和諧的科學(xué)美學(xué)信念。物理學(xué)之美源于自然美。自然界所擁有的各種美的品格，當(dāng)然會(huì)在物理學(xué)的內(nèi)容和理論形式中反映出來(lái)。本堂課取對(duì)稱美和統(tǒng)一美向?qū)W生滲透，奧斯特、法拉第、麥克斯韋等科學(xué)家的創(chuàng)造性思維揭示了自然事物的對(duì)稱性，物理學(xué)家對(duì)統(tǒng)一性的不懈追求，引領(lǐng)著物理學(xué)的發(fā)展，從某種意義上說，物理學(xué)發(fā)展的歷史就是一個(gè)從小的統(tǒng)一走向大的統(tǒng)一的歷史。

教學(xué)中可以展示一些自然界中對(duì)稱、和諧美的圖片，而簡(jiǎn)單、和諧、對(duì)稱、統(tǒng)一、守恒是物理學(xué)之美的最普遍特征，兩者有極大的共性。本節(jié)課要引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)自然界質(zhì)樸的統(tǒng)一，用愛因斯坦的話“從那些看來(lái)同直接真理十分不同的各種復(fù)雜現(xiàn)象中認(rèn)識(shí)到它們的統(tǒng)一性，那是一種壯麗的感覺?！眴⒌纤麄?。拓展展示麥克斯韋方程組的統(tǒng)一、對(duì)稱的美，勞厄?qū)λ脑u(píng)價(jià)：“美學(xué)上真正完美的形式”，以及楊振寧語(yǔ)“…可是這些都不夠，都不能全面地道出學(xué)物理的人面對(duì)這些方程的感受?！鄙俚乃坪跏且环N莊嚴(yán)感，一種神圣感，一種初窺宇宙奧秘的畏懼感。我想缺少的恐怕正是籌建哥德式教堂的建筑師們所要歌頌的崇高美、靈魂美、宗教美、最終極的美”，認(rèn)識(shí)科學(xué)理論內(nèi)在的美和形式的美，潛移默化地培養(yǎng)他們的科學(xué)鑒賞力。所謂鑒賞力，就是善于從真善美的統(tǒng)一中敏銳地抓住事物的本質(zhì)去做出創(chuàng)造性發(fā)現(xiàn)的能力。

同時(shí)，筆者也把自己對(duì)對(duì)稱、統(tǒng)一美的感悟設(shè)計(jì)成對(duì)稱的板書。

3.3 處理好“偶然與必然”、“繼承與創(chuàng)新”的關(guān)系

偶然，是指由于偶然的因素，物理實(shí)驗(yàn)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)者未曾預(yù)料的新現(xiàn)象，而已知的理論很難對(duì)其進(jìn)行解釋，這常常預(yù)示著物理理論的新發(fā)展，奧斯特、法拉第的發(fā)現(xiàn)均有機(jī)遇的存在。但偶然之中蘊(yùn)藏著必然，當(dāng)時(shí)物理學(xué)的發(fā)展、各種不同形式的運(yùn)動(dòng)之間的相互轉(zhuǎn)化被大量發(fā)現(xiàn)、康德的“自然力之統(tǒng)一”的哲學(xué)思想的影響、前輩科學(xué)家前期大量的研究與實(shí)驗(yàn)等等因素促成了發(fā)現(xiàn)的必然性。正如巴斯德所說：“在觀察的領(lǐng)域內(nèi)，機(jī)遇只偏愛那種有準(zhǔn)備的頭腦”，他們成功的關(guān)鍵在于憑借豐富的知識(shí)積累和敏銳的洞察力，及時(shí)地抓住了常被人們忽略的偶然目標(biāo)。

湯川秀樹說過：“對(duì)以往知識(shí)的熟知和對(duì)新鮮事物及其發(fā)展前景的敏感，是一個(gè)人創(chuàng)造力的源泉?！眾W斯特、法拉第在繼承了前人的研究成果基礎(chǔ)上的偶然發(fā)現(xiàn)預(yù)示著創(chuàng)新的起始，他們的創(chuàng)新點(diǎn)在于從“縱向力”向“環(huán)繞力”、從“穩(wěn)態(tài)”到“暫態(tài)”認(rèn)識(shí)上的轉(zhuǎn)化。而科拉頓錯(cuò)失良機(jī)則從反面說明了這一點(diǎn)，教學(xué)中可以點(diǎn)明科拉頓的失敗是一次“成功的失敗”、“遺憾的失敗”、“真正的失敗”，凸顯創(chuàng)新的重要性。

參考文獻(xiàn)：

[1]張晶.HPS（科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)與科學(xué)社會(huì)學(xué)）：一種新的科學(xué)教育范式[J].自然辯證法研究，2008，（9）：26.

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[3] 丁邦平：科學(xué)元勘與科學(xué)教學(xué)改革的兩種模式[J]. 全球教育展望，2001，（11）：35.

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[9]胡誠(chéng).HPS融入科學(xué)課程的研究[D].華中師范大學(xué)碩士論文，2006.

（欄目編輯 鄧 磊）

具體教學(xué)設(shè)計(jì)中，對(duì)法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象可以從以下幾方面加以拓展和強(qiáng)調(diào)：

①法拉第研究的動(dòng)機(jī)和背景

“我因?yàn)閷?duì)當(dāng)時(shí)產(chǎn)生電的方法感到不滿意，因此急于想發(fā)現(xiàn)電磁及感應(yīng)電流的關(guān)系，覺得電學(xué)在這條路上一定可以有充分的發(fā)展?！保ǚɡ谡Z(yǔ)）這是法拉第研究的動(dòng)機(jī)。奧斯特的發(fā)現(xiàn)及安培等科學(xué)家進(jìn)一步的研究，為法拉第的研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

②類比思想的運(yùn)用

回到法拉第所處的時(shí)代，那時(shí)的科學(xué)先驅(qū)的認(rèn)識(shí)背景與思考方式與我們有很大不同，法拉第的對(duì)稱性思考只是某種有意義的思維導(dǎo)向，類似于類比方法或逆向思維?；陟o電感應(yīng)（摩擦電感應(yīng)摩擦電）、磁化（磁感應(yīng)磁）、電流的磁效應(yīng)（伏打電感應(yīng)磁），法拉第運(yùn)用類比思想考慮伏打電能否感應(yīng)出伏打電、磁能否感應(yīng)出伏打電。因此，法拉第在初期的實(shí)驗(yàn)可以分為兩類：一是將強(qiáng)磁體放置在導(dǎo)線或線圈附近，希望在導(dǎo)線或線圈中感應(yīng)出穩(wěn)定電流（伏打電）；二是將兩導(dǎo)線并列放置，將其中之一通以電流（伏打電），希望在另一根導(dǎo)線中得到穩(wěn)定電流（伏打電）。

③偶然發(fā)現(xiàn)的迷茫

1831年8月29日的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并未使法拉第欣喜若狂，他心存疑慮：靜電感應(yīng)能夠感應(yīng)出穩(wěn)定的靜電，為什么“伏打電感應(yīng)”卻感應(yīng)不出穩(wěn)定的伏打電？是A線圈中的伏打電感應(yīng)出B線圈的伏打電，還是A線圈中的伏打電的磁感應(yīng)出B線圈的伏打電呢？在1831年9月23日，法拉第給老友菲利普斯的信中說：“我正再度忙著研究電磁學(xué)。我想我撈到了一樣好東西，可是沒有把握，或許我花費(fèi)了那么多勞動(dòng)，撈到的不是一條魚，而是一團(tuán)水草?！?/p>

④深入探究的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

教學(xué)中我們不僅要關(guān)注法拉第的成功和艱難探索，更要關(guān)注法拉第的思維脈絡(luò)；要關(guān)注法拉第成功時(shí)的迷茫和更深入的探索；對(duì)比科拉頓錯(cuò)失良機(jī)和法拉第的再探索，感知突破傳統(tǒng)思維局限的艱難和創(chuàng)新思維的曲折，才能讓學(xué)生體驗(yàn)劃時(shí)代發(fā)現(xiàn)的意義所在。

法拉第又設(shè)計(jì)了一系列實(shí)驗(yàn)，繼續(xù)探索實(shí)驗(yàn)的因素：

A. 改小磁針為弦線電流計(jì)，可以定量測(cè)量產(chǎn)生的感應(yīng)電流。

B. 鐵環(huán)是實(shí)驗(yàn)的必要條件嗎？他改鐵環(huán)為鐵棒，又改為紙板做的芯子，重做實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)說明鐵環(huán)不是實(shí)驗(yàn)的必要條件，但有“聚磁”作用。

C. A線圈是必需的嗎？為什么非要在A邊的電流接通或切斷的瞬間才能感應(yīng)出電流呢？

直到1831年10月17日，利用類似圖1，2實(shí)驗(yàn)，法拉第才找到電磁感應(yīng)現(xiàn)象的秘密。

3.2 將物理之美貫徹課堂教學(xué)始終

電磁統(tǒng)一的歷程進(jìn)一步增強(qiáng)了世界是對(duì)稱、統(tǒng)一、和諧的科學(xué)美學(xué)信念。物理學(xué)之美源于自然美。自然界所擁有的各種美的品格，當(dāng)然會(huì)在物理學(xué)的內(nèi)容和理論形式中反映出來(lái)。本堂課取對(duì)稱美和統(tǒng)一美向?qū)W生滲透，奧斯特、法拉第、麥克斯韋等科學(xué)家的創(chuàng)造性思維揭示了自然事物的對(duì)稱性，物理學(xué)家對(duì)統(tǒng)一性的不懈追求，引領(lǐng)著物理學(xué)的發(fā)展，從某種意義上說，物理學(xué)發(fā)展的歷史就是一個(gè)從小的統(tǒng)一走向大的統(tǒng)一的歷史。

教學(xué)中可以展示一些自然界中對(duì)稱、和諧美的圖片，而簡(jiǎn)單、和諧、對(duì)稱、統(tǒng)一、守恒是物理學(xué)之美的最普遍特征，兩者有極大的共性。本節(jié)課要引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)自然界質(zhì)樸的統(tǒng)一，用愛因斯坦的話“從那些看來(lái)同直接真理十分不同的各種復(fù)雜現(xiàn)象中認(rèn)識(shí)到它們的統(tǒng)一性，那是一種壯麗的感覺。”啟迪他們。拓展展示麥克斯韋方程組的統(tǒng)一、對(duì)稱的美，勞厄?qū)λ脑u(píng)價(jià)：“美學(xué)上真正完美的形式”，以及楊振寧語(yǔ)“…可是這些都不夠，都不能全面地道出學(xué)物理的人面對(duì)這些方程的感受?！鄙俚乃坪跏且环N莊嚴(yán)感，一種神圣感，一種初窺宇宙奧秘的畏懼感。我想缺少的恐怕正是籌建哥德式教堂的建筑師們所要歌頌的崇高美、靈魂美、宗教美、最終極的美”，認(rèn)識(shí)科學(xué)理論內(nèi)在的美和形式的美，潛移默化地培養(yǎng)他們的科學(xué)鑒賞力。所謂鑒賞力，就是善于從真善美的統(tǒng)一中敏銳地抓住事物的本質(zhì)去做出創(chuàng)造性發(fā)現(xiàn)的能力。

同時(shí)，筆者也把自己對(duì)對(duì)稱、統(tǒng)一美的感悟設(shè)計(jì)成對(duì)稱的板書。

3.3 處理好“偶然與必然”、“繼承與創(chuàng)新”的關(guān)系

偶然，是指由于偶然的因素，物理實(shí)驗(yàn)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)者未曾預(yù)料的新現(xiàn)象，而已知的理論很難對(duì)其進(jìn)行解釋，這常常預(yù)示著物理理論的新發(fā)展，奧斯特、法拉第的發(fā)現(xiàn)均有機(jī)遇的存在。但偶然之中蘊(yùn)藏著必然，當(dāng)時(shí)物理學(xué)的發(fā)展、各種不同形式的運(yùn)動(dòng)之間的相互轉(zhuǎn)化被大量發(fā)現(xiàn)、康德的“自然力之統(tǒng)一”的哲學(xué)思想的影響、前輩科學(xué)家前期大量的研究與實(shí)驗(yàn)等等因素促成了發(fā)現(xiàn)的必然性。正如巴斯德所說：“在觀察的領(lǐng)域內(nèi)，機(jī)遇只偏愛那種有準(zhǔn)備的頭腦”，他們成功的關(guān)鍵在于憑借豐富的知識(shí)積累和敏銳的洞察力，及時(shí)地抓住了常被人們忽略的偶然目標(biāo)。

湯川秀樹說過：“對(duì)以往知識(shí)的熟知和對(duì)新鮮事物及其發(fā)展前景的敏感，是一個(gè)人創(chuàng)造力的源泉?！眾W斯特、法拉第在繼承了前人的研究成果基礎(chǔ)上的偶然發(fā)現(xiàn)預(yù)示著創(chuàng)新的起始，他們的創(chuàng)新點(diǎn)在于從“縱向力”向“環(huán)繞力”、從“穩(wěn)態(tài)”到“暫態(tài)”認(rèn)識(shí)上的轉(zhuǎn)化。而科拉頓錯(cuò)失良機(jī)則從反面說明了這一點(diǎn)，教學(xué)中可以點(diǎn)明科拉頓的失敗是一次“成功的失敗”、“遺憾的失敗”、“真正的失敗”，凸顯創(chuàng)新的重要性。

參考文獻(xiàn)：

[1]張晶.HPS（科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)與科學(xué)社會(huì)學(xué)）：一種新的科學(xué)教育范式[J].自然辯證法研究，2008，（9）：26.

[2]普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書教師教學(xué)用書物理3-2[M].北京：人民教育出版社， 2010.

[3] 丁邦平：科學(xué)元勘與科學(xué)教學(xué)改革的兩種模式[J]. 全球教育展望，2001，（11）：35.

[4]田春鳳.中學(xué)物理課程中科學(xué)本質(zhì)教育的研究[D].北京：北京師范大學(xué)博士論文，2009.

[5]吳致遠(yuǎn).在大學(xué)教學(xué)中引入HPS教育的設(shè)想[J].自然辯證法研究，2009，（5）：104.

[6]袁維新.國(guó)外科學(xué)史融入科學(xué)課程的研究綜述[J].比較教育研究，2005，（10）：62.

[7]袁維新. HPS教育與大學(xué)教育改革[J]. 現(xiàn)代大學(xué)教育，2010，（1）：87.

[8]丁邦平.HPS教育與科學(xué)課程改革[J].比較教育學(xué)報(bào)，2000，（6）：6.

[9]胡誠(chéng).HPS融入科學(xué)課程的研究[D].華中師范大學(xué)碩士論文，2006.

（欄目編輯 鄧 磊）

具體教學(xué)設(shè)計(jì)中，對(duì)法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象可以從以下幾方面加以拓展和強(qiáng)調(diào)：

①法拉第研究的動(dòng)機(jī)和背景

“我因?yàn)閷?duì)當(dāng)時(shí)產(chǎn)生電的方法感到不滿意，因此急于想發(fā)現(xiàn)電磁及感應(yīng)電流的關(guān)系，覺得電學(xué)在這條路上一定可以有充分的發(fā)展?！保ǚɡ谡Z(yǔ)）這是法拉第研究的動(dòng)機(jī)。奧斯特的發(fā)現(xiàn)及安培等科學(xué)家進(jìn)一步的研究，為法拉第的研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

②類比思想的運(yùn)用

回到法拉第所處的時(shí)代，那時(shí)的科學(xué)先驅(qū)的認(rèn)識(shí)背景與思考方式與我們有很大不同，法拉第的對(duì)稱性思考只是某種有意義的思維導(dǎo)向，類似于類比方法或逆向思維?；陟o電感應(yīng)（摩擦電感應(yīng)摩擦電）、磁化（磁感應(yīng)磁）、電流的磁效應(yīng)（伏打電感應(yīng)磁），法拉第運(yùn)用類比思想考慮伏打電能否感應(yīng)出伏打電、磁能否感應(yīng)出伏打電。因此，法拉第在初期的實(shí)驗(yàn)可以分為兩類：一是將強(qiáng)磁體放置在導(dǎo)線或線圈附近，希望在導(dǎo)線或線圈中感應(yīng)出穩(wěn)定電流（伏打電）；二是將兩導(dǎo)線并列放置，將其中之一通以電流（伏打電），希望在另一根導(dǎo)線中得到穩(wěn)定電流（伏打電）。

③偶然發(fā)現(xiàn)的迷茫

1831年8月29日的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并未使法拉第欣喜若狂，他心存疑慮：靜電感應(yīng)能夠感應(yīng)出穩(wěn)定的靜電，為什么“伏打電感應(yīng)”卻感應(yīng)不出穩(wěn)定的伏打電？是A線圈中的伏打電感應(yīng)出B線圈的伏打電，還是A線圈中的伏打電的磁感應(yīng)出B線圈的伏打電呢？在1831年9月23日，法拉第給老友菲利普斯的信中說：“我正再度忙著研究電磁學(xué)。我想我撈到了一樣好東西，可是沒有把握，或許我花費(fèi)了那么多勞動(dòng)，撈到的不是一條魚，而是一團(tuán)水草?！?/p>

④深入探究的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

教學(xué)中我們不僅要關(guān)注法拉第的成功和艱難探索，更要關(guān)注法拉第的思維脈絡(luò)；要關(guān)注法拉第成功時(shí)的迷茫和更深入的探索；對(duì)比科拉頓錯(cuò)失良機(jī)和法拉第的再探索，感知突破傳統(tǒng)思維局限的艱難和創(chuàng)新思維的曲折，才能讓學(xué)生體驗(yàn)劃時(shí)代發(fā)現(xiàn)的意義所在。

法拉第又設(shè)計(jì)了一系列實(shí)驗(yàn)，繼續(xù)探索實(shí)驗(yàn)的因素：

A. 改小磁針為弦線電流計(jì)，可以定量測(cè)量產(chǎn)生的感應(yīng)電流。

B. 鐵環(huán)是實(shí)驗(yàn)的必要條件嗎？他改鐵環(huán)為鐵棒，又改為紙板做的芯子，重做實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)說明鐵環(huán)不是實(shí)驗(yàn)的必要條件，但有“聚磁”作用。

C. A線圈是必需的嗎？為什么非要在A邊的電流接通或切斷的瞬間才能感應(yīng)出電流呢？

直到1831年10月17日，利用類似圖1，2實(shí)驗(yàn)，法拉第才找到電磁感應(yīng)現(xiàn)象的秘密。

3.2 將物理之美貫徹課堂教學(xué)始終

電磁統(tǒng)一的歷程進(jìn)一步增強(qiáng)了世界是對(duì)稱、統(tǒng)一、和諧的科學(xué)美學(xué)信念。物理學(xué)之美源于自然美。自然界所擁有的各種美的品格，當(dāng)然會(huì)在物理學(xué)的內(nèi)容和理論形式中反映出來(lái)。本堂課取對(duì)稱美和統(tǒng)一美向?qū)W生滲透，奧斯特、法拉第、麥克斯韋等科學(xué)家的創(chuàng)造性思維揭示了自然事物的對(duì)稱性，物理學(xué)家對(duì)統(tǒng)一性的不懈追求，引領(lǐng)著物理學(xué)的發(fā)展，從某種意義上說，物理學(xué)發(fā)展的歷史就是一個(gè)從小的統(tǒng)一走向大的統(tǒng)一的歷史。

教學(xué)中可以展示一些自然界中對(duì)稱、和諧美的圖片，而簡(jiǎn)單、和諧、對(duì)稱、統(tǒng)一、守恒是物理學(xué)之美的最普遍特征，兩者有極大的共性。本節(jié)課要引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)自然界質(zhì)樸的統(tǒng)一，用愛因斯坦的話“從那些看來(lái)同直接真理十分不同的各種復(fù)雜現(xiàn)象中認(rèn)識(shí)到它們的統(tǒng)一性，那是一種壯麗的感覺?！眴⒌纤麄儭Ｍ卣拐故钧溈怂鬼f方程組的統(tǒng)一、對(duì)稱的美，勞厄?qū)λ脑u(píng)價(jià)：“美學(xué)上真正完美的形式”，以及楊振寧語(yǔ)“…可是這些都不夠，都不能全面地道出學(xué)物理的人面對(duì)這些方程的感受?！鄙俚乃坪跏且环N莊嚴(yán)感，一種神圣感，一種初窺宇宙奧秘的畏懼感。我想缺少的恐怕正是籌建哥德式教堂的建筑師們所要歌頌的崇高美、靈魂美、宗教美、最終極的美”，認(rèn)識(shí)科學(xué)理論內(nèi)在的美和形式的美，潛移默化地培養(yǎng)他們的科學(xué)鑒賞力。所謂鑒賞力，就是善于從真善美的統(tǒng)一中敏銳地抓住事物的本質(zhì)去做出創(chuàng)造性發(fā)現(xiàn)的能力。

同時(shí)，筆者也把自己對(duì)對(duì)稱、統(tǒng)一美的感悟設(shè)計(jì)成對(duì)稱的板書。

3.3 處理好“偶然與必然”、“繼承與創(chuàng)新”的關(guān)系

偶然，是指由于偶然的因素，物理實(shí)驗(yàn)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)者未曾預(yù)料的新現(xiàn)象，而已知的理論很難對(duì)其進(jìn)行解釋，這常常預(yù)示著物理理論的新發(fā)展，奧斯特、法拉第的發(fā)現(xiàn)均有機(jī)遇的存在。但偶然之中蘊(yùn)藏著必然，當(dāng)時(shí)物理學(xué)的發(fā)展、各種不同形式的運(yùn)動(dòng)之間的相互轉(zhuǎn)化被大量發(fā)現(xiàn)、康德的“自然力之統(tǒng)一”的哲學(xué)思想的影響、前輩科學(xué)家前期大量的研究與實(shí)驗(yàn)等等因素促成了發(fā)現(xiàn)的必然性。正如巴斯德所說：“在觀察的領(lǐng)域內(nèi)，機(jī)遇只偏愛那種有準(zhǔn)備的頭腦”，他們成功的關(guān)鍵在于憑借豐富的知識(shí)積累和敏銳的洞察力，及時(shí)地抓住了常被人們忽略的偶然目標(biāo)。

湯川秀樹說過：“對(duì)以往知識(shí)的熟知和對(duì)新鮮事物及其發(fā)展前景的敏感，是一個(gè)人創(chuàng)造力的源泉?！眾W斯特、法拉第在繼承了前人的研究成果基礎(chǔ)上的偶然發(fā)現(xiàn)預(yù)示著創(chuàng)新的起始，他們的創(chuàng)新點(diǎn)在于從“縱向力”向“環(huán)繞力”、從“穩(wěn)態(tài)”到“暫態(tài)”認(rèn)識(shí)上的轉(zhuǎn)化。而科拉頓錯(cuò)失良機(jī)則從反面說明了這一點(diǎn)，教學(xué)中可以點(diǎn)明科拉頓的失敗是一次“成功的失敗”、“遺憾的失敗”、“真正的失敗”，凸顯創(chuàng)新的重要性。

參考文獻(xiàn)：

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[6]袁維新.國(guó)外科學(xué)史融入科學(xué)課程的研究綜述[J].比較教育研究，2005，（10）：62.

[7]袁維新. HPS教育與大學(xué)教育改革[J]. 現(xiàn)代大學(xué)教育，2010，（1）：87.

[8]丁邦平.HPS教育與科學(xué)課程改革[J].比較教育學(xué)報(bào)，2000，（6）：6.

[9]胡誠(chéng).HPS融入科學(xué)課程的研究[D].華中師范大學(xué)碩士論文，2006.

（欄目編輯 鄧 磊）