江愛國

(浙江省岱山中學(xué)　浙江 舟山　316200)

*系浙江省2014年教育規(guī)劃課題，課題號(hào)：2014SC327

物理學(xué)史圖片融入教學(xué)的途徑與策略*

江愛國

(浙江省岱山中學(xué)浙江 舟山316200)

*系浙江省2014年教育規(guī)劃課題，課題號(hào)：2014SC327

摘 要：隨著高中教學(xué)選科走班形式的興起，傳統(tǒng)的行政班教學(xué)模式必將弱化，隨之帶來的教育功能必將更多地通過學(xué)科教學(xué)進(jìn)行滲透．真、善、美是物理教學(xué)追求的最高境界.而物理學(xué)史圖片的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)這種物理教學(xué)追求的有效途徑．本文從物理學(xué)史圖片融入高中教學(xué)的策略例析入手，闡述了物理教學(xué)實(shí)施的途徑與策略．

關(guān)鍵詞：物理學(xué)史圖片融入利用

新課程標(biāo)準(zhǔn)關(guān)注的是學(xué)生學(xué)習(xí)的過程和方法，以及伴隨這一過程而產(chǎn)生積極的情感體驗(yàn)和真正的價(jià)值觀．課程標(biāo)準(zhǔn)確立了知識(shí)與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀三位一體的課程目標(biāo)．

在新一輪高考改革的背景下，隨著高中教學(xué)選課走班形式的興起，傳統(tǒng)的行政班教學(xué)模式必將弱化，隨之帶來的德育教育功能必將更多地通過學(xué)科教學(xué)進(jìn)行滲透．物理不僅僅是一門科學(xué)，物理也是一種智慧，物理更是一種文化．真、善、美是物理教學(xué)追求的最高境界.而物理學(xué)史圖片的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)這種物理教學(xué)追求的有效途徑．

物理學(xué)史圖片是指物理學(xué)產(chǎn)生和發(fā)展的歷史中遺留下來的一些物理學(xué)家的影像圖片、相片、手稿等．這些圖片在教科書及各種出版物中和網(wǎng)絡(luò)中廣為流傳．在查閱相關(guān)文獻(xiàn)的過程中，筆者發(fā)現(xiàn)，很多教育研究者對(duì)物理學(xué)史的教育價(jià)值進(jìn)行了分析，對(duì)物理學(xué)史與課程的整合進(jìn)行了探討，對(duì)物理學(xué)史融入物理教學(xué)的教育模式進(jìn)行了理論的探討和實(shí)踐的檢驗(yàn)，在物理教學(xué)類主流期刊上也有很多此類著作．但是，在已有的研究中卻鮮見關(guān)于物理學(xué)史圖片融入中學(xué)物理教學(xué)現(xiàn)狀的相關(guān)研究，物理學(xué)史圖片在教學(xué)中缺乏融合，這與圖片的作用是不相符的，也不利于新課程背景下學(xué)生科學(xué)精神及思維能力的培養(yǎng)．

搜集物理學(xué)史圖片的資料，結(jié)合高中物理教學(xué)的主要內(nèi)容進(jìn)行梳理、分類，并在課堂教學(xué)中加強(qiáng)物理學(xué)史圖片教學(xué).融合能促進(jìn)學(xué)生了解到科學(xué)家們的觀測(cè)、困惑、試探和創(chuàng)新的精彩與智慧，能認(rèn)識(shí)到真正的物理學(xué)史發(fā)展的精髓，并培養(yǎng)學(xué)生思維方式、價(jià)值取向和科學(xué)人文精神．不僅能給當(dāng)前的物理教學(xué)帶來清新之風(fēng)，并提高教師的學(xué)科內(nèi)涵．

1現(xiàn)行高中物理教科書特點(diǎn)與圖片的作用

現(xiàn)行的全國高中物理教科書共有5個(gè)版本，而每個(gè)版本的教科書都有兩個(gè)突出的特點(diǎn)：圖片增多；重視物理學(xué)史教育．如《人教版》的“科學(xué)漫步”、《魯科版》的“信息窗”、《粵教版》的“資料活頁”等．結(jié)合兩者的歷史圖片是教科書的一大亮點(diǎn)．這種教材設(shè)置方式為教學(xué)提供了一個(gè)新的課題：如何有效運(yùn)用教材中的插圖以及選擇歷史圖片，開展物理學(xué)史教育，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、增強(qiáng)學(xué)生的思維能力，從而提升科學(xué)的人文精神．

19世紀(jì)俄國教育家烏申斯基曾說過：“把圖片帶進(jìn)課堂，啞巴也會(huì)說話”．心理學(xué)研究表明人類80%信息的獲取來自眼睛．相比聽覺信號(hào)，視覺信號(hào)的刺激有效性高、包含的信息量大、記憶的持久性強(qiáng)等特征．在物理教學(xué)中會(huì)插入一些漂亮并帶有大量信息的歷史圖片，以此不僅讓學(xué)生感受刺激，并更加直接、有效、感性地感受史料，促進(jìn)物理知識(shí)和文化的感悟．

2教學(xué)實(shí)施途徑與策略

2.1利用圖片中恢弘的場(chǎng)景營造崇敬科學(xué)氛圍

科學(xué)的進(jìn)步對(duì)人類文明發(fā)展的影響是巨大的，教學(xué)中利用圖片中的恢弘的場(chǎng)景告訴學(xué)生科學(xué)的輝煌和深遠(yuǎn)的反響．激勵(lì)學(xué)生崇敬科學(xué)的精神，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣．讓學(xué)生站在“當(dāng)時(shí)”理解偉大，能使情感、態(tài)度、價(jià)值觀目標(biāo)良好地達(dá)成．

圖片背景(圖1)：1927年，第五屆索爾維會(huì)議在比利時(shí)布魯塞爾召開，一張匯聚了物理學(xué)界智慧之腦的“明星照”則成了這次會(huì)議的見證，數(shù)十個(gè)涵蓋了眾多分支的物理學(xué)家都留下了他們的身影，在本次物理界最豪華聚會(huì)上，29位與會(huì)者中有17人是諾貝爾獎(jiǎng)得主，唯一的女性居里夫人得過兩次諾貝爾獎(jiǎng)．中國武林小說史上著名的華山論劍，也沒有如此陣容．愛因斯坦、玻爾更是照片的靈魂人物， 一位頭戴世紀(jì)最偉大科學(xué)家桂冠，是學(xué)者中的學(xué)者；另一位是哥本哈根學(xué)派的掌門人，同樣是一代宗師．在他們的身后，是20世紀(jì)最重要的兩大物理學(xué)理論———相對(duì)論和量子力學(xué)．他們的這場(chǎng)論戰(zhàn)，一波三折，曠日持久，影響深遠(yuǎn)，幾乎所有在世的理論物理學(xué)家都被卷入其中．在人類科學(xué)史上，曾經(jīng)發(fā)生過許多次重大的學(xué)術(shù)論戰(zhàn)，但論及雙方的地位、論戰(zhàn)的深入和影響，只有這一次才最有資格被稱為巔峰對(duì)決．

圖1　物理峰會(huì)之索爾維會(huì)議

2.2利用圖片中科學(xué)原理增進(jìn)直觀認(rèn)識(shí)

相對(duì)聽覺，通過視覺的信息輸入更加快捷和高效．通過圖片展示科學(xué)原理，可以一目了然，言簡(jiǎn)意賅．此類圖片，學(xué)生都能直觀、清晰地認(rèn)識(shí)到其所要表述的東西．利用這些圖片，可以達(dá)到迅速引人入勝的效果．

圖片背景(圖2)：1798年，卡文迪什利用扭秤，成功地測(cè)出了引力常量的數(shù)值，證明了萬有引力定律的正確．

圖2　“最美麗”的十大物理實(shí)驗(yàn)之一——卡文迪什扭秤實(shí)驗(yàn)

卡文迪什解決問題的思路是，將不易觀察的微小變化量轉(zhuǎn)化為容易觀察的顯著變化量，再根據(jù)顯著變化量與微小量的關(guān)系算出微小的變化量 ．原理利用了二次放大法：

(1)盡可能地增大了T型架連接兩球的長度使兩球間萬有引力產(chǎn)生較大的力矩，使桿偏轉(zhuǎn)．

(2)盡力地增大弧度尺與系統(tǒng)的距離使小鏡子的反射光在弧線上轉(zhuǎn)動(dòng)較大角度．

2.3利用科學(xué)家生活中的像片領(lǐng)略科學(xué)人文與生活情趣

教學(xué)中，一些教師在介紹物理學(xué)家的奇聞?shì)W事時(shí)往往過分渲染他們對(duì)科學(xué)研究的態(tài)度，導(dǎo)致很多學(xué)生認(rèn)為物理學(xué)家都是一群追求嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹皶糇印保鋵?shí)在生活中，物理學(xué)家也是普通人，也有普通人一樣的喜怒哀樂，看科學(xué)家生活中的像片，可以拉近與科學(xué)家的距離，也拉近與物理的距離，促使學(xué)生學(xué)習(xí)物理時(shí)能體會(huì)到一種人文的感染，而非枯燥乏味的知識(shí)堆積．

圖片背景[圖3(b)]：1951年3月，在愛因斯坦72歲生日聚會(huì)上，經(jīng)過眾多記者輪番拍攝之后，這位年逾古稀的老人臉都笑麻了．輪到賽西記者采訪他時(shí)，他用吐舌頭代替僵硬的笑容．這幅照片成為20世紀(jì)具有影響力的一張形象符號(hào)．愛因斯坦后來答問為何要吐舌頭，他說他是為全人類拍攝吐舌頭的照片．

圖3

2.4利用科學(xué)偉人崇尚真理的言論來觸動(dòng)學(xué)生心靈

漫長的物理學(xué)進(jìn)程中出現(xiàn)了很多的偉人言論，這些偉人的言論所折射出他們崇尚真理、為科學(xué)真理而獻(xiàn)身的精神常會(huì)深深地打動(dòng)學(xué)生．這樣的言論如果再結(jié)合能體現(xiàn)偉人主要業(yè)績的圖片，則能更加有效和震撼．有時(shí)能強(qiáng)烈激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣和熱情．這是科學(xué)人文精神的良好體現(xiàn)方式．

圖4　拉斐爾《雅典學(xué)派》濕壁畫

圖片背景(圖4)：古代希臘是西方文明的發(fā)源地，那里誕生的思想家的思想對(duì)整個(gè)西方文明產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的歷史影響，這其中的二位佼佼者柏拉圖(位于左，挾著《帝邁馬斯篇》，以手指指天.)和他的學(xué)生亞里士多德(位于右，手拿《倫理學(xué)》，另一只手伸前.)更是以他們睿智的思想和嚴(yán)密的理論體系，在西方文明發(fā)展的整個(gè)歷史長河中可以說起到了決定性的作用．由于是師生關(guān)系，亞里士多德的很多觀點(diǎn)同柏拉圖很相似．但他們?cè)谝恍┲匾獑栴}上的觀點(diǎn)有很多不同，甚至截然相反．亞里士多德不認(rèn)同柏拉圖的“理念是世界的本質(zhì)”的觀點(diǎn)，他堅(jiān)決認(rèn)為“思想來源于具體事物，理性是人的本質(zhì)”，并就此觀點(diǎn)與恩師展開了針鋒相對(duì)的辯論，就像自己說過的那樣：“吾愛吾師，吾更愛真理”．

2.5利用圖片來了解我國科技發(fā)展緬記物理偉人激發(fā)愛國熱情

愛國主義是對(duì)青少年進(jìn)行德育的中心內(nèi)容．在漫長的科學(xué)史的發(fā)展歷程中，我國一大批教育家、科學(xué)家嘔心瀝血，為國力的強(qiáng)大做出了巨大的貢獻(xiàn)．解放以來，我國在科學(xué)技術(shù)方面得到了史無前例的發(fā)展．在尖端技術(shù)方面，原子彈、氫彈、洲際導(dǎo)彈的實(shí)驗(yàn)成功，人造衛(wèi)星的發(fā)射與回收，正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的建成等都處于國際前列．教學(xué)中結(jié)合教材有關(guān)章節(jié)穿插介紹這些內(nèi)容的圖片，不僅可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，還能使學(xué)生了解祖國的燦爛輝煌文化，樹立民族自信心和自豪感．在教學(xué)過程中我們要注意通過挖掘物理教材中的史料圖片，激起學(xué)生熱愛祖國、緬懷科學(xué)先人的真情．

圖5

圖片背景[圖5(c)]：吳健雄，江蘇蘇州太倉人，在β衰變研究領(lǐng)域具有世界性的貢獻(xiàn)．一生獲得眾多獎(jiǎng)項(xiàng)、獎(jiǎng)譽(yù)．被稱為：世界物理女王、中國居里夫人、最偉大的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家．

1956年之前，吳健雄已因在β衰變方面所作過的細(xì)致精密又多種多樣的實(shí)驗(yàn)工作而為核物理學(xué)界所熟知． 1956 年李政道、楊振寧提出在β衰變過程中宇稱可能不守恒之后，吳健雄立即領(lǐng)導(dǎo)她的小組進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了弱相互作用中的對(duì)稱不守恒．由此，在整個(gè)物理學(xué)界產(chǎn)生了極為深遠(yuǎn)的影響．

1958當(dāng)選為美國科學(xué)院院士，1975年任美國物理學(xué)會(huì)第一任女性會(huì)長，同年獲得美國總統(tǒng)福特在白宮授予她美國最高科學(xué)榮譽(yù)——國家科學(xué)勛章．

晚年的吳健雄積極報(bào)效祖國，1982年受聘為南京大學(xué)、北京大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)等校的名譽(yù)教授，是中國科學(xué)院高能物理研究所學(xué)術(shù)委員會(huì)委員．

1997年2月16日，在紐約病逝，終年85歲．遵照她本人生前的愿望，吳健雄的骨灰安放在她的故鄉(xiāng)江蘇蘇州太倉瀏河鎮(zhèn)．

2.6利用圖片和史實(shí)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)揭示物理學(xué)家思維的過程

教科書上的結(jié)論和定律，多是科學(xué)家思維活動(dòng)的結(jié)晶，是靜態(tài)知識(shí)．它掩蓋了知識(shí)形成與發(fā)展的生動(dòng)過程，使學(xué)習(xí)者難以體驗(yàn)探索和發(fā)現(xiàn)的喜悅．尤其是物理學(xué)家們那獨(dú)特的思路、精巧的方法以及認(rèn)知的升華，在教材中被過濾了．蘊(yùn)含在科學(xué)研究過程中的思想、方法才是動(dòng)態(tài)的知識(shí)，物理學(xué)的概念和規(guī)律，如果親歷了它們形成和發(fā)展的過程，會(huì)更加深刻地理解其含義．重新體驗(yàn)科學(xué)家研究問題的方法和思維過程(圖6)，也使科學(xué)方法的傳授不再是空洞的說教，而是有聲有色的鮮活經(jīng)歷，物理學(xué)前進(jìn)的每一步都是創(chuàng)新教育的極好題材．

圖6

圖7　歐姆本人得出“歐姆定律”的實(shí)驗(yàn)裝置與相關(guān)數(shù)據(jù)

圖片背景(圖7)：歐姆花費(fèi)了10年心血發(fā)現(xiàn)的“歐姆定律”，是其數(shù)學(xué)推理與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的結(jié)果結(jié)晶，物理思維的精髓在其推理過程中一覽無余、堪稱經(jīng)典．當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)條件極差，沒有現(xiàn)成測(cè)量電流的儀器，他想了種種辦法，經(jīng)歷了多少次失敗，才制成了相當(dāng)精密的測(cè)量電流的電流扭秤.

因此我們?cè)诮虒W(xué)中可以這樣設(shè)計(jì)：

(2)按照他的思維思路，進(jìn)行猜想：

(3)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)、讀取數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理(利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)裝置)進(jìn)行驗(yàn)證(圖8)．

圖8

2.7利用物理學(xué)史圖片開設(shè)校本選修課程

物理學(xué)史及圖片囊括了上下幾千年人類文明發(fā)展的歷程，更有其他此類的具體資料，包括郭奕玲教授等的《物理學(xué)史》、李醒民教授的《激動(dòng)人心的年代——世紀(jì)之交物理學(xué)革命的歷史考察和哲學(xué)探討》、秦克誠教授的《郵票中的物理學(xué)史》、國內(nèi)高中物理教材5種版本、國外高中科學(xué)主流教材及各種期刊和網(wǎng)絡(luò)資源等．由于課時(shí)的限制，很多資料不能在課堂中講解．新一輪課改中學(xué)校選修課程體系的規(guī)劃及實(shí)施為物理學(xué)史圖片的應(yīng)用拓展提供了平臺(tái)，我們可以開設(shè)《物理故事會(huì)》、《思維的智慧與啟發(fā)》等選修課程，通過對(duì)物理學(xué)史圖片的挖掘、整理及展示，使學(xué)生了解物理、認(rèn)知物理，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生思維方式、價(jià)值取向和科學(xué)人文精神的教學(xué)目的．

參 考 文 獻(xiàn)

1教育部基礎(chǔ)教育教材審定工作辦公室.新課程實(shí)驗(yàn)教材精粹選評(píng). 北京：人民教育出版社，2010

2郭奕玲，等.物理學(xué)史. 北京：清華大學(xué)出版社，2005

3秦克誠.郵票中的物理學(xué)史.北京：清華大學(xué)出版社，2005

收稿日期：(2015-04-02)

作者簡(jiǎn)介：江愛國(1971-)，男，中學(xué)高級(jí)，主要從事中學(xué)物理教學(xué)及研究.