董彥

摘 要：本文倡導從歷史發(fā)展的角度組織物理課堂教學，將理論和實例相結合，充分挖掘物理學史在素質教育中發(fā)揮的特殊作用，通過物理學史展示人類揭開物質世界奧秘的歷史，激發(fā)學生學習物理的興趣，促進學生對科學本質的理解，樹立正確的人生觀、價值觀和世界觀。力求通過高中物理的學習，讓學生逐步體會和掌握科學家的科學思想、學習他們的科學精神，具備高素質公民應有的人文精神。本文指出了達到這些目標的指導理論、意義、方法、途徑、實例和應注意的問題。

關鍵詞：物理學史；科學素養(yǎng)；人文精神

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2016）8-0004-5

即將實施的《普通高中核心素養(yǎng)——物理》中指出，中學生通過高中物理學習應當具備以下素養(yǎng)：物理觀念、科學思維、實驗探究、科學態(tài)度與責任。其中，物理觀念、科學思維和實驗探究是形成學生科學素養(yǎng)的3個方面，而科學態(tài)度與責任是理科學習者人文精神的重要體現(xiàn)。正在實施的高中物理“新課程”標準也指出：通過高中物理學習，要進一步提高學生的科學素養(yǎng)；高中物理課程有助于學生繼續(xù)學習基本的物理知識與技能；體驗科學探究過程，了解科學研究方法；增強創(chuàng)新意識和實踐能力，發(fā)展探索自然、理解自然的興趣與熱情；認識物理學對科技進步以及文化、經濟和社會發(fā)展的影響；為終身發(fā)展、形成科學世界觀和科學價值觀打下基礎。

物理學史是以人類與自然界對話的歷史為研究對象，融合了文史哲的多學科知識，它是物理學家探索自然、利用自然、改造自然、造福人類、進而達到人與自然和諧統(tǒng)一的歷史。它通過描述物理學家探索科學的曲折與反復、分歧與爭論、喜悅與懊悔、成功與失敗，使受教育者精神上受到感化，意志得到磨煉，科學思維得以訓練，并且能正確理解人與自然、社會的關系，從而使心智得到和諧發(fā)展[1]。高中物理課改教材各章節(jié)都滲透了大量的物理學史教育內容（“STS”23篇，“科學足跡”24篇，“科學漫步”28篇）。所以，利用物理學史的內容特點及它所具有的豐富教育因素，對學生進行科學素養(yǎng)和人文精神的教育，具有強烈的可行性和實效性。

1 利用物理學史培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)

1.1 科學素養(yǎng)的內涵

科學素養(yǎng)是指運用科學原理和方法解釋或處理工作和生活中的問題，其重點在于科學地觀察和思考問題的能力、對科學的態(tài)度、科學的價值觀和世界觀。美國“普及美國人的科學”組織對科學素養(yǎng)的定義：認識科學是具有強大力量但又有局限的人類事業(yè)；理解科學的關鍵概念和原理，熟悉自然世界并認識它的多樣性和統(tǒng)一性；為個人和社會目的而使用科學知識和思維的科學方法。

科學素養(yǎng)是一個多維性概念，但最基本的兩個要素是：科學思想——能力要素；科學精神——精神要素。

1.2 科學思想的培養(yǎng)

科學思想是指在各種特殊科學認識和研究方法的基礎上提煉出來的、能夠發(fā)現(xiàn)和解釋其他同類或更多事物的合理觀念和推斷法則，它對進一步的、更廣泛的科學研究和社會實踐具有導向作用，它是科學探索、科學創(chuàng)新的理論基石。

物理理論知識本身就蘊含著物理學的思想和方法，實際上理論知識是思想和方法的一個很好的載體，教師應該著眼于理解教學內容，創(chuàng)造性地將教材中的理論內容與物理學史相結合，提取那些“活生生”的科學思想和方法，利用科學探究的方式，啟迪學生的思考和領悟，逐步使學生對科學思想和方法有著更好的認識。

從物理學的發(fā)展歷史來看，物理理論由簡單到復雜，由單一領域到學科融合，研究方法也由自然觀察、簡單推理到人為控制實驗條件、假設猜想、數學推理等。物理學中典型的科學思想有：觀察，由于物理學是一門實踐性很強的學科，概念的建立和物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)往往離不開對自然現(xiàn)象的觀察，觀察是最基本的物理思想與方法；實驗，物理學是人們對無生命自然界中物質的運動變化的知識進行規(guī)律性的總結，是一門以實驗為本的科學，物理理論來源于實驗，并且還必須經過實驗的檢驗，沒有實驗就沒有物理學；推理，這里所說的推理是指“邏輯推理”，是按客觀規(guī)律把不同排列順序的意識、現(xiàn)象、問題進行相關性的推導，其他還包括類比、假說、模型、歸納演繹、數學表達、控制變量等。

1.3 科學精神的培養(yǎng)

科學精神作為人類文明的崇高精神，它表達的是一種敢于堅持科學思想的勇氣、不斷探求真理的意識和實事求是的科學態(tài)度。它具有豐富的內涵和多方面的特征。具體表現(xiàn)為實事求是、探索創(chuàng)新、質疑批判、獨立理性等。

1.3.1 實事求是

實事求是是觀察、推理、提出理論的基礎，又是觀察、推理、提出理論的重要品質和方法，也是所有科學工作者應具有的基本態(tài)度。在物理教學中，要求學生堅持實事求是的科學態(tài)度，毫不含糊地尊重客觀事實，以客觀事實為依據。

16世紀以來的物理學發(fā)展史告訴我們，物理學之所以能得以迅速發(fā)展，是與許多物理學家所采取的科學態(tài)度分不開的。當實驗結果與物理理論發(fā)生矛盾時，物理學家往往會采用實事求是的科學態(tài)度、一絲不茍的研究精神進行分析、探索，而不是主觀臆斷，進而才有一系列新的發(fā)現(xiàn)。哥白尼的“日心說”指出，行星在正圓軌道上做勻速圓周運動，開普勒根據第谷的觀測資料，經過反復的研究和測算后斷定：行星繞太陽運動的軌道不是正圓而是橢圓，運動的速度也并不均勻——在離太陽最近的近日點處最快，在離太陽最遠的遠日點處最慢。焦耳經過近四十年，用各種方法進行四百多次實驗，精確地測得熱功當量的數值，為建立能的轉化和守恒定律作出了最重要的貢獻。科學家身上所體現(xiàn)出的這種不畏失敗、實事求是、持之以恒追求真理的高尚品質，是學生學習的榜樣。

1.3.2 探索創(chuàng)新

愛迪生說過：世上一切都是迷，一個迷的答案即為另一個迷。他不斷探索，不斷創(chuàng)新，最終成為一位擁有一千多項發(fā)明的發(fā)明大王。哥白尼認為：人的天職在于探索真理。因此，他不斷探索，為了發(fā)現(xiàn)宇宙的奧秘而不懈奮斗，最后提出了有劃時代意義的“日心說”。隨著歷史的發(fā)展衍生出的這種探索精神，引領人類不斷進步、發(fā)展。

在萬事萬物普遍聯(lián)系的哲學思想指導下，奧斯特1820年發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應。很快，法拉第、安培、科拉頓等都提出了用磁生電的偉大設想。因為那時能量守恒定律還沒有建立，他們都曾錯誤地認為只要附近有磁體或電流，導體中就會感應出電流。當然，大量實驗都以失敗告終。法拉第堅持不懈，直到1831年才意識到這可能是一種“動態(tài)”效應，終于發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象。在教學中還可介紹科拉頓的歷史遺憾，引導學生對這些發(fā)現(xiàn)的再探究。這些物理大事件不但使學生對電磁感應觀象的“動態(tài)”效應的理解更為深刻，而且培養(yǎng)了學生探索創(chuàng)新的精神。

“原子可以再分”始于湯姆生發(fā)現(xiàn)電子。原子結構如何，湯姆生的學生盧瑟福不是以湯姆生猜想的棗糕模型為據，而是做了大量的α粒子散射實驗，終于發(fā)現(xiàn)了核式結構。盧瑟福的學生玻爾發(fā)現(xiàn)新的矛盾，將量子思想融入原子結構，提出新的原子模型，成功地解釋并預言了氫光譜。正是他們的探索創(chuàng)新，才有了原子物理學的飛速發(fā)展。這也應了亞里士多德的千古名言——吾愛吾師，吾更愛真理。

“書本是科學的世界，但世界才是科學真正的書本”。人類在不斷進步，同樣對自然的認識也會不斷深化，而且永無止境，探索與人類同在。

1.3.3 質疑批判

質疑是經過較充分的分析后提出的疑問，善于發(fā)現(xiàn)問題、提出疑問、并進行解釋是具有較強思維的批判能力的重要表現(xiàn)。質疑批判不僅是思維的開始，往往還是成功的開始。

亞里士多德認為物體下落的速度與輕重相關、力是維持物體速度的原因，正是伽利略的懷疑和批判，用推理和實驗得出了正確的定律，為牛頓力學的建立打下了理論基礎，成為近代科學之父。牛頓認為時間與空間無關，正是愛因斯坦研究邁克爾遜-莫雷實驗，質疑牛頓力學成立的基礎，拋開了“靜止以太”“絕對運動”等概念，才創(chuàng)建了狹義相對論，提出了新的時空觀。普朗克否定了傳統(tǒng)的能量是連續(xù)的觀點，認為熱輻射是一份一份的，提出了量子論。

物理學史實顯示：有條件的、有懷疑的思考，即力求以發(fā)展、變化、聯(lián)系的思想為標準來裁決和審視一切科學假說與科學理論，不迷信權威，是科學能不斷向前發(fā)展的動力。物理學家的批判精神，是促使物理學向前發(fā)展的動力。

通過這些物理學史在物理教學中的滲入，讓學生認識到：物理學充滿了懷疑、批判和超越，永不閉塞懷疑的目光。這樣做可以讓學生用發(fā)展的、動態(tài)的眼光看待物理學，養(yǎng)成敢于懷疑、勇于批判的科學態(tài)度，形成獨立思考和獨立判斷的能力。

2 利用物理學史培養(yǎng)學生的人文精神

2.1 人文精神的內涵

人文精神是一種主張以人為本，重視人的價值，尊重人的尊嚴和權利，關懷人的現(xiàn)實生活，追求人的自由、平等和解放的思想行為。人類的人文思想經歷了從古希臘到現(xiàn)代的漫長發(fā)展過程。古希臘崇尚理性，中世紀崇尚靈魂，文藝復興發(fā)現(xiàn)了“人”，使人從對“神”的迷夢中驚醒。發(fā)生于18世紀的思想啟蒙運動覺醒了人對個人地位、個人利益與“自由平等”的追求，現(xiàn)代則崇尚人文關懷。約翰·洛克發(fā)現(xiàn)了人類社會的三大定律之一：人是社會的中心?？梢?，“以人為本”是人文精神的核心。

2.2 人文精神的培養(yǎng)

《普通高中核心素養(yǎng)——物理》中指出，要培養(yǎng)學生的“科學態(tài)度與責任”。高中物理新課標也提到，要讓學生通過高中物理的學習逐步養(yǎng)成正確的方法、態(tài)度、價值觀和世界觀，認識科學技術對個人、社會、環(huán)境的影響，領悟科學的本質、科學與人文的統(tǒng)一，提高個人修養(yǎng)、培養(yǎng)社會責任感?？梢?，新的課程文化是一種民主、開放、科學、平等、對話、協(xié)商的課程文化。好課一定是讓學生身心愉悅的課，沒有讓學生感到快樂的課一定是不成功的課。在這種文化中利用物理學史對學生進行人文精神的培養(yǎng)，潤物無聲、事半功倍。

通過物理學史的滲透，以物理學家為楷模，應當使學生逐步具備造福人類的高尚情操、基本的科學道德、崇高的愛國主義精神，從而形成正確的人生觀和世界觀。

2.2.1 高尚的情操

優(yōu)秀的科學家，總是把無私奉獻、獻身科學、造福人類作為自己的崇高目標。愛迪生立志要揭開大自然的奧秘并以此造福人類。貝爾說，我是世界的公民，應為人類而生。他倆的話是眾多優(yōu)秀科學家包括物理學家為造福人類、獻身科學誓言的代表。法拉第在多個領域都做出了非凡的成績。他也非常熱心科學普及工作，堅持舉行星期五晚間討論會和圣誕節(jié)少年科學講座。他為人質樸、不善交際、不圖名利、喜歡幫助別人。他放棄了一切有豐厚報酬的商業(yè)性工作，謝絕了皇家學會擬選他為會長的提名，甘愿以平民的身份實現(xiàn)獻身科學的諾言，終生在皇家學院實驗室工作。貝克勒耳由于長期接觸放射性物質，健康受到了極大的損害，他剛年過半百，身體就垮了下來。當時，醫(yī)生勸他休養(yǎng)，他卻舍不得離開實驗室，語氣堅決地說：“除非把我的實驗室搬到我療養(yǎng)的地方，否則我決不離開！”放射線最終奪去了貝克勒耳年僅56歲的生命。居里夫人對鈾和鈾的各種礦石進行了深入的研究，發(fā)現(xiàn)了兩種放射性很強的新元素，本可獲得巨額財富，她卻把個人待遇置之度外，想到的是如何能夠為全人類服務。

教育家說：僅僅無才的人頂多是廢品，但有才無德的人是危險品。一個有用的人，一定首先是一個有高尚情操的人，“德”是一切言行的出發(fā)點、是人生航行的指南針。

2.2.2 基本的科學道德

科學道德的核心是對真理、對同行、對社會負責。第谷是一個精于觀測而短于理論分析的天文學家，積累了大量關于行星運行的精確的資料。開普勒沒有第谷那樣的觀測才能，但卻有深厚的數學功底，他被聘為第谷的助手后，承諾忠實一手資料，找出隱藏在背后的規(guī)律，潛心研究第谷浩如煙海的觀測數據，最終找到了用數學形式表達的行星運動三大規(guī)律。牛頓在多個領域都取得巨大成就之后，在寫給胡克的一封信中說：如果說我看得比別人更遠，那是因為我站在巨人的肩上。這些巨人有哥白尼、伽利略、開普勒、笛卡兒、費馬、萊布尼茲、胡克等。這既是事實，也充分說明了牛頓的誠實和謙虛。當然，相反地，牛頓晚年為了爭奪微積分學基本公式的發(fā)明權，對萊布尼茲使用了不太光彩的手段，這使他在人們心目中的地位大打折扣。洛倫茲和他的學生塞曼互相支持與合作，做出了很多重大發(fā)現(xiàn)，菲涅耳、夫瑯和費、馬呂斯、托馬斯·楊，各自的實驗結果互相補充、互相支持，完善了光學的波動理論。

由這些物理學史，可讓學生懂得：只有公正地對待他人的工作、實事求是地承認他人的貢獻，發(fā)自內心地尊重競爭者的努力，坦誠直率地進行學術爭論，勇于承認研究成果中的錯誤和失誤，明智地回避利益沖突，才能形成科學研究中必要的合作機制，形成相互激蕩的思想氛圍，使每個科學家的獨特才能得到最大限度的發(fā)揮。

2.2.3 崇高的愛國主義精神

巴甫洛夫說：科學沒有國界，科學家卻有國界。這是科學家高尚的愛國主義情操的體現(xiàn)。

物理學家熱愛科學，不斷探索物理規(guī)律，值得學習。與此同時，他們熱愛自己祖國的精神同樣值得我們學習。在物理教學中，要特別重視這方面的示范教育。著名物理學家瑪麗·居里為了紀念她的祖國波蘭，把他們夫婦發(fā)現(xiàn)的兩種放射性新元素分別命名為釙和鐳。在第二次世界大戰(zhàn)中，諾貝爾物理獎獲得者約里奧·居里在巴黎淪陷的危急時刻，毅然加入法國共產黨，不惜犧牲生命參加保衛(wèi)法蘭西的偉大斗爭。他一方面想盡一切辦法不讓德國人有效地使用回旋加速器研究核裂變，另一方面又秘密領導地下抵抗運動，并利用實驗室裝配武器與炸藥供給抗德特工隊……他這種強烈的愛國主義精神，是法蘭西民族的驕傲。

熱愛祖國也是我國科學家的光榮傳統(tǒng)。解放前，不少科學家滿懷 “科學救國”“教育救國”的激情，“學勾踐臥薪嘗膽、為中華富強而奮發(fā)”的愛國壯志，為“中華崛起”而跨洋過海留學，學成之后又紛紛回國辦廠、興學。物理學家吳有訓、周培源、錢三強、錢偉長是這些人的杰出代表。著名物理學教育家雷樹人，積極投身抗日救亡運動，他是能夠在血雨腥風中堅持為民族解放事業(yè)而奮斗的科學家的典型代表。共和國成立后，他們中許多人拋棄優(yōu)厚的生活待遇、完善的科研條件，想盡辦法回到新生的人民共和國，成為新中國科技事業(yè)的奠基人、開拓者。為了國家科學技術的發(fā)展，很多人甘愿“隱姓埋名一輩子”，如曾為原子彈、氫彈的創(chuàng)制作出重大貢獻的鄧稼先、于敏、王淦昌、郭永懷等，曾經幾十年在人世間“消失”。

將這些愛國科學家的事跡與實際經歷作為物理教學的素材，可以使學生在學習物理知識的同時，感受物理學家至高無上，為國為民的大愛精神，使他們在學習中耳濡目染，逐漸形成與之相同的情操，在實踐中受其鼓舞。只有把有限的生命同祖國的命運、人類的命運緊緊相連，才可能做出較大成績。

3 應當注意的問題

3.1 應遵循的原則

利用物理學史培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)和人文精神，其效果在很大程度上取決于教師能否自覺地把物理學史中有關內容的教育貫穿于教學過程之中，循序漸進，有意識的滲透教育應是生動活潑地進行，主要方式是課堂教學結合“知識與技能”“過程與方法”，也可采用講座與科普讀物相結合，隱性教育為主，顯性教育為輔，去影響學生的“情感、態(tài)度與價值觀”，從而形成學生的核心素養(yǎng)。

3.2 及時反思

當今世界的競爭是人才的競爭，培養(yǎng)高素質的人才是學校教育的根本任務。全面實施高中新課程教學改革，將培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)放在首位，已成為時代對教育提出的迫切需求。然而，由于傳統(tǒng)的應試教育“勢力”過于強大，素質教育得不到真正落實。許多物理教師仍然認為：給學生單向灌輸物理知識，從幾個基本原理出發(fā)，運用數學演繹的手段，邏輯推演出各個具體的定律和結論，并應用這些定律和結論在課堂上講題、學生在課堂外依葫蘆畫瓢地練題，能應對各種卷面考試就完成了教學任務，達到了教學目的。殊不知，在這樣的教學體系中，物理知識的真正認識過程被抹殺了，物理學探索者的觀測、困惑、試探和創(chuàng)新的智慧之光被掩蓋了。這種講授方法的結果給學生造成了科學理論“直線發(fā)展”的錯覺，并失去對物理學的學習興趣，同時也泯滅了學生的創(chuàng)造力，給學生以后的發(fā)展造成了嚴重的負面影響。

因此，教師在日常的教學過程中應該注意以下兩點：（1）不能將知識的傳授和素質的培養(yǎng)割裂開來。傳統(tǒng)的教學過分強調知識的傳授，在教學中注重的是概念、規(guī)律的本身及學生掌握知識的狀況，忽視受教育者的價值培養(yǎng)和個性發(fā)展，制約了他們作為一個公民的素質的提高。要強調學生在教學中的主體地位，注重學生合理的智能結構的形成以及知識和能力的轉化，全面提高多種素質。（2）不能將科學素養(yǎng)和人文精神割裂開來。物理學家和物理教育家拉比認為：只有把科學和人文兩者融為一體，我們才能期望達到我們的時代和我們這代人相稱的智慧的頂點。

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