白帆

摘 要： 通過對比中國知網中57篇有關牛頓第一定律物理學史教育的文獻以及其它相關資料，總結文獻資料中亞里士多德、伽利略、笛卡兒、牛頓的主要觀點及貢獻，并提出四位歷史人物的觀點差異，表明牛頓第一定律的重要意義.并基于分析文獻時的感想，提出一些有關物理教師講授物理學史的想法.

關鍵詞： 物理學史;牛頓第一定律;物理教師

英國十七世紀著名思想家弗蘭西斯·培根（Francis Bacon，1561-1626）曾主張：讀史使人明智.歷史對于我們思維的發(fā)展有著重要影響作用，物理學史在物理學教育中越來越受到教師們的重視，物理核心素養(yǎng)也要求我們物理教師重視物理學史的教授.物理學史向學生們介紹了先賢學者們探究物理真理的過程與方法，這些有助于學生跟隨先賢們一步步建立更加科學的物理觀念，培養(yǎng)學生的科學推理、科學論證等思維能力，所以，物理教育的過程中要重視物理學史的滲透與分析.那么，教師怎樣才能更好的教授物理學史呢？本文將通過分析高中牛頓第一定律這一節(jié)課中有關物理學史的教學內容，以期得到一些關于物理學史的教學思考，為日后的有關教學提供幫助.

在中國知網中搜索近兩年以及高被引、高下載量的牛頓第一定律教學設計及相關物理學史教育研究的文獻，通過整理得到57篇有效文獻，所選文獻發(fā)表年份及數目見表1.

通過對所選文獻的內容比對，發(fā)現對牛頓第一定律有關物理學史的介紹主要包括四位歷史人物，分別為亞里士多德（Aristotle，前384-前32）、伽利略（Galileo Galilei，1564-1642）、笛卡兒（R.Descartes，1596-1650）、牛頓（Isaac Newton，1643-1727）.大部分文獻中對他們的主要觀點和貢獻描述見表2.

然而通過以上觀點的講解，牛頓第一定律的偉大之處體現的似乎并不明顯，為什么亞里士多德的觀點能持續(xù)將近兩千年？伽利略和笛卡兒究竟遇到了什么困難？才難以定義呼之欲出的牛頓第一定律.所以還有一些文獻提出，亞里士多德將運動分為自然運動和受迫運動，自然運動是不依靠外界因素的，是物體向“下”運動的自然屬性，稱為物體的“重性”，受迫運動是在外在因素影響的條件下發(fā)生的，若使物體發(fā)生運動的因素不存在，則運動就不會發(fā)生[1].而伽利略繼承了重性的觀點，雖然他進行了理想實驗，但他認為物體將由于重性做朝向地心的加速運動，若物體速度的大小不變時將圍繞著地心做圓周運動[2].笛卡兒建立自己觀點的時候否定了重性的觀點，所以更加的科學.而牛頓建立了慣性和力的概念[2，3].

事實上，亞里士多德對物質與運動已經有了一定的合理認識，所以他的觀點才能流傳多年.他所提倡的自然運動，原因就是在于自身之內，受迫運動的原因在自身之外，這兩種運動的概念也比較寬泛，分為生滅、量變、質變、位移四種變化.而牛頓定義的運動的原因是受到外力，而運動主要指位移.相比兩者的描述，其實是對運動和產生運動的原因進行了不同的定義，亞里士多德定義的運動比牛頓的更加廣泛，只是他沒有將“重性”予以具體的解釋.而且亞里士多德認為物體具有速度是因為運動的環(huán)境中具有介質，這些介質會阻礙物體的運動，所以他否認真空的存在，認為重物和輕物不可能同時落地，它們在下落過程中會受到介質的影響.

伽利略思考的是物體由于“重性”做曲線運動，他把勻速圓周運動和靜止、勻速直線運動一起看作是自然作態(tài)，并沒有像牛頓那樣建立“絕對空間”，用向心力解釋勻速圓周運動.但是伽利略的貢獻是不可忽略的，他的自由落體理想實驗將理論與實際統一起來，將理想實驗與實驗研究聯系起來，并給出了定量的結論：“從靜止開始下落的物體在相等時間段內經過的距離彼此從1開始的奇數關系”，增強了物理學的科學性[4，5].

笛卡兒提出可以無限運動下去的直線運動是最簡單的運動，將勻速圓周運動從自然運動中剝離出去，但卻沒有建立“牛頓第一定律”，究其原因其實是沒有建立力的概念，笛卡爾試圖用物質解釋運動，將“重性”當做物質相互碰撞的結果，沒有像牛頓那樣提出物體的運動是因為力，并且在力消失之后物體會由于慣性而保持原來的運動狀態(tài).但是我們不得不承認牛頓定律的建立是依賴于笛卡爾的觀點的.

牛頓定律的重要意義包括定義了“力”的概念，牛頓的“力”是一種因果關系，而并非原因，物體由于受到力的作用才改變了運動狀態(tài).牛頓還以絕對空間為基礎建立了運動與力的物理模型，并繼承了伽利略相對性原理的觀點.物理學對許多問題的解釋都是通過建立模型來解決的，

并繼承了伽利略相對性原理的觀點.物理學對許多問題的解釋都是通過建立模型來解決的，而運動與力的關系又是解釋物質（包括實物粒子和場）的運動的重要依據.此外，牛頓定律將質量和慣性聯系起來，物體的質量越大慣性越大，慣性是物體保持原來運動狀態(tài)的性質，那么物體在不受力的情況下將保持靜止狀態(tài)或勻速直線狀態(tài)[6].

通過此次分析發(fā)現物理學史的教育并不是簡單的介紹相關歷史資料，而是對物理教師也有一定的要求，主要包括以下幾點.第一，教師在講授之前要廣泛的查閱相關文獻及圖書等資料，保證講授內容的科學正確性.尤其是有關歷史的內容，不同的資料可能有不同的表述，甚至是截然相反的結論，此次分析的文獻中就有一些相悖的觀點，所以我們教師自己要有辯證能力，并且具有廣泛的科學知識，從而確定講授的內容及內容講解的順序.第二，注重物理史中包含的物理核心素養(yǎng)的發(fā)掘與教授.物理學史往往體現物理理論的發(fā)現過程，通過科學推理、科學論證等過程建立物理觀念、物理思維，從而提升學生的各方面能力，堅定學生探索和創(chuàng)造的信心.例如牛頓第一定律建立過程的物理學史中，伽利略利用理想實驗分析問題并得出定量的結論，這種理論與實際相結合的研究方法正是物理核心素養(yǎng)要求學生會使用的研究方法.第三，我們品味歷史，就要將歷史置于歷史發(fā)生時的背景下研讀.讓自己處于當時的情境之中，而不是用現代的眼光和思維評定歷史人物人的所作所為.由于知識背景以及文化發(fā)展水平等因素的差異，對于同一問題在不同時代往往具有不同的解釋和觀點，現在越來越多的史學家不贊成“歷史的輝格解釋”，認為科學要注重實證，歷史不應該只為了最后的“勝利”而發(fā)展，歷史也有很多坎坷波折，我們也應該以更客觀更辯證的眼光去看待歷史.第四，講物理學史要突出教學目的，教會學生探究真理的方法，培養(yǎng)學生的能力，不可舍本逐末，拋棄物理思維的滲透而一味的講解歷史事件和歷史人物，關于歷史的更多解釋可以為學生提供適宜的、經典的資料，讓學生自己探索，教師要做好“引導者”的角色，鼓勵學生探究學習和自主學習.總之，物理教育需要教育者嚴謹認真，突出科學本質，在教學生的同時也要進行自我學習，專心致志于教學之中.

參考文獻：

[1]人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中課程標準實驗教科學物理必修1[M].北京：人民教育出版社，2007.

[2]靳萱.科學教科書科學史內容的編寫研究——基于七個版本“牛頓第一定律”的比較[J].課程教學研究，2016（11）：33～38+65.

[3]陳運保，趙亮.牛頓第一定律的發(fā)展歷史及其教育價值[J].物理教師，2016（07）：32～35.

[4]（美）勞倫斯·普林西比著.張卜天譯.牛津通識讀本：科學革命[M].江蘇：譯林出版社，2013.

[5]胡翌霖.過時的智慧 科學通史十五講[M].上海：上海教育出版社，2016.

[6]趙崢.物理學與人類文明十六講[M].北京：高等教育出版社，2008.