趙志維 張軍朋 許桂清 黃六霞

(華南師范大學(xué)物理與電信工程學(xué)院 廣東 廣州 510006)

1 引言

1.1 中學(xué)生質(zhì)疑能力的現(xiàn)狀

物理新課程標(biāo)準(zhǔn)最新穎的地方在于，提出了“核心素養(yǎng)”這一統(tǒng)籌學(xué)科的概念，學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過學(xué)科學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力[1].質(zhì)疑能力是核心素養(yǎng)中科學(xué)思維的一個要素，質(zhì)疑是指經(jīng)過充分分析后提出疑問，體現(xiàn)出善于發(fā)現(xiàn)問題、提出疑問并進(jìn)行解釋的思維批判能力.朱熹曾說過：“學(xué)貴有疑，小疑則小進(jìn)，大疑則大進(jìn).”可見質(zhì)疑能力在學(xué)生的學(xué)習(xí)中有著重要的地位.但目前中學(xué)生的質(zhì)疑能力現(xiàn)狀實在堪憂.

從教師層面來說，教師最注重的是將科學(xué)知識完整地傳授給學(xué)生，不重視將知識的發(fā)展歷史呈現(xiàn)給學(xué)生，也不愿對學(xué)生提出的超綱問題進(jìn)行解答.部分教師進(jìn)行“填鴨式”的教學(xué)，導(dǎo)致學(xué)生缺乏獨立思考的過程,很難將相關(guān)概念進(jìn)行全面理解,更不要說對這些內(nèi)容發(fā)出質(zhì)疑了，這種學(xué)習(xí)方式嚴(yán)重限制了學(xué)生的思維,難以培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑能力[2].從學(xué)生層面來講，在這樣的教學(xué)環(huán)境下，每天的課業(yè)負(fù)擔(dān)很重，教師又不愿在課堂上花過多時間對學(xué)生進(jìn)行相關(guān)能力的培養(yǎng)，導(dǎo)致學(xué)生經(jīng)過十幾年的學(xué)習(xí)，也無法具有科學(xué)推理、質(zhì)疑創(chuàng)新能力等核心素養(yǎng)，這就與我們的課程標(biāo)準(zhǔn)相背離.

1.2 物理學(xué)的發(fā)展是在質(zhì)疑中不斷前進(jìn)的過程

在物理學(xué)的發(fā)展過程中，質(zhì)疑、批判、爭論、實驗、驗證等對于物理學(xué)的發(fā)展起到了重要的推動作用.比如，伽利略對亞里士多德的“物體運動需要力來維持”“重的物體下落得快，輕的物體下落得慢”等觀點進(jìn)行質(zhì)疑，并通過實驗得出正確的結(jié)論；倫福德和戴維批判了布拉克的 “熱質(zhì)說”，并通過實驗進(jìn)行論證，為以后熱質(zhì)說的最終崩潰和熱的運動說的確立提供了最早的論據(jù)[3]；托馬斯·楊所做的“光的干涉實驗”和菲涅爾所做的“光的衍射實驗”給了光的微粒說以沉重的打擊，為日后愛因斯坦提出的光量子說奠定基礎(chǔ).可見，敢于質(zhì)疑前人的研究對于推動物理學(xué)的發(fā)展起著重要的作用.

2 利用物理學(xué)史培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑能力

早在20世紀(jì)80年代，物理學(xué)史的研究者們就提出將物理學(xué)史引入到物理教學(xué)中去，到了90年代，許多大學(xué)物理教師在實踐中已經(jīng)開始注意將物理學(xué)史的材料應(yīng)用到物理教學(xué)之中[4].新課程標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，要求教師不僅僅要教給學(xué)生知識，還要注重培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，使得學(xué)生具備終身學(xué)習(xí)的能力.那么將物理學(xué)史融入課堂，讓學(xué)生參與到物理知識的發(fā)展過程中來，能夠很好地培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑能力.

2.1 由“物體運動需要力來維持”到“力不是維持物體運動的原因”

2 000多年前，亞里士多德基于生活經(jīng)驗對物體運動的條件得出了這樣的結(jié)論：必須有力作用在物體上，物體才能運動；沒有力的作用，物體就要靜止在一個地方；直到300多年前，伽利略對這一結(jié)論產(chǎn)生了質(zhì)疑，并且通過理想實驗法得出“力不是維持物體運動的原因”這一正確的結(jié)論.那么如何將這一史料融入課堂來提升學(xué)生的質(zhì)疑能力呢？

在講授高中《物理·必修1》“牛頓第一定律”之前，教師可以給學(xué)生提出一個問題：“物體運動需要力來維持，物體不受力就不會運動，這句話對嗎？”學(xué)生在生活經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，經(jīng)過思考之后不難會有這樣的疑問：“向前拋出去的物體并沒有受到向前的力，但還是會繼續(xù)向前方運動，所以這句話是不對的.”在學(xué)生回答之后，教師肯定學(xué)生的回答，繼續(xù)向?qū)W生發(fā)問：“亞里士多德這樣一個偉大的哲學(xué)家難道觀察不到斜拋向空中的物體繼續(xù)向前運動這樣一個簡單的現(xiàn)象嗎？他是如何對自己的結(jié)論做出解釋的呢？”這一問題對學(xué)生來說有一定難度，學(xué)生在思考并說出自己的想法之后，教師進(jìn)行總結(jié)并給學(xué)生講述亞里士多德對這一問題的解釋：“亞里士多德在《物理學(xué)》一書中對物體做斜拋運動這樣解釋道：‘當(dāng)石頭向前飛行時，石頭后面就形成了真空，由于自然害怕真空，旁邊的空氣就沖過來填補，結(jié)果是產(chǎn)生對石頭的推力，使石頭繼續(xù)飛行.’”然后再詳細(xì)介紹伽利略的“理想斜面實驗”，得出正確的物體運動條件，最后總結(jié)引出牛頓第一定律.

這樣的教學(xué)設(shè)計在培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑能力的同時，也改變了以往學(xué)生學(xué)過這一知識點后認(rèn)為亞里士多德是一個愚昧無知的人的觀點，能夠使得學(xué)生正確地看待物理學(xué)史上的錯誤，逐步養(yǎng)成科學(xué)的態(tài)度與責(zé)任.

2.2 由“熱質(zhì)說”到“分子運動論”

關(guān)于熱的本質(zhì),自古以來就有兩種不同的見解：在18世紀(jì)80年代，拉瓦錫提出“熱質(zhì)說”這一觀點，他認(rèn)為熱是一種被稱為“熱質(zhì)”的物質(zhì)，是一種無質(zhì)量的氣體，物體吸收熱質(zhì)后溫度會升高，熱質(zhì)會由溫度高的物體流到溫度低的物體，也可以穿過固體或液體的孔隙，這一觀點得到了布拉克等許多科學(xué)家的認(rèn)同.到了18世紀(jì)末期，熱質(zhì)說受到了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)，倫福德在報告“論摩擦激起的熱源”中論述到，在做鉆孔實驗時，他發(fā)現(xiàn)通過摩擦產(chǎn)生的熱量是源源不斷的，因此熱不可能是一種物質(zhì)，在他看來，實驗中被激發(fā)出來的熱，除了把它看做是運動以外，很難把它看做是其他任何東西；戴維在一個真空的容器中使兩塊冰互相摩擦，冰會融化成水，此過程中“熱質(zhì)”并不守恒，且增加的部分也不可能是從外界進(jìn)去的，因此他認(rèn)為“熱質(zhì)”并不存在，熱現(xiàn)象的直接原因是運動.二人的觀點在當(dāng)時并未受到足夠重視，但卻為后來的“分子運動論”的建立奠定了基礎(chǔ).

在講授高中《物理·選修1-2》“物體的內(nèi)能”一節(jié)之前，教師可以通過講解“熱的本質(zhì)”來進(jìn)行導(dǎo)入.對于“熱是什么”這一問題，學(xué)生并沒有確切的概念，教師可以先提出這一問題讓學(xué)生思考并回答，然后給學(xué)生講述拉瓦錫提出的“熱質(zhì)說”的內(nèi)容，讓學(xué)生思考這一觀點是否正確.學(xué)生提出各種各樣的質(zhì)疑：“鉆木可以取火，那我可以用一根木頭去取很多次火，如果熱是一種物質(zhì)，那它用不完么？”“物質(zhì)怎么可能沒有質(zhì)量呢？氣體也是有質(zhì)量的啊.”等等.教師在表揚學(xué)生們認(rèn)真思考、勇于發(fā)出質(zhì)疑后，詳細(xì)介紹倫福德和戴維所做的實驗以及他們的觀點，讓學(xué)生明確“熱質(zhì)說”是錯誤的結(jié)論.最后引出本節(jié)課學(xué)習(xí)的內(nèi)容——物體的內(nèi)能，逐步進(jìn)行分子動理論內(nèi)容的學(xué)習(xí).

相較于以往直接將分子動理論的內(nèi)容灌輸給學(xué)生的教學(xué)相比，將熱的本質(zhì)的發(fā)展歷史融入教學(xué)當(dāng)中，除了能夠培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑能力，還能使得學(xué)生對于該知識點的發(fā)展歷史有一個宏觀的了解，不局限于僅僅知道結(jié)論，擴展了學(xué)生的視野.

3 教學(xué)建議

3.1 教師應(yīng)對相關(guān)的學(xué)史知識有充分的了解

想要發(fā)揮物理學(xué)史在物理教學(xué)中的作用，最重要的就是教師要充分了解與授課內(nèi)容相關(guān)的物理學(xué)史知識，搜集有關(guān)資料進(jìn)行整理分析.目前，大部分教師掌握的教學(xué)知識較為固定，教學(xué)也是以教材中的內(nèi)容為主，難以出現(xiàn)創(chuàng)新點，嚴(yán)重忽視學(xué)史知識在培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)中的重要作用，因此教師需要在課下進(jìn)行相關(guān)工作，辨別搜集學(xué)史資料的真?zhèn)?，選擇性的將其應(yīng)用到實際的教學(xué)中，能夠幫助學(xué)生更好地理解物理概念和物理規(guī)律的發(fā)展歷程[5]，提升教學(xué)效果.

3.2 正確看待“錯誤”的物理學(xué)史

日本物理學(xué)家湯川秀樹曾說過：“當(dāng)回顧物理學(xué)史時，我們會發(fā)現(xiàn)，這個歷史幾乎可稱之為錯誤史．在許多科學(xué)家所想出的所有理論中，大多數(shù)是錯誤的，因而沒有生存下來．”[6]對于物理學(xué)史中的一些“錯誤”，教師在完整了解史實的基礎(chǔ)之上，將其靈活運用到教學(xué)中，利用誘導(dǎo)、啟發(fā)等提問方式，讓學(xué)生進(jìn)行自主思考去發(fā)現(xiàn)其中存在的各種問題，例如對研究過程、研究方法、研究結(jié)果等提出自己的質(zhì)疑和判斷，同時也可讓學(xué)生說出一些創(chuàng)新的想法，在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生推理能力、質(zhì)疑創(chuàng)新能力等核心素養(yǎng)．

3.3 將學(xué)生代入到物理學(xué)的發(fā)展歷程中

傳統(tǒng)教學(xué)總會存在這樣的問題，教師在講授某一知識點時，通常會做一個簡單的實驗，或者描述生活中的現(xiàn)象，便引出結(jié)論性的知識，而沒有提及其發(fā)現(xiàn)、發(fā)展的歷程，這種直接將知識灌輸給學(xué)生的教學(xué)方式，完全無法達(dá)到課標(biāo)提出的培養(yǎng)目標(biāo).教師應(yīng)將對應(yīng)知識的發(fā)展歷史完整地呈現(xiàn)給學(xué)生，讓學(xué)生經(jīng)歷知識的發(fā)展過程，逐步加深對相關(guān)知識點的理解，這樣既能夠提升物理課堂的趣味性，使得學(xué)生更加牢固地掌握知識，也能夠達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的目的.

4 結(jié)束語

目前教師十分重視培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，但受到我國教育體制的制約，教師的授課壓力較大，實際授課過程中還是以傳授知識為主，將物理學(xué)史融入課堂能夠在傳授知識的同時起到培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的作用，值得教師充分利用．物理學(xué)史如同一個巨大的寶庫，是十分有價值的教學(xué)資源，有待教師從中挖掘的內(nèi)容還有很多，教師要將物理學(xué)史完整地呈現(xiàn)給學(xué)生，利用物理學(xué)史來培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑能力等核心素養(yǎng)，將物理學(xué)家們執(zhí)著追求真理的精神傳遞給學(xué)生，將學(xué)生培養(yǎng)成為新時代的人才．