蘇明丹

摘 ? 要：物理學史是物理學的知識、理論和方法發(fā)生與發(fā)展的歷史進程。文章通過“牛頓第一定律”的教學實施，用精心設(shè)計的六個教學環(huán)節(jié)展示了如何將物理學史融入到課堂教學中，讓學生體會定律建立的過程、從亞里士多德到牛頓的科學探究過程、卓越的思維方式、百折不撓的精神品質(zhì)等，從而增強學生學習的主動性與自覺性，提高教學質(zhì)量和學生的科學素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：物理學史;科學探究;實驗

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ?文章編號：1003-6148（2020）1-0065-3

物理學史是物理學的知識、理論和方法發(fā)生與發(fā)展的歷史進程，學習物理學史可以幫助我們了解過去，認識現(xiàn)在，展望未來[1]。當我們了解了一條定律在建立的過程中經(jīng)歷的艱難曲折和波瀾壯闊，該定律就有了神秘力量，極具感染力。生動的故事，鮮活的人物，使一個基本定律“活”過來，變得生動、立體。物理學史應該被融入到物理課堂之中，讓學生從歷史的角度感受科學的魅力。作為一名物理老師，有義務抓住將物理學史滲透到日常教學中的契機并加以落實。

“牛頓第一定律”一課知識結(jié)構(gòu)簡單，而在初中學生就已經(jīng)學過慣性。因此，在日常教學中我們?nèi)菀缀雎源苏n。但是深入挖掘，這節(jié)課卻包含了很多物理學史的內(nèi)容，可以通過精心設(shè)計將其融入課程之中，讓學生體會物理思想和研究方法的發(fā)展過程，感受人類探索自然的艱辛，培養(yǎng)物理核心素養(yǎng)[2] 。

下面通過六個環(huán)節(jié)展示如何將物理學史融入到“牛頓第一定律”的課堂教學中。

1 ? ?情境創(chuàng)設(shè)，將學生帶回公元前4世紀

在5 s倒計時之后以自制的大型空氣炮轟塌1人多高的時間墻，墻后便是一個時間軸的展板。緊接著通過PPT展示公元前4世紀的生活場景（圖1），陪同學們來一場說走就走的時光之旅，將同學們帶回到公元前4世紀亞里士多德生活的時代，以此為時間起點，追尋時間的腳步，展開對力與運動關(guān)系的探索。空氣炮轟塌時間之墻效果極為震撼，極大地激發(fā)了學生的探索欲望。

2 ? ?角色扮演，讓亞里士多德“再現(xiàn)”

讓學生進行角色扮演，讓活生生的亞里士多德來到學生面前，形式新穎、獨特，給學生意外驚喜，讓學生在表演中快樂學習。

“亞里士多德”：拖著馬車往前走，他拖馬車，馬車則走，停止拖動，馬車也很快停下。

老師（采訪者）：先生，請問從剛才的生活經(jīng)驗中，你認為力與運動之間存在怎樣的關(guān)系？

“亞里士多德”：物體的運動需要力來維持。

一問一答之間，亞里士多德的觀點自然呈現(xiàn)，學生也深刻地意識到，原來對于運動與力的探索，起源于亞里士多德。雖然這是一個錯誤的經(jīng)驗結(jié)論，開創(chuàng)了一個探索方向，結(jié)論的正確與否受到時代科技水平的限制，但是亞里士多德這種善于觀察、思考、總結(jié)的習慣，勇于探索的精神卻深深感染著每一位學生。

3 ? ?通過空氣火箭，引出矛盾觀點

發(fā)射空氣火箭（圖2），火箭在上升過程中并不存在持續(xù)向上的推力，引發(fā)學生思考得出另一個經(jīng)驗結(jié)論“物體的運動不需要力來維持”。兩個經(jīng)驗結(jié)論相互矛盾，我們只能通過實驗來檢驗，讓學生體會實驗在科學探究和科學發(fā)展史上的重要性。

4 ? ?再現(xiàn)伽利略經(jīng)典斜面實驗，推翻亞里士多德的經(jīng)驗之談

亞里士多德觀點的錯誤，原因在于摩擦力。其實，在長達2000年的時間里，很少有人意識到摩擦力的存在，是伽利略發(fā)現(xiàn)了這條重要線索。引導學生進一步猜想，假如沒有摩擦，推出去的馬車還會停止嗎？在學生給出自己的猜想后，就一起用伽利略斜面實驗來驗證猜想。

自制實驗儀器：還原伽利略經(jīng)典斜面實驗（圖3），兩個傾斜軌道平滑對接，左側(cè)固定，右側(cè)可改變傾角。軌道上黑色的是一條等高線，可實現(xiàn)兩個功能：

其一，軌道表面貼上紙膠帶，較為粗糙，撕下紙膠帶，更為光滑?？蓪Ρ扔^察到軌道表面越光滑，小球能滑到右側(cè)軌道越高的位置。由此合理推理，軌道光滑，小球?qū)⒒显瓉淼母叨取?/p>

其二，可對比觀察軌道傾角越小，小球滑行得越遠，當軌道水平時，小球?qū)⒁恢毕蚯盎瑒又钡诫x開軌道。合理外推，軌道無限長且沒有摩擦力，小球?qū)⒁恢边\動下去。從而得出結(jié)論“物體的運動不需要力來維持”。

這是對經(jīng)典實驗的再現(xiàn)和提升，在實際的教學過程中，請兩名“操作員”在老師的引導下完成實驗。與此同時，引導所有學生一起體會本實驗的精髓，實驗加理想推理的方式即理想實驗。

如此便還原了伽利略的經(jīng)典實驗，沒有單純說教式的講解，而是創(chuàng)造機會讓學生有身臨其境的體會和感受。學生在經(jīng)歷科學探究史的過程中，又經(jīng)歷了“提出問題—猜想或假設(shè)—設(shè)計實驗—進行實驗—得出結(jié)論”5個完整的科學探究的步驟。這個步驟，也是人類探索自然需要經(jīng)歷的過程，自然科學也是在這樣循環(huán)往復的探索過程中得以發(fā)展。

物理學史，給我們的不僅僅是一個鮮活的探索自然的故事，更是科學的探索方法和思維方式。讓我們在歷史的經(jīng)驗、教訓和靈感中獲得智慧，獲得探索自然的捷徑。伽利略獨立思考的精神品質(zhì)，和敢于打破古代圣賢的氣魄讓人折服?！氨M信師則不如無師”，學習科學需要大膽的質(zhì)疑。但是質(zhì)疑并不等于胡亂猜測，科學是嚴謹?shù)?，質(zhì)疑也需要證據(jù)，也需要通過實驗去驗證。

5 ? ?跟隨時間腳步，順勢提出笛卡爾的觀點

笛卡爾對力與運動的關(guān)系做了更深入的研究，他指出：如果沒有外在因素的干擾，物體將永遠保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)。

笛卡爾還認為這應該作為一個原理加以確立，并且是人類整個自然觀的基礎(chǔ)。

6 ? ?站在巨人肩膀上的牛頓與他的牛頓第一定律

牛頓在笛卡爾的基礎(chǔ)上建立了力學體系，第一次提出了力的概念，把物體間復雜的相互作用都抽象為力，并整理在《自然哲學之數(shù)學原理》一書中，于1687年發(fā)表。書中第一條定律：一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，直到有外力迫使它改變運動狀態(tài)為止。

笛卡爾和牛頓之間透著歷史的峰回路轉(zhuǎn)，本該屬于笛卡爾的榮耀，卻被“后來（下轉(zhuǎn)第69頁）（上接第66頁）者”牛頓奪走，好不遺憾。牛頓站在巨人的肩膀上，在繼承觀念的同時，他提出了力的概念，整理出力學體系。

6個環(huán)節(jié)結(jié)束，筆者再做簡單的點評，起到畫龍點睛的作用。點評內(nèi)容如下：

自此，牛頓第一定律正式提出。從公元前4世紀到1687年，經(jīng)歷了2000余年的時光。一條定律的提出，并非一蹴而就的，它是幾代物理學家共同努力的結(jié)果。牛頓自己也說“我之所以比別人看得更遠，是因為我站在巨人的肩膀上”。這些巨人給了我們探索、研究的方法，讓我們探索的腳步能夠堅定不移地前進，而科學的未來也等待著我們?nèi)ラ_創(chuàng)。

就這樣環(huán)環(huán)相扣帶領(lǐng)學生領(lǐng)略牛頓第一定律形成的整個歷史過程，再現(xiàn)了人類探索力與運動的過程，經(jīng)歷了從錯誤—修正—補充—完善的發(fā)展過程，充分挖掘了教學歷史素材，讓他們看到偉大科學家的共性——濃厚的興趣、強烈的求知欲以及百折不撓的精神意志，拉近了學生與科學家的距離，激發(fā)他們把對科學家的崇拜轉(zhuǎn)化為刻苦學習的動力。增強學生學習的主動性與自覺性，提高學習興趣與教學質(zhì)量的同時提升了學生的科學素養(yǎng)。

參考文獻：

[1]李艷平，申先甲.物理學史教程[M].北京：科學出版社，2003.

[2]陳毓芳.物理學史簡明教程[M].北京：北京師范大學出版社，2004.

（欄目編輯 ? ?張正嚴）