曾榮華

2017年，隨著《普通高中物理課程標準》的頒布，學科核心素養(yǎng)的提出為物理教學提供了明確的方向，物理學科核心素養(yǎng)受到了許多教育工作者的重視。由于物理學發(fā)展史的真實性、完整性，并且蘊含著豐富的人文價值，不僅能夠清晰地呈現(xiàn)物理知識發(fā)展脈絡，其背后所蘊涵的哲理則更富啟迪性，具有豐富的育人功能，把物理學發(fā)展史滲透到物理教學中，能有效地培養(yǎng)學生的科學態(tài)度和責任感。

一、利用物理學發(fā)展史來促進教學的背景和對“科學態(tài)度和責任感”概念的界定

在國際上，關(guān)于“在教材中引入物理學發(fā)展史來培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)”的研究最早始于二十世紀的50年代。當初的目的是把學生引入到物理學發(fā)展史的具體情境中，引導學生從對物理知識的機械性模仿和記憶中解脫出來。在國內(nèi)，利用物理學發(fā)展史來服務教學的舉措要稍晚一些，到了二十世紀80年代，物理學史的教育功能才引起有關(guān)方面的重視。

物理學科核心素養(yǎng)指的是物理觀念、科學思維、科學探究和科學態(tài)度與責任感，這四個要素是密不可分的，它們既相互影響，又相輔相成。物理核心素養(yǎng)中的“科學態(tài)度與責任”是指在認識科學本質(zhì)，理解科學、技術(shù)、社會、環(huán)境關(guān)系的基礎(chǔ)上，逐漸形成的對科學和技術(shù)應有的正確態(tài)度和責任感，是個體對特定對象所持的穩(wěn)定心理傾向，主要包含有好奇心、實事求是、追求創(chuàng)新、合作分享等四個方面。社會責任感主要包含科學倫理、社會與環(huán)境（STSE ）兩部分，比如社會倫理道德規(guī)范、主流價值觀的取向、熱愛自然、保護環(huán)境和促進可持續(xù)發(fā)展的責任感。在初中物理教學中，本人認為科學態(tài)度和責任感具體體現(xiàn)為：好奇心、尊重事實、批判性地思考、勇于創(chuàng)新和具有人文情懷等幾個方面。

二、在課堂中滲透物理學發(fā)展史培養(yǎng)學生的科學態(tài)度和責任感的具體方法和策略

（一）利用物理學發(fā)展史創(chuàng)設(shè)認知沖突，激發(fā)學生的好奇心和探索欲望，培養(yǎng)學生尊重事實的科學態(tài)度

人類對物理概念及其規(guī)律的認知是經(jīng)歷了漫長而復雜的過程才形成的，但教材由于其篇幅等客觀條件的限制，對知識點的介紹和推導往往高度概括，對概念及其規(guī)律形成的歷史背景的介紹就更顯單薄。然而，物理學發(fā)展史上，人們對物理概念和規(guī)律的認知過程，在某種程度上也代表了學生對事物的認知規(guī)律，兩者具有一定的相似性。因此，我們可以在課堂上適當?shù)貪B透物理學發(fā)展史，讓學生體驗物理概念和規(guī)律的形成過程，體會真實的歷史，加深對物理概念和規(guī)律的理解，以此來培養(yǎng)學生尊重事實和批判性思考的科學態(tài)度。比如，在現(xiàn)行的粵滬版教材《6.5探究杠桿的平衡條件》中，課本從日常生活的蹺蹺板引入，然后用帶刻度的木尺代替蹺蹺板，用鉤碼代替人，進而抽象出一個杠桿的模型進行探究，得出杠桿平衡的條件。站在認知的角度看，從生活中熟悉的蹺蹺板引入杠桿模型固然容易讓學生接受，具有一定的親切感，但是，從認知心理學上看，這種教學安排顯得過于平淡，缺乏趣味性，無法激起學生的認知沖突，激發(fā)學生的學習積極性，不利于學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

筆者認為，在本節(jié)的教學過程中，我們可以滲透物理學發(fā)展史來彌補教材的這一不足。在生活中，學生對利用撬棒可以撬動重物是有一定生活經(jīng)驗的，所以，我們就順著這種思路，從阿基米德對徐拉古國王“給我一個支點，我能把地球撬起來”這句響徹云霄的名言出發(fā)，讓學生在心理上產(chǎn)生了一個巨大的認知沖突：撬棒可以撬起重物，但它真的能撬起地球嗎？穿過了千年的時光，這句豪言卻依然散發(fā)著一股不可抵擋的傲氣，馬上點燃了學生的學習熱情。然后，再從撬棒中抽象出杠桿模型，引導學生進行探究，不難得出杠桿的平衡條件。但是，我們的課到這里并沒有結(jié)束，我們將帶領(lǐng)學生回過頭來探究阿基米德的那句名言的科學性：假如給阿基米德一個合適的支點，阿基米德是否真的能把地球撬起來？地球的質(zhì)量為6 x 1024千克，重力大約為6 x 1025牛頓， 假設(shè)我們能夠提供一個合適的支點，這個支點距地球1米，阿基米德給杠桿的最大壓力為600牛頓，根據(jù)杠桿平衡原理，我們需要給阿基米德提供一根長約1 x 1023米的輕質(zhì)杠桿，如果把地球撬起1厘米，那么，阿基米德不得不在另一端把杠桿按下10x1021米的距離。假如他以接近聲速的1000千米每小時的速度風馳電掣般地飛行，那他也需要花費大約1011年，這個時間有多長呢？我們先來看看時間長度的極限，那就是宇宙的年齡，大約為137億年，也就是1.37 x 1010年，假如從宇宙誕生的那一刻開始，阿基米德就開始按下那根撬動地球的撬棒，直到現(xiàn)在，他也還沒能讓地球上升哪怕只有1厘米呢！這顯然不現(xiàn)實。

在教學過程中，我們不必拘泥于杠桿趙和移動距離等螂的具體計算，單就這個數(shù)量級，就足以給學生留下深刻的印象。這節(jié)謝艮好地利用了物理學發(fā)展史來激發(fā)學生對杠桿平衡條件的學習興趣，經(jīng)過對撬動地球的計算與探究，學生對規(guī)律的理解也必將更為深刻，而且能夠培養(yǎng)學生客觀地面對實驗數(shù)據(jù)，尊重事實的科學態(tài)度。

（二）利用物理學發(fā)展史創(chuàng)設(shè)情景，培養(yǎng)學生敢于質(zhì)疑和批判性思考，勇于創(chuàng)新、合作分享的科學態(tài)度

建構(gòu)主義學習理論認為，學習不是由教師簡單地把知識傳遞給學生，而是學生以原有的知識體系為基礎(chǔ)，對新事物進行重新的認識和組合，在學習過程中，學生與外在環(huán)境之間發(fā)生相互作用，對認知結(jié)構(gòu)進行重組，對科學態(tài)度與價值觀的培養(yǎng)同樣如此。物理學發(fā)展史是情景創(chuàng)設(shè)的重要來源之一，讓學生置身于真實的時代背景中，去建構(gòu)物理概念和規(guī)律，可以有效培養(yǎng)學生敢于質(zhì)疑的科學精神和批判性思考的科學態(tài)度。比如，在學習牛頓第一定律時，現(xiàn)行的粵滬版《7.3探究物體不受力時怎樣運動》教材從“運動是否需要力來維持”這兩種相互矛盾的觀點出發(fā)，然后利用理想實驗來得出力是改變物體運動狀態(tài)的原因，而不是維持物體運動的原因。站在學生的角度來看，這樣的教學安排并不符合學生認知的實際，因為“力是維持運動狀態(tài)的原因”即使是在今天，也具有很大的迷惑性，簡單地用一個實驗來推翻人們根深蒂固的觀念并不容易，在邏輯上跳躍性太大，在內(nèi)容上則顯得過于單調(diào)而枯燥，不符合建構(gòu)主義理論對新事物的認知特點。因此，本人認為可以在教學過程中創(chuàng)設(shè)相關(guān)的歷史情景，引導學生置身于真實的歷史背景中，讓學生循著偉人的足跡，重新經(jīng)歷從亞里士多德、伽利略、笛卡爾到牛頓的心路歷程，不僅對力和運動的關(guān)系有了更加全面的認識，也培養(yǎng)了學生對科學知識敢于質(zhì)疑，而非全盤接受的科學態(tài)度，同時，也培養(yǎng)了學生對前人的經(jīng)驗進行批判性思考的科學態(tài)度，這樣的教學安排在邏輯上更順暢，內(nèi)容上更詳實，情感上更貼近學生的心理，在物理學發(fā)展史的背景下，學生從科學家的更迭中受到了熏陶，也培養(yǎng)了學生敢于質(zhì)疑和批判性思考的科學態(tài)度。

又比如，在《電磁感應》一節(jié)的教學中，首先，從奧斯特電流的磁效應出發(fā)，把學生置身于研究電和磁的歷史場景中，然后拋出問題：既然電能產(chǎn)生磁，那么，磁能否產(chǎn)生電？點燃學生的探索的熱情。然后，提供一些實驗儀器，把學生置身于真實的歷史背景中，引導學生像科學家那樣去思考和探索，得到磁生電的奧秘。培養(yǎng)學生勇于創(chuàng)新的科學精神和堅持不懈的科學態(tài)度。最后，組織學生進行小組討論：還能用什么方法讓磁產(chǎn)生電呢？并讓學生嘗試自己組裝發(fā)電機模型，讓學生在實驗中體會到動手的樂趣和成就感，培養(yǎng)學生合作分享的科學態(tài)度。

（三）凸顯物理學發(fā)展史豐富的人文精神，引發(fā)學生的情感共鳴，培養(yǎng)學生愛國情懷和社會責任感

在情感態(tài)度價值觀上，需要用物理學發(fā)展史來激發(fā)學生的情感共鳴時滲透物理學發(fā)展史，培養(yǎng)學生的科學態(tài)度和責任感。物理學發(fā)展史不僅具有教學功能，作為物理文化的載體，她更兼?zhèn)溆斯δ?，利用物理學史能夠培養(yǎng)學生的人文情懷和熱愛祖國等主流價值觀的取向。比如，在講電學知識時，“靜電學三劍客”就能夠為我們提供很好的教育素材：在學習電流時滲透勤奮好學，把奔跑的馬車背板當成黑板來演算的安培;學習電壓時，引入淡薄名利，無私奉獻的伏特;學習歐姆定律時，講述克服千辛萬苦，在逆境中飛揚的歐姆。這些物理學家們的動人故事，能夠很好地豐富學生的精神世界，培養(yǎng)他們吃苦耐勞、堅持不懈、無私奉獻的人文情懷。在學習原子物理和熱機的時候，則可以滲透錢學森、鄧稼先等一大批兩彈一星元勛和老一輩科學家們的動人故事，讓學生感受老一輩科學家們偉大的人格魅力和艱苦奮斗、自力更生的愛國主義精神，這些寶貴的精神財富在今天經(jīng)濟發(fā)達的社會生活中顯得尤為珍貴。而在電磁學部分的學習過程中，則可以滲透近現(xiàn)代電磁學發(fā)展史，讓學生體會物理技術(shù)對日常生活的巨大影響，在講運動和力的時候，則可以利用我國奮發(fā)圖強建設(shè)北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)那曲折而感人的過程，增強學生的民族自豪感和社會責任感，激發(fā)他們的愛國情懷，樹立為祖國的繁榮富強而努力學習的志向，提升學習的內(nèi)驅(qū)力。

總之，核心素養(yǎng)是我們教學的指導方向，而物理學科核心素養(yǎng)的四個方面是相互聯(lián)系、共同發(fā)展的。正如邢紅軍教授說的，如果把核心素養(yǎng)下的物理教學比喻成一棵大樹，那么，科學態(tài)度和責任感則是這棵大樹得以茁壯成長的養(yǎng)分和土壤，如果缺少了物理精神的物理教育，這棵樹是斷然無法成長為參天大樹的。楊振寧曾經(jīng)說過，“要站在問題開始的地方，要面對原始的問題，而不要淹沒在文獻的海洋里……”我們不應該淹沒在題目的海洋中，教科書上呈現(xiàn)的物理知識固然重要，但是，隱藏在背后的知識脈絡則更富有理性的力量和教育意義。我們要讓學生面對原汁原味的物理問題，把學生置身于真實的歷史背景中，引導他們?nèi)ビH歷物理概念的形成討釋以及物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過程，讓他們像科學家那樣去思考，在潛移默化中讓學生形成正確的情感態(tài)度和價值觀，利用物理學發(fā)展史來培養(yǎng)學生的科學態(tài)度和責任感具有不可替代的作用。