鄭 康

（常州市戚墅堰高級中學(xué)，江蘇常州 213025）

1 引言

物理學(xué)是一門研究自然界物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)、相互作用和運動規(guī)律的基礎(chǔ)學(xué)科.物理學(xué)基于觀察和實驗，建構(gòu)物理模型，應(yīng)用數(shù)學(xué)等工具，通過科學(xué)推理和論證，形成系統(tǒng)的研究方法和理論體系.物理學(xué)作為一門學(xué)科，它不僅是一種知識體系，同時也是人類精神文明的碩果，在物理學(xué)的建立和發(fā)展過程中，人們積累了豐富的科學(xué)研究方法和思維方式，樹立了求真、求善、求美的科學(xué)態(tài)度和人文精神，因而物理學(xué)也蘊含著豐富的文化品性.物理文化，即歷代物理學(xué)家在建立物理學(xué)理論過程中，發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造和形成的物理概念、物理定律、物理語言符號、物理儀器設(shè)備、物理方法、物理思想、科學(xué)精神以及價值觀念的總和.這些部分各具特色又相互聯(lián)系，共同組成物理文化的有機整體.

在《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中，明確提出應(yīng)“引導(dǎo)學(xué)生了解物理學(xué)發(fā)展歷程，關(guān)注科學(xué)技術(shù)的主要成就和發(fā)展趨勢以及物理學(xué)對經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展的影響；了解物理學(xué)的研究方法，認(rèn)識實驗、物理模型和數(shù)學(xué)工具在物理學(xué)發(fā)展過程中的作用；養(yǎng)成良好思維習(xí)慣、培養(yǎng)科學(xué)思維能力；培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣、實事求是的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神，結(jié)合物理教學(xué)進(jìn)行辯證唯物主義教育和愛國主義教育.”

在物理教學(xué)中提高學(xué)生的物理文化素養(yǎng)，要求物理教學(xué)不僅要向?qū)W生教授知識，更注重對學(xué)生能力的培養(yǎng)、思維品質(zhì)的提高以及科學(xué)情感、態(tài)度與價值觀的形成.在人教版高中物理教材中，“科學(xué)漫步”欄目蘊含大量的物理文化內(nèi)容，具有豐富的教育價值，對提高學(xué)生的物理文化素養(yǎng)具有重要的作用.

2 “科學(xué)漫步”內(nèi)容梳理

以人教版高中物理必修1－3，選擇性必修1－3共6本教材中的“科學(xué)漫步”欄目為研究對象，通過梳理發(fā)現(xiàn)教材中共有35節(jié)教學(xué)內(nèi)容含有“科學(xué)漫步”欄目，主要可以分為以下3大類：物理學(xué)史、物理前沿和技術(shù)與生活.其中，物理學(xué)史方面主要展現(xiàn)了科學(xué)家進(jìn)行物理實驗和科學(xué)研究的過程，介紹了他們在科學(xué)研究過程中所體現(xiàn)出的方法和思維；物理前沿方面主要介紹了當(dāng)前物理學(xué)領(lǐng)域較新的研究成果和前沿進(jìn)展，以開拓學(xué)生的視野，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；技術(shù)與生活方面主要介紹了科學(xué)技術(shù)在生活中的應(yīng)用，加深了科學(xué)技術(shù)與生產(chǎn)生活的聯(lián)系.因此，“科學(xué)漫步”欄目蘊含豐富的物理文化教育價值，筆者將其總結(jié)為四個方面：知識觀念方面、過程方法方面、科學(xué)思維方面和態(tài)度與價值觀方面，并分析每一節(jié)“科學(xué)漫步”所屬分類及對應(yīng)的教育價值.梳理結(jié)果如表1－表6所示.

表1 必修1中“科學(xué)漫步”欄目內(nèi)容梳理

表6 選擇性必修3中“科學(xué)漫步”欄目內(nèi)容梳理

續(xù)表

表2 必修2中“科學(xué)漫步”欄目內(nèi)容梳理

表3 必修3中“科學(xué)漫步”欄目內(nèi)容梳理

表4 選擇性必修1中“科學(xué)漫步”欄目內(nèi)容梳理

續(xù)表

表5 選擇性必修2中“科學(xué)漫步”欄目內(nèi)容梳理

3 “科學(xué)漫步”的物理文化教育價值與教學(xué)建議

“科學(xué)漫步”欄目在物理教學(xué)中具有重要的教育價值，歸納起來主要有以下4點，并針對這些教育價值提出相關(guān)教學(xué)建議.

3.1 拓寬學(xué)生的知識面，加深學(xué)生對物理概念和規(guī)律的理解

在物理教學(xué)中，有些“科學(xué)漫步”介紹的內(nèi)容雖略高于考試要求，但又與高中物理知識體系密切相關(guān).學(xué)生在學(xué)完相關(guān)的物理概念和規(guī)律后，是具備一定的理論基礎(chǔ)的，因此，在學(xué)生已有的基礎(chǔ)上，教師不妨再推進(jìn)一步，認(rèn)真組織好這部分內(nèi)容的教學(xué)，將其當(dāng)成對課堂內(nèi)容的遷移和拓展，這既有助于學(xué)生加深對相關(guān)內(nèi)容的理解和掌握，又可以開闊學(xué)生的視野，拓寬學(xué)生的知識面.

3.2 再現(xiàn)物理研究的歷程，讓學(xué)生感悟科學(xué)研究的過程和方法

“伽利略對自由落體運動的研究”科學(xué)漫步中，介紹了伽利略對自由落體運動研究的過程.我們知道，物體做短距離的下落是非常快的，而為了準(zhǔn)確測量時間，伽利略巧妙設(shè)計出“沖淡重力”的方法，讓小球沿阻力較小的斜面滾下，通過重新測量位移與時間的關(guān)系，得到小球沿斜面的運動確實是勻加速直線運動.在此基礎(chǔ)上，伽利略做了合理的外推，如果斜面的傾角逐漸增大并增大到90°，則小球的運動變成自由落體運動，這時小球仍會保持勻加速直線運動的性質(zhì)，因而得到，所有物體下落的加速度都是一樣的.可以看出，在伽利略對自由落體運動的研究中，不僅確立了許多描述運動的基本概念，而且還創(chuàng)造了一套對近代科學(xué)發(fā)展極為有益的科學(xué)方法，即將實驗探究和邏輯推理（包括數(shù)學(xué)演算）相結(jié)合起來，如果將這些研究過程介紹給學(xué)生，無疑會對我們學(xué)生開展科學(xué)探究提供重要的借鑒.

“石墨烯實驗研究背后的故事”科學(xué)漫步中，介紹了安德烈對石墨烯的研究過程.在2004年之前，人類對材料的研究已經(jīng)進(jìn)入納米、甚至原子尺度，人們也對石墨烯的結(jié)構(gòu)有了更清晰的認(rèn)識，預(yù)言了單層石墨可能會有非常好的物理性質(zhì).但如何把石墨不斷磨薄，薄到只有一個原子的厚度，這對很多科學(xué)家來說是一個世界性難題，令他們望而卻步.然而安德烈在偶然的機會下，觀察到助手們用透明膠帶去除石墨塊表面的污漬.這時他憑借天才的直覺將粘過的膠帶放到儀器下觀察，發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)比助手們打磨好的樣品薄了許多，隨即他便利用透明膠帶反復(fù)地粘黏，直到獲得了單層的石墨——石墨烯.通過對石墨烯的開創(chuàng)性研究，從而獲得了2010 年的諾貝爾物理學(xué)獎.由此可以看出，解決具有挑戰(zhàn)性的科學(xué)問題，除了扎實的理論和精密的儀器外，想象力、對日常生活的細(xì)致觀察和靈活運用也尤為重要.

物理研究的過程不是一帆風(fēng)順的，歷史上許多物理學(xué)家在研究的過程中遇到了許多實驗和方法上的困難.在某種程度上，掌握這些研究的方法比掌握知識本身更為重要.如果教師在物理課堂中能夠向?qū)W生再現(xiàn)物理學(xué)家構(gòu)思實驗、精巧設(shè)計和改進(jìn)方法的研究過程，則可以讓學(xué)生積累更多的方法和經(jīng)驗.學(xué)生只有掌握了基本的方法和能力，才能夠獨立自主地開展研究，并進(jìn)行創(chuàng)造性地發(fā)揮.

3.3 使學(xué)生突破傳統(tǒng)觀念的束縛，培養(yǎng)其開放和創(chuàng)新的思維

“人類對行星運動規(guī)律的認(rèn)識”科學(xué)漫步中，古時候歐洲人認(rèn)為地球是宇宙的中心，地球靜止不動，所有的星體都在圍繞地球運動.這在當(dāng)時成為了社會的主流看法，而在哥白尼看來，地球中心宇宙觀是非常狹隘和偏執(zhí)的，他突破傳統(tǒng)觀念的束縛，采用更廣闊的視角洞察自然.哥白尼提出，地球是宇宙的一個普通天體，行星和地球繞太陽做勻速圓周運動，只有月球繞地球運行.哥白尼的理論使人們對天體運行的認(rèn)識向前跨出了一大步，這與他敢于突破固有觀念束縛、采用更廣闊的視角看待問題是分不開的.

“正電子的發(fā)現(xiàn)”科學(xué)漫步中，介紹了正電子發(fā)現(xiàn)的過程.1930年，英國物理學(xué)家狄拉克從理論上預(yù)言了電子的反粒子的存在，這個反粒子就是正電子.1932年，美國物理學(xué)家安德森利用放在強磁場中的云室來研究宇宙線粒子，他發(fā)現(xiàn)當(dāng)宇宙線粒子通過云室內(nèi)的強磁場時，粒子的徑跡與電子的徑跡十分相似，只不過偏轉(zhuǎn)方向相反，由此安德森大膽提出該粒子即為正電子.然而，在這一發(fā)現(xiàn)之前不久，約里奧－居里夫婦也同樣在云室照片中發(fā)現(xiàn)了與電子偏轉(zhuǎn)方向相反的粒子徑跡，但遺憾的是，他們未能深入研究這一現(xiàn)象，就把這一特殊現(xiàn)象放走了.而安德烈能夠突破已有的認(rèn)知和束縛，大膽地提出該粒子即為正電子.正由于這一發(fā)現(xiàn)，安德烈獲得了1936年的諾貝爾物理學(xué)獎.

同樣的一個物理現(xiàn)象，在不同人看來卻會得到不同的結(jié)論.歷史上有一些科學(xué)發(fā)現(xiàn)并不是因為運用了高超的實驗技巧、方法和深奧復(fù)雜的理論，而恰恰在于研究者本人能夠突破固有觀念的束縛，解放思想，運用更加開放性的思維去分析和判斷.在物理教學(xué)中，教師不妨利用“科學(xué)漫步”資源展現(xiàn)物理學(xué)家對于同一物理現(xiàn)象的不同認(rèn)知，引導(dǎo)學(xué)生分析物理學(xué)家成功取得和未能成功取得科學(xué)發(fā)現(xiàn)的原因，讓學(xué)生意識到突破觀念束縛和開拓新思維的重要性，培養(yǎng)學(xué)生開放的、創(chuàng)新的思維.

3.4 激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，培養(yǎng)其科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神

“牛頓的科學(xué)生涯”科學(xué)漫步中，介紹了牛頓的進(jìn)行科學(xué)研究的方法.一是重視實驗，從歸納入手.這是牛頓科學(xué)方法論的基礎(chǔ).牛頓本人在實驗上具有高度的嚴(yán)謹(jǐn)性和嫻熟的技巧，在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書中他描述了大量的實驗.二是為了歸納成功，需要有清晰的邏輯頭腦.牛頓善于從眾多的事實中挑選出幾個最基本的要素，形成深刻反映事物本質(zhì)的概念，然后以此為基石找出事物之間的各種聯(lián)系并得出結(jié)論.三是應(yīng)用數(shù)學(xué)將事物之間的本質(zhì)聯(lián)系歸納為公式和定律.牛頓的數(shù)學(xué)才能幫助他解決了旁人解不開的難題.他把一些基本概念定義為嚴(yán)格的物理量，并且創(chuàng)造出新的數(shù)學(xué)工具來研究變量間的關(guān)系，從而建立了運動三定律和萬有引力定律.此外，牛頓勤奮學(xué)習(xí)的精神，積極思索、耐心實驗，以及年復(fù)一年堅持不懈地集中思考某一問題等優(yōu)秀品質(zhì)，也是他取得偉大成就的內(nèi)在因素.

“天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)”科學(xué)漫步中，居里夫人對放射現(xiàn)象進(jìn)行研究，證實鈾鹽發(fā)出射線的強度只與化合物中鈾的含量有關(guān)，與其成正比.后來，居里夫婦對其他元素進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)釷也具有放射性.居里夫婦繼續(xù)艱苦的工作，先后發(fā)現(xiàn)了釙、鐳等元素.起初鐳的存在受到懷疑，為了排除這一懷疑，居里夫婦對鐳進(jìn)行上萬次的提煉，最終從8噸瀝青鈾礦渣中提煉出0.12 克純凈的氯化鐳，向世人證實了鐳的存在.在發(fā)現(xiàn)鐳具有致癌功能后，居里夫婦認(rèn)為這種濟(jì)世救人之物應(yīng)該屬于全世界，當(dāng)鐳以昂貴價格出現(xiàn)在市場上時，他們自己卻甘愿過著清貧的生活，一戰(zhàn)期間，居里夫人還將諾貝爾獎金獻(xiàn)給政府，用于戰(zhàn)時動員.可能由于長期受到射線的照射，居里夫人死于白血病.

先輩的科研和生活經(jīng)歷具有豐富的教育意義.在物理課堂上，教師利用“科學(xué)漫步”相關(guān)內(nèi)容介紹科學(xué)家的事跡可以讓學(xué)生參與物理現(xiàn)象、規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過程，增強學(xué)生對物理學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生在科學(xué)家科研過程中所體現(xiàn)的堅持真理、實事求是、堅持不懈、踏實嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和科學(xué)精神.而對于一些科學(xué)家將自己的一生奉獻(xiàn)給科學(xué)事業(yè)和祖國的事跡，可用其對學(xué)生進(jìn)行愛國主義教育，從而激發(fā)學(xué)生的愛國熱情，激勵學(xué)生樹立強烈的社會責(zé)任感.

4 總結(jié)

人教版高中物理教材中的“科學(xué)漫步”欄目蘊含大量的物理文化內(nèi)容，具有豐富的教育價值.教師在課堂上運用“科學(xué)漫步”欄目滲透物理文化教育有利于提高學(xué)生的物理文化素養(yǎng)，能夠加深學(xué)生對物理概念和規(guī)律的理解，讓學(xué)生感悟科學(xué)研究的過程和方法，使學(xué)生突破傳統(tǒng)觀念的束縛、培養(yǎng)開放和創(chuàng)新的思維，以及激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣、培養(yǎng)其科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神.在高中物理教學(xué)中，教師應(yīng)該充分重視“科學(xué)漫步”這一重要的教學(xué)資源，根據(jù)不同的教育價值實施教學(xué)，發(fā)揮其存在的應(yīng)有價值.