龐遠(yuǎn)舒 李德安

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

物理學(xué)史集中地體現(xiàn)了人類探索和逐步認(rèn)識物理世界的現(xiàn)象、結(jié)構(gòu)、特性、規(guī)律和本質(zhì)的歷程[1].它既包含了認(rèn)識論和方法論的因素，也包含著深刻的物理思想和觀念的變革，還蘊(yùn)含了物理學(xué)家們研究物理的方法，體現(xiàn)了物理學(xué)家們執(zhí)著追求、堅持真理的精神等[2].

國外對物理學(xué)史的研究起步較早，在20世紀(jì)初已經(jīng)有國家意識到物理學(xué)史的重要性和地位.自21世紀(jì)以來，國內(nèi)對物理學(xué)史的研究熱度逐年上升，自教育部頒布《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》(以下簡稱“課標(biāo)”)后，高中物理課程目標(biāo)由三維目標(biāo)走向了物理學(xué)科核心素養(yǎng)[3]，國內(nèi)對物理學(xué)史的研究熱度不減.本文整理與分析了國內(nèi)物理學(xué)史的研究情況，大致歸納出目前物理學(xué)史的研究方面，期望能給未來研究物理學(xué)史的學(xué)者們提供材料和幫助.

1 國內(nèi)物理學(xué)史教育研究文獻(xiàn)的統(tǒng)計與分析

1.1 文獻(xiàn)數(shù)據(jù)及趨勢

在中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫中以“物理學(xué)史教育”為主題進(jìn)行檢索，共有337條結(jié)果.由檢索結(jié)果可知，從2000年開始關(guān)于物理學(xué)史教育的研究文獻(xiàn)呈快速增長的趨勢，其中包括物理學(xué)史教育的理論和基礎(chǔ)應(yīng)用研究等方面的研究文獻(xiàn).

圖1 近年中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫中主題為“物理學(xué)史教育”的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)

1.2 所選文獻(xiàn)的來源分布

篩選國內(nèi)物理學(xué)史教育與中學(xué)教學(xué)密切聯(lián)系的文獻(xiàn)，選擇2004-2021年間共26篇文獻(xiàn)，其中17篇期刊論文，8篇學(xué)位論文，1篇標(biāo)準(zhǔn).本文圍繞著26篇文獻(xiàn)進(jìn)行統(tǒng)計與分析，對國內(nèi)物理學(xué)史教育的研究情況進(jìn)行較全面的分析和論述.

所選17篇期刊論文中，共有17篇被北大中文核心期刊收錄，按數(shù)量排列如圖2所示.

圖2 期刊文獻(xiàn)來源的分布

所選8篇碩士學(xué)位論文分布表如表1所示，碩士學(xué)位論文主要是對物理學(xué)史在中學(xué)物理教學(xué)中的呈現(xiàn)、物理學(xué)史教育觀念的評價測量及物理學(xué)史教學(xué)的方法策略與模式和功能的研究，為促進(jìn)中學(xué)的物理學(xué)史教育做出重要貢獻(xiàn).

表1 碩士論文來源的分布

2 國內(nèi)物理學(xué)史教育研究的主要內(nèi)容

物理學(xué)史具有重要意義，它是課標(biāo)中所蘊(yùn)含的重要內(nèi)容，是學(xué)生必備的科學(xué)素養(yǎng)，它的研究可以推進(jìn)物理教育的發(fā)展和教師專業(yè)化的發(fā)展.根據(jù)論文的研究主題與內(nèi)容，將其中的25篇文獻(xiàn)歸納為以下大類(見表2).

表2 所選文獻(xiàn)的主題和內(nèi)容分布

2.1 教科書中的物理學(xué)史研究

教科書中的物理學(xué)史研究是對教科書中的物理學(xué)史內(nèi)容素材進(jìn)行研究，并探討教材中物理學(xué)史編寫的局限性.

文獻(xiàn)[4]采用分級方法研究物理教材中的科學(xué)史，認(rèn)為教學(xué)運(yùn)用科學(xué)史分為科學(xué)史故事、科學(xué)思想史和科學(xué)史觀3個級次，不同級次的內(nèi)容編寫方式和教育功能不同.科學(xué)史故事應(yīng)追求“豐滿”，以真實求得物理教材的生態(tài)化；科學(xué)思想史應(yīng)凸顯科學(xué)方法，增加宏觀史料，為科學(xué)方法教育開辟新途徑；科學(xué)史觀應(yīng)以“滲透”為主，立足于教師培訓(xùn)，以保障學(xué)生的科學(xué)觀健康發(fā)展.

文獻(xiàn)[5]對比上海科技教育出版社、山東科學(xué)技術(shù)出版社、人民教育出版社出版的3個版本物理教科書中科學(xué)家素材選用的內(nèi)容與方式，結(jié)論表明教材編寫者多樣化的方式選用了大量的科學(xué)家素材，豐富了教材內(nèi)容，塑造科學(xué)家的形象方面有所進(jìn)步.

文獻(xiàn)[6]對具體章節(jié)內(nèi)容進(jìn)行分析，剖析教材編寫的局限性，以展現(xiàn)較為完整的“牛頓第一定律”的發(fā)展歷史為例，分析指出：教材不完整的發(fā)展歷史和歷史情境，不能充分發(fā)揮物理學(xué)史的教育教學(xué)價值，會引起學(xué)生的誤解.

2.2 物理學(xué)史教育功能的研究

物理學(xué)史教育功能的研究分為中學(xué)物理學(xué)史相關(guān)的教育功能內(nèi)容以及對探尋實現(xiàn)物理學(xué)史教育功能的方法策略進(jìn)行概括整理兩方面.

2.2.1 教育功能研究

文獻(xiàn)[7～10]分析了物理學(xué)史在物理教學(xué)中的功能，認(rèn)為物理學(xué)史有助于學(xué)生對物理知識的掌握和理解；有助于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新思維；有助于培養(yǎng)學(xué)生的民族自豪感和愛國主義精神；有助于提高學(xué)生人文精神和科學(xué)審美能力；可以幫助學(xué)生去理解科學(xué)的探究本質(zhì)，進(jìn)行科學(xué)方法和科學(xué)思想的熏陶，形成知識的相對觀和發(fā)展觀.

文獻(xiàn)[11]刻意在高中物理教學(xué)中滲透物理學(xué)史的教育，總結(jié)出4點功能作用：認(rèn)識物理學(xué)發(fā)展中的偶然與必然，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識科學(xué)信念的力量；感悟物理學(xué)發(fā)展中的繼承與突破，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識科學(xué)勇氣的重要；關(guān)注物理學(xué)發(fā)展中的量變到質(zhì)變，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識科學(xué)積累的意義；把握物理學(xué)發(fā)展中的主要與次要，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識科學(xué)判斷的價值.

文獻(xiàn)[12]從物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任、德育5個方面總結(jié)了物理學(xué)史的教育功能，指出物理學(xué)史的教育功能是多方面、多層次的，不僅有物理學(xué)習(xí)方面的教育功能，還有人文方面的有利影響；不僅是知識層面的促進(jìn)作用，而且還有意識觀念方面的積極影響.

2.2.2 實現(xiàn)教育功能的方法策略

文獻(xiàn)[10]針對教育功能提出了相關(guān)的建議，如可利用“歷史上關(guān)于運(yùn)動量度的爭論”這一物理學(xué)史，幫助學(xué)生深刻認(rèn)識運(yùn)動的形式及其本質(zhì)；二是教師在物理課堂中向?qū)W生再現(xiàn)物理學(xué)家構(gòu)思實驗、改進(jìn)方法的過程，則可以增強(qiáng)學(xué)生的思辨能力.

文獻(xiàn)[13]研究了從物理學(xué)史的角度提出在高中物理教學(xué)中培養(yǎng)人文、科學(xué)精神的途徑，指出4種途徑：利用物理學(xué)史中科學(xué)家的事例、經(jīng)典實驗史料的科學(xué)和人文價值、多種傳媒載體、多種形式的物理學(xué)史相關(guān)活動.

文獻(xiàn)[14]中研究了不同類型物理學(xué)史的價值在課堂中的實現(xiàn)方式，以理論為基礎(chǔ)的物理學(xué)史的價值實現(xiàn)方式應(yīng)使物理學(xué)史的應(yīng)用具有“確定課程的內(nèi)容；收集課程相關(guān)的物理學(xué)史資料；分析課程標(biāo)準(zhǔn)、教材和學(xué)生，確定物理學(xué)史的應(yīng)用方向；選擇物理學(xué)史的應(yīng)用方式”4個環(huán)節(jié)；而以實驗為基礎(chǔ)的物理學(xué)史的價值實現(xiàn)方式應(yīng)使物理學(xué)史的應(yīng)用具有“確定實驗題目和實驗類型，根據(jù)實驗內(nèi)容收集相關(guān)物理學(xué)史資料，將物理學(xué)史資料同物理實驗進(jìn)行整合，進(jìn)行實驗”4個環(huán)節(jié).

2.3 物理學(xué)史教學(xué)模式和策略的研究

物理學(xué)史教學(xué)模式和策略的研究分為物理學(xué)史教學(xué)模式的內(nèi)容以及對探尋相關(guān)教學(xué)的方法策略進(jìn)行概括整理兩方面.

2.3.1 教學(xué)模式研究

文獻(xiàn)[15]中提出了一種物理教學(xué)活動中滲透物理學(xué)史教育的模式，圍繞課堂，該模式的操作程序可劃分為：閱讀了解—發(fā)現(xiàn)問題—討論探究—總結(jié)拓展.文獻(xiàn)[16]針對中學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)較低的情況，反思物理教學(xué)的現(xiàn)狀，提出了4種物理學(xué)史教學(xué)模式：重大事件回顧模式、相關(guān)史實展開模式、“串”式結(jié)構(gòu)模式、學(xué)生自主探究模式.

李寧老師結(jié)合物理學(xué)史的教育功能，分析歸納了將物理學(xué)史引入到教學(xué)中的4種模式：“呈現(xiàn)—總結(jié)”模式、“沖突—統(tǒng)一”模式、“探究—發(fā)現(xiàn)”模式、“自學(xué)—交流”模式，并分析了模式運(yùn)用的具體步驟和模式運(yùn)用的特點.

文獻(xiàn)[17]對物理教學(xué)中滲透物理學(xué)史的教學(xué)策略進(jìn)行探討，分析了將科學(xué)史及其相關(guān)學(xué)科融入到科學(xué)教育中的兩種教育模式：馬修斯的適度模式、孟克和奧斯本的融合模式.

2.3.2 教學(xué)策略研究

文獻(xiàn)[18]通過具體的教學(xué)案例，從中國古代物理學(xué)史、近現(xiàn)代物理學(xué)史和物理時事及前沿3個方面的教學(xué)策略進(jìn)行了初步探索.

文獻(xiàn)[19]結(jié)合課標(biāo)對物理學(xué)史的要求，對教學(xué)內(nèi)容條目進(jìn)行了梳理分析，提出在人類文明發(fā)展的脈絡(luò)中感悟物理觀念、在概念規(guī)律的革新過程中提升科學(xué)思維、在揭示自然奧秘的新問題中理解科學(xué)探究、在物理學(xué)與人文社會的發(fā)展聯(lián)系中形成科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的四大策略.文獻(xiàn)[2]從物理核心素養(yǎng)的培育的角度出發(fā)，通過結(jié)合具體的案例，提出五大策略：情感體驗策略、適時融入策略、因材滲透策略、追本溯源策略、再創(chuàng)式教學(xué)策略，其策略研究非常具有啟發(fā)性.

文獻(xiàn)[20]通過研究物理學(xué)史適當(dāng)融入課堂的必要性，結(jié)合文獻(xiàn)及調(diào)査結(jié)果，總結(jié)物理學(xué)史應(yīng)用教學(xué)的五大原則：輔助性原則、適當(dāng)適量性原則、真實性原則、深入性原則、堅持性原則.

2.4 物理學(xué)史教學(xué)案例的研究

文獻(xiàn)[21，22]研究了“自由落體運(yùn)動”和“阿基米德原理”物理學(xué)史與教學(xué)融合，給出了案例教學(xué)的建議.文獻(xiàn)[23]針對性地設(shè)計了“自由落體運(yùn)動”和“行星的運(yùn)動”兩份教學(xué)案例，為中學(xué)物理教師的物理學(xué)史真實數(shù)據(jù)教學(xué)提供有益的借鑒.

文獻(xiàn)[24]將庫侖定律發(fā)現(xiàn)的物理學(xué)史融入到課堂教學(xué)活動，設(shè)計5個主要教學(xué)環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建庫侖定律知識，通過定性和定量探究庫侖定律，促進(jìn)學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識和理解.文獻(xiàn)[25]闡述了歐姆發(fā)現(xiàn)閉合電路歐姆定律的歷史過程，給出高中階段運(yùn)用物理學(xué)史方法建立閉合電路歐姆定律的教學(xué)實施過程，豐富高中物理學(xué)史的教學(xué)案例.

文獻(xiàn)[26]給出了物理學(xué)史融入高中物理教學(xué)的兩個實踐案例：“伽利略對自由落體運(yùn)動研究”和“電子的發(fā)現(xiàn)”，并通過研究對比了兩個班的教學(xué)效果.

從文獻(xiàn)研究中，發(fā)現(xiàn)中學(xué)物理教學(xué)中物理學(xué)史教育的實施現(xiàn)狀并不樂觀，主動開發(fā)寫入教材的學(xué)史方法中建立概念、規(guī)律的案例很少，目前都是針對個別知識點案例的研究文獻(xiàn)較多，而且學(xué)者更加關(guān)注經(jīng)典物理學(xué)時期，如“自由落體運(yùn)動”“庫侖定律”，而更多的物理概念、規(guī)律的物理學(xué)史教學(xué)案例則有待設(shè)計研究.

3 總結(jié)與展望

物理學(xué)史教育研究不是新興事物，現(xiàn)有的研究文獻(xiàn)數(shù)量不僅非常多，而且研究的內(nèi)容比較豐富.對于物理教學(xué)來說，物理學(xué)史教育意義重大，通過物理學(xué)史教育不僅培養(yǎng)了學(xué)生的物理能力和素養(yǎng)，使學(xué)生發(fā)現(xiàn)物理學(xué)習(xí)的新視角，而且形成了良好的個人品德和學(xué)習(xí)思維習(xí)慣.對于國內(nèi)物理學(xué)史教育研究，本文提出以下幾點思考與展望.

(1)加強(qiáng)專門針對高中階段物理教學(xué)的調(diào)査研究.期望未來的碩士論文研究完善物理學(xué)史教育的調(diào)查研究，避免紙上談兵，突出物理學(xué)史教育的必要性，進(jìn)一步增強(qiáng)對教學(xué)效果進(jìn)行實證性研究.

(2)加強(qiáng)教科書中的物理學(xué)史研究.及時研究發(fā)現(xiàn)教科書中的物理學(xué)史不足之處，使之更適合于教師運(yùn)用于一線教學(xué)之中.這使得物理學(xué)史的內(nèi)容不僅停留在“人物、時間、地點、事情”這一層面，而是更加地突出其過程所涉及的“物理方法、物理思維”.

(3)加強(qiáng)物理學(xué)史教育功能與教學(xué)策略的融合研究.國內(nèi)關(guān)于物理學(xué)史教育功能的研究和物理學(xué)史教育教學(xué)策略的研究較多，但往往都沒有把雙方結(jié)合起來，可以在功能和策略中找到一個研究的平衡點，更好地促進(jìn)物理學(xué)史教育.

(4)加強(qiáng)物理學(xué)史教學(xué)案例的研究.在這方面，一是要不斷開發(fā)新的教學(xué)案例設(shè)計，二是不僅要關(guān)注經(jīng)典物理學(xué)時期的物理學(xué)史，也要關(guān)注近代物理學(xué)史，有研究表明近代物理中的一些概念如“光電效應(yīng)”等研究中心度極低[12]，缺乏相關(guān)的教學(xué)案例研究.