基于物理学史的课堂教育

摘要：物理学史和物理教学相结合不仅有利于激发学生学习物理的兴趣，更重要的是对学生进行科学态度、情感和价值观的教育以及科学精神的陶冶。据此提出了物理教学中渗透物理学史教育的研究。

关键词：物理学史科学素养物理教学

物理学史的背景与现状

物理学史，作为历史学科的一个分支，则是物理科学活动和结果（物理理论与物理思想）发展史的描述与说明。他是研究物理学辩证发展过程规律的一门学科，是我们对各种自然现象的认识史，是描述物理学的各种思想方法的发展和演化的历史。

这些年来，国内许多高等院校相继在大学生中开设科学史课程，这是非常令人高兴的。与教学方面的良好局面相比，我们在物理学史方面的理论研究还没有受到应有的重视。理论研究不深入，就会影响科学史教学的质量，就会影响物理学史在素质教育和通才教育中发挥应有的作用。

教学中引入物理学史的必要性

每一条物理学的概念原理都是在一定的历史条件下形成的，通过对这段物理学史的学习可以使同学们对于概念和原理有正确的理解。例如我们在上自由落体运动这节时，学生可能会认为重的物体应该是比轻的物体落地快的，因为在我们的生活中铁块就比羽毛落地快。如果我们直接告诉他这是因为空气阻力恐怕学生难以信服，这时我们如果讲述一千多年前伽利略做的“两个小球同时落地”的实验可以帮助我们比较自然的引入空气阻力这个因素。既然两个重量不同的小球同时落地，那是什么因素使重量同样不同的铁块和羽毛不同时落地呢？这时可以启发学生思考是什么因素，最后不难得出是因为空气阻力。

同时通过这个小故事还可以引出伽利略的证明：如果讲一个一公斤的小球与十公斤的小球用根绳绑在一起下落，那么一公斤的小球由于下落的慢将会拖住十公斤的小球，使两小球的下落速度慢于十公斤的小球。但如果把这两个小球看成一个整体，那么他们重达十一公斤，下落的速度应当快于十公斤的小球，这样就得到一个自相矛盾的结果。同样可以从反面得到不同重量的物体下落速度是一样快的结论。

物理学史的学习对于我们严谨治学态度的形成和格物致知精神的培养都有着很大的作用。物理学习中需要注意运用适当的方法。比如在学习“牛顿第一定律”时，需要同学们建立一个理想模型来考虑在所有摩擦力和阻力都消失的情况下物体的运动情况；又如在讲到“自由落体运动”时，我们介绍了伽利略用归谬法驳斥了亚里士多德的论点“重的物体比轻的物体下落的快”。学习物理学史的过程正是一种思维训练，通过科学家们解开这些自然之谜的艰难探索过程，使学生身临其境地参与进这个探索过程中，学习科学家的思维方式、体会科学家进行创造的那份感动。

对教师的要求

物理学史虽具有相当多的优点，但是仍然有很多问题需要克服。通过研究发现，现在的课程对于学生和教师而言还是太多了，除了科学概念和原理的介绍外还要进行物理学史的教育，时间更为紧凑，这也是教师不愿采用物理学史的原因，毕竟教学的根本目的是希望学生掌握科学知识，而物理学史教育是作为一个辅助的手段而已。而在一般情况下，教材的内容是无法缩减的，上课时间也是固定的。因此，物理学史与课程教学能否结合，是教师决定使用物理学史的关键性因素之一。应将物理学史与科学的教学内容进行整合，并据此发展可行的教学模式，在适当的地方融入物理学史，呈现过去科学家的想法与历史情景。

不过当前教师将物理学史融入教学是有一定的困难的，首先是当前的考试制度对物理学史融入的阻碍。由于考试的成绩在学生和老师看来是最为重要的，很多时候与学生的前途和老师的水平都有挂钩。教师们虽然都认识到物理学史对于学生的综合素质、长远发展都是有很大好处的。但无奈高考的内容不涉及物理学史，所以教师不够重视。再有就是教师本身的物理学史的知识储备，现在老师的物理学史资料也比较少，网上的知识比较杂乱，很难取舍；物理学史的书籍较少，不同版本的内容有所出入；教师的工作较忙，很难抽出时间去专门充实自己的物理学史的知识储备。

做好以下几点可以对物理学史的融入有些很好的效果。首先，要进行高质量的物理学史的教育首先要求教师有着丰富的科学史知识，要“有東西可讲”，老师所讲的东西可以吸引同学的注意力，这样才能发挥物理学史教育的优势。其次，要求教师善于创设生动有趣的情景，能够将科学故事中提到的知识概念、实验等与现在所学的内容有机的结合，物理学课程的理念是“从生活走向物理，从物理走向社会”。这也就是说，凡是生活中常见的和我们生活息息相关的或是社会所需要的都可以作为教学的内容。因此，中学物理要贴近学生的生活，要联系学生的实际，增加感性认识，只有这样才更符合学生的认知特点，容易激起学生的学习兴趣，体会到学习的快乐。最后，要求教师注重知识与实际生活的联系，不能固守所教的内容，使学生陷入“教什么，懂什么，不教什么，就不懂什么”的窘境。素质教育要求学生有较强的自学能力，除了能够掌握教师所教的知识以外，在遇到一个新的内容时可以有自己的理解，能够在最短的时间内认识它。所以作为老师必须能够将课本上的知识与实际生活内容联系起来，能够和不同别的知识联系起来，使学生形成一个较立体的知识体系。

教学案例设计

在磁场这一节中，新课标的教学大纲要求了解我国古代的在磁场方面的研究成果和对人类文明的影响，并关注与磁相关的现代技术的发展。所以我认为可以以介绍我国北宋晚期卓越的科学家沈括和他的《梦溪笔谈》为主来讲授磁场这节内容，这样既可以使学生了解我国国代的物理学史丰富他们的课外知识，又可以使这堂课更多些趣味比较容易吸引学生的注意力，同时可以加强学生的民族自豪感。

磁场这一节的重点是探究各种磁铁周围的磁场分布，比如条形磁铁、蹄形磁铁和环形磁铁，显然这需要我们进行实验来探究。我们可以先让学生先自己设计实验来探究磁场的分布，之后再介绍一千多年前的沈括当时是怎样用实验来探究磁铁周围的磁场分布的，然后再讲解同学们和沈括的方法谁的更好，以及为什么。他的方法总结起来就是三种：水浮法，支点旋转法，悬挂法。沈括在《梦溪笔谈》中提到，“水浮法多荡摇”，“碗沿或指甲坚滑易坠”，“而以缕悬为最善”。这是他分别指出了三种方法的优缺点。而这三种方法在后世都得到了不同程度的发展，尤其是水浮法，在指南针的应用上占有重要地位。介绍完沈括的方法后可以继续让同学们开动脑筋想想看有什么测出磁铁周围磁场的实验方法。

在讲到磁化方法时一千多年前的沈括便在《梦溪笔谈》卷二十四里指出，“方家以磁石磨针锋，则能指南”直到19世纪现代电磁铁出现以前，几乎所有指南针都是采用这种方法制成的。而沈括用的天然磁石磨钢针制成磁铁的方法，其实是利用天然磁石的磁场使钢针内部的单元小磁体（沈括称之为磁筹）由杂乱排列变为规则排列，从而使钢针显示出磁性。之所以用钢针，是因为沈括发现钢针在被磁化后磁性不易消失，这完全是由沈括自己的经验得来，但他是磁学和地磁学发展的重要一环，这种磁化方法要比欧洲早了400多年。

在中国这个磁的故乡里对与磁学的研究从来没有间断过，并且不断的取得重大的成就，这是我们学习磁学的动力也是我们学习磁学的目标。

作者简介：罗达峰，1980年出生，男，南通大学理学院物理系讲师，硕士研究生，毕业于南京航空航天大学光学工程专业。

参考文献

[1]张晶. HPS（科学史、科学哲学与科学社会学）：一种新的科学教育范式（J）.自然辩证法研究，2008，9，1-2

[2]陈小鸥.中美中学科学课程中科学史教育的比较及其启示（J）.华东师范大学，2005，25-26

[3]张新怀等.甘肃联合大学学报（J）：自然科学版.物理学史在提高学生素质的教育中的作用，2006，4，27-28

[4]戴伟纲.谈物理学史的教育功能（J）.物理通报，2007，7，1-2

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