科學史在中學物理教學中的地位作用及融入手段分析的教育論文

　摘要：科學史與中學物理教學相結合是培養學生科學精神和科學素養的有效手段。本文針對目前中學物理教育的現狀，指出科學史融入中學物理教學的意義、目的和有效手段。

　關鍵詞：中學物理；科學史；科學素養

中學物理是自然科學的基礎，是打開學生科學思想的一扇窗。通過中學物理教學，培養學生的科學精神、科學素養，引導學生從生活走向物理，從物理走向社會，則是在新課程背景下物理教育工作者必須認真思考的一個問題。科學史是聯繫科學和人文的橋樑，將科學史融入中學物理教育，增強人文思想和色彩是基礎科學教育的明智選擇。

但是，現實情況離理想目標還有不小差距，究其原因，一方面，應試教育的頑疾未徹底根治；另一方面，教師本身的科學史素養缺失；還有很重要的一點，就是沒有從提高學生科學素養的高度來系統認識科學史的教育功能，而認為科學史的主要作用在於提高學生的學習興趣。將中學物理技術化、實用化、工具化，忽視了科學的文化功能和精神價值。在我們的教學中似乎並不強調一個規律的發展、一個正確結論的艱苦的由來，我們往往要求學生記住規律、結論、公式，能夠用來解題，能與現實生活相聯繫就已經是較高的層次了。為了掌握一門科學知識，我們大多不是從閲讀這門學科的歷史開始，我們的教科書大多不談歷史。相反，我們從記住一大堆陌生的符號、公式、定律開始，然後在教師和課本的示範下，反覆做各種情形下的練習題，直至能把這些陌生的公式、定律靈活運用到處理各種情況為止。在教科書中紛至沓來的新概念、新術語、新公式、新定律面前，我們的學生逐漸形成了這樣的觀念：這就是真理，學習它，記住它。學生們不知道這個理論從何而來，為什麼會是這樣，但我們還是要相信它是真理。學生中最常用的一句話：“書上就是這樣説的.！”我們似乎缺少了引導學生觀察、探索、思考的過程，至少在這方面做得不夠。

這種態度和做法明顯與科學精神格格不入，學生不知道一個理論源於哪些問題，有多少種解決問題的方案，以及人們為什麼選擇其中一種並稱之為科學理論，學生也不知道這種理論是可錯的，並非亙古不變的教條。結果是它不自覺地剝奪了學生的懷疑和批判精神，而懷疑和批判精神對於科學發展恰恰是不可或缺的。學生獨立的思考往往從質疑開始。質疑是學生在對所學內容深入理解和探究的基礎上的一種求真、求異的思維過程，它藴含着學生可貴的創新意識，也是學生自主學習精神的昇華和外顯科學理論不是一成不變的，科學家們以整個自然界為支撐，不斷地觀察提出問題，不懈地探索研究，使科學理論不斷地進化，不斷地發展，幾乎沒有什麼比科學史更能使人認識到這一點了。

例如為了解釋光電效應等實驗現象，在針對經典物理學能量是連續變化的觀點背景下，普郎克提出了能量子的概念，並給出公式E=hv，為量子理論的建立做出了開創性的貢獻。愛因斯坦在繼承的基礎上又創造了“光量子”的概念，提出了光電效應的方程，併成功地解釋了光電效應，從而獲得了1921年的諾貝爾物理學獎。玻爾則站在兩位巨人的肩上，提出了氫原子核外電子軌道量子化和能量量子化，成功地解釋了氫原子光譜。科學家創新常常帶有濃厚的非理性、非邏輯的反常思維色彩。物理學發展史上的大量事實，都可以揭示出科學創新的這一本質。

而懷疑精神的具體表現，就是敢於和善於提出科學問題。物理學中幾乎每一個重大發現都表明：創造性思維活動起始於對困難或問題的認識，是圍繞解決問題而展開的。善於提出問題，總是從對事物、現象或已有理論的懷疑開始的。在人類認識史上提出一個新異而又深刻的問題，必然會導致一個重大的突破，將標誌着科學的真正進步。物理學的許多成功發現都始於懷疑。如自由落體規律的發現則源於伽利略用重物落得快的觀點進行分析，得出一輕一重的兩球聯成一體後下落時，在落速上存在邏輯矛盾。通過物理學史的學習，使中學生知道懷疑精神的可貴。因此，要在自己學習過程中習慣於對現有理論提出質疑。盧瑟福在用α粒子從氮14中打出質子之後，為了證實這結果，英國物理學家布拉愷特在充滿氮的雲室裏重複了這個實驗，拍攝了兩萬多張雲室照片。他又從四十多萬條α粒子徑跡的照片中尋找到了產生了分叉的八萬條徑跡，再對徑跡分叉情況進行分析，方才確證了盧瑟福實驗的正確性。

獨立思考，追求新知則體現在不迷信傳統理論和觀念，不迷信權威和書本，這是科學創造的思想前提。在科學本身的矛盾已經顯現出來時，誰能首先同束縛科學發展的傳統觀念決裂，勇於提出新思想、新見解，誰就可能搶先佔領科學發展的前沿陣地，做出突破性的發展。可以引入科學史實使學生感受到這一點。眾所周知，在愛因斯坦之前，洛侖茲和彭加勒已經走到相對論的大門口，只是未能擺脱絕對時空觀的束縛，最終沒有邁入相對論的門檻。正是由於愛因斯坦獨立思考、追求新知，拋開了“絕對靜止”和“靜止以太”的觀點，並深刻的審察了“同時性”概念的物理學根據。於1905年將他的不朽之作《論動體的電動力學》一文公諸於世，從此產生了人類最寶貴的精神產品——狹義相對論。從而引起了人類時空觀的巨大變革。 在中學物理教學中融入科學史內容，可以有機達成情感態度和價值觀的教育目標。比如在如今的“大科學”時代，任何一項科學技術的進展都不是全部由一個人的努力所能完成的，它常常是一個科研集體或幾個科研羣體協作所完成的。因此在科研中處理好協作關係，調動各方面科技人員的積極性成為跨世紀人才必須具備的基本素養。以能量守恆原理的發展為例，能量守恆原理的發展曾有幾個國家的十幾名科學工作者做出了貢獻：英國的焦耳、德國的邁爾和亥姆霍茲的貢獻最為突出，他們的成績往往體現着廣大科技工作者的集體智慧和血汗。正像英國物理學家盧瑟福所説的：“科學家不是依賴於個人的思想，而是綜合了幾個人的智慧，所有人想一個問題，並且每人做他的部分工作，添加到正在建立起來的偉大知識大廈之中。”曾任卡文迪許實驗室主任的湯姆遜總是把所知道的和所想到全部告訴助手和學生，甚至把他自己的設計的方案毫不保留的給予學生。正是由於他善於同學生合作，所以在他任期內共培養了84位物理學教授，27名英國皇家學會會員，7人獲得諾貝爾物理學獎。

在中學物理中融入科學史內容還可以讓學生更加深入的瞭解認識物理規律科學家邁爾説過：“學習一門學科的歷史是理解其概念的最佳途徑。只有仔細研究這些概念產生的艱難歷程——即研究清楚早期的、必須逐個加以否定的一切錯誤假定，也就是説弄清楚過去的一切失誤——才有可能真正徹底而又正確地理解這些概念。”例如伽利略曾在對勻加速運動的定義上走過一段彎路，起初他也跟別人一樣，假設物體的速度與通過的距離成正比，但他馬上發現了錯誤，於是轉而假設物體的速度與時間成正比。科學知識的核心是科學概念，在教學中增加相關的科學發展史實，提供概念的歷史背景，展現概念形成的原生態，才有利於學生對概念的全面正確的理解。例如，哥白尼革命帶動了一系列觀念上的變革。首先，它打破了亞里士多德物理學中天地決然有別的界限，使人們認識到地球是不斷運動的行星之一；其次，它破除了亞里士多德的絕對運動概念，引入了運動相對性概念；最後，宇宙中心的轉變暗示了宇宙可能根本就沒有中心，這與希臘古典的等級宇宙完全是對立的。運動是萬物的根本特性。在16世紀以前，亞里士多德的運動理論居統治地位，他把運動分成天然運動和被迫運動兩類，並從其天然運動理論得出，重的東西下落得快，而輕的東西下落得慢；從其被迫運動理論又得出，不推一個物體，物體是不動的，推力越大物體運動越快，突然撒手，運動就會停止。從常識的角度看，得出這些結論很自然，但近代物理學恰恰首先破除了這些觀念。

科學技術作為一種生產力，每當社會向前推進一步的時候，就會得到迅速的發展。而科學技術的發展，也促進了人類社會的進步。科學進步和人文關懷，始終是相輔相成的兩個方面。真正的物理教學應將科學史貫穿始終，應是集鮮活人生、鮮活思想和鮮活方法於一體的綜合學習。在中學物理教學中引入科學史教育，使學生從科學家們探索真理的過程中、科學家的生平事蹟中，科學理論不斷深化發展中，學習到藴含其中的嚴謹、負責、堅毅、求真、求實、理性、創新、合作等科學精神和人文精神，同時內化為學生的個性品質，養成科學的觀察和思考的方法，提高自己發現問題和解決問題的能力。

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