淺談物理學(xué)史在少數(shù)民族地區(qū)高中物理教學(xué)中的作用
導(dǎo)語(yǔ)：在課堂上恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用物理學(xué)史符合新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，也符合高考的要求，同時(shí)還能夠讓學(xué)生體會(huì)探索科學(xué)道路的艱辛與樂(lè)趣
少數(shù)民族地區(qū)的教育受區(qū)域、經(jīng)濟(jì)、師資等各方面的條件限制，對(duì)于新課程標(biāo)準(zhǔn)的理解應(yīng)用尚處于嘗試階段。尤其是本地教師外出交流學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)比較少，在課堂教學(xué)中使用傳統(tǒng)教學(xué)法的教師還比較多。
我們知道傳統(tǒng)的教學(xué)法具有記憶性和被動(dòng)重復(fù)性，權(quán)威性和專(zhuān)制性，封閉性和終結(jié)性，以及教條性。這種灌輸式的教學(xué)方式，片面追求高考升學(xué)率，使學(xué)生失去了許多寶貴的東西：變得現(xiàn)實(shí)死板，失去了青少年應(yīng)有的激情與夢(mèng)想;變得消極沉重，失去了積極向上不畏險(xiǎn)阻的進(jìn)取精神;認(rèn)為學(xué)習(xí)最苦最累，失去了學(xué)習(xí)的能力和良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，失去了少年的天真活潑和開(kāi)朗樂(lè)觀的品質(zhì)。
《高中物理新課程標(biāo)準(zhǔn)》在課程實(shí)施上注重自主學(xué)習(xí)，提倡教學(xué)方式多樣化，讓學(xué)生積極參與、樂(lè)于探究、勇于實(shí)驗(yàn)、勤于思考。通過(guò)多樣化的教學(xué)方式，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)與技能，培養(yǎng)其科學(xué)探究能力，使其逐步形成科學(xué)態(tài)度與科學(xué)精神。
在情感態(tài)度與價(jià)值觀中有六條要求，涉及探索自然規(guī)律的艱辛和喜悅;參與活動(dòng)的熱情;堅(jiān)持真理、勇于創(chuàng)新和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神;團(tuán)隊(duì)意識(shí);關(guān)注熱點(diǎn);有振興中華的使命感和責(zé)任感。
結(jié)合少數(shù)民族地區(qū)的現(xiàn)狀，為了更好地理解、應(yīng)用新課程理念，我覺(jué)得在少數(shù)民族地區(qū)的物理教學(xué)中，恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用物理學(xué)論文史可以起到很好的作用。下面我談?wù)勛约旱膸c(diǎn)看法。
一、體驗(yàn)探索自然規(guī)律的艱辛和喜悅
通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)新事實(shí)，探索新規(guī)律。伽利略的斜坡實(shí)驗(yàn)為研究力學(xué)規(guī)律提供了重要依據(jù)。庫(kù)侖定律的驗(yàn)證，歐姆定律的建立，奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)，法拉第電磁感應(yīng)定律的建立，從光的色散到光譜學(xué)的建立等等，說(shuō)明了實(shí)驗(yàn)是認(rèn)識(shí)規(guī)律的基本途徑。世紀(jì)之交的三大發(fā)現(xiàn)(X射線，放射性，電子)開(kāi)拓了新的領(lǐng)域，把物理學(xué)推向了一個(gè)新的階段。實(shí)驗(yàn)，只有實(shí)驗(yàn)，才是物理學(xué)的基礎(chǔ)。
實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)理論的客觀標(biāo)準(zhǔn)。麥克斯韋的電磁場(chǎng)方程組優(yōu)美對(duì)稱，但直到二十多年后他預(yù)言的電磁波被赫茲的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后才成為舉世公認(rèn)的電磁波理論基礎(chǔ)�？ㄎ牡显S測(cè)出了萬(wàn)有引力常量，使牛頓的萬(wàn)有引力定律從理論走向?qū)嶋H應(yīng)用。
因?qū)嶒?yàn)而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的科學(xué)家很多。從1901年倫琴發(fā)現(xiàn)X射線，貝克勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射性，居里夫婦發(fā)現(xiàn)并研究放射性元素釙和鐳，到1990年，在90年中一共有140位獲獎(jiǎng)?wù)撸渲幸驅(qū)嶒?yàn)而獲獎(jiǎng)的共有94人，占67.1%，這一數(shù)字從另一個(gè)側(cè)面說(shuō)明實(shí)驗(yàn)的重要性。
為什么他們一生致力于科學(xué)研究，耐得住寂寞，能忍受各種極端條件呢?愛(ài)因斯坦說(shuō)：“追求客觀真理和知識(shí)是人的最高和永恒的目標(biāo)。”他還說(shuō)：“每個(gè)人都有一定的理想，這種理想決定著他的努力和判斷的方向。就在這個(gè)意義上，我從來(lái)不把安逸和快樂(lè)看作生活目的的本身……這種倫理基礎(chǔ)，我叫它豬欄的理想。”
物理學(xué)發(fā)展史是一幅理論與實(shí)驗(yàn)交叉，失敗與成功并存，邏輯與非邏輯并用的豐富多彩的畫(huà)面，將物理學(xué)史引入課堂，可以讓學(xué)生知道科學(xué)的發(fā)展并非直線，從日常生活中研究現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)失敗也可以取得成功，從中能夠讓學(xué)生知道探索自然規(guī)律的艱辛和喜悅。
二、使學(xué)生掌握學(xué)習(xí)和科學(xué)研究的方法
1. 科學(xué)推理法
伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究。為了推翻亞里士多德的物體下落的速度與質(zhì)量成正比這一觀點(diǎn)，伽利略設(shè)想了一個(gè)簡(jiǎn)單的理想實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用邏輯推理，批判了亞里士多德的理論。
伽利略借助于幾何學(xué)的推導(dǎo)，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，得出沿斜面下滑的物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，自由落體運(yùn)動(dòng)也是這樣的，并且下落的速度與質(zhì)量無(wú)關(guān)。這種科學(xué)推理方法帶來(lái)了經(jīng)典物理學(xué)的真正發(fā)展。這個(gè)過(guò)程可以歸納如下：
對(duì)現(xiàn)象的一般觀察——提出假設(shè)——運(yùn)用數(shù)學(xué)和邏輯進(jìn)行推理——實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)——形成理論。
2. 類(lèi)比法
牛頓的萬(wàn)有引力定律，用公式表示為F=GMm/r2。而庫(kù)侖定律的表達(dá)式為F=KQq/r2。據(jù)史料記載，庫(kù)侖就是受牛頓萬(wàn)有引力定律的啟發(fā)，事先就有這種思想框架，并且當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)的偏差是比較大的。
可見(jiàn)，庫(kù)侖在研究電力和磁力時(shí)，把它們與萬(wàn)有引力類(lèi)比，事先建立了相互之間的作用力與距離的平方成反比的概念。實(shí)際上，整個(gè)靜電學(xué)的發(fā)展，都是在借鑒和利用萬(wàn)有引力理論的已有成果的基礎(chǔ)上取得的。
在物理教學(xué)中，平拋運(yùn)動(dòng)與類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的合成與分解、力的合成與分解以及矢量的合成與分解，勻速圓周運(yùn)動(dòng)與天體的運(yùn)動(dòng)等等，處處都可以看出類(lèi)比法在教學(xué)和學(xué)習(xí)方法上帶來(lái)的高效快捷，其實(shí)物理概念的引入有許多都是通過(guò)類(lèi)比法來(lái)理解的。
三、培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神
波蘭的天文學(xué)家哥白尼推翻了古希臘學(xué)者的“地心說(shuō)”，建立了“日心說(shuō)”，他認(rèn)為行星和地球繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，只有月亮環(huán)繞地球運(yùn)行。哥白尼使人類(lèi)來(lái)到了牛頓物理學(xué)的門(mén)前。但是，開(kāi)普勒對(duì)第谷二十多年來(lái)天體的精確觀測(cè)資料進(jìn)行計(jì)算，發(fā)現(xiàn)火星軌道有8分的偏差。他認(rèn)為這不是第谷的觀測(cè)誤差，也不是自己四年的計(jì)算偏差，由此他判斷行星和地球繞太陽(yáng)運(yùn)行的軌道可能不是圓的。于是他改用卵形曲線，最后用橢圓軌道，結(jié)果發(fā)現(xiàn)橢圓軌道與觀測(cè)資料完全一致。這8分角度的差異，引起了天文學(xué)的全部革新。
馬赫對(duì)牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀進(jìn)行了批判，愛(ài)因斯坦把他稱為“相對(duì)論的先驅(qū)”。
物理學(xué)發(fā)展史中許多史實(shí)都說(shuō)明了每一次對(duì)物質(zhì)世界認(rèn)識(shí)的重大突破都是新觀念對(duì)舊觀念的批判和揚(yáng)棄。
學(xué)生接受這種思想對(duì)于成長(zhǎng)具有重大的作用�？萍柬氁�?jiǎng)?chuàng)新，創(chuàng)新除了具備完整豐富的知識(shí)外，還要敢于向權(quán)威質(zhì)疑。物理學(xué)家為我們作出了表率，榜樣的力量會(huì)幫助我們沖破舊觀念的束縛，取得更多更廣的科研成果，造福人類(lèi)。而恰當(dāng)有效地在課堂中滲透物理學(xué)史可以達(dá)到這一目的。
四、有助于學(xué)生從小樹(shù)立和諧共處的團(tuán)隊(duì)精神
盧瑟福對(duì)學(xué)生在學(xué)業(yè)上幫助、生活上照顧，桃李滿天下，他是一位杰出的學(xué)科帶頭人，也是學(xué)生的良師益友，被譽(yù)為“從來(lái)沒(méi)有樹(shù)立過(guò)一個(gè)敵人，也從來(lái)沒(méi)有失去一位朋友”的人。他的學(xué)生和助手有好多人獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。他的助手索迪1921年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，威爾遜1927年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng);他的學(xué)生中波爾、查德威克、科克拉夫特、瓦斯頓、卡皮茨獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，阿斯頓獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。玻爾曾經(jīng)深情地稱盧瑟福是“我的第二個(gè)父親”。這種師生情深、共同進(jìn)步的例子數(shù)不勝數(shù)。
物理學(xué)史中的這些師生、母女、父子、兄弟在道德情操與科技上都取得巨大成功并造福于人類(lèi)的事跡告訴學(xué)生，一定會(huì)引起學(xué)生道德上的共鳴，進(jìn)而引發(fā)學(xué)生在各方面的良性轉(zhuǎn)變，使他們學(xué)到知識(shí)，學(xué)會(huì)做人，學(xué)會(huì)與人和諧相處。
五、培養(yǎng)學(xué)生的愛(ài)國(guó)主義情懷
歷史上，中國(guó)人取得了舉世公認(rèn)的成績(jī)。四大發(fā)明有口皆碑。1954年，在長(zhǎng)沙出土了戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的天平和砝碼。戰(zhàn)國(guó)時(shí)，莊子記載了聲音的共振。東漢時(shí)已應(yīng)用虹吸管引水，《后漢書(shū)》上記載這種虹吸管為“渴鳥(niǎo)”。
戰(zhàn)國(guó)時(shí)， 墨子給出了力的定義，說(shuō)：“力，刑(形)之所以?shī)^也。”也就是說(shuō)，力是使物體運(yùn)動(dòng)的原因，他把使物體運(yùn)動(dòng)的作用叫做力。我國(guó)古代偉大的思想家用形象思維代替邏輯思維來(lái)定義科學(xué)概念，現(xiàn)代的科學(xué)家也只能甘拜下風(fēng)了。
《墨經(jīng)》中有八條有關(guān)幾何光學(xué)知識(shí)，涉及到影、小孔成像、平面鏡、凹面鏡、凸面鏡成像，還說(shuō)明了焦距和物體成像的關(guān)系，這些論述比古希臘歐幾里得的光學(xué)記載早幾百年。
對(duì)于磁現(xiàn)象，公元前四世紀(jì)成書(shū)的《管子》中就有“上有慈石者，其下有銅金”，并且很早就將磁現(xiàn)象用于指明方向，用于醫(yī)療。發(fā)現(xiàn)地磁偏角的第一個(gè)人是宋代的沈括。
看看近幾年的高考試題，有關(guān)物理學(xué)史的選擇題幾乎每年都出現(xiàn)。這說(shuō)明對(duì)物理學(xué)史的講解也符合高考的要求。
綜上所述，在課堂上恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用物理學(xué)史符合新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，也符合高考的要求，同時(shí)還能夠讓學(xué)生體會(huì)探索科學(xué)道路的艱辛與樂(lè)趣，讓他們熱愛(ài)科學(xué)、堅(jiān)持真理，由此學(xué)到的與人、與社會(huì)、與自然和諧共處的人生觀將使其一生受益無(wú)窮。
恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用物理學(xué)史，也要求教師對(duì)于古今中外的物理學(xué)史要有比較廣泛的了解，平時(shí)要多收集、整理相關(guān)資料。
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