科学史在中学物理教学中的地位作用及融入手段分析

摘 要:科学史与中学物理教学相结合是培养学生科学精神和科学素养的有效手段。本文针对目前中学物理教育的现状,指出科学史融入中学物理教学的意义、目的和有效手段。

关键词:中学物理 科学史 科学素养

中学物理是自然科学的基础,是打开学生科学思想的一扇窗。通过中学物理教学,培养学生的科学精神、科学素养,引导学生从生活走向物理,从物理走向社会,则是在新课程背景下物理教育工作者必须认真思考的一个问题。科学史是联系科学和人文的桥梁,将科学史融入中学物理教育,增强人文思想和色彩是基础科学教育的明智选择。

但是,现实情况离理想目标还有不小差距,究其原因,一方面,应试教育的顽疾未彻底根治;另一方面,教师本身的科学史素养缺失;还有很重要的一点,就是没有从提高学生科学素养的高度来系统认识科学史的教育功能,而认为科学史的主要作用在于提高学生的学习兴趣。将中学物理技术化、实用化、工具化,忽视了科学的文化功能和精神价值。在我们的教学中似乎并不强调一个规律的发展、一个正确结论的艰苦的由来,我们往往要求学生记住规律、结论、公式,能够用来解题,能与现实生活相联系就已经是较高的层次了。为了掌握一门科学知识,我们大多不是从阅读这门学科的历史开始,我们的教科书大多不谈历史。相反,我们从记住一大堆陌生的符号、公式、定律开始,然后在教师和课本的示范下,反复做各种情形下的练习题,直至能把这些陌生的公式、定律灵活运用到处理各种情况为止。在教科书中纷至沓来的新概念、新术语、新公式、新定律面前,我们的学生逐渐形成了这样的观念:这就是真理,学习它,记住它。学生们不知道这个理论从何而来,为什么会是这样,但我们还是要相信它是真理。学生中最常用的一句话:“书上就是这样说的!”我们似乎缺少了引导学生观察、探索、思考的过程,至少在这方面做得不够。

这种态度和做法明显与科学精神格格不入,学生不知道一个理论源于哪些问题,有多少种解决问题的方案,以及人们为什么选择其中一种并称之为科学理论,学生也不知道这种理论是可错的,并非亘古不变的教条。结果是它不自觉地剥夺了学生的怀疑和批判精神,而怀疑和批判精神对于科学发展恰恰是不可或缺的。学生独立的思考往往从质疑开始。质疑是学生在对所学内容深入理解和探究的基础上的一种求真、求异的思维过程,它蕴含着学生可贵的创新意识,也是学生自主学习精神的升华和外显科学理论不是一成不变的,科学家们以整个自然界为支撑,不断地观察提出问题,不懈地探索研究,使科学理论不断地进化,不断地发展,几乎没有什么比科学史更能使人认识到这一点了。

而怀疑精神的具体表现,就是敢于和善于提出科学问题。物理学中几乎每一个重大发现都表明:创造性思维活动起始于对困难或问题的认识,是围绕解决问题而展开的。善于提出问题,总是从对事物、现象或已有理论的怀疑开始的。在人类认识史上提出一个新异而又深刻的问题,必然会导致一个重大的突破,将标志着科学的真正进步。物理学的许多成功发现都始于怀疑。如自由落体规律的发现则源于伽利略用重物落得快的观点进行分析,得出一轻一重的两球联成一体后下落时,在落速上存在逻辑矛盾。通过物理学史的学习,使中学生知道怀疑精神的可贵。因此,要在自己学习过程中习惯于对现有理论提出质疑。卢瑟福在用α粒子从氮14中打出质子之后,为了证实这结果,英国物理学家布拉恺特在充满氮的云室里重复了这个实验,拍摄了两万多张云室照片。他又从四十多万条α粒子径迹的照片中寻找到了产生了分叉的八万条径迹,再对径迹分叉情况进行分析,方才确证了卢瑟福实验的正确性。

独立思考,追求新知则体现在不迷信传统理论和观念,不迷信权威和书本,这是科学创造的思想前提。在科学本身的矛盾已经显现出来时,谁能首先同束缚科学发展的传统观念决裂,勇于提出新思想、新见解,谁就可能抢先占领科学发展的前沿阵地,做出突破性的发展。可以引入科学史实使学生感受到这一点。众所周知,在爱因斯坦之前,洛仑兹和彭加勒已经走到相对论的大门口,只是未能摆脱绝对时空观的束缚,最终没有迈入相对论的门槛。正是由于爱因斯坦独立思考、追求新知,抛开了“绝对静止”和“静止以太”的观点,并深刻的审察了“同时性”概念的物理学根据。于1905年将他的不朽之作《论动体的电动力学》一文公诸于世,从此产生了人类最宝贵的精神产品——狭义相对论。从而引起了人类时空观的巨大变革。在中学物理教学中融入科学史内容,可以有机达成情感态度和价值观的教育目标。比如在如今的“大科学”时代,任何一项科学技术的进展都不是全部由一个人的努力所能完成的,它常常是一个科研集体或几个科研群体协作所完成的。因此在科研中处理好协作关系,调动各方面科技人员的积极性成为跨世纪人才必须具备的基本素养。以能量守恒原理的发展为例,能量守恒原理的发展曾有几个国家的十几名科学工作者做出了贡献:英国的焦耳、德国的迈尔和亥姆霍兹的贡献最为突出,他们的成绩往往体现着广大科技工作者的集体智慧和血汗。正像英国物理学家卢瑟福所说的:“科学家不是依赖于个人的思想,而是综合了几个人的智慧,所有人想一个问题,并且每人做他的部分工作,添加到正在建立起来的伟大知识大厦之中。”曾任卡文迪许实验室主任的汤姆逊总是把所知道的和所想到全部告诉助手和学生,甚至把他自己的设计的方案毫不保留的给予学生。正是由于他善于同学生合作,所以在他任期内共培养了84位物理学教授,27名英国皇家学会会员,7人获得诺贝尔物理学奖。

在中学物理中融入科学史内容还可以让学生更加深入的了解认识物理规律科学家迈尔说过:“学习一门学科的历史是理解其概念的最佳途径。只有仔细研究这些概念产生的艰难历程——即研究清楚早期的、必须逐个加以否定的一切错误假定,也就是说弄清楚过去的一切失误——才有可能真正彻底而又正确地理解这些概念。”例如伽利略曾在对匀加速运动的定义上走过一段弯路,起初他也跟别人一样,假设物体的速度与通过的距离成正比,但他马上发现了错误,于是转而假设物体的速度与时间成正比。科学知识的核心是科学概念,在教学中增加相关的科学发展史实,提供概念的历史背景,展现概念形成的原生态,才有利于学生对概念的全面正确的理解。

科学技术作为一种生产力,每当社会向前推进一步的时候,就会得到迅速的发展。而科学技术的发展,也促进了人类社会的进步。科学进步和人文关怀,始终是相辅相成的两个方面。真正的物理教学应将科学史贯穿始终,应是集鲜活人生、鲜活思想和鲜活方法于一体的综合学习。在中学物理教学中引入科学史教育,使学生从科学家们探索真理的过程中、科学家的生平事迹中,科学理论不断深化发展中,学习到蕴含其中的严谨、负责、坚毅、求真、求实、理性、创新、合作等科学精神和人文精神,同时内化为学生的个性品质,养成科学的观察和思考的方法,提高自己发现问题和解决问题的能力。