物理学史在通识教育中的作用

伽利略 确立了实验在物理学中的地位，使物理学成为以实验为基础的真正意义上的科学
牛顿 建立了比较完整的力学体系和严密的数学基础。
爱因斯坦 建立相对论，使物理学研究对象从低速扩展到高速。
普朗克 使物理学研究对象从宏观扩展到微观。
物理学史是研究人类对自然界各种物理现象的认识史，它的基本任务就是描述物理概念、定律、理论和研究方法的脉络，提示物理学观念、方法和内容的发生、发展的原因和规律性。今天是昨天的延续，了解历史是为了更好地把握未来。所以在物理教学中，物理学史理应成为一种珍贵的教学资源。但由于受应试教育观念的影响及物理教材本身的因素，物理教师很难把物理学中丰富多彩的内容引人入胜地传达给学生，使得学生对物理基本概念、规律的由来只知其一不知其二，物理知识在学生看来是深奥、难懂的，因而学生对学习物理越来越觉得乏味、难学，越来越缺乏热情。这与物理学在科技与社会发展中越来越重要的地位是相矛盾的。而研究学习物理学史，在教学中必将为物理教学注入新的活力，还“历史”真像与学生，让他们一同与人类探索自然的历史，与科学家追求科学、追求真理、勇于实践、艰苦卓越的奋斗足迹，共悲同喜。这将赋予物理知识于生命意义，有利于激发学生学习物理、攀登科学高峰的热情，下面就几个方面谈谈物理学史在物理教学中的作用

物理学史是研究物理学发展历史的科学，它不仅真实记载描述了物理科学形成发展历程，而且解释与分析了历程的形成背景与规律，不仅包含物理科学知识体系逐步成熟发展的过程，也包括科学家们探索追求真理的事实与故事。物理学史教育就是向学生传授物理学史方面的知识，通过了解物理学家的创新思维和实践使学生受到科学思想、科学精神的教育和熏陶，从而促进学生各种能力和全面素质的提高。在教育改革的新形势下，将物理学史教育引入中学物理教学中，以成为物理教学工作者的共识，越来越受到重视。诚然中学物理教学中不可能进行完整的学史教育，只能从中选区很少部分内容，尽管如此它仍具有都方面的教育功能。但如何才能发挥物理学史教育功能是在物理教学过程中实现素质教育的一个重要的环节。下面谈几点我在教学中的体会：一、培养创新精神在物理教学中，为了培养学生的创新意识，仅仅像通常所做的那样从内容的衔接上提出问题是远远不够的，必须从真实的物理学认识发展的历史进程中，展示物理学探索过程中问题背景的演化，阐明重大物理学问题产生的历史条件及其所导致的深远后果。因此在物理教学中，需要用物理学史上的精彩事例培养学生独立思考的能力，提高学生善于提出科学问题的灵性和聪慧，使他们的思想沉浸在好奇之中。物理学史上这样的例子是很多的。如在1932年，约里奥居里夫妇做了α粒子轰击铍的实验，发现从铍发射出一种强度不大但穿透力极强的射线能从石蜡中打出质子，他们却错误地认为这一中性射线是g射线。而当时在英国卡文迪许实验室工作的查德威克看到他们的论文后，立即进行了更细致的研究，正确地做出了铍辐射中含有大量的近似等于质子质量的中性物质成分把它称作中子。这个史实中，约居里夫妇由于缺乏创新的意识而功败垂成，相反查德威克受到以前卢瑟福的学术讲演的启发，存在强烈的创新意识因而取得了辉煌的成就。再比如JJ汤姆生的贡献不仅在于巧妙进展的实验设计测出了电子荷质比，更难能可贵的是并不停留于此。而是在这基础上敢于同传统的观念决裂，第一个大胆的确认电子的存在，使他超过了同时代的许多物理学家。而相反，英国的舒斯特十年前就测出的荷质比与汤姆逊的结果基本一致，却受传统思想的束缚终未开启理想大门。在教学中引入这些例子活跃了学生的思想，激发了学生的创新意识。教育是知识创新、传播和应用的主要基地，也是培育创新精神和创新人才的重要摇篮。在学校教育中，注重激发学生独立思考和创新意识，培育学生的科学精神和创新思维习惯，对于增强全民族的创新能力是至关重要的。二、启发创新思维1、激发学生的兴趣。“兴趣是最好的老师”，中学生好奇心强，求知欲强。将物理学史引入教学中，将物理学上一些重大发现的历程渗透到教学中，让学生自己加入物理知识的发现过程，体会科学发现的兴趣和心理上的满足。如在讲牛顿第一定律时，教师可引导学生分析伽利略的理想斜面实验，就学生已有的知识完全可以分析出正确的结果。在学生得出正确答案时，教师应及时肯定一句肯定可以调动学生的情绪，唤起学生的好奇心和奋发向上的激情。2、鼓励学生发表意见，启发学生用发散思维，根据已有的信息，寻求多样性的答案。如何回答问题是创新力的直接体现，用新的、最简单、最经济的方法回答问题才是创造。训练多思路的解决问题是培养创新能力的有利方式。思维总是从问题开始的，创造性思维更是发端于大胆怀疑，从大胆怀疑到提出问题、解决问题，就是许多物理学家做过的成功之路。爱因斯坦在回答别人问题问他为什么能做出创造时说：“我没有什么特别的才能，不过喜欢寻根问底的问吧了。”能够提出问题包括提出别人料想不到的离奇古怪的问题，表明人在动脑筋，在积极地思维，在进行探索，可能就是创新的开始。在教学中充分挖掘教材，适时鼓励学生大胆猜想、提出问题。如在原子物理教学中，从汤姆生模型到卢瑟福模型，再到波尔模型，最后到量子模型，每一次都引导学生发现模型的“毛病”并寻找其原因，提出新的猜想，使之体会到猜想的乐趣。对于学生一些独特的想法，甚至是超出常规的或是错误的想法，教师应和他们一起讨论，对错误的想法也不要一概斥之为瞎想，鼓励而不是打击他们大胆猜想、提出问题的积极性。可以向他们讲述一些物理学家大胆猜测、提出问题的实例。如开普勒在研究行星运行轨道时，用19种可以想象的轨道计算都不成功，最后证明椭圆轨道是正确的。就因为爱因斯坦的大胆提出“光速不变”的原理，从而开辟了现代物理的新纪元。3、鼓励自己动手。动手是训练直觉和形象思维的重要手段之一，动手是推动创新的强劲因素。在中学物理教学中，适当的选择一些物理学家们通过实验发现问题进而研究，得出新的结论的例子。如1820年，奥斯特无意中的一次实验，让他发现了电流的磁效应现象。再比如1934年费米小组在用中子轰击铀235时，得到了与中子轰击其他重元素不同的结果，这就是最早出现的重核裂变。正是因为科学家们勤于动手才发现了这一系列现象。三、渗透创新方法掌握创新方法是实现创新的基础。著名的俄国科学家巴甫洛夫曾经讲过：“有了良好的方法，即使是没有多大才干的人也能做出许多成就；如果方法不好，即使是有天才的人也将一事无成。”学生创新必须掌握一定的创新方法。1、类比方法采取各种技巧，造成丰富的联想，灵活的利用各种类比，使不同的信息互相作用。在中学物理教学中，有选择的分析一些物理学史中成功的类比实例，可以让学生从中学习掌握类比思维的基本内容。例如，英国物理学家卢瑟福为了验证汤姆生的原子模型的正确性，进行了α粒子的大角度散射实验。实验的结果使他只能放弃汤姆生的原子模型，而实验的数据得出“除非采取一个原子的大部分质量集中在一个微小的核内的系统”。由此，卢瑟福将原子和太阳系进行了大胆的类比：第一、原子核和太阳类比，在各自的系统里都是体积很小、质量很大。第二、电子和行星类比，在各自的系统均是质量很小。第三、原子核与电子间的引力和太阳与行星间的引力类比，均符合平方反比定律。在此基础上，卢瑟福大胆提出了原子的“行星模型”：一切原子都有一个核，他的半径小于10-12厘米，原子核带正电，电子象行星一样绕核高速旋转着。让学生有效地掌握物理类比思维，有助于增强他们的主体意识和创新意识，充分开展自助学习，并在学习活动中发展学生的思维能力。物理类比还能给抽象的事物赋予间接的直观形象，把研究对象具体化，使学生比较容易的形成物理概念、掌握物理规律。因此，我们必须充分利用物理学史，努力培养学生学习物理不可缺的思维形式——物理类比思维。2、逻辑推理和实验验证法在讲解自由落体运动时，可以把伽利略发现规律的整个历史过程介绍给学生。他把试验和数学结合起来，既注重逻辑推理又依靠实验验证，这样就构成了一套完整的科学研究方法，可以表示为：对现象的一般观察—提出假设—运用数学和逻辑进行推理—实验检验—形成理论物理学是一门实验学科，因此实验也是很重要的一个方法。物理学史对培养学生创新思维的教育功能是巨大的，本文只介绍了一部分。由于利用物理学是培养学生的创新思维还是一个新课题，需要探讨的问题还很多，还需要在今后的教学深入探索、实践，使中学物理素质教育不断走向成熟和完善。

可以更好地领悟物理知识，知道知识的来龙去脉，更好的体会到历史发展和人类进步的关系，科学技术是如何推动了人类的发展等意义，将物理推向一个更高的高度，

　　在通识教育中有目的的渗透物理学史是完全必要的，也是切实可行的，物理学史的教育可以激发青年学生学习科学知识的热情；可以促使学生领悟科学的思维和科学的研究方法的重要性，可以有利于培养学生的创新意识和创新能力，可以感染学生，使他们从小具有追求真理、永不退缩为科学献身的精神。