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在新课程理念下构建物理学史的功能

时间:2022-04-13 08:40:31 浏览次数:

我国著名物理学家钱三强有过这样一段话:“物理学发展史是一块蕴藏着巨大精神财富的宝地,这块宝地值得我们去开垦,这些精神财富值得我们去发掘。如果我们都能重视这块宝地,把宝贵的精神财富发掘出来,从中吸取营养,获得效益,我相信对我国的教育事业和人才培养都会大有益处的。”越来越多从事教学的物理教师在物理课中引入物理学史的内容,但这仅被看作丰富课堂教学的一种手段。其重要的教育功能尚未引起足够的重视。新课程改革赋予物理学史很多教育功能,可以说,在课堂上引入物理学史,有利于物理课程的三维目标,即知识与技能,过程与方法,情感、态度和价值观的达成,有利于学生综合素质的提高。

一、在新课程理念下引入物理学史的内容,可以发展学生的兴趣,激发其继续学习物理的欲望

哈贝马斯(J.Habermas)在《知识与人的兴趣》中区分了人的三种基本认知兴趣:技术兴趣、实践兴趣与解放兴趣。技术兴趣是“通过建立在经验性规律基础上的合规则的行动而对环境加以控制的人类基本兴趣”,它指向外在目标,把环境当作客体,其核心是“控制”;实践兴趣是“建立在对意义的一致性解释的基础上、通过与环境的相互作用而理解环境的人类基本兴趣”,它指向行为自身的目的,强调理解环境以便能与环境相互作用,其核心是“理解”;解放兴趣是最基本、最“纯粹”的兴趣,是“人类对解放和权力赋予的基本兴趣,这类兴趣使人们通过对人类社会之社会结构的可靠的、批判性洞察而从事自主的行动”,它整合了自主和责任,其核心是“自我反思”。物理学史的引入,有利于学生发展这三种兴趣,特别是实践兴趣和解放兴趣。一方面,通过对物理学史的介绍,可以帮助学生更好地理解物理学的规律,形成探究的愿望,并促进学生运用所学知识去认识世界、改造世界,从而发展学生的实践理性;另一方面,物理学史可以帮助学生用历史的眼光来看待自我的成长,更好地进行“自我反思”,通过“认识自我”、“改造自我”,发展学生的解放理性。

兴趣的养成又可以激发学生继续学习物理的欲望。杜威指出:“最重要的态度是能养成继续学习的欲望。如果这方面的动力减弱而不加强,那么,就会发生比仅仅缺乏预备更加严重得多的事情。”传统的教学重视知识的传递,却往往忽视了对学生学习欲望的培养,直接导致学习的后续动力不足,不利于学生的“终生学习”。而物理学史恰可以弥补其不足。根据马斯诺的“需要层次说”,“自我实现的需要”是人最高层次的需要,自我实现者与常人的区别是自我实现者能更经常地产生“高峰体验”。物理学史中有大量物理学家自我实现的事例,通过介绍这些事例,可以创设使学生分享科学家“高峰体验”的情境,激发学生“自我实现”的主观愿望,潜移默化地使学生的学习动力得到了加强。

二、在新课程理念下引入物理学史的内容,有利于促进学生对物理学规律的理解,提高问题解决的能力

教育重演论(Recapitulation theory of education)认为,“现代学生的学习过程是对人类文化发展过程的一种认知意义上的重演,即现代人的认知发展是对其祖先认知水平长期演化过程的浓缩”。只有在相应的文化背景中学习,才能构建合理的知识体系。从这个角度讲,教育重演论为物理学史的引入提供了理论支持,物理学史已经成为物理教学必不可少的有机组成部分。

从整个物理学科的发展来看,物理学可以分成两大块,一块为物理学知识,另一块为物理学史和物理学方法论。如果说物理学的理论体系是骨架的话,那么物理学史无疑是附着在骨架上的血肉。因此,对物理学中各个基本概念、基本规律和基本理论,只有了解它们产生、形成和发展演化的过程,才能深刻掌握它们的意义。

物理教学不光要教授物理知识,更要把相关的历史背景介绍给学生,让学生能够在物理学史的背景下对物理知识进行“重演”。比如在惯性定律的教学中,由于日常生活中没有那种不受力的状态,学生难以在脑海里构建相应的物理情境,因此在认识上有模糊的地方。如果在教学中能呈现历史上关于这个问题的各种不同观点,通过亚里士多德到伽利略再到牛顿这根主线,让学生“重演”这段物理思想的形成过程。则正确的物理图象取代了从前模棱两可的观点,学生就自然而然地排除了错误的认识。

引入物理学史可以提高学生的物理“建模”能力。合理的“建模”对问题的解决能起到决定性的作用,对学生的思维发展大有裨益。比如,“质点”虽然是一个简单的理想化模型,但这个模型的建立能够帮助学生从众多现象看到事物的本质,帮助学生树立起“微元”思想,而“微元”思想又加强了学生的“建模”能力。告诉学生物理学家对这类问题的处理方法,对学生的学习往往能够起到“正迁移”的作用。

物理学史还可以帮助学生澄清疑难。事实证明,许多在物理学史上争论过的问题,也往往是学生学起来有困难或容易出错的问题,在相应的教学中,教师把物理学家认识世界的方式告诉学生,让学生进行心理上的“重演”,有利于促进学生对这些疑难问题的真正理解。

三、在新课程理念下引入物理学史的内容,有利于提高学生科学素养

理科教育的目标是提高学生的科学素养,而物理课在其中起到重要的作用。《普通高中物理课程标准(实验)》对此作了说明。物理教学的目的不能局限在具体物理知识的学习,而应当多关注对学生科学素养的提高。在这个过程中,物理学史的渗入能起到潜移默化的作用。

首先,物理学史的引入有利于学生科学精神的形成。科学精神不是通过课堂灌输就能形成的,它需要教师的积极引导和学生的主动建构。教育家伊根(K.Egen)把人类社会的文化发展划分为四大阶段:神话阶段(4、5岁—9、10岁),浪漫阶段(9、10岁—14、15岁),哲学思辨阶段(14、15岁—19、20岁)和隐喻批评阶段(19、20岁后)。其中第三、第四阶段,即哲学思辩阶段和隐喻批评阶段对学生养成科学精神至关重要。中学生一般处在哲学思辩阶段,他们往往不再满足对现象的观察,而是希望能从现象中发现事物的内在规律。通过物理学史在物理课上的渗入,让学生领会到物理学家认识世界的模式,还原了科学发现的本来面目。如对光的本性的教学,若能围绕历史上关于这一问题的争论,在课堂上展开讨论,对培养学生逻辑的严密性,辩证思想和分析、综合能力大有帮助。

其次,物理学史的引入有利于学生科学态度的养成。爱因斯坦在《论教育》中说:“发生独立思考和独立判断的能力,应当始终放在首位,而不应当把获得专业知识放在首位。”以往的物理教学过于强调学科体系,过于注重专业知识的系统传授,讲究在教学过程中的滴水不漏。一节节的物理课上下来,呈现在学生面前的物理知识成了一个整体,其牢不可破的程度足以吓退学生探索物理的尝试,从而让学生失去学习物理的信心,更没有勇气去怀疑、去探究。这样的做法违背了科学发展的本质。库恩(T.Kuhn)指出,科学是按照原始科学(范式尚未建立)→常规科学(范式确立并占统治地位)→革命科学(常规科学的范式受到挑战)→新的常规科学(新的范式确立并占统治地位)的路线发展的,科学发展是一个范式转化的、动态的过程。而科学范式的转化不只是科学知识的变化,更重要的是其基本思想、基本观念的变化。因此通过物理学史在物理教学中的渗入,才能让学生认识到:物理学充满了怀疑、批判和超越。这样做可以让学生用发展的、动态的眼光看待物理学,养成敢于怀疑,勇于批判的科学态度,形成独立思考和独立判断的能力,从而在学习和探究物理的过程中发展个性。

最后,物理学史的引入还有利于学生对科学方法的掌握。掌握科学方法要比单纯地掌握科学知识重要的多,这也是当前新课程改革积极倡导的。这里的科学方法不是指如何解题的“解题方法”,而是发现问题、提出问题、解决问题的方法,是“科学发现”与“科学创新”的基本方法。如理想实验忽视次要因素,对学生来说就是一种思维训练;再如法拉第“电可以生磁,磁也一定可以生电”的信念,可以帮助学生形成“对称”的思想……。物理学史中有大量这样的素材值得去挖掘,运用好这些素材,可使学生在学习物理的过程中受到科学精神的熏陶和科学思维的训练,掌握科学方法,提高科学素养。

四、在新课程理念下引入物理学史能的内容,有利于发挥物理课的美育功能

发挥物理教育的美育功能,在理科教学中加强对学生的人文素养关怀,是一个在物理教育中越来越被重视的问题。中学生正处于爱幻想、爱“美”的年龄段,在物理教学中如能用“美”来启发引导他们进行合理的猜想,寻找探索方向,使他们逐步树立科学的审美观,提高直觉的思维能力。

通过物理课的学习,除了要让学生感受到物理理论的美,更要使他们感受到物理中科学精神美与科学方法美。“值得鉴赏的不仅有物理定律,更有许多著名的物理学家”。物理学蕴涵的美,不仅体现在物理知识本身,同时还体现在科学家探究科学的过程中。在这个过程中物理学家表现出的人格之美,精神之美,往往要比物理知识本身更具有震撼人心的教育力量。如布鲁诺为捍卫真理而献出宝贵生命的故事;爱因斯坦从一名专利局的职员成长为伟大科学家的故事,都体现了这种科学精神之美。

五、在新课程理念下引入物理学史的内容,开发物理学史作为“隐性课程”的功能,有利于德育

隐性课程有别于显性课程,它是“学生在教学计划所规定的课程外所受的教育”,是“非计划的学习活动”。隐性课程能在具体学习之外使学生无意识或有意识地获得经验。从这个角度讲,可以把物理学史看作一种隐性课程。将物理学史引入物理课中,让学生在学习物理知识的同时进行“附带学习”,在这个过程中自然渗透了对情感、态度和价值观的教育。

如在反冲运动的教学中,可列举:1. 火箭产生于我国宋代;2. 现代火箭的发源地却并非中国;3. 随着“神州”五号载人飞船的成功发射和回收,我国已成为世界仅有的几个能发射和回收载人飞行器的国家之一。通过讲授这段历史,使学生为我国悠久的科学历史而骄傲,认识到中华民族是伟大、智慧的民族,增强了民族自豪感,同时又认识到科学上不进则退的道理,对学习也是一种促进。若能见缝插针地介绍我国的登月计划,则能激发学生的使命感,让学生将个人的抱负与祖国连在一起。

新课程改革倡导学生间的关系由“竞争”转为“合作”,强调人与人之间的理解、沟通和共识。这在物理学史中有大量的例证。英国物理学家卢瑟福说过:“科学家不是依赖于个人的思想,而是综合了数以千计人们的智慧。”能量守恒定律的发现是多个国家的科学家合作的结果;卢瑟福和他的午餐讨论会对原子物理学的发展起到了重要的作用;爱因斯坦的伟大成就与“奥邻匹亚科学院”密不可分……。在物理教学中,要善于运用这些典型事例来培养学生互助合作的精神。

保罗.朗之万说过:“在科学教学中加入历史的观点是有百利而无一弊的。”在中学教学中引入物理学史,可以提高学生的知识和技能,让学生了解科学发现的过程与方法,同时在潜移默化的过程中渗透了对情感、态度、价值观的教育,可以说起到了“一石多鸟”的作用。如何在新课程的背景下把物理学史的内容融入物理教学中,以促进学生的全面发展,这需要广大物理教师在实践中积极探索。“读史可以明智”,这句话对学生是这样,对物理教师也是如此。

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