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1、物理学史与物理教学相结合的情况分析及改进建议作者：侯新杰,赵 文章来源：中学物理教与学物理学史与物理教学结合是国内外基础教育改革的一项重要课题。传统物理教育对科学知识建构的过程和科学方法教育没有给以足够重视，影响了学生的兴趣、态度、情感和创造力培养，不利于学生理解科学本质，不利于培养学生的科学精神和创新能力。萨顿“将科学史作为联结科学文化和人文文化之间的一座重要桥梁”的观点，使得科学史与科学教学结合的作用日益受到重视。物理学史和物理教学的结合是改革传统物理教学的一种有益手段。我们分析我国课改前后的物理教材，发现把物理学史引入物理教材这方面的试验有了很大的改进，但仍存在不足。针对这种情况，本文进
2、一步就物理教材中引入物理学史的数量形式、途径等进行讨论。一、课改前物理学史与物理教学结合的情况许多国家都十分重视物理学史与物理教学结合。与美国等国家相比，在物理学史与物理教学结合方面，我国仍有不小的差距。这与我国科学史学科研究的规模、水准和相关理论的落后以及认识上的不足有关。我国初中物理教学大纲中仅在“进行思想教育”的部分谈到：“物理教学必须结合有关内容对学生进行思想教育。物理教学中的思想教育，主要是辩证唯物主义教育和爱国主义教育” 。 “进行爱国主义教育，就是要介绍科学家热爱祖国的事迹，介绍我国历史上和科学技术文献，介绍我国现代的科学技术成就，讲述祖国和家乡建设的发展前景及其对青年一代的殷切
3、期望，培养民族自豪感、社会责任感和对社会主义祖国的热爱，树立为祖国和家乡的繁荣富强而努力奋斗的志向。 ”（注：中华人民共和国国家教育委员会制订.九年义务教育全日制初级中学物理教学大纲.北京：人民教育出版社，1992）在高中的物理教学大纲中，也有类似的且更为简要的提法，只是在具体大纲中涉及万有引力定律时，讲到“要强调人类对天体运动的认识过程，介绍万有引力定律的发现及其对人类认识的意义。 ”（注：中华人民共和国国家教育委员会制订.全日制普通高级中学物理教学大纲.北京：人民教育出版社，1996）在这两份物理教学大纲中，除了总体上对科学史教学强调不够之外，我们还看到，专门提到的历史内容仅限于介绍我国历
4、史上的科学技术贡献，并且这是出于爱国主义教育的目的。而对于通过物理史学来帮助学生理解科学的本质、培养学生的科学精神却忽视了。二、中学物理新课程标准中有关物理学史与物理教学结合的要求随着基础教育课程改革的深入，我国对物理学史教育的作用和内容的重视有所加强。这首先反映在中华人民共和国教育部制订的全日制义务教育物理课程标准（实验稿） （注：中华人民共和国教育部制订.全日制义务教育物理课程标准（实验稿）.北京：北京师范大学出版社，2001）和普通高中物理课程标准（实验） 两份纲领性文件中。1.全日制义务教育物理课程标准（实验稿） 第一部分前言中的“课程性质”第 5 条指出：通过展示物理学发展的大体历程
5、，让学生学习一些科学方法和科学家的探索精神，关心科技发展的动态，关注技术应用带来的社会进步和问题，树立正确的科学观。第二部分“课程目标知识与技能”第 4 条指出：初步了解物理学及其相关技术产生的一些历史背景，能意识到科学发展的艰辛与曲折，知道物理学不仅指物理知识，而且还包含科学研究方法、科学态度和科学精神。第三部分内容标准中， “主题物质”在谈到第 3 个二级主题物质的结构与物体的尺度内容标准(2)、(3) 时分别指出：了解原子的核式模型。了解人类探索微观世界的里程，并认识人类对宇宙的探索将不断深入：大致了解人类探索太阳及宇宙的里程，并认识人类对宇宙的探索将不断深入。“主题二运动和相互作用”内
6、容标准和活动建议中有关物理学史的教学要求较少。“主题三能”在谈到第 2 个二级主题机械内容标准(4)时指出：了解机械使用的历史发展过程，认识机械的使用对社会发展的作用。活动建议指出：通过阅读了解人类利用机械的历史，写一篇小论文。第 3 个二级主题内能内容标准(4)指出：了解内能的利用在人类社会发展史上的重要意义。第 6 个二级主题内容标准(1)指出：能通过具体事例，说出能源与人类生存和社会发展的关系。例 1 介绍不同历史时代人类利用的主要能源。2.普通高中物理课程标准（实验） （注：中华人民共和国教育部制订.普通高中物理课程标准（实验）.北京：人民教育出版社，2003）第二部分课程目标（一）
7、“知识与技能”第 3 条中指出：初步了解物理学的发展历程，关注科学技术的主要成就和发展趋势以及物理学对经济、社会发展的影响。 （二） “过程与方法”第 2 条指出：通过物理概念和规律的学习过程，了解物理学的研究方法，认识物理实验、物理模型和数学工具在物理学发展过程中的作用。第三部分内容标准（二）共同必修模块物理 1 模块之（一） “运动的描述”1.内容标准(1)指出：通过史实，初步了解近实验科学产生的背景，认识实验对物理学发展的推动作用。例 1：了解亚里士多德关于力和运动的主要观点和研究方法。例 2：了解伽利略的实验研究工作，认识伽利略有关实验的科学思想和方法。例 5：通过史实，了解伽利略研究
8、自由落体运动所用的实验和推理方法。 2.活动建议(2)指出：通过查找资料等方式，了解并讨论伽利略对物体运动的研究在科学发展和人类进步上的重大意义。物理 2 模块之（三）经典力学的成就与局限性(1)指出：通过有关事实了解万引力定律的重要意义，体会科学定律对人类探索未知世界的作用。(5)指出：通过实例，了解经典力学的发展历程和伟大成就，体会经典力学创立的价值和意义，认识经典力学的实用范围和局限性。选修模块 3-2 之（一）电磁感应 1.内容标准 (1)指出：收集资料，了解电磁感应现象的发现过程，体会人类探索自然规律的科学态度和科学精神。模块 3-3 之（三）热力学定律与能量守恒 1.内容标准(1)
9、指出：通过有关史实，了解热力学第一定律和能量实恒定律的发现过程。体会科学探索中的挫折和失败对科学发现的意义。模块 3-4 之 （二）电磁震荡与电磁波 1.内容标准(1)指出：了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想以及物理学发展史上的意义；（四）相对论 1.内容标准(2)了解经典时空观与相对论时空观的主要区别。体会相对论建立对人类认识世界的影响。模块 3-5 之（二）原子结构 1.内容标准(1) 指出：了解人类探索原子结构的历史以及有关经典实验。 （四）波粒二象性 1.内容标准(6) 通过典型事例了解人类直接经验的局限性，体会人类对世界的探究是不断深入的。这两个课程标准和以前颁布实行的教学大纲相比有了
10、明显的进步，虽未明确提出使学生理解科学的本质，但对物理教学需要讲授的物理学史内容给出了明确的要求。我国对物理学史和物理教育相结合的研究起步晚，与国外同类研究相比还存在一定的差距。我国物理学史研究者和物理教育工作者虽然在一定程度上认识到物理学史的教育价值，赞同物理学史与物理教学相结合，但是他们许多看法来源于经验体会，缺乏广泛的调查分析和理论上的论证，对物理学史引入中学物理教学的作用更缺乏具体的实证性研究。三、现行中学物理教材中物理学史引入的情况中学物理教材引入的物理学史内容大致分以下几类：一是科学方法的介绍，二是科学家的生平，三是重要实验、规律、概念发现的过程及产生的历史背景，四是学派、假说间的
11、争议，五是我国古代的科学技术与物理文化。有文献研究指出，现行中学物理教材中涉及历史内容共有 88 处， （注：朱国强.物理学大事年表.中学物理教学参考，2002.3）涉及我国古代物理文化 76 处，合计 164 处。其中现行义务教育初级中学课本自然科学 （浙江教育出版社）物理部分共引入的历史内容有19 处，占总数的 11.6，且侧重第 2 类与第 3 类。高中物理新教材（人教版全日制普通高级中学教科书 2002 年第 2 版）共有 29 处，占总数的 17.7，且侧重于第 1、3、4 类介绍，其中第 3 类的内容中历史事件更完整。可见，初中主要是对学生进行情感领域的培训，高中主要是对学生进行认
12、知领域的培养，同时兼顾学生情感领域的培养，这是符合青少年学生心理和思维发展规律的，是正确的。 （注：蔡志凌.物理学史教学的现状、问题与对策研究.课程?教材?教法，2003.7）历史上许多重要实验，如伽利略的斜面实验、汤姆生的阴极射线实验、马德堡半球实验、库仓的扭秤实验、密立根的实验和卢瑟福用。粒子轰击金箔的实验等，在教材中都做了一定的描述；历史上的学说之争，如粒子说与波动说之争在教材也占有一定的篇幅。总之，新教材对物理学史引入物理教材都做出了相当努力。其中廖伯琴主编的初中物理在物理学家生平、物理学研究方法、物理学实验、发现、应用介绍和图片资料相当丰富，颇具特色。 （注：廖伯琴等主编.物理（八年
13、级）.上海：上海科技出版社，2001）四、存在不足和改进建议笔者认为，教材中引入历史内容的数量、深度及根据历史内容的特点采用合适的引入形式等方面还需进一步讨论与改革。1.虽然新教材已加强了物理学史内容的广度，但这些内容对我国古代、现代科技发明和物理文化的介绍很少。根据有关学者对现行教材中涉及我国古代科技发明的物理文化的统计，义务教育初级中学课本自然科学 （浙江教育出版社）的物理部分仅有 3 处，占总数的 12；全日制普通高级中学人教版教科书物理上下册有 4 处，占总数的13.7。 （注：蔡志凌.物理学史教学的现状、问题与对策研究.课程?教材?教法，2003.7）为此，我们建议增加以下物理学史内
14、容，如科学家生平事迹、重要概念和规律的发现，我国古代和现当代科学家对物理学发展的贡献，以及建国以来我国在军事、科技方面所取得令人瞩目的成就等。2.教材引入物理学史似乎仍处于“某某科学家某年发现的或提出了”这样的水平上。通常采用的模式是：而对关键的环节，如假说提出的过程没有详细地分析，只是一笔带过。如光的波动说在解释光电效应遇到了困难，爱因斯坦提出了光子说解决了这个问题；而爱因斯坦是怎样提出光子说，中间经历了怎样的过程，教材中没有涉及到。教材的内容编写应特别关注典型概念和规律的形成过程。3.引入史料的形式要更加多样化。除了在教材的正文及阅读材料引入外，还可以通过“思考与讨论” 、 “探索与研究”
15、 、 “想一想” 、课后习题和课内例题等进行介绍。对于历史上科学家当初做的一些比较简单的、能为中学生接受的实验、发明和发现，可作为教材的“做一做” 、思考题、课外小实验、小制作或课堂实验等让学生完成。又如在学完每一单元后，可以在“思考与讨论”的栏目中，要求学生列出这一单元中所涉及的物理学家、年代及主要成就。也可以将史料编成习题。另外，引入的史料内容根据需要可以是大篇幅，也可以是几句话、一幅图。4.对科学思维方法介绍不足，许多重要方法如假说、理想化法、类比法、对比法、佯谬（悖论）法、物理实验法、实验综合抽象思维等，都是一带而过，没有结合具体内容把方法进清楚。结合物理学史进行辩证唯物主义教育也重视不够。如有关光的粒子说与波动说之争最后统一到波粒二象性，可结合否定规律来讲人类认识的曲折性和前进性；能量转化和守恒定律，可结合普遍联系规律来讲事物是普遍联系的，批驳孤立、片面看待事物的形而上学观点。针对这种情况，教材可设置专栏或附录介绍物理学和物理学家的思维方法，结合重要物理规律阐述辩证唯物主义观点。
