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1、物理学史载培养科学探究能力中的价值科学探究是物理学的本质特征之一；新课程倡导物理教学以科学探究为中心的新理念，正是体现物理学的本质与促进学生科学素养发展相统一的要求，也是国际物理教育发展的共同趋势。那么，何谓科学探究呢？现代教育科学使用的“科学探究”一词往往具有两个层面上的含义：一是科学探究活动，二是科学探究技能。探究技能是对学生能力方面的要求，是完成科学探究活动的基础与保证。一个有科学素养的探究者，必然要具有以下探究能力：根据情境提出问题的能力；根据问题和条件，提出解决问题的假设的能力；根据假设和条件，设计验证方法的能力；观察与分析能力；收集与处理信息能力和概括结论的能力以及与伙伴合作和交流
2、的能力。探究能力在人的一生发展中所起的作用是不言而喻的，正如物理学家劳厄说的：“重要的不是获得知识，而是发展思维能力。教育给予人们的是当一切已学过的东西都遗忘掉的时候所剩下来的东西。”对于物理课程学习而言，“剩下来的东西”便是科学过程和科学方法，即科学探究的能力。物理学史本质上是一门历史科学，它以人类与物理世界对话的历史为研究对象，融合了与物理学有关的自然科学以及与人类思想、社会历史发展有关的文史哲的多学科知识，是一门自然科学、人文科学、社会科学、思维科学紧密交叉渗透的综合学科。通过描述物理学家探索科学的成功与失败、喜悦与懊悔、曲折与反复、分歧与争论，使受教育者科学思维得以训练，精神上受到感染
3、，意志得到磨炼，正确理解人与社会、自然的关系，从而使心智得到和谐发展由于物理学史其内容的特点及它所具有的丰富教育因素，决定它在培养学生科学探究能力中发挥独特的功能。一、引物理学史，提高观察和分析问题能力物理学是一门以实验为基础的科学，观察和实验既是研究物理学的基本方法，也是学习物理学的基本方法。物理学史描述了许多科学家善于从不被人注意的一些平常现象中，细心地观察与思考的事例。比如德国著名物理学家伦琴在一次实验中，偶然发现离包有黑纸的阴极射线管不到1 米处的一块亚铂氰化钡做成的荧光屏发出闪光，他没放过这一个细小的现象；正是他这种观察能力、分析能力使他最终发现了X射线。在他之前，1800 年哥尔茨
4、坦曾发现过这种现象，他却以此来论证他的错误观点；1887 年克鲁克斯曾发现过未知射线使他的底片变黑，他却以为是底片的质量问题，并把底片退还给厂家；1894 年汤姆生在测阴极射线的速度时，也做了观察到X射线的记录。他当时却没有功夫专门研究这一现象，只在论文中提了一笔。还有英国牛津大学的物理学家斯密士也观察到了 X射线。学生在了解物理学史知识的过程中便可以认识到注意观察和认真进行实验是学好物理学的关键。因此，在今后的学习中就要有目的地观察，亲自动手实验，逐步培养勤观察、勤思考的习惯，这种能力的培养在今后的工作中将受益无穷。二、引物理学史，培养科学非逻辑思维能力学习物理学既要使学生受到严格的逻辑思维
5、的训练，又要使他们不把思维模式化、固定化；物理学史的特殊性恰能具有这样的功效，通过物理学史的学习能进行非逻辑的反常思维训练。在通常的物理教学中，向学生讲述的多是科学研究中理性的逻辑的方法，而在实际的科学发现中，科学家们的创造工作却常常带有浓烈的非理性，非逻辑的色彩，敢于突破前人的传统观念，常常是突破性发现的必要条件。物理学史中的大量事例，都可以揭示出科学创造的这一本质。例如，当安培提出分子电流假设时，人们还根本不了解分子的电结构；“电子”也是 70 多年后才发现的。泡利在提出“中微子”假设以及麦克斯韦的电磁波理论等等这些重要发现并不是经验事实必然的逻辑结果。正是由于许多带有革命性的概念和理论本
6、身就不是从已有的理论中逻辑的推演出来的，那么以纯粹的逻辑方式来讲授，不仅学生难以接受，而实际上也是不可能的。只有把它放到认识的历史长河中去，讲清它们的来历和脉络，并做出辩证的分析，才能使学生理解和接受。学习物理学史，正是一种科学思维的训练，通过介绍人类揭开物理世界奥秘的探索历程，使学生获得思维方式的某种升华。三、引物理学史。培养质疑精神和提出问题的能力在物理教学中，为了培养学生提出科学问题的能力，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展中，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。科学史上大量事
7、例表明，不囿于传统理论和观念，不迷信权威和书本，是科学创造的思想前提。众所周知，在爱因斯坦之前，洛伦兹和彭加勒已经走到相对论的大门口，只是由于未能摆脱绝对时空观的束缚，才没有最终迈入相对论的门槛。正是由于爱因斯坦抛开了“绝对运动”和“静止以太”的观念，并深刻地审察了“同时性”概念的物理学根据，才创建了狭义相对论，引起了人类时空观的巨大变革。同样，1956 年，当精确的实验结果把“”尖锐地摆到物理学家们面前时，正是杨振宁和李政道敏锐地审察了从未被人怀疑的宇称守恒定律的适用范围，大胆提出了弱相互作用中宇称不守恒的假说，从而导致了物理学理论的一个突破性进展。物理学家中几乎每一个重大发现都表明，创造性
8、思维活动起始于对困难或问题的认识，是围绕着解决问题展开的；批判的头脑和质疑精神，是打开未知科学大门的钥匙。四、引物理学史，学习和应用科学方法拉普拉斯说： “认识一位天才的研究方法， 对于科学的进步，并不比发现本身更少用处，科学的研究方法经常是极富兴趣的部分。”在物理学的长期发展中，确实创立了许多很成功的成熟的常规方法，如理想模型、理想过程、理想实验，这些可行的、近似抽象的方法促成了许定律的发现。其他如观察和实验、分析和综合、归纳和演绎、类比和联想、猜测和试探、佯谬和反证方法、逻辑推理方法、科学假设方法、科学研究方法等。科学史上有科学大师们熟练而巧妙地运用这些方法取得重要成果的大量生动事例，利用
9、这些事例可以对学生进行具体的科学方法的教育。众所周知，伽利略在物理学史上占有重要地位，被后世誉为“近代科学之父”，这不仅与他在科学上的伟大成就有关，而且与他在科学方法上的创新、引导自然科学走上了正确的道路。伽利略创立的科学实验方法，改变了从直观感觉或臆想出发纯粹逻辑地推演出结论的思辨方法，强调对直观感觉材料要做理性分析，要由实验检验。他非常重视观察和实验，制造出望远镜对星体进行观察；为了证实重物下落不比轻物快的结论，他亲自登上比萨斜塔做自由落体实验。伽利略还把实际的实验与理论思维紧密结合起来，形成一种新的方法理想实验的方法，并用此法导致了惯性定律的发现。又如汤姆生运用类比方法，把法拉第的力线思
10、想转变为定量的表述，为麦克斯韦的工作提供了十分有益的经验。通过物理学史的学习，使学生感受到物理大师们用有效的方法，一步一步地掀开真理帷幕的那种科学创造的震撼与感染，从身临其境地参与感中获得科学方法论的升华。五、引物理学史，培养合作和交流的能力科学是全人类的事业和财富。任何一个科学概念的形成，每一个科学定律的建立，所有重大的科学发现，都是经过不同国家，一代乃至几代人的艰苦积累，汇聚和利用了许多人的研究成果才得以以完成的。如劳伦斯发明回旋加速器相当于一座规模庞大的工厂，需要大量的工程技术人员、实验家和理论家协同工作。正如劳伦斯在他的诺贝尔物理学奖领奖词中说的：“从工作一开始就要靠许多实验室中的众多
11、能干而积极地和作者的集体努力”，“不论从哪个方面来衡量，取得的成功都依赖于密切和有效的合作”。又如，牛顿的万有引力定律是在哥白尼、开普顿、伽利略、惠更斯、胡克等人研究的基础上，又经过牛顿长达20 年的探索才得以完成的。从这些史料中我们可以看到，科学是全人类的事业和财富。将这部分史料引入课堂，以强化学生们的合作意识，培养学生的合作精神、集体精神，善于与他人相处，尊重他人、信赖他人，建立和谐的人际关系；只有这样，才能在将来的工作环境中发挥更大的作用。六、引物理学史。提高收集信息、分析数据、概括结论的能力科学的发展永远是曲折的，每一项重大的发现都需要科学家无数次的实验；这期间需要他们不断地收集信息，
12、从复杂、繁琐的数据中提炼出科学结论，例如爱迪生的成就不是一蹴而就的，是经过大量的信息收集和一次次的实验失败换来的。爱迪生研究电灯先后经过30 年， 主要是寻找做灯丝的材料。他曾经用了7600 种材料进行了实验，但灯丝经过很短的时间就烧毁了，实验都失败了。1879 年 10 月的一天，爱迪生在一本杂志上看到斯旺用碳丝制成白炽灯的报道，他就深受启发，用棉线烧成碳丝居然45小时没有烧毁。他不满足，后来换了竹子纤维，碳化的竹子纤维发亮持续了1200小时。可以说他的成功是他重视收集资料，斯旺的发现对他的成功起了很大的作用。还有库仑定律的建立，牛顿万有引力定律的产生无不是科学家收集信息，独立思考的结果。所
13、以牛顿曾说：我的成功是站在巨人的肩膀上的。在物理教学中要充分利用这些物理学史内容，提高学生收集与处理信息的能力，分析数据、概括结论的能力。七、引物理学史。提高解决问题的预测与猜想的能力对某一事物结果的预测与猜想是进行科学创新的思想前提；大胆对问题的预测是打开科学大门的钥匙；物理学中几乎每个重大的发现都表明了这一点。众所周知，1862 年麦克斯韦根据自己已有的实验研究结果从理论上猜测并预言了电磁波的存在，但是由于实验条件的限制没法证明。15 年后德国物理学家赫兹利用实验成功地收到并发射了电磁波。还有原子模型的建立、爱因斯坦的相对论的建立、反粒子的提出等，都是不囿于传统理论和观念，先有大胆的“猜想”，然后再设法通过实验来验证其真伪。为此教学中教师要及时鼓励学生在平时要对一些问题的分析、解决大胆“猜想”和缜密论证，在一些概念、定律、理论的教学时尽可能穿插介绍一些物理学史内容，并阐明创新始于对问题的猜想与置疑。
