物理学发展史体现了人类逐步认识和探索物理世界的历程,包含了探索者在认识自然的过程中的思索、创造的艰难与成功的喜悦。物理学史中有许多可用于“教书育人”的素材资源。因此,物理学史不是物理课堂教学中可有可无的附属物和装饰品,而是物理教学中重要的一部分。
前些天上了一堂课《万有引力定律及引力常量的测定》,这是鲁科版高一物理必修二第五章的第一节课。依据教材的编排,我首先引导学生应用牛顿运动定律和开普勒定律对万有引力定律进行了推导,然后向学生介绍万有引力定律的内容、公式、各物理量的含义以及定律的适用条件。最后就应该是对“引力常量的测定”这一环节的教学了。
牛顿虽然发现了万有引力定律,却没能给出引力常量。这是因为一般物体间的引力非常小,很难用实验的方法将它显示出来。1789年,即在牛顿发现万有引力定律一百多年以后,英国物理学家卡文迪许,巧妙地利用扭秤装置,第一次在实验室里比较准确地测出了引力常量。考虑到万有引力常量的测定在物理学上具有重要的意义,因此教材中对卡文迪许的扭秤实验作了比较详细的介绍。然而,卡文迪许的扭秤实验比较复杂,对学生来讲难以理解,教学中我为了提高学生的学习兴趣,插入了对物理学家卡文迪许及其科学研究过程的介绍:“卡文迪许是一位英国公爵的后裔,后人对他的评价就是:这是第一个测出了地球质量的人,同时他也被称作:一切有学问的人当中最富有的,一切富有的人当中最有学问的……”。结果同学们听得津津有味,带着对卡文迪许浓厚的兴趣,同学们非常投入的跟着我一起学习了“引力常量的测定”这一部分的内容。
这一个教学环节的成功也让我认识到物理学史在物理教学中确实有着极其重要的作用。纵观物理学发展史,可谓群星璀璨,从亚里士多德、托勒密、第谷、开普勒、伽利略……到牛顿、爱因斯坦;从奥斯特、安培、法拉第……到麦克斯韦、赫兹……。每一位科学家都代表了物理学一个阶段的最高成就,整体来看又可以发现他们后者超越前者从而引领物理学不断前进的历程。从某种意义上说,物理学的发展史,就是物理大师不断怀疑、批判、继承旧的理论体系,提出新观点,创立新理论的历史。
巧妙运用运用物理学史的教学,可以起到启迪学生智慧,发展学生个性,培养学生的创新精神的目标。物理学史不仅记述了物理实验和理论的发展过程,而且记述了物理学家的活动,并且反映了他们对待科学的兴趣和态度,以及方法上的创新和思维上的突破。一代代科学家不拘于既定的、看似显而易见的、根深蒂固的观点,提出诘难,运用创造性思维挣脱旧框框的束缚产生了一次次的飞跃。物理学史包含大量的可以启迪学生智慧和创造性思维形成和发展的案例,比如:麦克斯韦发展了前辈科学家的物理思想,建立了系统的电磁场理论并预言了电磁波的存在,为现代电磁规律的广泛应用奠定了基础。正是有了电磁理论的不断发展,才相继出现了对人类社会生活影响深远的发电机、电动机,才导致了无线电的诞生,才有了卫星通讯,才有了如今的互联网时代。爱因斯坦突破牛顿力学的旧框框,提出“光速不变原理”和“相对性原理”,并于1905年发表《论运动物体的电动力学》一文,使相对论的发展达到高峰。通过对他们的生平事迹,他们在科学上的重大发现和发明,他们热爱科学和追求真理精神的鲜活过程的叙述和分析,启迪学生智慧,发展学生个性。
物理学的发展告诉我们,在科学的道路上,没有平坦的大道可走,只有那些沿着陡峭山路攀登的人,才有希望到达光辉的顶点。实施素质教育,一个重要的方面就是要培养学生严谨治学、不畏困难、勇于探索的精神,这方面,物理学史可谓有着得天独厚的条件。为了宣扬日心说,伽利略等人不畏强暴,坚持真理,直至受到教会的不断迫害。在宣判结束时他还在说“地球还是在动呀”;牛顿则大胆地将地面上的物体间的相互作用推广到天体,提出了具有划时代意义的万有引力定律;法拉第对电磁感应的研究,也是十年磨一剑,才终于发现了电磁感应定律;居里夫妇为了寻找放射性物质,他们在简陋的棚屋里,冒着生命危险,从成吨的铀矿渣中分离其含量仅占百万分之一的新元素。这些举不胜举的科学事例,使学生在学到知识的同时,思想也能不断受到熏陶,为其今后从事科学事业打下基础。
运用运用物理学史的教学,可以使学生感受到物理和谐与美的教育。物理科学不仅揭示了美的本质,更丰富了美的内涵。物理规律本身是美妙和谐的,它符合审美的所有要求,反映了该领域所固有的审美内容。物理教学中的美育任务,就是在传授知识的同时,增强学生对科学的审美感受能力,同时丰富学生的理性积淀,以至创造美。库仑于18世纪通过实验总结出来的关于点电荷间相互作用的规律,但他认为电与磁是完全不同的实体,这种观点在当时得到了安培和托马斯·杨的支持,但没有说服丹麦物理学家奥斯特。奥斯特崇尚哲学,哲学中关于“美是表现在有限中的无限性”以及“美的要素是高于形式的普遍性”的思想对奥斯特有着无与伦比的魅力,他于1812年提出了电与磁之间存在着联系,于1820年发现了磁针在通电导体附近转动的现象,从而改变了一直连续两个世纪电和磁截然无关的观点,首次找到了电与磁的联系,为电磁理论奠定了基础。物理教师在向学生传授物理知识的同时,在物理发现、物理表述中让学生提升美的素养,得到美的教育,将美育教育贯穿于整个物理教学中,既给学生创设了美的情景,使学生受到了美的熏陶,又培养了学生学习物理的兴趣,激发学生学习物理的欲望,这对目前“物理难教”的中学物理教学不失为一种有益的尝试。
物理学是一门实验学科。通过物理学史的教学也有助于培养学生的观察能力和实验能力。物理学史上有许多物理学家重视观察、精于实验、擅长思维、讲究方法而取得成功的大量典范,可以让学生了解到观察、实验的重要性,自觉地接受这方面的训练。如开普勒整理和研究他的老师第谷观测星体的有关资料和图表时发现,如果按传统的观念,把行星轨道当作圆计算,他计算出来的火星位置与第谷的观察数据相差8弧分的误差,于是他开始研究这不容忽视的8弧分的误差,从而得到了开普勒第一定律。理论离不开实践,学生可以从中认识到任何一个理论都要经过实践的严峻考验。科学家们会毫不留情地用实验这门重炮去轰击每一条定律,不管它有多么悠久的历史,多么崇高的权威,只要发现一点点误差都要深入研究、修正、改进,甚至完全放弃。所以运用物理学史的教学有助于培养学生的观察能力和实验能力。本节课中卡文迪许测量万有引力的实验,尽管没有仪器不好讲,但这个实验构思精巧、意义重大。我在课堂上结合物理学史向学生介绍这位“一切富有中最有学问的,一切有学问中最富有的”物理学家及其实验,既发人深思,又引起了学生对物理学习的兴趣,从而达到了良好的教学效果。 (责任编辑:南粤论文中心)转贴于南粤论文中心: http://www.nylw.net(南粤论文中心__代写代发论文_毕业论文带写_广州职称论文代发_广州论文网)