物理学史是人类对自然界中各种物理现象的认识史,它研究的是物理学发生、发展的规律,说明了物理学中的基本概念、定律和理论体系的酝酿、产生和发展的辩证过程。它是一座知识财富的宝库,不仅展示了物理学理论形成的前因后果、来龙去脉,而且深刻的揭示了物理学的研究方法;它也是一块精神财富的宝地,物理学的发展极大地改变着人们的自然观、世界观,升华了人们对人与自然,人与社会的认识。与此同时,物理学家在探求真理的过程中展现出的人格魅力,不畏艰险献身科学的高尚品格,也给后人增添了无穷的榜样力量。物理学不仅以其知识、方法和思想极大的促进了自身的发展,而且在更广阔的领域深刻的影响着人类文明的进程,成为人类文化的一部分。
学习物理学史就是为了了解物理学所走过的道路,它将有助于我们更深刻地认识物理学,更有效地应用和发展物理学。过去很多人总是在说“以史为鉴”,但我们认为对物理学史的学习仅仅“以史为鉴”还远不能满足时代的要求,更应该在“以史为鉴”的基础上“以史为器”去发展、去创新。物理学史和自然科学史告诉我们,历史上的一些发明、创造并不是前人研究内容的简单重复,而往往是前人研究方法、思维特征的重现,并且它更是螺旋形上升的。
在物理教学中适当引入物理学史教育,让学生更多的了解科学发展的历程,并从前人的经验中受到启发、教益,从而感悟科学方法,提升人文素养,培养创新意识,是素质教育全面发展观的基本要求,也是落实新课标“三维目标”的必然选择。
下面,从几个方面简述物理学史的作用:
物理学科是一门综合程度极高得自然学科,它要求物理教师具有丰富得物理知识和相关学科得知识,在专业素养方面成为“一专多能”得复合型人才。新课程对物理教师得知识结构和能力都提出了新得要求,教师要通过不断学习,充实完善自己。随着科技得发展,物理研究得最新成果不断涌现,并不断融入到新教材中。所以,教师要学习这些新知识,完善自己得知识结构;新课程注重物理得教育功能,主张通过物理教育对学生进行素质得培养。但由于长期受应试教育得影响,多数物理教师在人文素养方面普遍缺失,因此,教师要学习人类社会丰富得科学知识,不断提高自己得人文素养;新课程对物理教师还提出了新得能力要求,如要具有与人交往合作得能力、教学研究能力、信息技术与教材得整合能力、课程设计与开发等能力。
在新课程内容框架下,绝大多数教师由于知识得综合性与前瞻性不足,难以独自很好地完成对学生课题得所有指导工作,要求教师之间必须建立起协作得工作思想。从仅仅关注本学科走向关注其他相关学科,从习惯于孤芳自赏到学会欣赏其他教师得工作和能力,从独立完成教学任务到和其他教师一起取长补短。
在新形势下,教师第一次处于被学生选择得地位,必须重新审视自己得知识结构,将终身学习内化为自学行为,时刻保持学习、研究、反思、发现、探究、创新及总结得态度,力求成为一个学识渊博、具有扎实得基础知识和现代化信息素质得教育工作者。
本书主要介绍了自然科学的基础科学——物理学——发展的梗概,分为古代物理学、经典物理学、近代物理学,对于现代物理学的两个基础领域天体物理和粒子物理也做了概要的介绍。本书较为突出地介绍了中国古代科学技术取得的成就及其对于世界科学进步的贡献。此外,部分章节后还附有阅读材料,主要介绍在物理学发展过程中有代表性得人物和重大事件。
几百年前,物理学叫自然科学,被人们看成是哲学的一部分。牛顿的一部经典物理学著作就取名为《自然哲学的数学原理》,这是牛顿三定律和万有引力定律的发源地。学习物理学史会告诉我们,许多物理学的新发现与哲学思潮有联系。能量守恒定律与转化定律的发现受康德哲学的影响,反过来又成了辩证唯物主义的重要依据之一。物理学的进展往往给哲学的进展提供新鲜例证,而哲学也常对自然科学指出前进的方向。
物理学作为一门科学意味着能够更多的创造出人们所需要的物质财富,对社会发展的积极作用。
在我看来,要想完整表达物理学史对我们学习的要求,应做到以下几点:
1、通过物理学史的学习,激发学生的学习兴趣。
有句话说得好,兴趣是最好的老师。当你带着兴趣去学某样东西的时候,可以达到事半功倍的效果。物理学史记载人类揭开世界奥秘和令人兴奋的探索历程。不论是否喜欢历史,大多数人都是喜欢听故事的,因为孩子最早的认知就是从故事中体味和形成的。以故事的形式讲历史学生更易接受。
2、通过物理学史的学习,培养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,也是学习物理的基本方法。物理学史中描述许多科学家善于从不被注意的一些平常现象中细心地观察与思考的事例。比如伦琴一生在物理学领域中进行过大量实验研究工作,一次实验中,他偶然发现包有黒纸的底片被曝光,但他从没放弃过着一个细小现象。正是他从这种观察能力、分析能力使他发现X射线从而获得诺贝尔奖。学生在了解物理学史知识的过程中便可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要有意识的观察,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。
3、通过物理学史的学习,培养质疑精神和提出科学问题的能力。
独立思考和独立判断的能力,首先表现在怀疑和批判的精神。科学史上大量实例表明,不囿于传统理论和观念,还迷信权威和书本,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,才没有最终迈进相对论的'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,并深刻地审查了“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。
俗话说:教无定法。在教学过程中,学生得知识获娶智力和非智力因素培养,不能单一种固定得教学模式。教学模式涉及知识、教师和学生三大要素,教与学是一个共同发展得动态过程,应明确教学过程得复杂性,综合三大要素,权衡利弊,博采众法之长,灵活选择教学方法。既要改革创新,又要着眼实际,积极参与创设启发式、开放式、范例式、合作式得教学方法。
在新课程改革中,智力因素得开发并不是素质教育得全部,学生得学习目得、兴趣、意志、态度、习惯等非智力因素是推进教学进程与实现教学效果得动力系统,对学生得学习过程起着发动、维持、调节得作用。在授课中重视物理实验和物理知识得讲授,结合介绍物理学家得故事,物理趣闻和物理史料,让学生了解知识得产生和发展,体会物理在人类历史发展长河中得作用;善于对比新旧知识得不同点,引发认知冲突,培养学生得质疑习惯,引导学生寻找当前问题与自己已有知识体系得内在联系,强化问题意识与创新精神;最后还应通过比较、分类、类比、归纳演绎和分析综合等逻辑思维方法,向学生展示知识得来龙去脉,使之知其然,更知其所以然。
物理学的发展史本身就是怀疑、批判、求真、创新的发展史。通过物理学史的教学展现物理学发展的历程, 展现在这个历程中,物理学家们对真理的追求,不同理论观点的冲突、纷争与批判,有助于培养学生的怀疑和批判精神。而怀疑和批判精神对于科学发展是不可或缺的,是创新意识和创新能力的重要特征。
从亚里士多德“力是维持物体运动的原因”到牛顿“惯性是物体的根本属性”;从牛顿的“绝对时空观”到爱因斯坦的“广义相对论”;从热质说到能量说;从光的微粒说、波动说到波粒二象性和光子说,物理学史展现的知识是一种动态的、变化的知识,呈现出人类对物理现象的认识不断深化的过程。这种过程既突显了科学家们不迷信权威,不迷信书本,敢于怀疑的创新精神,同时也隐喻着人类对自然的认识是无止境的,从而深刻的促进着人们的思想解放。
19世纪末,物理学已经有了相当的发展,几个主要部门——力学、热学、电磁学以及光学,都已经建立了完整的理论体系,在应用上也取得了巨大的成果。这时一部分物理学家认为,物理学已经发展到顶,伟大的发现不会再有了,以后的任务无非是在细节上作些补充和修正,使常数测得更精确而已。然而,也正是这个时候,伦琴发现了X射线,并导致了电子的发现。X射线一旦发现,立即取得了广泛的应用,迅速打破了物理学界沉闷的空气,极大的促进着人们思想的解放,带来了一场深刻的物理学革命,把人们的注意力引向更深入、更广阔的天地,从而揭开了现代物理学革命的序幕。
物理课程不应该把人类认识自然的历史擦去,不能被公式和逻辑的面纱掩盖。把动态的、进化的物理学理论异化为机械的公式、定律,繁、难、偏、旧的习题呈现给学生,在传统教学中是司空见惯的。其结果必将使学生对原本不断深化的物理学理论教条化、神圣化,不自觉地剥夺了学生的怀疑精神、批判精神,丧失培养学生创新能力的极好机会,模糊了物理学习的最终目的。
现有的物理知识,都是人类与物理世界的长期对话中,经过无数的曲折与反复,进行抽象概括而获得的。只有考察物理学的过去,才能理解它的现状,把握它的未来,对物理学史相关知识的探究,必将潜移默化地提升学生的科学素养和人文素养,对学生的全面发展起到积极的促进作用。
“物理学是研究物质的基本结构、物质运动和相互作用的基本规律的一门科学。物理学既是一门实验科学,又是一门具有严密逻辑体系和数学表述的理论科学。物理学从早期萌芽到近现代的发展,都以它的丰富的方法论和世界观等充满着哲理的物理思想,影响着人的思想、观点和方法。因此,物理是一门带有方法论性质的科学。”
正是因为物理有着以上的特点,而初中生的思维主要还是感性认知为主,理性认知为辅,基于这两个事实,就决定了物理的教学必须讲科学、讲严谨,讲逻辑。物理概念和规律是物理的严谨性、逻辑性的最基本的体现。否则,学生会出现科学性错误、结论表述不够严谨、过程分析思维混乱没有逻辑性,学生越听越乱,学习教学效率低下,长此以往导致学生养成脱离实际、浮躁不求甚解、生搬硬套的习惯。
“物理概念和规律有以下特点,物理概念和规律是感性和理性的结合,是物理学体系的基础……物理概念和规律的重要性有以下表现,培养能力、开发智力,加深对知识的理解,有助于学生科学素养的培养和提升……物理概念来源于实验和事实,并经过高度概括和抽象的产物。物理概念是人们在分析和观察了一系列事实及实验,抽象概括出了一系列具体现象的共同特征,从共同特征中抓住了其本质特征的基础上建立起来的。”
物理概念是来源于实验和事实,并经过高度概括、抽象的产物。物理概念的建立过程本身就是一个由感性到理性的过程。初中生已经开始以抽象思维和逻辑思维为主要形式,但水平还很低,处于经验型向理论型过渡的时期,学生对物理概念和规律的理解和应用是学生由感性认知上升为理性认知的必由之路。物理还年反映物理事实的本质,是进入理性认识的第一步,在物理教学中,如果没有建立正确的物理概念,是认识上升到理论阶段,物理事实了解得再多,也是没有作用的。正是由于物理现象的复杂性和物理概念的特殊性、深刻性和抽象性,让学生对物理概念的认识不够深刻,所以教师要采取多种方法引导学生进行分类、比较、综合、归纳、演绎、推理,把本质特性从非本质特性中抽象出来,从而实现从感性到理性的飞跃和升华。
总之,物理概念和规律教学既是物理知识教学的核心内容,也是培养学生思维能力的重要途径。物理概念和规律是物理学体系的基础,在物理教学中,使学生形成物理概念,掌握物理规律是教师的基本任务。
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