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。
物理学的发展史是一部物理学方法论的发展史,物理学在发展过程中,不仅产生了宝贵的理论成果,更留给后人值得深思的物理学的研究方法。物理发展的历史证明,每一次重大科学理论的突破,往往都伴随着新的科学方法的诞生,而新的科学方法又反过来促进物理学的发展。
力学是物理学中发展最早的一个分支,机械运动是力学中最直观、最简单、也是最便于观察因而也最早得到研究的一种运动形式。然而,和物理学的其他部门相比,力学的研究却经历了更为漫长的过程。从古希腊时代算起,这个过程几达二千年之久。只所以会如此漫长,一个很重要的原因就是人类缺乏经验,缺乏正确的科学研究方法,因而也就难以得出正确的科学结论。亚里士多德是古希腊时代人类历史上少数百科全书式的大哲学家,而且是通过观察自然,运用形而上学的哲学思想方法试图解释自然,奠定物理学思想萌芽的人。然而,由于历史的局限,亚里士多德对自然的研究仅仅停留在“观察”和“思辩”的层面上,致使像“力是维持物体物运动的原因,重的物体下落得快,轻的物体下落得慢”等错误长期统治着人们的思想。
但是,伽利略没有仅仅停留在逻辑思辩上,而是继续做了斜面实验。他发现,落体的速度越来越快,是一种匀加速运动,而且加速度与重量无关;他还发现,斜面越陡,加速度越大,斜面越平,则加速度越小,在极限情况下,斜面垂直,相当于自由下落,不同物体的加速度是一样的。当斜面完全水平时,加速度为零,这时,一个运动着的物体就应该是沿直线永远运动下去。斜面实验表明,物体运动的保持并不需要外力,需要外力的是物体运动的改变。伽俐略最终用“理想实验”由斜面的情形推到自由落体和水平运动的情形。
伽俐略逻辑推理与实验验证相结合的思维方式,为后人找到了研究物理的正确科学方法。从此,“一门博大精深的科学已经出现”(伽俐略语,物理从此从哲学中分离出来并得以迅速发展。纵观物理学三百余年的发展史,可以看出,实验在检验已知理论,探索未知规律等方面起到了不可替代的作用。早在1687年,牛顿在其出版的《自然哲学的数学原理》一书中就已经正式提出了万有引力定律,可直到一百多年后的1798年,英国科学家卡文笛许利用扭称这一巧妙的实验装置测出引力常数后,万有引力定律才得以全面的展示在世人面前;麦克斯韦对电磁波理论进行了长达十年的研究,并以一组简洁的数学方程把电磁波理论概括得十分优美对称,但当年却难以令人信服,直到二十多年后他预言的电磁波被赫兹的实验所证实,他的学说才成为举世公认的电磁理论基础;1905年,爱因斯坦用光电子假说总结了光的微粒说和波动说之间长期的争论,能很好的解释光电效应的实验结果,但是直到1916年,当密立根以其严密的实验全面地证实了爱因斯坦的光电方程后,光的粒子性才被人们所接受……可以说:实验,只有实验,才是物理学的`基础。
将物理学史引入课堂,不仅能使学生有身临其境之感,而且能领略前辈大师的研究方法,得其精髓,有所借鉴。
物理学是研究物质及其行为和运动的科学,是最早的自然学科之一。物理学的发展是很久远的,自古以来时间最长的也就是物理学中最基本的,也是最重要的部分,经典物理学,其主要研究的方面是力学,光学和天文学的研究。也正是这些方面,让物理学家们探索了相当长的时间,从人类的文明开始,人们就开始关注世界上事物的发展,从刚开始的额懵懂,到逐渐的了解,这其中有着怎么样坎坷曲折的道路,无数次的错误,无数的物理学家为之奋斗终身,献出自己的青春年华,为的就是获取真理。
没有探索就没有发现,没有大胆的打破传统的思想,就不会有新的理论的诞生,或者是对旧的理论的改正,正如伽利略一样,正是打破了传统的思维,敢于挑战人们所信奉的真理,才使得他获得了真理,站在了物理学的巅峰之上。自古,亚里士多德的理论就一直被人们信奉为真理,他提出:重的物体和清的物体下落的速度是一样的。这被人们当做真理传承了号几个世纪,可是,当伽利略通过大量的实验证明着是个错误的时候,他勇敢的提出来了,通过比萨斜塔的实验,他向世人证明了自己的正确,证明了本有的真理,打破了巩固人们思想的错误理论。
科学的发展是很漫长的,其中,也是要付出许多沉痛的代价的,在宗教的`束缚下,在上帝与地心说的统治之下,哥白尼和布鲁诺是何等的不畏权势,勇敢而大胆的相信自己的真理,并不断的向人们宣示这真理,在被宗教迫害,逼迫其放弃自己的真理而服从宗教的通知的时候,他们毅然拒绝,终为自己所信奉的真理献出了自己的生命,可是日心说在后代终于还是被证明是正确的,从而被世人所接受。
发展的事物总是那么的坎坷,可是科学的探索是没有尽头的,在经典物理以后,继而发展起来的就是爱因斯坦的相对论和现在人们经常耳边能听说到的原子物理学,这时的发展也是一样那么的不顺利,在爱因斯坦提出相对论之后很长的一段时间人们总是不相信爱因斯坦在相对论中所描述的时间和空间的关系,可是,不管刚开始人们是一种怎么样的心态,最红人们所接受的都必须是真理的,因为没有任何食物可以战胜得过真理。但是真理的诞生却是要靠我们很多人的奋斗才能产生的。
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