核心素养背景下高中物理学史的教学探究

    黄学涛 夏子聪 杨昌权 王小兰

    [摘? ?要]从物理学史的教学现状出发，探讨核心素养背景下高中物理学史教育的意义;研究高中物理学史教学的实施策略，以期对高中生的物理学习有所帮助。

    [关键词]核心素养;物理学史;探究

    [中图分类号]? ? G633.7? ? ? ? [文献标识码]? ? A? ? ? ? [文章编號]? ? 1674-6058（2019）32-0045-02

    什么是物理学史教育？在高中物理中，就是以课堂所学的概念、规律等为起点，通过挖掘背后的历史故事对学生进行教育。物理学史就是在物理学世界里，从过去到现在所发生的事，包括昨天发生的事，因此我们不仅要讲过去，还要与时俱进地渗透最新的物理学进展。物理学作为一门独立的科学，是从16世纪开始形成的，从某种意义上讲，在这个时间线以前，中外都谈不上有“物理学”。因为在这之前，没有用系统的实验方法进行验证，也没有通过逻辑推理与数学知识的结合来形成完整的知识体系。但是我们通常说的物理学史教育的含义更加广泛，只要是与物理知识相关的有教育意义的，我们都可以拿来运用，包括两千年前亚里士多德关于物体下落快慢和惯性的思考等。

    一、高中物理学史教育的现状

    将物理学史教育与高中物理教学相结合不是一个新话题，相关的研究与实践也有许多，但是结合自己的受教育经历及研究生学习与实习期间与中学教师的交流发现，时下的物理学史教育存在一些问题。

    首先，趋利性偏重，只有与教材内容密切相关的，考试有可能涉及的才会讲。并且讲的大多只是最终发现者的故事，对其背景及前因后果并未讨论。从心理学的角度来讲，以高考为中心的这种动机的影响范围小，持续作用时间短。这也是很多学生在升入大学之后感到迷茫，然后放纵的原因吧。

    其次，对于中国古代科学技术知识内容几乎没有提及。难道中国古代就没有相关的科学技术知识吗？非也，中国古代在声、光、热、力、电磁及物质观方面均有绚丽多彩的历史。在日常教学过程中，我们可能会讲解部分亚里士多德、伽利略、牛顿等人的历史，但对中国的一些相关的古籍，比如《墨经》《考工记》等，所知甚少。作为可能是中国古代科学研究最广的一本书《中国科学技术史》却出自英国人李约瑟之手，虽说科学无国界，但还是感觉稍有遗憾。

    二、高中物理学史教育的意义

    习总书记曾说：“历史是最好的教科书。”那么对高中教学来说，将物理学史教育融入日常教学中主要有三方面的意义。

    1.核心素养与学科本质的要求

    2017年版的高中物理课程标准要求以学生发展为本，凸显物理课程的育人功能，强调课程的实践性与应用性[1]。这其实与中国古代科学知识的传统特点相符，注重技术和实用[2]。新的课程标准要求我们发展学生的核心素养，让学生能正确认识科学的本质;使学生具有学习和研究物理的好奇心与求知欲，能主动与他人合作，尊重他人，能基于证据和逻辑发表自己的见解，实事求是，不迷信权威;引导学生关心国内外科技发展的现状与趋势，了解物理研究和物理成果的应用应遵循的道德规范，认识科学、技术、社会、环境的关系，具有保护环境、节约资源、促进可持续发展的责任感[3]。

    费曼曾说过：“科学是一种方法，它教导人们，一些事物是怎样被了解的，什么事情是已知的，现在了解到什么程度（因为没有事情是绝对已知的），如何对待疑问和不确定性，证据服从什么法则，如何去思考事物，作出判断，如何区别真伪和表面现象 。”[4]在大学的物理学史教材的绪论中，杨振宁先生和钱三强先生对物理学史在教学中的重要性做了很高的评价。从他们的评价中我们可以看出学习物理学史有助于学生了解科学是怎样来的，增强物理学习的整体性，了解发展的曲折性，这样才能正确认识科学的本质，学习科学精神。这样不仅有利于学生当前的学习，也有利于学生的终身学习。在语文新课改的背景下，加大了对古文的考查，当我们在物理课堂中渗透那些蕴含物理知识的诗词时，相信学生能耳目一新，对于其科学人文素养的提高也是大有裨益的。

    2.有利于培养学生的学习兴趣

    高考3+3政策的试行已经过去了几年，从结果来看，物理学科的选取率不尽如人意，当中折射出来的问题，除了学科本身的难度之外，学生对物理学习缺少兴趣也是很重要的一方面，高中物理相对于初中物理来说比较枯燥无味，而在高中物理教学中渗透适当的物理学史教育，无疑可以极大地提高学生的学习兴趣，并且可让学生在潜移默化中受到大师的熏陶。这样的教学，不仅有利于学生对相关概念规律的深入理解，也能激发学生课后自主查找相关资料的兴趣，进而拓宽学生的视野。

    3.有利于爱国精神的培养

    “科学无国界，但科学家有祖国。”我们承认，近几个世纪我们的物理学研究确实落后于世界。我们能数出的物理学家，中国人确实很少，从诺贝尔物理学奖的获奖情况来看也是这样。但是我们在物理教学中不应过分地数典忘祖，应适当介绍中国古代科学技术，这样有助于学生的德育教育，落实立德树人的教育方针，增强学生的民族自豪感与文化自信，同时与现实对比能让学生有心为未来中国的发展贡献自己的一分力量。

    三、高中物理学史的教学策略探究

    那么，如何在实际教学中开展物理学史教育呢？笔者从课前准备、课堂实施、课后延伸与总结三个环节来谈谈自己的看法。

    1.课前准备

    作为教师，想给学生一碗水，自身应当有一桶水。教师自己对中外物理学史要有所了解，对重要部分应当能像讲故事一样将物理学史融入日常教学之中。这就要求教师在平时多积累，多钻研，对一些重要的内容要深入研究。高中生学习时间紧，任务重，课堂上的时间和课后的时间毕竟是有限的，这就要求教师在上课前对历史素材进行适当的筛选，取其精华，去其糟粕。

    2.课堂实施

    比如，在必修1的教材中对牛顿第一定律的引入是从亚里士多德的研究开始的。对于亚里士多德，教材只写了他的错误观点影响了2000多年，在与中学教师的交流中发现，大多数教师在此还是做得很棒的，基本上都简单提及了因为当时的历史局限，导致了错误，并且赞扬了亚里士多德的功绩，肯定了他的历史地位，但笔者认为这里是有挖掘价值的，正是因为当时没有运用系统的实验方法及严密的逻辑推理，而是简单地凭直觉来推断事物，所以导致了错误，并且诚如亚里士多德这样的巨人，也犯了小错误，提醒我们在学习过程中要有质疑精神，在学习物理的过程中注意保持严谨的科学态度，并运用恰当的物理研究方法。在讲完概念后，笔者认为可以通过中国古代物理学史的内容来让学生加深印象。比如《考工记·辀人》中的“劝登马力，马力既竭，辀尤能一取焉”。在关于惯性与质量的关系上，中国的古代学者早就认识到了这一点。王充的《論衡·状留篇》中的“是故湍濑之流，沙石转而大石不移。何者？大石重而沙石轻也。”“是故金铁在地，飙风不能动，毛芥在其间飞扬千里。”“是故车行于陆，船行于沟，其满而重者行迟，空而轻者行疾……”[5]这些其实都是关于物理原理的表述，只是由于当时缺乏统一的科学语言表述及系统的理论，因此才没有往更深一步的发展。

    3.课后延伸与总结

    在惯性的研究上，其实伊壁鸠鲁、约翰·菲劳波诺斯、托里拆利、笛卡儿等都有所贡献，他们的具体研究与贡献，教师可在学生学完牛顿第一定律之后让学生根据自己的兴趣，课后自主找寻资料，然后自由谈论。授人以鱼不如授人以渔，让学生自己寻找完整答案，可激发学生的自主探究兴趣。在下次课前或者可以提出由牛顿第一定律的发展可以看出：科学的发展从来都不是一帆风顺的，而是许许多多人一代一代努力的成果。牛顿第一定律由牛顿完成了总结并沿用至今。就像牛顿说的，他是站在巨人的肩膀上。我们现在学习物理学何尝不是站在那么多巨人的肩膀上。

    四、结束语

    由于核心素养的要求以及时下面临的物理教学现状，笔者作为一名物理专业的研究生，希望通过自己的思考来为目前的高中物理教学出一份力，将中外物理学史教育融入高中物理教学，以利于学生的全面发展。同时自己也将终身学习作为座右铭牢记于心。由于并未开始真正的从教生涯，以上所述所谈内容也仅是理论上的探讨，具体实施过程中还要结合学时要求及时下热点话题等进行设计。

    [? ?参? ?考? ?文? ?献? ?]

    [1]? 廖伯琴.以学生发展为本改进普通高中物理课程：《普通高中物理课程标准（2017年版）》解读[J].人民教育，2018（10）：43-46.

    [2]? 李静.璀璨的科技之光：中国古代物理学[J].承德大学，1996（4）：40-42.

    [3]? 赵凯华，罗蔚茵.新概念物理教程：力学[M].北京：高等教育出版社，1995.

    [4]? 戴念祖.中国科学技术史·物理学卷[M].北京：科学出版社，2001.

    （责任编辑 易志毅）