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淺議物理學史在物理教學中的作用

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物理學史是研究人類對自然界各種物理現象的認識史,它的基本任務就是描述物理概念、定律、理論和研究方法的脈絡,揭示物理學觀念、方法和內容的發生、發展的原因和規律性。研究學習物理學史,不僅會爲物理教學注入新的活力,還有利於激發學生學習物理、攀登科學高峯的積極熱情。

淺議物理學史在物理教學中的作用

一、可以瞭解物理學的本來面目,消除對物理的神祕感

在物理教學中,我們主要是引導學生學習前人已經獲得的理論知識。教學中的物理知識都是人們經過多次整理而形成的嚴密的理論邏輯體系。因此,我們在教學中只重視對知識本身的講解,而對於一些概念、規律產生的歷史事實很少問津。有的物理教師雖然試圖引進一些史料,但講的不夠準確,常見的錯誤有:牛頓因爲觀察蘋果落地而發現萬有引力定律、瑞利-金斯定律的失敗引導着普郎克提出量子論等等。這些神話使得學生對物理知識的來源、理論體系的形成等都產生很神祕的感覺,往往會認爲各個物理學概念、原理和定律的獲得等只是歷史上的某些科學偉人們的靈感創造出來的,是歷史的巧合和偶然的機遇,對於一般人而言根本就不能及的,這種認識是十分錯誤的,進而也會阻礙學生創造思維的發展。事實上對於熟悉科學創造歷史過程的人都知道,任何一個物理知識的獲得,都必須要經歷一個動態的過程,即從低級到進階,從感性到理性,從片面到全面,從粗糙到嚴格的產生、發展和演變的過程,而根本就不是任何天才的腦袋偶然地創造出來的。

經過對這些物理史的本來面目的瞭解和熟悉,學生們就會慢慢學着具體理解任何一個重要概念、定理和理論的獲得,都是經過“試探-除錯”的多次選擇而得到一個動態的歷史過程。在物理教學中,我們可以透過必要的歷史回顧,促使學生們瞭解物理學的各種原理、定律的實驗基礎,瞭解各種模型所依據的客觀事實的原形,瞭解各種假說、觀點和物理思想的演變。雖然講述時用的時間不多,但可以使學生了解物理概念、規律、原理產生、形成和發展的過程,這種做法不僅會消除學生對物理知識來源的神祕感和錯誤認識,還可以培養學生的創造性思維能力。

二、瞭解物理學的發展性和近似性,克服對物理知識的僵化認識

在物理教學中,教師不應單純向學生傳播知識,而應向學生揭示物理學的發展規律,瞭解物理概念、規律的侷限性和近似性。但是,教學中常常對此重視不夠,在一味追求知識的嚴密性和精確性的面目下,容易使學生思維單一,認識僵化,使他們感到物理難學,沒有興趣,只能機械的搬用公式,這種對知識絕對化、僵化的理解,影響了學生髮展思維能力的發展。

事實上,在物理學的發展史中,經常發生着各種情況的理論變遷,具體表現爲:以比較正確的認識代替錯誤認識,例如以熱之唯動說代替熱質說;以比較全面的'認識帶替片面的認識,例如用光的波粒二向性代替波動說和微粒說;以更加深入的認識代替表面認識,例如由宏觀熱力學發展到統計力學;以更加普遍精確的認識代替局部的、近似的認識,例如相對論和量子力學的建立,揭示了牛頓力學的侷限性等等。這些都生動表明,沒有任何一個物理理論可以被看作是最終完美的,它是在不斷髮展的,人們在一定條件下獲得的物理學認識只能是近似的、相對真理。

隨着物理學的發展,其各部分理論的侷限性從各個方面暴露出來,它的各個基本概念和規律無一例外都在發生修正和變化。人類對光的本性認識所經歷的發展歷程就是最好的例證。人對光的認識發展過程,說明在物理學發展中,一個理論替代另一個理論,但沒有一個理論是終極真理。可見,在物理教學中,必須結合教學內容,用物理學史說明它的發展性、近似性,說明物理學雖然不但向人們揭示出許多自然的最後答案,但任何物理概念、規律都有其發生發展的過程,都有其近似性,決不可以把它們當作無條件、永恆的東西加以絕對化。因此,在教學中講明一部分知識的客觀真理性之後,也要花一些時間講它的發展性,近似性,長期堅持下去就會使學生在對知識的理解和運用上,變被動爲主動,變僵化爲靈活,使學生感到物理中充滿了無窮樂趣,並不難學,有利於創造性人才的培養。

三、瞭解物理學家的研究方法,加強對物理學研究方法的認識

物理學家的研究方法都是有自己獨特的創造性思維,特別是處在前沿和十字路口的物理學家們。他們的方法有時真讓人意料不到,並不都是觀察實驗的方法、數學的方法、歸納推理的方法、演繹的方法。如伽利略在研究自由落體運動時,首先提出一個落體佯謬的理想實驗,從亞里士多德的重物下落比輕物快的原理中匯出了重物下落比輕物慢的悖論,從而否定了亞里士多德的理論,接着他就用假說,邏輯推理和實驗驗證的方法得出了正確的落體定律,在這裏,伽利略熟練地應用了理想實驗方法, 邏輯推理和實驗驗證的科學方法,這些方法成了科學創造的奇妙工具。正如愛因斯坦所說:沒有一個概念能夠無歧義地從試驗中邏輯地推匯出來。法國物理學家拉普拉斯曾說過:“認識一位舉人的研究法,對於科學的進步並不比發現的本身更少用處,科學研究的方法通常是極富興趣的部分”。物理概念、規律我們要學,但同時還要探索其研究方法,這就需要研究物理學史才能掌握其精華,纔是最有意義的學習。只知道定律的內容只是第一步,而知其方法纔是認識的第二步,而且這第二步認識發生了質的飛躍。所以說,把物理學史和物理教學相結合是非常重要的,不僅起到開發學生智力,訓練學生思維的重要作用,而且能使學生從物理學史中認識物理。