新课程标准下物理学史的教学方法探索
—兼谈物理学史教学的矛盾和误区
摘要：中学并没有像大学一样专门开设物理学史课，笔者见过的不少关于物理学史的研究论文，大多阐述物理学史的重要性，但对如何在有限的几分钟内有效地教学物理学史鲜见论述 。本文构建超市货架式教学模式，意在这方面有所突破。
关键词：科学素养 人文素养 新课程标准 模式
《新课程标准》讲到：高中物理课程总目标有4项。依次是1、学习终身发展必备的物理基础知识和技能。2、学习科学探究方法，发展自主学习能力。3、发展好奇心和求知欲。4、了解科学与技术、经济和社会的互动作用。课程具体目标则有三个维度：(一)知识与技能。(二)过程与方法。(三)情感态度与价值观。而研究物理学史则既有利于提高科学素养，又有利于提高人文素养。
一、物理学史教学的现状和误区
1．无奈的现状和矛盾：对物理学史的教学方法，及物理学史什么时候引入，引入什么，缺乏系统的研究和深层次考虑；教学无计划，随心所欲；物理学史与高考题目几乎无关，物理学史几乎变成了“鸡肋”！
浩瀚的物理学史与有限的45分钟时间存在矛盾；大浪淘沙，鱼龙混杂，中学生对史料的模仿能力强、分辨能力弱又是一对矛盾。
2． 教学的误区：无边无际式的讲课，把物理课变成了纯历史课；内容不加选择的讲课，好象只要是物理学史里面包括的，就可以在课堂里随意讲；只是说一声是谁发明、发现的讲课，对其他物理学史内容闭口不谈，认为这样就足够了。
二、超市货架式教学物理学史
为了有效地解决上述问题，我们参照超市购物的货架模式，分门别类，循环调整，提出如下一种物理学史教学模式：
可见这是一个动态、循环的教学过程，结合教材又不拘泥于教材，挑选史料又不固定史料。在大力倡导素质教学、实行新课程标准的今天，我们更不应该囿于高考内容范畴。很显然，此模式中，货架的分类及其内容是很关键的，是需要教师付出创造性劳动的。
三、货架分类表举例
参照《新课程标准》，分类举例如下（有些是对高中物理学史的必要补充内容）。
1．培养科学素养（附表一）
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类别 |
典型科学史实举例 |
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强烈的好奇心和创新精神 |
二十世纪最伟大的自然科学家爱因斯坦，被称为“物理学革命的旗手”，就是因为他在科学的道路上不断创新，创立了一个又一个崭新的理论体系。1905年3月提出了光的量子论， 1905年6月完整的提出了狭义相对论。1916年3月，他写了一篇总结性的论文《广义相对论基础》，宣布了广义相对论的创立。 |
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批判的精神、怀疑的勇气 |
牛顿对亚里士多德、伽利略的批判和继承；爱因斯坦对牛顿时空观的怀疑；年轻玻尔与爱因斯坦的三次辩论。 |
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科学的思维方法 |
伽利略的理想斜面实验与大小石头自由落体运动的绝妙分析方法，被爱因斯坦称之为“是人类思想史上最伟大的成就之一，并且标志着物理学的真正开端。”爱因斯坦对追光问题的思维；汤姆生的模型思维等。 |
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科学精神、科学态度 |
法拉第历时十年，经过几百次实验，终于发现电磁感应现象；爱迪生为了寻找一种合适的灯丝，试验了一千六百多种耐热材料，六千多种植物纤维，做了四万页的研究笔记…… |
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科学的行为方法 |
专注观察：伽利略在比萨教堂观察一盏悬灯的摆动；牛顿对苹果落地的观察。
巧妙实验：库仑扭秤实验；欧姆电流扭力秤实验；杨氏双缝干涉实验。 |
2.走近科学家（附表二）
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类别 |
典型科学史实举例 |
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普通人的
一面 |
不同的性格 |
泡利的开朗性格，卡文迪许的怪异性格 |
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不同的学业 |
麦克斯韦少年就出名，牛顿、爱因斯坦学生时代却并不出色 |
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也会犯错误 |
以太漂移理论；光的触须说；约里奥.居里夫妇把已经发现的中子错误解释为伽玛射线。 |
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普通的情感 |
法拉第成名后依然保持一颗平民心；居里夫人对居里不幸丧身车祸后悲伤不已，可见科学家之笃厚感情与普通人一样的真实感人。 |
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普通的出生 |
爱迪生、牛顿、法拉第--- |
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普通的身份 |
托马斯.杨─医生；爱因斯坦─专利局职员；莫尔斯─画家；亚当斯、勒维利─学生和天文爱好者；欧姆─中学教师。 |
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一些特殊
类别
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自学成材类 |
法拉弟、焦耳、瓦特 |
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“机遇”成功类 |
伦琴发现X射线；贝克勒尔发现放射性元素（但有位科学家说得好：“机遇只偏爱有准备的头脑”） |
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“长期积累”类 |
开普勒在疾病、贫困、宗教迫害条件下艰苦研究20年才终于确定了行星三大定律。 |
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“导师伯乐”类 |
卢瑟福培养了两代世界一流的物理学家，其中获诺贝尔奖的就有：索迪、玻尔、阿斯顿、威尔逊、查德威克、哈恩--- |
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女性类 |
居里夫人；吴健雄，她用实验推翻了弱相互作用下“宇称守恒定律”的定论，震惊了世界物理学界，被世界公认为东方居里夫人。 |
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淡泊名利类 |
卡文迪许、爱因斯坦、法拉第。 |
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曲折成名类 |
欧姆的研究成果公布后，并没有引起科学界的重视，反而受到一些人的攻击。直到15年之后，欧姆的工作才得到普遍的承认；焦耳科学研究的道路是不平坦的。他在1843年8月21日宣读论文，证实热是一种能量交换的形式时，一些大科学家都表示怀疑和不信任，多次受到科学界的冷遇。但他以百折不挠的精神，终于在1850年使自己的科学成果获得了科学界的公认。 |
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“晚节不保”类 |
牛顿在晚年陷入了唯心的泥潭，竟研究起了上帝；曾竭力举荐过法拉第的著名科学家戴维，在法拉第成名，威望上盖过他时，竟开始竭力压制法拉第；普朗克提出了量子假说，突破了经典物理思想的束缚，开拓了现代物理学的发展道路，但是他唯恐自己提出的假说动摇了经典理论的绝对权威，他妥协了，他力图修改自己的假说，使之不至越出传统理论的框架。他为之苦恼了十五年，最终还是放弃了自己的新假说。 |
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中国华裔
科学家 |
古代 |
《墨经》、《天工开物》、《梦溪笔谈》、《论衡》、《考工记》、指南针、地球仪、浑天仪、石拱桥、火箭等。特别是中国古代的哲学思想对近现代物理产生的影响，如阴阳太极就对玻尔的量子理论的形成产生过启发。 |
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近现代 |
杨振宁、李政道、丁肇中、朱棣文、崔琦、钱学森、钱三强、吴健雄、邓稼先、王淦昌--- |
3．培养人文素养（附表三）
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类别 |
典型科学史实举例 |
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合作与团队 |
制造第一颗原子弹的曼哈顿工程；卡文迪什实验室团队 |
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物理与哲学 |
能量守恒和转化定律是受康德哲学的影响；奥斯特也是受康德哲学的启发，坚信电力和磁力有共同的根源，才发现了电流的磁效应。由此可见物理学的发展与哲学具有密切关系。追根溯源，物理学的发展一开始就是与哲学结合在一起的．亚里士多德的《物理学》，就是一部自然哲学的著作．本世纪以来，普朗克、爱因斯坦、玻尔、狄拉克、海森伯、普里高津、霍金等思想大师们，结合现代物理学的发展从哲学的高度上所阐明的广泛综合的思想，对物理学和全部现代自然科学的探讨与发展都具有深刻的影响．现代物理学的发展，提出了许多尖锐的哲学问题，进一步推动了自然科学与哲学的结合。 |
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物理与文学 |
普朗克、海森伯、玻尔、杨振宁等科学家都具有深厚的文学修养。 |
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物理与数学 |
没有对数，开普勒难以建立天文学的重要规律——开普勒三定律；没有微积分，牛顿就得不到万有引力定律；没有统计学，无法发展分子动理论；在高等物理中尤见其重要性，如麦克斯韦方程、薛定谔方程。 |
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物理与艺术 |
普朗克的钢琴，爱因斯坦的小提琴，玻尔的足球------ |
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物理与经济、社会 |
瓦特的蒸汽机，爱迪生的电灯，推动了社会经济发展，并最终引发社会革命。 |
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物理与宗教 |
例如中国古代的一些物理学和自然科学知识，就往往在古人的神话传说、诗词歌赋、经典史籍、笔记杂说、戏曲传奇、小说野史中记载下来的．说明二者间的某种联系。 |
4．形成科学的世界观、人生观、价值观（附表四）
四、案例举例
【案例1 】有一段时间，班级里的女同学普遍地对物理产生了恐惧，认为女生是学不
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类别 |
典型科学史实举例 |
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矛盾统一的世界 |
哥白尼的“日心说”革命，使人类的世界观——看待自然、看待神灵的观念发生改变；爱因斯坦的“波粒二象性”、相对论、质能关系等全新的物理理论和概念的提出，使经典物理无法面对的事实危机得到解决，同时也将人类对世界机械刻板的观念推向多侧面、多元性、相对性等更加辩证的境界。统一场理论将展现给人们新的视野。
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有序、简单的世界 |
物理学家大多坚信世界是有序的，相信自然规律的简单性，相信世界的合理性和可知性。如爱因斯坦、狄拉克。 |
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协调发展的世界 |
熵：一种新的世界观 |
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和谐的世界 |
对称、反物质、守恒 |
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为人类服务的价值 |
第一颗原子弹在日本广岛爆炸后，爱因斯坦等一些科学家的震惊与自责，把原子弹用于战争与他们为全人类服务的人生价值目标大相径庭。 |
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爱国主义情怀 |
钱学森克服种种困难，最后在周恩来的直接帮助下从美国回到了祖国；居里夫人把她经过千辛万苦发现的元素命名为“钋”以纪念她多难的祖国——波兰。玻尔为了祖国科学的发展，谢绝了去英国工作的邀请，留在研究条件差很多的丹麦，终于形成量子力学的“哥本哈根学派”。 |
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献身科学精神 |
居里夫人由于长期从事放射性研究得了白血病逝世，为科学献出了宝贵的生命；利赫曼为引雷电而捐躯；布鲁诺为捍卫日心说牺牲在罗马鲜花广场的熊熊烈火之中；伽利略为捍卫日心说受到罗马教皇残酷的迫害和折磨，但他没有放弃对真理的追求。 |
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终生追求、发展 |
卡文迪许为了搞科学研究，把客厅改作实验室，在卧室的床边放着许多观察仪器，以便随时观察天象，活到老，干到老，直到79岁高龄，逝世前夜还在做实验。 |
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辨证唯物思想 |
引力理论的发展、物质结构的探索、光的辩证性质的揭示、时空观念的变革、宇宙深化认识的深化等，都是一个充满矛盾的辨证唯物发展的认识过程。 | 好物理的。我们就适时地讲了吴健雄（女）和居里夫人的成材经历。后来学生在日记中反映效果很好。
【案例2】理科班学生在解答物理信息题
时，感觉读题困难，反映出轻视文科研修的倾向。我们特别在课堂上讲了杨振宁的故事，杨曾撰文说他小时打下形成的中国古文化底蕴对他以后从事物理研究有很大帮助。告诉学生“功夫在诗外”的道理。
五、结束语
以上只是举例说明，旨在探索物理学史的教学方法，物理学史是“饱满”的，不是“干瘪”的，物理学家是“活生生”的，不是“神圣”的。教师应熟悉物理学史全貌，取其精华、去其糟粕。在从物理学史汲取丰富营养的同时，引导学生用辨证、历史、发展的眼光看待物理学史和物理学家。适时补充“货架”上的内容，适时选择，适时“抛售”。采取课堂“定点散射”，课外“阅读指导”、开办讲座、上网查寻的方法解决高中物理学史的教学矛盾；采取“超市货架”式具体教学物理学史，以提高学生的科学素养和人文素养，满足学生终身发展之需要。
参考文献：
1．教育部：《普通高中物理课程标准（实验）》，人民教育出版社出版，2003年 2．赵长林、赵汝木：《物理学史的课程价值》，《物理教学》2005年第2期 |
