渗透物理学史促使学生理解科学的本质

高中物理课程标准中明确提出，物理教育要从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个方面培养学生，使学生经历科学探究过程、了解物理学的研究方法、理解物理学的发展历程、体会物理学对经济和社会发展的贡献、逐步形成科学态度和科学精神.也就是说，通过高中物理的学习使学生认识物理学发展的历史，从物理学发展的历程中领悟科学事业的本质特性，深刻理解物理学与人的存在之关系以及物理学的发展对人的精神世界的影响等.因此，物理教师在教学中应当把物理知识的逻辑展开与物理学认识的历史发展有机结合起来，将物理教学过程设计成是把“凝固的文化激活”的过程，把文化传播和学习转化成为历史上的创造者与今天的文化学习者之间的对话，让学生以物理学家认识世界的本来面目去认识世界，从中深刻理解和领悟科学的本质，全面提高科学素养.

1渗透物理学史，理解科学的探究性

科学是一个永无止境的探究活动，科学研究过程比科学知识本身更能体现科学的本质.用历史的观点进行物理教学，把物理学成果的发现过程展现为历史的过程，即科学家是如何在前人的基础上进行求索的，科学观是怎样形成和被检验的，可以让学生领悟科学知识的获得过程和科学探究方法，更好地把握科学探究的本质.

例如“自由落体运动”课题的教学，在教学中应该突出展现伽利略对落体定律的探究过程和研究方法，展现的历史内容可以包括：

（1）亚里士多德是怎样从自己关于运动的观念中推出“重者比轻者下落得快”这一结论的？

（2）伽利略是如何通过巧妙的逻辑推理对亚里士多德的落体学说提出反驳的？

（3）伽利略对自由落体运动提出了怎样的运动假设？并如何从假设中进一步推出下落位移与时间的平方是成正比的？

（4）伽利略为何将落体研究转化为斜面实验研究？在当时的条件下是怎样进行实验研究的？

（5）伽利略是如何通过“等末速度假设”和数学推理将斜面实验结果合理推广到落体运动的？等.

通过上述历史探究过程的展现，学生不但能掌握自由落体运动的规律，而且能深刻领悟到伽利略开创的科学研究方法（如图1）：

对现象的

一般观察→提出

假设→运用数学和逻

辑进行推理→形成

理论→实验

检验

在物理学史中与高中物理教学内容相关的典型探究案例较多，如万有引力定律的发现过程、库仑定律的发现过程、法拉第电磁感应定律的发现过程、光速的测定历程等等，通过这些探究案例展现历史上优秀物理学家面对物理问题是如何思考和解决的、其中哪些工作得到成功、哪些工作遭到挫折或修正，有助于把学生导向科学探究，学会做学问、做研究的方法，从而养成探究的习惯.

2渗透物理学史，理解科学的统一性

物理学是探讨物质结构和运动规律的基础学科，与其他科学相比，物理学更着重于对物质世界普遍而基本的规律的追求.从整个物理学的发展进程中，可以看到一条鲜明的主线，这就是执著地追求宇宙的统一，找寻支配宇宙万物的最基本、最统一的规律.物理学的任务和目的是，用一系列尽可能简明的概念和方程（定律），去统一概括物质的结构和基本规律.正是这种对统一性的追求，构成了科学家们探索自然的深层动机.

例如，奥斯特在1820年发现电流的磁效应并非偶然，而是受19世纪一种科学思潮的影响，认为自然界是统一的、存在普遍联系的.正是在这一思潮的影响下，他认为“物理学将不再是关于运动、热、光、电、磁以及我们所知道的任何现象的零散汇总，而应该将整个宇宙容纳在一个体系中”.奥斯特一直在寻找电和磁这两大自然力之间的联系，电有正负、磁有南北，电与磁的吸斥作用是如此相似，使他一直在思索“电在其最隐蔽的活动场合中，是否对磁有什么作用”这一问题，终于在一次实验探索中观察到了电流的磁效应，这应该归功于他追求统一的科学思想、有准备的头脑和穷追不舍的顽强精神.

又如，开普勒三大定律是关于天上行星运行的规律，而伽利略的惯性定律、相对性原理、落体定律和运动叠加原理关于地上物体运动的规律，牛顿则站在这些巨人的肩上，把天体吸引力和地球重力统一到一起，归结为万有引力，提出运动三大定律和万有引力定律，建立了一个更深刻统一的牛顿力学体系，实现了自然科学上的第一次大统一.在物理学史上重大的综合统一还有：能量守恒定律的建立实现了各种运动形式之间的综合统一；电磁学理论的建立实现了电、磁、光三种运动形式的综合统一；相对论的建立实现了低速运动与高速运动的综合统一；量子力学的建立实现了连续性与不连续性量子性之间的综合统一等.在物理教学中，应该结合教学内容让学生领略到在科学定律的统率下自然界所呈现出来的统一性，要渗透前辈物理学家们是在怎样的统一性思想支配下推动科学前进的？他们为什么要研究这些问题？他们追求的目标是什么？引导学生去认识自然界的质朴的统一，认识科学理论的简单、对称、统一、和谐与普适性，使学生树立起崇尚理性、崇尚统一、崇尚秩序、崇尚规律与和谐的科学思想；使学生坚信自然界的统一性和合理性，相信人的理性思维能力，求得对自然界的统一性和简单性的理解的学习目标.

3渗透物理学史，理解科学的局限性

科学的发展受客观条件和历史条件的制约，科学观念受社会和历史背景的影响，将历史上一些科学家和学者的错误观点或偏见放在特定的历史背景下来评说，能帮助我们更好地认识科学的进步.同时错误的历史也不乏教育的价值，历史上的一些错误观念和认识往往跟学生头脑中的已有观念相同或相似，在教学中通过展现一些与教学内容相关的历史错误观点和认识，分析产生错误的各种原因，能够帮助学生知觉到自己头脑中的潜在认识，在理解错误概念局限性的同时，更好地建构起科学的物理概念.

亚里士多德关于运动的许多观点与学生头脑中的观念相近，在教学中充分暴露其错误观点进行历史与现实相结合的分析，有利于学生建构科学的运动观.例如关于运动状态的认识，亚里士多德认为静止的状态是“自然态”，运动的状态是“非自然态”，即运动的东西终究要停下来.不是吗？撤去拉力的一辆马车在崎岖不平的路上就会很快停下来（在亚里士多德的时代，有石子铺的路就算是很不错了）.因此，静止的东西和运动的东西基本上就有一个很大的不同——运动是短暂的，静止态是永久的，二者在表面上呈现的是完全不同的两种态.本来亚里士多德的错误也算不了什么，即使在现代科学中许多原先认为不变的“真理”后来也被推翻了.不幸的是，后来掌握欧洲最高政权的教会把亚里士多德的理论硬性规定为宗教经典的一部分，强迫人们信仰这理论为不能改变的真理，使得它不能像一般科学理论一样被后人演变改进.后来伽利略乘船在平静的河上航行时，发现在封闭船舱中不能分辨出船是否真正在动，大胆注意到亚里士多德理论和自然界不符，站在亚里士多德的肩上发现了“静止和运动本质上是同一种运动态”的力学原理.