詮釋物理教學使用物理學史體現美的價值

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[摘要]物理學是自然科學的重要組成部分，整個物理學的發展史就是一部美學的發展史。它充分展現了物理公式和規律、表達形式、時間和空間、研究問題的手段和方法探究過程的簡單、對稱、和諧、統一美。在高中物理教學中，適時給學生進行物理學史的教育，使學生在美的感受中愛學、樂學物理知識，對其健全的人格的形成，更好地實現新課程提出的三維目標，很有意義。

[關鍵詞]物理學史物理學美價值

中學物理教育不僅要對學生進行物理知識的教育，還應在教學過程中對學生進行審美教育。物理學的發展史集中體現了人類探索和認識客觀世界的現象、特性、規律和本質的歷程。物理學史告訴人們，每一個物理概念和規律的形成，都是匯集著許多人艱辛的努力，常常需要幾十年乃至上百年的努力，才能邁出有意義的幾步。物理學美不僅體現在物理知識的形式上、內容上、結構上、物理學的研究方法上，而且體現在科學探索的過程中，體現在物理學家們的非凡的想象力，探索精神和高尚的思想品德上;通過物理學史展示物理學家求真、求美的過程，讓學生感受科學家探索未知世界的過程，感受他們尊重自然、尊重客觀意志的“真”，體會他們推動發展的動機的“善”，不屈不饒的科學精神，高尚的人格，堅強的毅力等，達到以美感人，以美育人的目的，引導學生自己去追求和創造物理美，并將美的認識轉化為追求美的自覺行動。

一、通過物理學史，感受經典實驗的美妙，體會科學方法美

科學方法是人類智慧的結晶，是人們在認識和改造世界的實踐活動中總結出來的正確思維和行動方式。物理學史證明科學理論的重大突破，必然伴隨著新的科學方法的誕生。在物理學史上有很多精美的物理實驗，不但在實驗設計上極具創造性，而且實驗裝置設計上非常具有新穎性和實驗技術上具有藝術性，經過艱辛的過程，通過長時間的努力，克服無數困難，才做出物理學上的重大發現或技術上的偉大發明。在教學中充分展示這些精湛優美的實驗可以使學生發現和體驗物理實驗的精彩和美妙。例如:引力常數的測量，在牛頓發現萬有引力定律一百年后，卡文笛許設計出扭秤實驗，通過三次巧妙放大，將力的測量變換為力矩的測量;又將力矩的測量轉變為石英絲轉動角度的測量;再將轉動角度的測量轉變為光點移動距離的測量。這一精妙設計終于獲得了歷史性的突破，測出了這一微小的引力常量。著名的伽利略“斜面圓球滾動實驗”，就給人一種簡潔的美，它的美體現在對實物形態實驗的超越，使實驗條件、實驗過程在思維中以理想化的方式表現出來，通過猜想、設計、推理，由有限個實驗歸納出一般的結論，沒有考證所有可能的情況。講述這段物理學史，使學生了解到伽利略開創了把物理實驗與科學思維相結合的物理學研究方法，是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標志著物理學的真正開端。伽里略在物理學史上占有重要地位。被后世譽為“近代科學之父”，這不僅與他在科學上的偉大成就有關、而且與他在科學方法上的革命性轉變分不開。正是由于他在科學方法上的創新、引導自然科學走上了正確的道路。

二、通過物理學史，感受科學家的精神美、人格美、毅力美

在物理教材中涉及到許多中外著名物理學家。他們生平大量動人的事跡，尤其是不怕挫折的拼搏精神、愛國奉獻的敬業精神和相互協作的精神都是—部絕好的美育教才，能激起學生心靈的震動。教學過程中，若能讓學生了解物理學家勇于探索，實事求是的科學精神;以苦為樂，頑強拼搏的不屈精神;只圖貢獻，不求索取的奉獻精神;堅持真理，并為捍衛真理不怕犧牲的獻身精神等。這無疑是最理想、最成功的情感教育。

物理學史表明，物理學大廈并不都是成功者創造的，它是成功者與失敗者共同創造的。焦耳為準確測得各種情況下熱功當量值，歷經40年，進行了400多次實驗。法拉第“磁生電”經過十年的研究;居里夫人為了從瀝青鈾礦中提煉出純凈的鐳，經過近一千三百五十個日日夜夜的奮戰，從8噸鈾瀝青礦渣中提煉出0.12克純氯化鐳，開普勒在困境中還是堅持對行星運動的研究，從大量的觀測數據中，花了近十年的時間，計算出了行星運動的三大定律等等;愛迪生為了尋找一種合適的燈絲，試用了一千六百多種材料。所以愛迪生說:“失敗也有我需要的……”。還有許許多多的物理學家，他們堅持不懈地探索的科學精神和獻身科學、捍衛真理的感人事跡，光輝的言行和高尚的品格，為人處世和愛國主義的熱情，無不顯示了物理學家的精神美。因此在教學中引入物理學史的實例，通過講述這些物理學史來培養學生嚴肅認真、實事求是的科學態度和銳意進取、百折不撓、不斷創新的科學精神，激勵學生以科學家在創造偉大業績所表現的人格力量為楷模，樹立科學的世界觀和人生觀，確立為科學真理而獻身的崇高品質。

三、通過物理學史，激發學生科學審美情趣和提高對科學美的審美能力

自然界本身是一個簡單、和諧、統一的整體，作為描述和揭示自然現象和規律的物理科學也應是簡單、和諧和統一的。“多樣統一”是人類追求的永恒主題。整個物理學史，在某種程度上也可以說是物理學大師們為建立統一的物理理論的奮斗史，也是物理學家追求美的歷史。牛頓為追求天體運動和地面物體運動的完美統一發現了萬有引力定律;焦耳為追求熱與功的完美統一測出了熱功當量;法拉第為追求電和磁的完美統一發現了電磁感應現象;愛因斯坦為追求時間與空間的完美統一發現了相對論、為追求質量與能量的完美統一發現了質能方程等等。作為支撐經典物理大廈的牛頓運動定律，在宏觀低速領域，實實在在地展現其簡潔和完美;而作為現代物理大廈支柱的相對論和量子力學，又從更廣闊領域描繪了一幅極其簡潔的物質組構和運動的生動圖像。科學的美，還體現在科學技術的巨大進步上，海王星與冥王星的發現、人造衛星的升空、原子彈的制造等等，這些無不叫人驚嘆科學的偉大。在物理教學中滲透科學家追求科學完美的典型事例能促進學生對科學美的認識轉化為對科學美的追求。

四、利用物理學史，激發學生的愛國熱情

物理學史是一部科學文明的發展史，在物理教學中，結合教學內容介紹我國古代在物理學方面對世界的卓越貢獻和我國現代物理學相關技術的飛速發展及成就，這既能使學生了解祖國燦爛輝煌的文化，培養學生民族自尊心和自豪感，又能增強學生的民族自信心，激發學生愛祖國愛民族的熱情;介紹物理學的前沿知識，了解當前我國現代物理學相關技術與世界科技發展存在的差距，這樣不僅能使學生開闊眼界，領略了知識的巨大力量和科學技術的日新月異，還能使學生感受物理學美和人類智慧美。從而激發學生的求知欲，喚起學生的時代責任感與使命感，有勇氣肩負祖國賦予的使命，樹立為提高我國科技水平而勤奮學習、刻苦鉆研、勇于探索、獻身科學的信念。

例如，我們講述“聲波”時，就要講講北京天壇絕妙建筑;在學習“原子和原子核”時，就應提到在現代物理前沿領域所作的巨大成就的李政道、楊振寧、丁肇中等科學家;在講“超導”時，應介紹我國在超導材料方面所做出的巨大貢獻;我們在講述“天體運動”時，不能不介紹“神五”、“神六”、“神七”“嫦娥一號”的發射，介紹我國航天技術的現狀和發展，介紹平均年齡只有三十歲的航天人。學生會為自己的祖國感到自豪，為這樣一群年輕人而感到自豪。這不但能激起學生的學習興趣、民族自豪感、使命感和責任感，還能激發學生愛國熱情，報國之心。

五、通過物理學史，滲透概念形成的歷史背景和過程，挖掘美育因素

在物理學史上，每一個科學上的新發現，都為后繼者提供了寶貴的經驗和啟迪。中學物理中一些概念、定律和理論建立的過程凝練、升華了科學思維方式和科學研究方法，也包含了豐富的育人因素，展示這些科學過程有利于學生對知識全面正確的理解和建構，讓學生得到前輩科學家科學思維和研究方法滋養，認識到物理學每前進一小步，都伴隨深刻的物理思想和觀念的變革。使學生受到生動的情感、態度、價值觀的熏陶和感染，有利于健全人格的培養。例如:人們對原子結構的認識，就經歷了一個發現、認識、否認、再認識過程。J·J·湯姆生發現電子后，曾提出關于原子的“棗糕式模型”。1910年，盧瑟福建議用a粒子轟擊金箔片。實驗表明a粒子能穿透很薄的金箔片。這一實驗事實使湯姆生棗糕模型遇到了無法解決的矛盾。因a粒子是失去兩個電子的氦原子，猶如一塊掉落兩顆棗子的小棗糕，小棗糕打在大棗糕上，氦原子無論速度多么大，也很難想像它能穿透出去。但是1908年盧瑟福用a粒子轟擊原子時，有大約八千分之一的幾率被反射回來。這一事實使盧瑟福驚奇，他說:“這是我一生中最不可想像的事，真如用一枚重型炮彈轟擊一張卷煙紙，而炮彈竟然被卷煙紙彈回來又打中了我自己一樣的不可思議。”。盧瑟福用不同金屬箔片進行了多次實驗，并經過三個多星期的認真思考，指出湯姆生的原子模型不會使a粒子發生大角度偏轉。盧瑟福以豐富的想象力提出，原子是一個很“空”的，中間是一個很小但質量很大的硬核。盧瑟福在實驗的基礎上經過嚴謹的推理，提出了原子的“核式結構模型”。

在物理教學中應該反映這種高潮迭起波瀾壯闊的發展過程，使學生的科學思維和科學方法得到啟迪，讓學生從知識的完善和演變中認識它的條件性和局限性，使凝固的物理知識變得生動，學習仿佛是一次與科學創造者的對話;適當分析科學家的成功和失誤，體會科學探索者的困惑、沉思、試探和創新智慧之光，讓學生用發展的觀點，辯證地看問題，認識到物理學知識的相對性，有效地消除學生對物理學知識來源的神秘感，消除對已有知識的僵化認識，為今后的學習和生活樹立信心。