物理学史是一个资源丰富的思想库,其中蕴藏着人——科学家、事——研究过程、知识体系——研究成果等多方面宝贵的教育资源,但是,在实际教学中,有的教師片面追求分数,物理学史的教育功能并没有得到充分发挥,甚至完全忽略了物理学史的教学,下面笔者结合自己的教学,利用物理学史来创设各种有效的教学情境,以抛砖引玉,希望广大物理教育工作者关注并研究物理学史多方面的教育功能。
1 结合物理学史创设实验教学情境
实验是物理学科的重要特征,物理学家在科学研究的过程中也离不开实验,所以,我们可以利用物理学史中的实验素材来创设直观、有趣的实验情境。
例如,在学习“电磁感应现象”这节课时,可以创设这样的实验情境:教師先用身体挡住电流计,让磁铁插入线圈后,再观察电流计,发现指针没有偏转,学生产生疑惑,并指出原因,教師介绍物理学史上就发生了类似的情况,从而使瑞士的科拉顿错过了一次重大的发现;然后介绍伟大的物理学家法拉第凭借高超的实验技巧和丰富的想象力发现了这种暂态变化,并于1831年在发表的论文中,把产生感应电流的情况概况为五类:变化着的电流、变化着磁场、运动的恒定电流、运动的磁场、在磁场中运动的导体教師和学生一起“重现”上述实验,寻找、归纳产生感应电流的条件是闭合回路中磁通量发生变化。
在这个案例中,教師结合物理学史创设实验教学的情境,合理、有效地运用了史料素材,将问题的引入、实验的演示、现象的分析、结论的归纳等教学环节串了起来,学生不仅学到了知识,而且还体会了科学探究的过程。
2 结合物理学史创设问题教学情境
物理学发展的过程就是发现问题、研究问题、解决问题的过程,当然,在物理学史中就有非常丰富的创设问题情境的素材,我们可以利用它们来设计引人入胜的问题情境。
在讲“万有引力定律的应用”这节课时,可以这样创设问题情境:教師先用一系列的疑问将学生带入了思考的境界——要是在18世纪之前,有人问你,怎样才能测出地球的重量,你肯定会瞠目结舌,这么个庞然大物也能测出它的重量?哪来这么大的秤?即使有这杆巨秤,又站在什么地方来称呢?又有谁能提起秤杆呢?学生在问题的启发下进行思考,教師趁热打铁,介绍一段物理学史,这个看似不可能找到答案的难题,在1798年,由英国科学家卡文迪许巧妙地解决了,不过,他没有设法去制作巨秤,而是利用万有引力定律来求出答案,这时,学生兴趣高涨,跃跃欲试,教師马上指导学生推导公式,体会这种方法的原理,学生很快又提出问题——只要求出万有引力常数,就可以算出地球的重量了,那么如何知道这个常数呢?教師继续介绍:牛顿设计了好几个实验,都失败了,而这位伟大的科学家没能做到的事情,卡文迪许却做到了,最后,教師介绍卡文迪许的研究过程和实验装置,学生在不知不觉中学会了如何求地球的质量,还了解了卡文迪许的实验方法——“放大法”。
教師结合物理学史设计问题教学的情境,在问题的提出——解决、再提出——再解决的过程中,学生积极思维,学到了知识,同时还体会到了科学家勇于挑战和创新的精神,三维目标自然而然地融入到了愉快的学习过程之中。
3 结合物理学史创设故事教学情境
虽然新课程的理念一再推广,但实际教学中,物理课还是往往被固定成一个个枯燥的公式和复杂的演算,他们只关心结果,很少去注意过程,更不关心在研究的过程中蕴含着众多有趣的、可歌可泣的故事,其实,物理学家的传记和故事应该是领略大師风范,了解他们成长轨迹、研究风格以及个性品质的绝好素材,在课堂教学中,可以利用它们来设计生动的故事情境。
比如:伽利略在比萨教堂观察一盏悬灯的摆动,深受启发,经研究得到单摆的规律,可见,敏锐的、专注的观察力对科学研究多么重要;奥斯特十年如一日地探索磁与电的联系,开普勒在疾病、贫困、宗教迫害条件下艰苦研究二十年才终于确定了行星三大定律,这种对科学的执着和热爱的精神让我们不得不敬佩;密立根通过油滴实验测定电子电荷,让我们为他的严谨而诚实的科学态度所折服;欧姆历经艰辛,经受了一个又一个艰辛,十六年后他发现的欧姆定律才得到科学家的普遍承认,可见真理之路的曲折;制造第一颗原子弹的曼哈顿工程以及卡文迪许实验室团队,体现了合作与团队的力量;读普朗克、海森伯、玻尔、杨振宁等让我们知道许多科学家都具有深厚的文学修养;了解瓦特的蒸汽机,爱迪生的电灯,我们知道了物理是如何推动了社会经济发展,并最终引发社会革命的;了解二十世纪最伟大的科学家爱因斯坦的贡献,使我们知道不断创新在科学的道路上的重要性。
教師结合物理学家的故事创设教学情境,在浓厚的人文氛围中,提高学生的学习兴趣,体会科学家的研究风格和品质,领悟科学研究的精神。
4 结合物理学史创设讨论教学情境
物理学的发展道路是曲折的、艰辛的,许多物理规律经历了几千年的演变和几代科学家的努力,科学家对自然现象基本规律的认识也是一个由模糊到清晰、由错误到正确的过程,我们可以设计一些物理学史中曾经有争议的问题让学生讨论,不仅可以让学生了解物理学史的发展过程,而且也有利于消除学生对物理学习的恐惧感和神秘感。
在学习“牛顿第一定律”时,我们不要急着去看结论,可以先回顾历史,介绍几位代表人物(亚里士多德、伽利略等)对力和运动关系的看法,学生总结自己的观点,把它写下来,并举出一些实例来支持或证明自己的观点,学生展开辩论,将不同回答进行分类,不外乎以下两种对立的观点:(正方)有力才有运动,且对一个物体的作用力越大,物体运动得越快,停止用力,物体将不再运动,因此,物体的运动与力有关,(反方)物体的运动不需要力来维持,力可以改变物体的运动状态,“正方”与“反方”在激烈的PK时,为了教学需要,教師应站在“正方”,尽自己所能坚持己见,调动“反方”的一切积极因素,直到“反方”将更充分的理由挖掘出来进行反驳,证伪“正方”,将更多学生的思维引导到理性批判的轨道,最终将认识统一到“反方”观点上来,然后,教師用演示实验充分揭示摩擦力对物体运动状态的影响,接着用气垫导轨实验对上述结论做近似验证,最后,教師引导学生反思直觉经验的错误原因,洞察伽利略是如何突破亚里士多德观念的束缚,找到真正解决问题的出路。
综上所述,我们合理地、充分地利用物理学史这个宝藏,可以创设许多生动的、有趣的、充满活力的教学情境,使物理课在一个良好的人文氛围中,激发学生的学习热情,启发学生的理性思维,学生学到鲜活的知识,体会科学的研究过程和方法,感悟科学的发展历程。
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