物理學(xué)史的課堂教學(xué)
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物理學(xué)史的課堂教學(xué)【1】
摘 要：結合教材案例及課堂教學(xué)實(shí)例，探討新課程背景下的課堂教學(xué)中物理學(xué)史的合理運用。
為廣大教師在教學(xué)中更好地滲透物理學(xué)史的教育提供參考，以期提高課堂教學(xué)的生動(dòng)性和有效性，為進(jìn)一步深化人文主義教育搭建平臺。
關(guān)鍵詞：物理學(xué)史;課堂實(shí)踐;教育功能
《普通高中物理課程標準》要求：高中物理課程應體現物理學(xué)與文化、經(jīng)濟和社會(huì )互動(dòng)發(fā)展的時(shí)代性要求，肩負提高學(xué)生科學(xué)素養，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展的重任。
作為貫徹這一指導思想的重要手段之一，物理學(xué)史在這方面可以發(fā)揮很大的作用。
隨著(zhù)新課程的推進(jìn)，越來(lái)越多的教學(xué)實(shí)踐和教育研究開(kāi)始關(guān)注物理學(xué)史。
本文通過(guò)大量案例的運用介紹，探索滲透物理學(xué)史的課堂教學(xué)，希望可以起到拋磚引玉的作用。
一、在教學(xué)中滲透物理學(xué)史的必要性
物理學(xué)是人類(lèi)社會(huì )生產(chǎn)實(shí)踐的產(chǎn)物。
隨著(zhù)人類(lèi)對客觀(guān)世界認識的不斷深入，物理學(xué)也經(jīng)歷了一個(gè)不斷積累發(fā)展的過(guò)程。
物理學(xué)中的每一個(gè)概念、定律和理論，都有一個(gè)萌芽、形成和發(fā)展的曲折過(guò)程。
但在傳統教學(xué)中，人類(lèi)對物理學(xué)認識的歷史往往被忽視，學(xué)生只有通過(guò)具體的公式、定律或者單位中所冠的人名，才模糊地窺視到一點(diǎn)點(diǎn)歷史的端倪。
這樣的做法，既容易使學(xué)生把科學(xué)家當成具有“超人智慧”的圣哲，從而產(chǎn)生畏懼心理，又不能對物理學(xué)的深刻本質(zhì)了解透徹。
在教學(xué)中，如果能把物理學(xué)形成和發(fā)展的過(guò)程從大量歷史資料中整理概括出來(lái)，滲透在教學(xué)的各個(gè)環(huán)節，從知識層面講，可以更好地揭示物理發(fā)展的歷史足跡，概括出物理學(xué)研究的基本規律;從科學(xué)思維和情感態(tài)度與價(jià)值觀(guān)的角度來(lái)講，還可以增強物理教學(xué)的趣味性、思想性，進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量，因而得到越來(lái)越多教師的肯定和運用。
二、教材中滲透物理學(xué)史的幾個(gè)典型案例
人教版教材非常重視“充分展現和利用物理學(xué)史”這一要求。
既有完整的章節介紹重大發(fā)現的來(lái)龍去脈，還通過(guò)“科學(xué)漫步”“信息窗”等欄目對代表人物、評價(jià)或意義作了補充說(shuō)明。
使學(xué)生既學(xué)到了基本規律和概念，又不失興趣，得到多維度的素質(zhì)培養。
在這里試舉幾例：
1.伽利略對自由落體的研究
伽利略的運動(dòng)理論，是經(jīng)典力學(xué)的開(kāi)創(chuàng )性工作。
尤其是他對自由落體的研究更是其科學(xué)思想和方法的集中體現。
教材中用了完整的一節對這部分歷史作了詳盡的介紹。
從內容上看，這一節主要分為三部分：一是介紹了時(shí)代背景，二是脈絡(luò )清晰地介紹了發(fā)現過(guò)程，三是對伽利略“科學(xué)實(shí)驗法”進(jìn)行了總結和評價(jià)。
應該說(shuō)一和二都寫(xiě)得很精彩，推理邏輯嚴謹，文字表述生動(dòng)。
然而真正出彩的還是第三部分，正如教材所言：“伽利略之前的科學(xué)躊躇于泥途荒灘，因而千年徘徊。
從伽利略開(kāi)始，大師輩出，經(jīng)典如云，近代科學(xué)的大門(mén)從此打開(kāi)了”。
比自由落體研究本身更可貴的，正是這一種“勇氣”和科學(xué)的方法態(tài)度，這對學(xué)生今后物理的學(xué)習乃至人生的發(fā)展都有深遠意義。
2.牛頓對萬(wàn)有引力的研究
教材對萬(wàn)有引力規律發(fā)現過(guò)程的描繪也是濃墨重彩。
這里重點(diǎn)談了兩個(gè)內容：一是如何從開(kāi)普勒定律發(fā)展到天體間力學(xué)的研究。
牛頓從自己提出的運動(dòng)定律出發(fā)，結合開(kāi)普勒定律，證實(shí)了天體間的力是相互的，從力學(xué)上解釋了開(kāi)普勒定律。
二是進(jìn)一步推廣這一規律，最終發(fā)展成萬(wàn)有引力定律。
這里最重要的就是講述了經(jīng)典的“月地檢驗”。
牛頓勇于探索的魄力、膽識和驚人的想象力、對事物普遍意義的敏感性，造就了偉大的發(fā)現，也成就了自己經(jīng)典力學(xué)奠基人的地位。
通過(guò)這段歷史的回顧，給學(xué)生以這樣的啟示：物理學(xué)的重大理論的發(fā)現，不僅是簡(jiǎn)單的實(shí)驗結果的總結，還需要直覺(jué)和想象力、大膽的猜想和假設，再引入合理模型、深刻的洞察力、嚴謹的數學(xué)處理和邏輯思維。
這必然是一個(gè)充滿(mǎn)曲折和艱辛的過(guò)程。
三、滲透物理學(xué)史的課堂實(shí)踐
1.牛頓第一定律的提出
作為經(jīng)典力學(xué)的兩大偉人，伽利略和牛頓都為經(jīng)典力學(xué)的建立作出了巨大貢獻。
在講述牛頓運動(dòng)定律之前，回顧一下對受力和運動(dòng)關(guān)系問(wèn)題的探討，可以感受物理學(xué)史上的傳承和發(fā)展。
(1)亞里士多德認為必須有力作用在物體上物體才能運動(dòng)，沒(méi)有力的作用，物體就要靜止下來(lái)。
(2)伽利略的觀(guān)點(diǎn)是：在水平面上運動(dòng)的物體之所以會(huì )停下來(lái)，是因為受到摩擦力的緣故。
若沒(méi)有摩擦力，它的速度應該不增不減，球將永遠滾動(dòng)下去。
隨即提出了物理學(xué)史上著(zhù)名的理想實(shí)驗，對自己的觀(guān)點(diǎn)進(jìn)行了證明。
(3)笛卡兒認為，如果沒(méi)有其他原因，運動(dòng)的物體將繼續以同一速度沿著(zhù)一條直線(xiàn)運動(dòng)，既不會(huì )停下來(lái)，也不會(huì )偏離原來(lái)的方向。
(4)牛頓在大量前人研究的基礎上最終歸納出了牛頓第一運動(dòng)定律。
在此處，為了培養學(xué)生的愛(ài)國熱情還可以介紹一下我國古代對這一問(wèn)題的研究成果：早在兩千多年前的《墨經(jīng)》中就對力和運動(dòng)的關(guān)系給出了正確的結論，書(shū)中指出：“力，形之所以?shī)^也。”這里的“形”指物體，“奮”是指物體由靜到動(dòng)，動(dòng)而愈速。
所以，這句話(huà)的意思是：力是使“物體由靜到動(dòng)、動(dòng)而愈速”的原因。
2.介紹人類(lèi)宇宙觀(guān)的發(fā)展
在“行星運動(dòng)”這一節可以先介紹古今中外歷史觀(guān)的異同，一來(lái)引發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，二來(lái)也能夠更好地理解開(kāi)普勒定律。
(1)古代中國的宇宙觀(guān)
�、偕w天說(shuō)：是中國最早的宇宙觀(guān)，可能起源于殷周時(shí)期。
在《周髀》中有“天圓如張蓋，地方如棋局”的記載。
蓋天說(shuō)的本質(zhì)就是“天圓地方”，并且認為天地相距八萬(wàn)里。
�、跍喬煺f(shuō)：是中國古代影響最廣的宇宙觀(guān)，代表人物是張衡。
《渾天儀圖注》中寫(xiě)道：“渾天如雞子，天體圓如彈丸，地如雞中黃，孤居于內，天大而地小”。
渾天說(shuō)的本質(zhì)觀(guān)點(diǎn)是：大地是球形的，地球是宇宙中心。
�、蹠円拐f(shuō)：是中國古代最先進(jìn)的宇宙觀(guān)，它認為宇宙是廣袤無(wú)垠并且充滿(mǎn)氣的空間，日月星辰在其中運行，沒(méi)有任何幾何學(xué)的構思。
晝夜說(shuō)以無(wú)限的宇宙取代了有限的天球，是非常深刻的。
(2)古希臘的宇宙觀(guān)
�、倜桌紝W(xué)派，認為地球像一個(gè)圓盤(pán)或圓筒浮在水上，地靜止不動(dòng)。
�、诋呥_哥拉斯學(xué)派，企圖用“數的和諧”來(lái)建立宇宙的理論。
他們認為球體是最完美的幾何形體，所以斷言宇宙是球形的。
其他天體也是球體，繞共同的球心作勻速圓周運動(dòng)。
�、郯乩瓐D學(xué)派，對畢達哥拉斯學(xué)派進(jìn)一步發(fā)展，認為地球就是所有天體共同的球心。
�、艿匦恼f(shuō)，為了克服柏拉圖學(xué)派中遇到的問(wèn)題，阿波羅尼提出了“本輪―均輪”結構模型，后經(jīng)希帕克斯和托勒密的改進(jìn)，最終形成了流行1400多年的“地心說(shuō)”。
�、萏�(yáng)中心說(shuō)，阿里斯塔克提出，地球不是宇宙中心，太陽(yáng)才是。
地球每年繞太陽(yáng)運轉一周，又每天自轉一周。
可惜他的看法不為當時(shí)的人們所理解，很快就被埋沒(méi)了。
(3)近代宇宙觀(guān)
�、俑绨啄嵴J為宇宙與自然是最美的，而美的東西一定是簡(jiǎn)單與和諧的，這與“80個(gè)輪上輪”顯然不一致。
他的眼光跳出了地心說(shuō)，再次轉向日心說(shuō)。
�、诟绨啄犭m然提出了日心說(shuō)，但一直不敢發(fā)表，直到臨死前才拿出來(lái)。
而布魯諾將它公開(kāi)說(shuō)了出來(lái)，為此被宗教裁判燒死在羅馬的鮮花廣場(chǎng)。
�、鄣诠葘μ煳挠^(guān)測有著(zhù)濃厚的興趣，他認為要建立科學(xué)的星體運動(dòng)理論，必須先精確地掌握星體的位置。
為此第谷付出了畢生的心血，歷經(jīng)20余年編制了777個(gè)星體的位置圖表，至今仍有利用價(jià)值。
�、荛_(kāi)普勒是第谷的助手，他以數學(xué)的和諧性探索宇宙，在天文學(xué)方面作出了巨大的貢獻，提出了著(zhù)名的“開(kāi)普勒行星運動(dòng)定律”。
通過(guò)這樣系統的介紹，為學(xué)生呈現了人類(lèi)文明的發(fā)展進(jìn)步，理清天文學(xué)的研究脈絡(luò )，對培養學(xué)生的人文主義情懷影響深遠。
總之，在課堂教學(xué)中如果能夠充分發(fā)揮物理學(xué)史的教育功能，不僅可以點(diǎn)綴物理課堂，使課堂教學(xué)生動(dòng)活潑，還能帶給學(xué)生心靈的沖擊，提高他們的人文素養，這一手段在新課程背景下的課堂教學(xué)中乃是大有可為的。
大學(xué)物理學(xué)教學(xué)中的實(shí)證【2】
摘要：由于高考制度的改革，為了減輕中學(xué)生的學(xué)習壓力和負擔，部分省級單獨出題高考的單位，允許學(xué)生選學(xué)選考物理或不考物理，這使得許多新入學(xué)的大學(xué)生都沒(méi)有系統地學(xué)習過(guò)中學(xué)物理學(xué)知識。
這給大學(xué)物理學(xué)教學(xué)帶來(lái)了一系列的困難。
本文作者根據這一實(shí)際情況，在大學(xué)物理學(xué)教學(xué)過(guò)程中，結合現實(shí)生活和學(xué)生所學(xué)專(zhuān)業(yè)及周?chē)h(huán)境，大膽引入實(shí)證教學(xué)，通過(guò)真實(shí)的案例，展示物理學(xué)的基本概念與具體應用，活躍了課堂教學(xué)氛圍，加深了教學(xué)印象，使學(xué)生能在快樂(lè )中學(xué)習“枯燥”的概念，加深對基本理論的理解，促進(jìn)學(xué)生對知識的掌握，收到了較好的教學(xué)效果。
關(guān)鍵詞：物理學(xué);教學(xué);實(shí)證;研究
一、受我國大學(xué)的擴招和高考制度的改革影響
由于現在我國大學(xué)的擴招和高考制度的改革，使得許多新入學(xué)的大學(xué)生都沒(méi)有系統地學(xué)習過(guò)中學(xué)物理學(xué)知識，例如，有些省市的高考，學(xué)生可以選考物理或其他科目中的一門(mén)課，由于物理學(xué)這門(mén)課對一般人來(lái)講比較難學(xué)，再加上高考時(shí)，物理學(xué)出題一般都比較難，因此，高考時(shí)，為了回避考物理學(xué)，有相當一部分同學(xué)就沒(méi)有選考物理學(xué)。
而當這部分沒(méi)有選學(xué)物理學(xué)的同學(xué)進(jìn)入大學(xué)后，專(zhuān)業(yè)的需要又要求其在大學(xué)階段繼續學(xué)習物理學(xué)知識，導致大學(xué)物理教學(xué)的難度增加。
由于物理學(xué)知識的理論性較強，大學(xué)中的教學(xué)學(xué)時(shí)非常有限，加上學(xué)生水平參差不齊，對于中學(xué)沒(méi)有認真學(xué)習過(guò)物理學(xué)的同學(xué)來(lái)講，大學(xué)又沒(méi)法專(zhuān)門(mén)抽出時(shí)間為其單獨補充中學(xué)的物理學(xué)知識，這使得一部分學(xué)生在學(xué)習中感到很迷茫。
上課聽(tīng)課時(shí)有一種云里霧里的感覺(jué)，摸不著(zhù)頭腦。
而大學(xué)所學(xué)物理學(xué)理論的抽象性又增加了學(xué)生的學(xué)習難度，但作為大學(xué)教學(xué)，又希望所有學(xué)生都能學(xué)好，至少差距不要太大。
為此，結合學(xué)生的實(shí)際情況，我們在教學(xué)過(guò)程中，緊緊圍繞實(shí)踐和實(shí)證教學(xué)，結合現實(shí)生活，多講應用實(shí)例，提高學(xué)生學(xué)習物理學(xué)的興趣，并適當降低公式推導的難度，鼓勵同學(xué)們多利用業(yè)余時(shí)間學(xué)習、觀(guān)察、思考，收到了一定的效果[1-3]。
二、實(shí)證舉例
物理學(xué)知識是與現實(shí)生活緊密相關(guān)聯(lián)的，平時(shí)在課堂上，由于時(shí)間的限制，一般理論講解較多，而與實(shí)際生活緊密相關(guān)的實(shí)例的講解和列舉較少，為了幫助同學(xué)們理解，特別針對高中階段沒(méi)有學(xué)習過(guò)物理學(xué)，或者來(lái)自不要求學(xué)習物理學(xué)的省份的考生的理解，在這方面，我們做了有益的探索[4，5]。
隨著(zhù)電子信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，移動(dòng)電話(huà)得到了極大普及，大學(xué)生幾乎人手一部，走在校園里，學(xué)生個(gè)個(gè)都是機不離手，有的邊走路邊發(fā)短信或邊打電話(huà)，有的則是邊走路邊玩游戲，等等。
可以說(shuō)學(xué)生是離不開(kāi)移動(dòng)電話(huà)了，如果幾分鐘不去看一眼，就好像缺了點(diǎn)什么，渾身不自在。
那么，在物理學(xué)教學(xué)中，我們就可以想辦法利用移動(dòng)電話(huà)進(jìn)行實(shí)證教學(xué)。
例如，在學(xué)習屏蔽和靜電屏蔽時(shí)，我們可以做這樣一個(gè)實(shí)驗。
將一部移動(dòng)電話(huà)放入透明玻璃杯內，蓋上蓋子，再撥打這部電話(huà)，你可以看到，玻璃杯內的這部移動(dòng)電話(huà)的指示燈在閃爍，說(shuō)明電話(huà)接通正常。
將杯中的移動(dòng)電話(huà)放入搪瓷(或金屬)杯中，蓋上蓋子，再撥打這部電話(huà)，你會(huì )聽(tīng)到“你所撥打的電話(huà)暫時(shí)無(wú)法接通”之類(lèi)的提示音，這說(shuō)明移動(dòng)電話(huà)的信號被屏蔽了，這時(shí)，我們再結合靜電屏蔽理論，講解電磁波的傳播規律，學(xué)生就更容易接受和理解記憶。
這比直接抽象地講解屏蔽的概念和理論更容易讓學(xué)生學(xué)到相關(guān)知識，可以有效地提高學(xué)生的學(xué)習興趣。
隨著(zhù)科技的發(fā)展，電子信息產(chǎn)品種類(lèi)越來(lái)越多，人們對電子產(chǎn)品的要求越來(lái)越高，電子產(chǎn)品的質(zhì)量指標固然很多，但干擾和抗干擾能力是極其重要的指標，這些與我們的生活緊密相關(guān)的知識與物理學(xué)理論也是緊密相關(guān)的。
例如，現代社會(huì )生活中，幾乎每個(gè)人都有多張銀行卡或類(lèi)似的卡。
若將它們放在一起，或與移動(dòng)電話(huà)等相距較近，就有可能會(huì )失去功能，這就提出了抑制和消除干擾的問(wèn)題。
為了抑制和消除這種干擾，可以采用屏蔽的方法。
例如，將銀行卡之類(lèi)的卡放在金屬盒中，或軟金屬做成的袋子中，例如，包裝香煙或飯店中有時(shí)做菜包裝用的錫箔，就能起到很好的屏蔽外界干擾信號的作用。
又如，臺式計算機的外殼，其六個(gè)側面，大部分是由金屬組成的，為什么?這是為了盡量減少外界信號對計算機內部運算電路的影響，使計算機運行更加穩定。
當然，也有不用金屬外殼的，那么，它的抗干擾性能就會(huì )大打折扣。
特別是工業(yè)部門(mén)、野外或用于軍事目的要求較高的計算機，在設計制造時(shí)，更加注意和強調外殼對信號的屏蔽隔離作用。
又如，當你打開(kāi)電視機的外殼時(shí)，線(xiàn)路板上的一些零部件由一層金屬板封閉著(zhù)，這說(shuō)明，這部分零部件要求較高，不能隨便接受外界信號的干擾，否則信號很難正確傳遞，所以，要增加一層金屬板，隔離信號。
不了解的人，可能認為是為了好看等原因，實(shí)際上，這些都有深刻的物理學(xué)原理，都是可以應用物理學(xué)公式進(jìn)行描述的。
這些都是為了與外界信號相互隔離的需要，為了盡可能減少外界信號的干擾。
仍然以打電話(huà)為例，在聲音嘈雜的環(huán)境中打電話(huà)，怎樣才能讓對方比較清晰地聽(tīng)到你的聲音?很容易想到的是說(shuō)話(huà)人提高嗓門(mén)，用物理學(xué)的語(yǔ)言來(lái)講，叫做提高輸入信號的強度。
但除了提高嗓門(mén)提高輸入信號的強度外，還有一項重要的手段，是絕大多數人忽略掉的，因為在你提高嗓門(mén)的時(shí)候，外界的噪聲并沒(méi)有減小，因此，對方對你的聲音只是有限地聽(tīng)到大了一點(diǎn)點(diǎn)。
假設你在嘈雜的環(huán)境中打電話(huà)時(shí)，能夠適當用另一只手，形成一個(gè)比較密閉的半球狀球殼，使你的嘴巴和電話(huà)的拾音器都在這個(gè)半球狀的球殼中間，這時(shí)你再打電話(huà)，就會(huì )感覺(jué)到信號相當好。
為什么?因為你的形成比較密閉的半球狀的手，一方面阻斷了大部分外來(lái)的嘈雜的干擾信號(與空氣相比，嘈雜的干擾信號不容易透射過(guò)肌肉和骨頭這種介質(zhì))，另外，你的手形成的比較密閉的半球狀，自然也構成了一個(gè)信號反射區，根據物理學(xué)中的波的反射原理，更有利于你的嘴巴發(fā)出的信號反射回電話(huà)的拾音器，所以，對方可以聽(tīng)到更加清晰的聲音。
因為你在增加有用信號的同時(shí)，也減少了噪音的輸入，這就是物理學(xué)中的反射和透射原理的具體應用。
所以，處處留心皆學(xué)問(wèn)。
物理學(xué)既是一門(mén)很抽象的、理論性很強的學(xué)科，同時(shí)又是一門(mén)與實(shí)際生活緊密相聯(lián)系的科學(xué)。
有相當一部分人認為物理學(xué)難學(xué)，所以，許多學(xué)生害怕學(xué)習物理學(xué)。
因此，作為物理學(xué)教師，要結合實(shí)際應用，多講物理的應用背景，鼓勵學(xué)生不斷聯(lián)系實(shí)際，勤于思考，老師再多舉應用實(shí)例，這樣，在教師和學(xué)生的共同努力下，就能更好地搞好物理教學(xué)，并將物理學(xué)知識更好地服務(wù)于社會(huì )實(shí)踐。
參考文獻：
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