构建物理学史和物理课程融合的教学模式

摘要： 物理学史蕴藏着丰富的教学资源，物理学史与物理课程融合已经得到广泛的重视。物理学史融入物理课程的教学策略是多样的，本文阐主要述了三种模式：科学讨论模式、多元化教学模式和HPS教学模式。

关键词： 物理学史 物理课程 教学模式

物理学史阐述了物理学的产生、形成和发展，是整个人类文明的一部分，蕴藏着丰富的教育资源。重视物理学史教育，将物理学史与物理课程融合，已经成为物理新课程改革中的一大热点。正如著名物理学家钱三强所说，物理学史是一块蕴藏着巨大精神财富的宝地，这块宝地值得我们去开垦，这些精神财富值得我们去发掘。如果我们能重视这块宝地，把这块精神财富发掘出来，从中吸取营养，获得效益，我相信对我国教育事业和人才培养都会大有益处。

长期以来，在我国的物理学教材中，虽然体现了物理学史的内容，但是相关教学模式却比较单一，一些教师甚至认为物理学史的教学只是讲科学家故事。物理学史融入物理课程大致有三种教学模式，即科学讨论模式、多元化教学模式和HPS教学模式。

一、科学讨论模式

物理学史的教学可以采取科学对话模式，即师生将问题展开，不局限于课本，围绕有关科学史和科学本质问题开展讨论。

在上课前一天，教师将学生分成若干小组，每个小组以6―8人为宜，每个小组的成员应该有具体的任务，上课时教师引导两组学生引用证据进行辩论。学生可以根据物理学史实，结合自己的观点，充分交流意见和观点。这时应注意适度的原则，即应把科学本质的问题限制在学生可以理解的适度范围内。

这种教学模式早已应用，可以充分培养学生的合作学习的能力和团队合作意识。但是，由于小组的数量很多，会造成很多重复和累赘。

二、多元化教学模式

物理学史融入物理学课程的多元化教学，所强调的是针对某一个科学理论或科学概念，利用讨论、辩论、教师演示实验或学生动手做实验等多种方式，模拟当年该科学理论形成的过程，并说明当时的文化背景。呈现物理学史中科学家们所产生过的争论、质疑、错误概念，除了可以避免学生犯科学家曾经犯过的错误之外，还可以帮助学生转变其错误概念。融入的物理学史材料完整地呈现了以前的争论及质疑，因此有利于充分说服学生放弃错误概念，进而自主建构物理科学概念。

以九年级物理牛顿第一定律的教学为例，要求学生记住牛顿第一定律的内容和几个例子并不难，但单纯地记忆或是机械地与实例结合并不能使学生理解定律。为了使学生更加深入地理解和掌握定律，可以采用融入物理学史的多元化教学模式。

首先，上课时教师提出问题：“物体运动需要力来维持么？”并引导学生开展讨论或辩论。有的学生可能认为运动是需要力来维持的，因为石头拿在手上放开会往下掉，气球拿在手上放开则会往上飞，并且在上抛运动中，物体在上升的阶段也会受到一个竖直向上的力。正是这个力维持了物体的运动，这个错误的理论被著名科学家亚里士多德提出，并被当时的人们所接受。

教师指出，如果忽略空气阻力，竖直上抛的物体在上升过程中，除了重力是不受力的，因为没有施力物体。学生产生怀疑，为了促进学生理解物体能上升的原因，教师进一步演示模拟当年伽利略的实验。在演示实验中，引导学生对下列两个问题开展讨论：（l）让小车每次从平面的同一高度由静止滑下的目的是什么?（2）如果平面很长，小球会运动得更远么？（3）如果换成光滑的平面，小球会运动得更远么？

学生讨论及回答之后，教师引导学生回顾物理学史，必要的时候进行阐述。根据经验事实，亚里士多德得出结论：静止是水平地面上物体的“自然状态”或“自然本性”，必须有力作用在物体上，物体才能运动。由于亚里士多德的权威，直到三百多年前，伽利略才创造了有效的方法和技术，揭示了现象的本质。伽利略认识到，将人们引入歧途的是摩擦阻力。他注意到，当一个球沿斜面向下滚时，它的速度增大，而向上滚时，它的速度减小。由此他推论，当球沿水平面滚动时，它的速度应不增不减。实际上他也发现，表面愈光滑，球便会滚得愈远。于是他推论，若没有摩擦力，球将永远滚下去。

1632年伽利略做了一个实验，让小球沿一个斜面从静止状态开始下滚，小球滚上另一个斜面，达到与原来差不多的高度然后回滚。他推论，只是因为摩擦力，球才没能达到原来的高度。然后，他减小后一斜面的倾角，小球在这个斜面上仍达到同一高度，但这时它要滚得远些。继续减小第二个斜面的倾角，球要达到同一高度就会滚得更远。于是他设想：若将后一斜面放平，球会滚多远?结论显然是球将永远滚下去。这就是说，力不是维持物体运动（即维持物体的速度）的原因，而恰恰是改变物体运动状态（即改变物体速度）的原因。后来这个结论被牛顿总结为牛顿第一定律，为近代力学的建立奠定了基础。牛顿把实验观察和抽象思维结合起来，找到了深入理解运动问题的真正线索，这是他研究工作的卓越之处。

通过这些教学活动，学生能够通过科学史去了解科学理论（theory）、科学假设（hypothesis）、科学实验（experiment）之间的关系，有利于学生理解科学的本质，培养严谨求真的科学精神。运用这种融入物理学史的多元化教学模式，一方面，因为内容充实且学生本身积极参与，所以能提高学生学习物理的兴趣。另一方面，通过课堂讨论或辩论，还能促使学生认识到科学家研究问题的过程，使学生对探究过程产生兴趣。总之，这种融入物理学史的多元化科学教学过程，有利于促进学生建构新的物理学概念。

三、HPS教学模式

在以往的科学课程中，往往是把物理学史作为一种知识附加在科学教学内容上，教师以讲故事的方式进行教学。实践证明，这样只能使学生机械记忆，理解趋于狭隘和片面。

近年来，西方一些科学教育专家以建构主义为指导思想，倡导一种新的科学教育的教学模式。这种模式要求把科学史、科学哲学和科学社会学（history，philosophy and sociology of science，缩写为HPS）的有关内容融入中小学科学课程，以期促进学生对科学本质的理解，培养他们的科学精神和创造力，这就是所谓的HPS教育。

英国科学教育学者孟克和奥斯本在总结科学教育的历史经验的基础上，提出了把科学史内容融入科学课程与教学的策略，即HPS教学模式。这一模式适用于物理学史上曾经研究的问题，如落体速度的变化、大气压强、焦耳定律等。这一模式的教学程序包括以下四个环节：

（一）提出问题，引出观念。

教师在导课时演示某一实验，学生通过观察现象，由此产生一个需要解决的问题。例如，为什么通电的电阻会发热？这既能引起学生的好奇心，又能促使学生利用科学史资源进行进一步的探究。然后，教师启发学生就这一自然现象提出自己的观点（解释），让学生充分发挥，不必拘泥于形式。

（二）学习物理学史。

在这一环节，教师先介绍早期科学家关于这一现象的思想、批判和辩论与实例，作为学生研究的参照系，继而引导学生讨论或探索这些观念产生的背景、条件，使学生认识到知识的时代性。学习历史不仅可以激发学生的想象力，还可以培养学生的发散思维和创新精神。

（三）认真设计实验。

教师将学生分组，要求学生从多种观点和观念中选择某种观点，进行合理推理和实验验证。这一环节应使学生认识到：1.对同一自然现象可能有不同的解释；2.可以用实验检验这些观点（假设）。

（四）验证和评价。

由教师讲解当代的科学观念，即介绍教科书上对这一自然现象的解释，从而为学生实现观念转变提供契机和可能。这一环节还需要学生对自己的观念和解释进行实验检验，通过对实验现象的观察、资料的收集与整理，最终得出结论，通过总结与评价，形成科学观念，帮助学生更深刻地理解科学的探究本质，以及历史上科学家的探究过程与科学观念。

从上述的教学过程可以看出，这一模式能将科学史及科学哲学的学习与当前的科学概念和理论的学习有机地融合在一起，有利于培养学生的解决问题能力和创新能力；更重要的是能充分体现学生的主体性，促使他们主动学习和建构知识，并且形成正确的科学态度，培养科学精神。

综上所述，基于学生的经验、认知与推理能力的限制，物理学史与物理学课程的融合只有根据学生的不同特点和教学要求选择恰当的模式，才能取得良好的教学效果。

参考文献：

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