新课程中利用物理学史培养学生的科学精神——从“伽利略对自由落体运动的研究”谈起

科技信息　０教学研究Ｏ　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　２０１０年第１１期　新课程中利用物理学史培养学生的科学精神　从“伽利略对自由落体运动的研究”谈起　陈　文　ｆ温州市第二十二中学　浙江温州３２５０００）　【摘要】我国正在进行的新一轮高中课程改革明确将科学态度与科学精神列为科学教育的重要目标。其目的就是要使科学教育超越公式　与符号，使学生成为真正具有科学素养的人。因此，科学精神与科学知识、科学方法一样，是构成科学素养不可缺少的要素；也是当前科学教育　最缺少，而又是人们最需要的素养。本文结合新课程的理念谈谈利用物理学史培养学生的科学精神。　【关键词】新课程理念；物理学史；科学精神　１　科学精神与新课程的理念　科学精神简单地说就是：实事求是，勇于探索真理和捍卫真理＿ｌ】。　具体说来科学精神包括怀疑精神、求实精神、创新精神等几个方面。科　学精神是人类科学文化的重要财富．也是民众科学素养的重要组成部　分。美国面向２１世纪人才培养的“２０６１计划”在《面向全体美国人的　科学》一书中就将“科学需要证据；科学是逻辑和想象的融合；科学不　仰仗权威”　作为美国基础教育中科学世界观的构成要素。　高中物理课程的基本理念指出：物理课程旨在进一步提高学生的　科学素养，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，为学生终身发展、应对现代社会和未来发展的挑战奠定基础。　课程明确将科学态度与科学精神列为科学教育的重要目标。其目的就　是要使科学教育超越公式与符号，使学生成为真正具有科学素养的　人。因此，科学精神与科学知识、科学方法一样，是构成科学素养不可　缺少的要素；也是当前科学教育最缺少，而又是人们最需要的素养。　２在教学中利用物理学史培养学生的科学精神　在新课程理念的指导下，笔者更深刻地认识到，今天，物理教学不　仅应只让学生认识“题海”，而要帮助学生思考“科学”是什么。物理课　程不应该忽视人类对科学认识的历史过程的教育，不应该让科学家们　的科学精神被公式和条文所遮盖。新课标的编写注重利用科学过程来　培养学生的科学精神。科学过程是科学家们从事科学活动的智力劳动　过程，科学过程往往是通过物理学的发展史来呈现。因此，我们可以通　过物理学史的教学，把科学过程和科学方法引入物理教学，能使学生　有身临其境之感，而且能领略科学前辈的研究方法、科学精神。　新课标必修一第二章专辟一节“伽利略对自由落体运动的研究”　就是这样一节内容。落体运动是一种自然界中广泛的典型运动，自古　以来许多人都来研究过，伽利略对自由落体运动的研究意义巨大。本　节从生活经验和亚里士多德的观点出．伽利略进行逻辑推理使其陷入　自相矛盾的境地，进而激发学生的探究兴趣。教材内容主要是介绍伽　利略对自由落体运动的研究过程和他的科学思维方法．以及他的巧妙　的实验构思。教材的编写脉络清楚，逻辑推理严谨，文字表述生动和通　俗易懂，很好地呈现了伽利略研究落体运动的科学精神。通过本节内　容的教学，不仅可以让学生进一步认识自由落体运动，而且可以培养　学生如下几方面的科学精神　２．１　培养学生的怀疑与批判的科学精神　教材中“绵延两千年的错误”与“逻辑的力量”，通俗易懂的文字阐　述了亚里士多德的权威与伽利略逻辑推理。怀疑与批判的精神把伽利　略推上了科学的巅峰。１７世纪的意大利，科学界的人都信奉亚里士多　德的见解，谁要怀疑，就会受到诘责：你要违背人类的真理吗？为了驳　斥亚里士多德的错误结论，伽利略在《关于托勒密和哥白尼两大世界　体系的对话》　一书中，首先从理论上驳斥了亚里士多德的落体定律。　随后，伽利略用实验来进～步证实了自己的论断。今天人们仍在感谢　伽利略，感谢他大胆怀疑与批判的精神。于是历史铭记了伽利略，铭记　了他的怀疑与批判精神。古人云：小疑则小进，大疑则大进，无疑则不　进。怀疑与批判推进了科学和社会的发展．也让历史永远铭记。　批判精神的核心是怀疑精神．表现为不迷信权威．不迷信书本，坚　持真理　。物理学的发展史就是一个反思、怀疑、批判、求真、求美、求新　的一部发展史。物理学家们对真理的追求，不同理论观点的冲突、纷争　与批判，深刻的洞察力和永恒的批判精神等．对于新理论的催生起着　重要的作用。从光学到微粒学、波动学到波粒二象性和光子说；从古典　力学再到相对论力学；爱因斯坦与玻尔之间就量子力学是否完备发生　的长期争论等，都是让学生体验批判精神的生动素材。但是，传统的物　理教育由于受传统文化的影响，在物理学史的教学中，往往把物理学　神秘化、把物理学家神圣化．让学生对物理学敬而远之。由这些杰出物　理学家的发现形成的物理知识，怎么能去怀疑？面对物理教科书中的　概念、术语、公式、定律，学生认为它们就是真理，唯一需要做的就是学　习它、记住它。久而久之．历史性的、进化着的科学理论被神圣化、教条　化，这种教条的态度明显地与科学精神格格不入。所有这一切，在以灌　输知识为目的的教学中不自觉地剥夺了学生的怀疑精神，而怀疑和批　判精神对于科学恰恰是不可或缺的。精英化的物理知识的专门教育，　很显然是为了造就物理学专门人才，但是，事实上，只有少数人将来会　成为物理学家或从事与物理学相关的专门研究，即使对于他们，狭窄　的专门训练也不利于培养他们的创新意识和创造力。对于所有的学生　来说，更重要的是让学生真正领会科学精神、掌握科学方法、树立恰如　其分的科学形象，批判地、理智地对待科学、对待社会、对待生活。　学起于思，思源于疑。加强物理学史教育，使学生树立敢于批判的　意识，使学生初步认识物理学发展史是一部充满批判的历史。科学发　展史告诉我们，谁不迷信权威，敢于与传统观念决裂，敢于提出新问　题、新思想、新见解，谁就能做出创造性的发现。正是由于伽利略敢于　批判亚里士多德“力是产生运动的原因”的观点．才建立起正确的力和　运动的观点，为物理学的发展奠定了良好的基础；哥白尼正是敢于对　“地心说”宗教理论进行批判．才提出ｙ－“日心说”理论。在物理学发展　的历史长河中，这方面的典型事例是很多的，只要有意识地将这些事　例结合在平时教学中，就可以有效地培养学生敢于批判的意识。今天，　我们应该在新课程理念的指导下，突破传统的物理教法，要善于利用　新课程中的“历史影子”培养学生的怀疑和批判精神。　２．２培养学生求实的科学精神　伽利略对一重一轻两个铁球，先后落地起了怀疑。会导致两个截　然相反的结果。对于这些疑问，他没有去主观臆断，也没有盲目相信权　威．而是自己去反复做试验，证明了一重一轻两个物体自由下落时会　同时着地。传说伽利略在比萨斜塔做过落体实验，但后来的考证否定　了。尽管如此，这个著名的举世闻名的实验，教育了那些盲从的人们，　启发人们应破除迷信，崇尚科学。　教材中指出：对于落体运动，伽利略首先从逻辑上推翻了亚里士　多德的观点，但他并没有因此而止步，为了探索落体运动的规律，他提　出了巧妙的“冲淡引力作用的斜面实验”。为此，伽利略整整做了一百　多次，才得出了金属小秋不论轻重．其通过的距离与时间的平方之比　为一常数．即是是在做匀加速运动的结论，然后通过外推确定了自由　落体定律。这正是伽利略的求实精神。　科学认为世界是不依人们主观意志决定的客观存在，科学活动要　求人们从事各种物质创造活动时应该遵循“实事求是”的态度，要求正　确认识客观世界的运动．因此．客观唯实、追求真理是科学精神的首要　要求。科学精神，就是彻底的唯物主义精神，也即实事求是精神。“解放　思想．客观唯实，追求真理”是科学精神的实质。达芬奇早在１５世纪就　指出：科学如果不是从实验中产生，并以一个清晰实验结束，便是毫无　意义的，充满谬误的，因为实验乃是确实性之母。这一科学的结论在伽　利略的手中得以发扬光大。伽利略十分强调自然科学要重视观察和实　验．科学的规律应当由实验来证明，反对离开观察和实验的抽象推理。　他说过：“因为我深深懂得，只要一次实验和确证，足（下转第２９４页）　２９９　２０１０年第１１期　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　Ｏ教学研究。　科技信．｜　巧设疑激发学习语文兴趣　城固　７２３２１　１）　崔新吉　（城固县南坎营初级中学　陕西古人云“学起于思，思源于疑”，“小疑则小进，大疑则大进”，“疑　的词语中所蕴涵的不平常，从而进一步加深了对作品思想意义的理　者。觉悟之机也”。可见“疑”之重要。在课堂上，如能教会学生真正抓住　解。　文章的疑点，“援疑质理”，就能激发他们的学习兴趣，形成强烈探求的　局面．从而提高分析和解决问题的能力。　４选准切口　一１　巧设悬念　篇课文，能否选准切Ｅ１．对理解课文起着重要的作用。切口选得　好，对完成教学目标有“水到渠成”的作用。如教《看戏》一文时，我问学　在课堂教学中，要培养、激发学生的兴趣，就要善于设置悬念，把　生：“课文标题是《看戏》，谁在看戏？怎样看戏？”一学生顿生疑窦，于　学生牢牢地吸引住，激发他们强烈的求知欲，从而急于去阅读课文，究　是，我指导学生阅读时抓住“看”字做文章，明确观众之所以这样看戏，　源探底。我教《孔乙己》一文时曾设计了这样两个问题：（１）孔乙己姓什　是因为有梅兰芳这样热情的艺术家．从而赞美了热情的观众和热情的　么？（２）悲剧常常使人落泪，而读完《孔乙己》后不是落泪，而是在发笑　艺术家。这样提纲挈领，起到了事半功倍的效果。　之后心里感到辛酸和哀痛＋为什么？这两个问题一下子就激起了学生　急于寻求答案的强烈愿望。　５把握适度　２独创新意　课堂设疑要注意学生的心理实际、知识实际和能力实际。使学生　可望又可及。过于简单，不利于培养学生的能力；过于深奥，学生又高　根据课文内容需要，提出创新观点和问题，促使学生展开争鸣，这　不可攀，望而却步。因此，教师必须在充分钻研教材的基础上，在了解　对学生开拓思路、多角度理解课文大有裨益。我在教莫泊桑的短篇小　学生能力的前提下，恰到好处地提出一些问题。如教朱自清的《春》一　说《项链》一文时，就提出了这样的问题：小说通过借项链、失项链、赔　文时．我首先让学生读课文第一段，接着向学生提出“作者为什么这么　项链这一故事情节的描述，尖锐地讽刺了玛蒂尔德这一追求享乐思想　急切地盼望春天的到来？”从而很自然地引出绘春的五幅图画，由浅入　的小资产阶级妇女形象；但也有人提出不同的看法，认为“爱美之心，　深．由抽象到具体，比较符合初中生的心理和知识能力的实际。　人皆有之”。玛蒂尔德追求美应该无可厚非。你同意哪一种观点呢？这　一问题的提出，一反众说，给人以耳目一新之感。上课时我鼓励学生　６去粗存精　“异文相与析”，并把两篇不同观点的文章印发给大家，使学生们在研　课堂设疑要有的放矢，把各种纷繁复杂的问题加以归纳整理，抓　讨中更深入地把握课文的主题，拓宽理解面，扩大新视野。　住要害．紧扣重点。集中问一两个有分量的问题，以激发学生的思考。　３平中见奇　如指导阅读《（论语）十则》一文时，我没有把所有的虚词都强调一遍，　而是抓住文章重点要解决的一个虚词“而”提问：“而”字在文中出现了　不少学生认为语文课文明白如话。好像没啥学头．这就要求我们　九次，又都是连词，但作用不同，请同学们归纳分类。这样，不但突破了　教者要独具慧眼，从平淡中见新奇。我教《一面》时，先让学生画出描写　学习的重点和难点．也提高了学生的思考和比较鉴别的能力。　鲁迅外貌的句子，在“瘦”字下面加上着重号。问“作者在文中为什么要　总之，课堂设疑必须在吃透课文的基础上，根据大纲规定的重点、　多次提到‘瘦’字？”学生愣住了。于是边读课文，边探讨奥妙。经过一　难点加以确定。同时要细心了解学生，按照学生思维活动的特点和规　番争论，得出共识：“瘦”不只是鲁迅先生的外貌特征，更是鲁迅先生为　律，既讲究技巧，又顺乎自然；既追求生动，又讲究得体。‘　人民大众忘我工作崇高品质的外在表现。扣住“瘦”来写，不仅写出了　鲁迅的“形”，更写出了“神”。这样一探讨，平中见奇，使学生悟出平淡　［责任编辑：张慧］　（上接第２９９页）以推翻所有可能的理由。”【３　科学精神就是敢于追求真理，对科学事业的执著和顽强，尊重客　２＿３培养学生的敢于创新的科学精神　观世界．具有怀疑的态度、批判性的思维和创造性的精神。物理学家费　伽利略做过的实验是多方面的，他不仅认真推敲前人做过的实　尔曼指出，在科学中，怀疑是举足轻重的。科学教育中包含科学精神的　验，而且自己精心设计了很多独创性的实验，本节中“冲淡引力的实　培养。物理教师不能将物理教学只理解成若干物理知识点的教学，更　验”就是一个例子。这正是体现了伽利略敢于创新的科学精神。　不能理解成是物理习题的教学。而是要将物理科学上升到文化的高度　近代科学革命时期，科学家在自然科学许多领域．作出了一系列　去认识．物理科学本身是一种文化，物理科学发展的历程更是一部充　的刨新，如天文学和力学方面。哥白尼的太阳中心说、刻　勒的行星运　满神奇的文化发展史，这其中充满着科学家的物理思想和科学精神。　行三大定律、伽利略的自由落体定律和惯性原理、牛顿的万有引力定　今天，在新课程理念的指导下，我们要敢于利用教材中的“历史影　律和运动三定律，以及生理学方面。哈维的血液循环理论等。以伽利略　子”，培养学生的科学精神。科学的本质在于求真、探究与创新，物理学　为代表的近代科学革命的先驱者们所高扬的勇于探索、敢于创新的科　史中包含着科学的本质。科学发展的进程就是人们对客观世界进行不　学精神，正是科学革命的灵魂。　懈地探究创新的过程。今天的中学生就是未来科学的探究者，让他们　物理必修一在绪言“物理学与人类文明”中指出“尽管年轻人的不　在学习的过程中理解科学的本质，树立正确的科学精神，对于他们立　如老年人丰富，但却很少保守思想，最具创新精神。虽然多数同学今后　志献身科学事业无疑是必要的。　未必进行基础科学的研究但是，不论从事什么职业。高中物理学习中　树立的创新精神，学到的科学方法，积累的科学知识．将会使你终身受　【参考文献】　益。”创新精神是一个民族的灵魂．今天我们的物理教育不仅要注重物　［１］邢志华．国内“科学精神”研究近况【Ｊ】．哲学动态，２００ｏ（４）．　理教育人文价值的开发，更要注重物理学史中所蕴含的科学家的“创　［２］美国教育促进会：面向全体美国人的科学［Ｍ】．科学普及出版社，２００１．　新精神”，培养学生的创新意识。　［３］颜振珏．物理学史新编【Ｍ】．贵州科技出版社，２００２．　［４］黄建军．新课程下物理学变韵教育功能硼．物理教学探讨，２００６，２４（２６１）　３小结　［责任编辑：王静】