善用物理学史 培养职高生创造性思维能力

罗晓玲

【摘要】本文着重阐述在物理课堂教学中利用物理学史料对职高学生创造性思维能力的培养。

【关键词】物理学史 课堂教学 创造性思维能力

一、问题的提出

江泽民总书记指出：“创新是一个民族进步的灵魂”。素质教育，培养创新思维是核心，培养有创造性思维能力的人才是教育的主要目标。创造性思维是在一般思维的基础上发展起来的，它是后天培养与训练的结果。卓别林说过一句耐人寻味的话：“和拉提琴或弹钢琴相似，思考也是需要每天练习的。”因此，我们可以运用职高学生心理上的“自我调解”，有意识地培养职高学生的创造性思维能力。

在各学科教学中，物理教学因物理学科的特点在这方面可以起到重要的作用。物理学形成和发展已有近400年的历史，其每一项发现都充满着创造性，洋溢着科学精神，渗透着科学的思想和方法。

物理学史本身就是一部创新史，其任何一个成功的发现，都离不开物理学家强烈的好奇心和求知欲，通过它可激发学生的学习和探索兴趣；其任何一个成功的发现，都离不开标新立异和敢持己见的勇气，可培养学生思维的多向性和批判性；其任何一个成功的发现，都充满着艰辛的探究过程，而这正促使我们改变当前“重科学结论，轻探究过程”的教学模式，可让学生像物理学家从事科学探究那样学习知识，领悟科学探究的真谛，培养能力。天体力学的主要奠基人拉普拉斯说过“认识一位天才的研究方法，对于科学的进步，并不比发现本身更少用处，科学的研究方法经常是极富兴趣的部分。”其任何一个成功的发现，都是提出问题和解决问题的过程，这正可引导学生主动去发现问题和提出问题，从“为什么”到“怎么样”，培育其创造性的想象力和勤于思考的习惯；其任何一个成功的发现，都离不开正确思维和方法，尽管学生是学习物理知识，而物理学家是在增进人类对自然界的了解，但学生和物理学家所从事的活动和思维过程有许多相同之处，在教学中渗透，可让学生学会科学的思维和方法。

二、怎样使用史料

完整的史料虽是又好又丰富，但是不可能也没必要在职高物理教学中全用。怎样在有限的课堂教学中充分发挥史料在培养学生创造性思维能力方面的价值呢？实践表明，按教材发展顺序，从创造性思维能力培养的科学程序角度，采用多种形式合理选择组织史料是高效的方法。

1.从培养学生学习物理的兴趣开始。兴趣是最好的老师。物理教师的首要任务便是保护好学生固有的好奇心和求知欲，进而激发他们学习物理、探索自然的兴趣。学生一旦有了学习物理的主观能动性，将会获得预想不到的成果。教师用自身形体、幽默的语言使学生对物理教师产生的兴趣是初级又短暂的；而物理学史上的伟大发现对人类认识自然规律和人类社会的发展做出了巨大贡献这将引起学生心灵的强烈震撼，對物理课和物理科学的兴趣将更加持久深远。伟大的发明和发现、 经济革命 ，造就了强国与地区的生产文明。如十六世纪瓦特蒸汽机的发明，使世界进入蒸汽时代第一次工业革命，使英国——号称日不落殖民帝国生活进入文明； 十九世纪中叶电磁学的发展，引发了第二次技术革命，使美国成为世界第一经济强国脑力解放； 二十世纪中叶，微电子技术信息时代引发了第三次浪潮 ，为日本与亚洲四小龙的崛起奠定了基础。因此，在序言课中除了完成基本教学目标外，还可以用多媒体形式插入以下内容：

（1）简述人类社会几次经济大飞跃与物理学的重大发明发现的关系，突出物理学的作用巨大、关键、和领头学科的地位，激发学生对物理课和物理科学的兴趣。

（2）简述指南针与郑和下西洋、火药与火箭、人类登月与神州五号、神州六号、神州七号、核能与原子弹、哈勃望远镜与火星探测等，激发民族自豪感，使兴趣的动力更加强劲深远，又感受探索自然科学的永无止境的乐趣。实践表明，当学生们跃跃欲试的时候，他们的兴趣得到了空前的激发。当然，兴趣的保持还需以后进一步巩固。

2.培养学生创新意识、创新精神，激励学生意志。 创新意识是创造的基点，没有创新意识，便没有创造；在创造过程中，会不断地遇到困难，挫折甚至失败，没有坚韧意志，不会走到最后成功。对高一职高学生来说，他们的物理基础知识相当薄弱，而且普遍认为物理枯燥、乏味，没有新鲜感。在学习上缺乏努力和意志，喜欢拿来主义。在课堂教学中，教师可根据教材内容特点，有意识地选择一些力学史料来教育学生。如在“自由落体运动”教学中，除了实验探究和习题教学外，可充分挖掘发生在比萨的“落体实验”。先介绍其背景：当时在比萨大学谈论亚里士多德是一种时髦，亚里士多德被奉为权威和真理。人们认为怀疑亚里士多德的人是疯子，挑战亚里士多德更是大逆不道。伽利略发现了亚里士多德著作中的很多错误，当他贴出海报后，有人认为他是胆大妄为，有人认为他是哗众取宠、沽名钓誉，……很少有人支持。伽利略却天生爱刨根究底，不相信权威、个性倔强。再提出其关于落体运动的实验和理论，然后让学生思考：为什么在伽利略之前2000多年没有人对亚里士多德提出异议？是因为学术上的思维定式，还是因为精神上的崇拜权威？让学生自己讨论后得出：伽利略的成功除了他具有批判性思维，还因他具有敢持己见，敢立异标新的勇气。借此可培养学生的创新意识和创新精神。此后在“惯性定律” 教学中，继续谈关于“运动和力的关系”问题，伽利略对亚里士多德的又一次挑战，既可起强化作用，又可让学生体会“近代实验科学之父”的科学推理方法。此时，在课外让学生阅读伽利略冒着受教会审判的危险，借《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》一书支持哥白尼，论证日心说，及300年后（1979年）才被平反昭雪等材料，升华其追求真理、敢于创新的精神。此外，牛顿观察苹果落地启发万有引力定律发现、伽利略观察教堂摆灯时发现摆的等时性等，都可启发学生，让学生懂得：不平常的发现也可以是从对身边平常的事物、现象及与众不同的思维开始。创新意识的增强，使学生认识到科学及科学研究并不神秘，科学家也很平常，而创新意识人人都有。许多学生从此开始逐渐不再迷信老师和书本，有了常常反问的勇气。

3.对科学事件的领悟中，培养学生的创造性思维和方法。 培养创造性思维能力所需要的创造性思维和方法是一件很难的事情。物理学形成和发展的过程本身，也是物理学家运用正确的思维方法和研究方法进行科学探究与创新的过程。如果我们在物理教学中选择恰当时机，或展示这些素材，或模仿物理学家的科学探究进行学习上的探究，不但生动自然，而且效果往往超乎想象，许多重大的科学发现和创新中，迁移思维和类比方法起到了巨大作用。我们可在向学生展示这些素材的过程中，让他们领悟这些方法，而这也正是他们今后模仿科学家的这些方法并运用到自己的学习和创新活动中的关键。如“库仑定律和库仑扭秤实验”课中，由于实验设备的原因，进行精确实验探究很困难，可先进行定性实验探索，再应用库仑发现平方反比的经过。突出：库仑虽然直接测量了电荷之间作用力与距离的关系，但精度毕竟有限，如果用平方反比关系表示，其指数偏差可达0.04；库仑认为“磁流体即使不在本质上，至少也在性质上与电流体相似。基于这种相似性，可以假定这两种流体遵从若干相同的定律。”启发学生认识到，“若不是先有了有引力定律的发现和平方反比的类比启发，单靠实验具体数据的积累，不知要推迟多少年才能得到严格的库仑定律”。也正因为此定量定律的建立，才使电开始成为一门严密的科学。“从库仑定律的发现经过我们可以看到类比在科学研究中所起的作用”。此后的强化，可以在“光电效应”课中，用爱因斯坦受普朗克引入能量量子化，解决黑体辐射问题的成功实例启发，用光量子成功解释光效应；和在“光的波粒二象性”课后，用年轻的法国物理学家德布罗意受爱因斯坦有关光的波粒二象性观念启发，提出实物粒子也有波粒二象性，并被实验证实，为量子力学的建立起到重要作用等史料。

事实上，当学生们睁大闪着光的双眼听我们讲述故事时，类比、迁移等思维与方法，变得如此感性、易懂，深深根植在他们的脑海。较之类比、迁移，发散思维（即求异思维）具有明显的独创性。其最为常用、影响最大的有逆向思维、转换角度、发散联想等表现形式。美国著名心理学家吉尔福特说：“正是在发散思维中，我们看到了创造性思维的最明显的标志。”如在“电磁感应”教学中，可介绍1820年奥斯特实验后，安培等许多科学家一直在做电磁实验，如果安培能更客观地对待实验，极有可能在法拉第之前发现电磁感应现象，却因思维方向不当而没发现。而法拉第则坚信“电生磁”，“磁必能生電”。从1824年开始，他坚持不懈地进行实验研究，历经10年时间，终于在1831年发现了电磁感应现象。逆向思维这种创造思维为这个具有划时代意义的发现指明了正确方向。教材中有大量的史料，每一种创新思维和方法都可从中找到许多相应的历史事件，关键是我们要用心去挖掘。如从多个角度思考问题的研究方法，可用历史上对阴极射线的不同角度研究——核质比研究、电场磁场中偏转研究、穿透性研究、旋转镜法测速研究，1897年由汤姆生用归纳方法发现了电子，使人类认识了第一个基本粒子；又如敢于大胆假设的研究方法，可用安培的分子电流假说、普朗克能量量子化假说、玻尔的原子结构假说等史料；使用它们可使自己的思维形象化的方法，法拉第提出了力线思想；而寻求联系和统一的方法，使牛顿把地上物体的运动和天上物体的运动统一了起来，麦克思韦光和电磁现象统一了起来，用能量把各种不同运动形态统一了起来…… 当我们零星地完成许多创新思维与方法研究后，便可选择一些事例，从低到高地将其系统化。如在进行“原子”结构教学时，学生的创造素质已有一定的培养。可按原子模型的历史演变，从实心带电球、行星模型到定态跃迁模型，让学生全面系统地运用各项创造要素来探究，体会创新思维与方法在完整过程中的作用及有机组合，以提高他们的创造能力。也可根据一些史料，编制一些探究性、开放性的习题，让学生运用创新思维与方法来解决，提高他们的创造性思维能力。

三、选用史料进行教学的注意事项

1.系统性。要根据教材的特点和学生心理特征及创造能力培养的程序来安排总体计划，不可零散无序。教师在物理课堂教学过程中，要创造一个良好的学习环境，使学生在学习过程中受到潜移默化的影响。

2.适合性。每一史料所包含的内容繁多，要根据教材的具体内容和创造性思维能力培养的阶段性目标，来取舍史料，确定讲述的时机和侧重点；在分量上，小可以是一小段的插入，大可以是构建全课探究的主要依据；形式上可以用语言的描述，也可以是用多媒体展示或资料展示，还可结合实验进行，绝对不可以史料取代实验；时间上，可以是课内教学，也可以是课外讲座或兴趣小组活动。

3.融合性。融合既指史料与传授物理知识的有机结合，又指创造性思维能力培养要渗透于史料和物理知识的讲解之中。课堂中有计划、有步骤、合理地组织选用史料进行教学，对职高学生的创造性思维能力培养，作用是巨大的，高效的。

参考文献：

[1]教育部师范教育司.高中物理课堂教学设计[M].上海教育出版社.1999.

[2]郭奕玲，沈慧君.物理学史[M].清华大学出版社.2000.

[3]吴景彦.物理学史上的科学家[M].劳动人事出版社.1988.