杨平—论物理学史在中学物理教学中的作用

学科分类号 140.99

本 科 毕 业 论 文

题 目 论物理学史在中学物理教学中的作用 姓 名 杨 平 学 号 1007020540047 院 （系） 物理与电子科学学院 专 业 物理学 年 级 2010级 指导教师 王学文 刘高福 职 称 副教授 讲师

二○一 四 年 五 月

贵州师范学院本科毕业论文诚信声明

本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

本科毕业论文作者签名：

年 月 日

目 录

摘 要 ....................................................................... 1 1绪论 ....................................................................... 2 2培养学生学习物理的兴趣和热情 ............................................... 3

2.1物理学史可增加人类的认识能力 ......................................... 3 2.2可增加学生学习物理兴趣 ............................................... 4 3帮助学生正确理解物理原理和概念 ............................................. 5

3.1增加学生对物理概念的理解能力 ......................................... 5 3.2帮助学生领会物理原理 ................................................. 7 4培养学生掌握科学的探索方法 ................................................. 7 5培养学生的品德修养和非智力因素 ............................................. 8

5.1开拓学生的思维能力 ................................................... 8 5.2提高学生思维的严谨性 ................................................. 9 6培养学生民族自豪感、使命感和爱国主义教育 ................................... 9 结论与讨论 ................................................................. 11 参考文献 ................................................................... 12 致 谢 ..................................................................... 13

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摘 要

为推进素质教育与新课程改革教学相结合，在中学物理教学中加入物理学史，并加强对物理学史的教育，充分凸显物理学史在中学物理教学中的教育功能。课堂教学倡导从历史发展角度将物理学史融入到物理教学中，让学生设身处地地体验物理学家探索和研究问题的思维方式，课堂中以教学活动的方式培养学生的科学意识和创造精神；中学生通过学习物理学史，在情感态度与价值观上可进一步提高中学生的综合素质，发挥物理学史在物理教育中的重要性和必要性。

关键词：物理学史；物理教学；作用

Abstract

In order to promote the reform of quality education and new curriculum teaching, combining to join the history of physics in high school physics teaching, and strengthen the education of physics history, fully highlight the history of physics education in middle school physics teaching function. Advocacy of classroom teaching from the perspective of historical development to the physics history into physical teaching, make students put themselves in experience physicists to explore and research way of thinking, in the teaching activities to cultivate the students' scientific consciousness and creativity; Into the history of physics in physics teaching, in terms of emotional attitude and values, the further development of middle school students' comprehensive quality, to bring into full play the importance and necessity of history of physics in physics education.

Keywords: the history of physics ; teaching physics；effect

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1绪论

物理学被人们定义为一门研究自然界的物质、相互作用和运动规律的自然科学。在历史上，探索和学习物理这门科学的人层出不穷，同时也涌现出一大批伟大的物理科学家，这些物理学家的名字家喻户晓，比如伽利略、牛顿、爱因斯坦等，对于接触了物理这门科学的人来说，大家对他们的故事都耳熟能详，因为他们对我们整个地球的贡献实在太大了[1]。正是有了他们对物理学的研究，才使得我们如今的生活变得这般华丽和便捷，所以，物理学也成为了现代人学习中的必修课程。近代来我们国家在初中教育中就引进了物理这门学科，初中物理教育开始让学生们了解物理这门科学，解释了我们生活中的一些有趣的物理现象。“物理学史”则是一门历史科学，它主要研究物理学的知识、理论和方法的发生与发展规律；在物理学的历史中，我们可以了解到伽利略、牛顿、爱因斯坦等物理学中的伟人，他们正是“站在巨人的肩膀上”，总结和发展出前人所作出的成就，从而做出伟大的贡献，历史是一面镜子，我们从中可以知道过去，认识现在，展望未来。

在中学物理教育中引进“物理学史”则是让学生们认识了一些物理学家和深刻了解这些物理学家所研究的内容及他们对我们现代生活、政治和文化所作出的贡献。在传统的物理教学中，人们往往忽视了对学生学习物理兴趣的培养，导致很多厌学的学生特别是觉得物理太难的学生们不想去学习物理这门课程，现代在中学物理学习中加入“物理学史”的讲授和学习，恰好是弥补了这一难点，物理学史学习的内容可以使学生对物理产生强烈的好奇心，激发学生们学习物理的激情，并引起他们学习物理的浓厚兴趣。在“物理学史”中主要体现人类逐步探索和发现世界上的一些本质、现象、特性和规律的过程。人们先是发现一些奇特显现，然后想象产生这一现象的原因，最后

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设计实验来验证和评估[2]；“物理学史”所体现的这一方面可以帮助学生们探索正确的、科学的和适合自己的学习方法。另外，在中学物理教学中渗入物理学史，还可以培养学生严谨治学、坚定不移的精神，对学生自身的品德修养和爱国主义等方面也起到了一定的积极作用；所以在中学物理教学中将物理学史结合进来，对学生的物理教育和素质教育都大有益处。 2培养学生学习物理的兴趣和热情

心理学认为，人的兴趣是人力求认识某种事物或从事某项活动的心理倾向；对于物理学的学习，学生要在学习物理的情绪上产生积极的反应，因为兴趣是发生在人需要的基础上，启发学生对获得物理知识的渴望，并在此过程中长久性地持续这份热情，学生就会对物理产生浓烈的兴趣，为学习物理知识提供很大帮助。所以，兴趣是学习最好的老师，人如果对某种事物感兴趣，他就会不断的探索和追求。 2.1物理学史可增加人类的认识能力

在中学物理教学中渗入物理学史的教育，可以让学生阅读到物理史上丰富的素材，学生就能在材料上的人物故事和探究过程产生浓厚的兴趣。比如说牛顿的故事中：“一天牛顿一人在家中果园的苹果树下看书思考，无意间树上的苹果掉下来正好砸在牛顿的头上，牛顿捡起了砸到他脑袋的苹果，这时他开始思考一个问题：为什么苹果会从树上落下到地面，而不是由树上飘上天空。经过不断地探索和研究，最终牛顿提出一个最简单的现象产生的举世定律----万有引力定律” [3]。又比如说伟大天文学家哥白尼的故事，他在上中学的时候，听说可以用一种仪器来确定时间，这种仪器叫日晷，它的原理是根据太阳的影子来确定时间。之后他很好奇，就找老师问了日晷确定时间的原理，放学回家后找了一些废弃的材料，经仔细研究，很快就做出这种仪

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器了，他将这个仪器用来研究地球和太阳的运动规律。多年后他提出著名的哥白尼“日心说”，推翻了过去人们一直认可的“地心说”错误说法。 苹果从树上掉下来、时间和日出日落，这些都是最平常不过的事，我们平时看着都觉得很自然，没什么可研究的，可为什么这个问题一到牛顿和哥白尼这就得到不一样的效果呢，他们提出的“万有引力定律”和“日心说”具体又是怎么一回事？学生带着这个问题脑子里会产生进一步的思考，从而对这个现象产生浓厚的兴趣，所以就连带产生积极的情绪去学习这门知识；因为物理学中提到的理论和知识都是自然界很普遍的现象，然而对于这些还未接触这门科学的学生们来说确不知道这些平凡的现象从何而来，又为什么以这样特殊的现象出现在人们的世界里，我们大自然的未来又会怎样？所以初级的物理是那么的简单而有趣，又有研究和探索的价值，就会使学生们产生继续探索这门科学的热情，进而对他们学习物理提供前进的动力[4]。 2.2可增加学生学习物理兴趣

当教师在课堂教学上讲授物理学史的内容时，给学生设计了一个生动而活泼、自觉主动的学习氛围，和学生分享某些重大物理知识的发现历程，假设自己身处那个时代，把自己想象为一位物理学界的学者，自己的想法和他们的会有哪些不同，自己是否也会像科学家们一样潜心研究人们在生活中发现的有趣的现象，一个自然奥秘得到了解释，另一个新的问题又会被提出来，那么在这种永无休止的好奇心和满足感中，你会体会到科学发现带给自己生活中的乐趣。物理学史上的科学家们的成功与失败的过程，就是他们的一念之差铸造了伟大的历史。学生根据这些史料就能明白学习和掌握知识是那么的重要，因为知识是人类进步的阶梯，学生们的学习动力也得到了激发，有了这样一股热情，可以让学生在以后学习物理这门课程的过程中，可以顺利

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地攻克每一道难题，甚至对以后能成为一名物理工作者都大有帮助。不知有多少拥有较深逻辑潜力的学生，因为对物理学丧失兴趣而对这门课程产生消极的心理，所以对学生物理兴趣的培养是很有必要的，学生只有对学习物理产生兴趣和热情，才可在以后探索物理的道路上顺利前行。 3帮助学生正确理解物理原理和概念

物理这门学科，如果没有一些概念作为分析、综合、判断、推理等逻辑思维的出发点，就不能揭示物理这门学科的内容、形成学科的体系与结构，就失去了物理这门学科存在的意义和价值，物理学的内容中，物理概念是物理规律和理论的基础，我们知道，任何一门学科，基础理论很重要，只有把基础掌握好，才能更好地学习和研究新的知识内容[5]。例如，光学是由光源、光的特性、光的成像等其中的基础概念形成。 3.1增加学生对物理概念的理解能力

物理概念是观察、实验和科学思维相结合的产物，具有定量的性质；那么每一个物理概念和规律的产生都离不开当时的时代背景，也少不了当时的物理学家的科学逻辑思维发展和历史进程；在物理课堂中贯穿物理学史料，让学生意识到历史上科学家们对知识艰辛的探索历程，帮助学生正确、清晰认识物理概念和原理，并将其运用到物理问题中。虽然我们现在在教材上看到的物理概念和规律只是短短的几句话或几个简单的公式，但这些物理概念和规律是经过物理学家不断发现问题，然后通过实验验证，最后由大量实验数据和材料总结出来的，其过程是经过一步一步仔细地修改和完善，才得到恰当的文字描述和等量关系。所以，我们今天学习的物理概念和规律是前人精心总结出的正确的物理结论，学生通过对物理学史的学习就会知道如今他们所学的知识是怎样建立起来的，又是在怎样历史条件下产生的。学生对所

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要学习的知识有了较为清晰的认识，才能使学生比较系统地掌握进一步学习现代科学技术所需要的物理基础知识[6]。例如，学生如果对质量、力、加速度这几个物理概念都模糊不清，就很难真正理解由这几个物理量组成的牛顿第二定律，更无法将这个知识运用到物理问题上来。首先，力在物理学上定义为“物体与物体间的相互作用”，虽然只是这样短短一句话，但其中有它发生的条件和效果等等；质量在物理学中定义为“物体所含物质的多少”；另外，加速度定义为“物体运动速度变化的快慢”，只有真正理解这些物理概念，才能将他们应用到他们之间联系的问题上来；力、质量、加速度就可以将这几个概念运用到牛顿第二定律中，牛顿第二定律表述出物体加速度的大小和方向，是力与运动的衔接。所以学生要真正理解牛顿第二定律，就必须要先掌握力、质量和加速的概念和性质，再将这些概念基础综合运用到牛顿第二定律中，就能帮助学生真正掌握这一知识。再比如伽利略对匀变速运动概念的理解，他首先认为最简单变速运动应该是均匀变化的，就此问题他做了两种可能：一种是速度的变化对位移来说是均匀的，即在相同的位移内速度的变化量相同，描述速度变化快慢的物理量是加速度，一般用字母a来表示，它和速度、位移的关系为a??v/?s；另一种是对于时间来说，速度是均匀变化的，即在相同的时间内速度的变化量相同，加速度a??v/?t。对于这两种猜想，伽利略经过仔细研究和思考后，发现他的第一种假设是错误的：假设物体在下落第一段距离后已得到某一速度，那么物体在下落的距离加倍时，速度也应该加倍。若该结论正确，就表示物体通过两段距离所用的时间和通过一段距离所用的时间相同。也就是说，物体通过第二段距离的过程时间不发生变化，这显然是荒谬的，我们知道物体运动一段距离应对应一段时间。所以加速度应该是在同一段时间内速度的变化量相同。老师将这一段物理学史实渗入到

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物理课堂时显然就加深了学生对加速度这一概念的理解。 3.2帮助学生领会物理原理

物理原理和概念是物理知识的核心，所以若能在学习物理基础和原理的过程中渗入一些与该知识相关的物理学发展史实，可以让学生了解科学家逐步建立物理学概念和原理的心路历程。知识一般都具有一定的逻辑性，它是由历史到现代逐步演变过来的，具有历史性，将两者相结合，有利于学生对物理原理有更全面、正确的理解和领悟。 4培养学生掌握科学的探索方法

物理学主要研究自然界各种物理现象和规律还有物质结构的自然科学，是一门以实验为基础的学科[7]。而实验的主要环节是观察，所以善于观察实验现象和勤于思考所遇到的问题，是学生学好物理的关键，学生要在实验中得出切合实际、误差允许范围内的结论，就要掌握科学的探索方法。

古希腊著名哲学家亚里士多德在研究物体下落的运动时认为物体的下落速度跟物体的质量成正比，他的这一说法统治了人类两千多年，之后伽利略通过理想实验成功反驳了这一观点，彻底更新了人类对落体现象的认识。我们知道，如果亚里士多德的观点是正确的，也就是说物体下落的速度与物体的重量成正比，重的物体的下落速度肯定比轻的物体快，质量相同的两个物体下落的速度就应该相同。那么我们可以设想一个简单的实验：取两个质量不同的物体，然后将这两个物体连接在一起，由于两个物体的下落速度不同，连在一起后会互相影响，他们将以大于较小物体下落速度和小于较大物体下落速度的中间速度下落，但是他们连在一起时的下落速度肯定比较大物体的下落速度要快些，从而可以判断亚里士多德的说法是错误的。

在中学物理教学中引入物理学史，可以在史料中吸取一些物理学家研究

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物理的方法；不懂就要问，在科学探究中，学生自己要学会多问那些不懂的地方，还要学会猜想实验产生某一现象的原因，更要勤于动手进行实验，操作规范，学会分析自己得出的实验结果，当自己在探索过程中遇到挫折，就应该学会反思或和别人较交流合作，共同探讨和发现问题。所以物理学史料中物理科学家在逐步创建自己学说的过程中所运用到的种种方法可以启发学生自己研究出科学的探索方法。 5培养学生的品德修养和非智力因素

在新课程改革教学中，对学生的素质教育尤为关键，在中学物理教学中渗入物理学史的教育可提高学生的道德修养和非智力品质；历史上的物理学家们尽管他们的出生和生活经历迥然不同，但他们在思想品质上大都不谋而合，他们都对科学和真理拥有持久浓厚的兴趣、热情和真诚执着的追求，他们都具有坚忍不拔的毅力、锲而不舍的精神、持之以恒的顽强奋斗和全力拼搏的决心。这些真实的物理学史实是学生们的前车之鉴，它帮助学生学会怎样做人，增强了学生自身的责任感和自信心，树立正确的世界观、人生观和价值观[8]。

5.1开拓学生的思维能力

物理学史上有很多科学家的故事能够让学生得到思想上的启发，比如说，奥地利物理学家沃尔夫冈〃泡利（Wolfgang Pauli），他出生于1900年，1958年就去世了。他是上世纪物理学界的代表人物之一，因发现著名的“泡利不相容原理”而举世闻名，并获得1945年诺贝尔物理学奖，对相对论和量子力学均有突出贡献。他之所以能有如此成就，是因为他对研究知识持严谨认真的态度，他的敏锐和审慎挑剔，使他具有一双善于发现错误的眼睛。物理科学家的事迹可以让学生们学习他们善于发现错误的能力和对科学敢于求真的

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态度，科学家在研究知识的过程中对自己的要求很高，他们追求的是高标准的正确性，学生们也一样，不能对自己所学的知识是懂非懂，须要求自己做到真正掌握和熟于使用的状态。 5.2提高学生思维的严谨性

运用这些物理学史料，在课堂教学中适当的时间段介绍物理学家们高尚的思想品质和敢于求真、严谨治学的精神，有利于对学生进行思想品德的教育。比如说，在每学习一个新的物理量的时候，就会有一个新的单位，而这些单位往往是由历史上的物理学家的名字来组成，当老师在课堂上讲到这些单位的时候，可以适当增讲关于这一单位的历史典故，这些科学家的人格魅力深深地鼓舞和激励着学生,使他们感到自己在学习中有追求的目标和学习的动力，达到了教育的功效[9]。在运用这些物理学史料对学生进行思想品德教育时,必须使老师讲授的史料结合到近教学内容中来,自然、巧妙地把对学生的思想政治教育融入到物理课堂教学之中，进而培养了中学生良好的道德修养。在对学生进行道德教育的同时，提高学生非智力因素的品质也尤为重要，教师应多注重多种教学方式相结合，多启发学生学习物理的兴趣，因为对于逻辑思维能力比较弱的学生来说，只有对其运用多重启发式教学方法，使他对物理保持良好的状态，不厌学，多努力，一样可以把物理这门课程掌握得很好。在物理教学中导入物理学史，课堂中创设多种教学情境，使学生对学习保持勤奋认真的优良品质，综合培养学生的品德修养和非智力因素。 6培养学生民族自豪感、使命感和爱国主义教育

中国是一个历史悠久、文化博大精深的文明古国，现代的中国人应该发扬我们中华民族热爱祖国的优良传统；《全日制中学物理教学大纲》规定：“要结合物理教学进行辩证唯物主义教育和爱国主义教育”，对学生进行这

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方面的教育是十分有必要的。回顾这一条世界历史长河，国人在物理学的理论和实践中也有着辉煌而不可磨灭的成就。在中国历史上有名的文学著作《墨经》、《天工开物》等，都涉及到物理学知识的论述和记载，这些成就在当时也是遥遥领先于世界的，在现代看来对于这些论述和记载都很具有考古价值；另外，我国最早发明的指南针、地球仪、石拱桥、火箭等实用的技术在当时世界上也是最先进的。据历史记载，2000多年前，中国人就开始学会利用风驱动船在水中航行；在1900年前就利用水利电动机的原理发明了如水磨；2400年前的历史著作就有关于小孔成像的记载。古代的中国人实际上已经早早就把物理学的知识运用的现实生活中，各方面技术都领先于全球其他国家，是历史上最繁盛的民族[10]。

在对学生进行物理学史教育的课堂上，结合教材向学生讲述中国在物理学方面对世界的贡献，让学生认识到中国灿烂的历史文化，唤起学生们的民族自尊心和自豪感。在近代，我国也涌现出许多优秀的物理学家，像钱学森、钱三强等，他们同样拥有一颗爱国的心，新中国成立以后，他们正是在爱国主义的感召下，冲破重重困难，毅然回国，对于当时刚刚建立起来的新中国，正缺少他们这样的人才，果然，回国后他们不负众望，为我国的国防和科技现代化作出重大贡献。因此，对学生进行爱国主义教育是我们共同的责任，如果学生将来学有所成，首先定要学会回报祖国、回报社会。

在物理教学过程中，老师结合有关知识和历史资料，把从古代中国运用的技术到近几年国家在航天、航海方面所取得的成就讲述给学生，激发出学生的自豪和动力；历史是一面镜子，在物理学中，我们可以参照物理学史这面镜子，激发学生学习物理知识的潜力，为国家在物理方面的研究贡献出一份力量；搞好中学生的爱国主义教育，把广大学生培养成有理想、有文化和

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具有深厚爱国情怀的社会主义事业建设者和接班人。 结论与讨论

综上所述，在中学物理教学中引进物理学史，正响应新课程改革的教学目标，能培养学生学习物理的兴趣和热情，帮助学生养成自主、自觉的学习态度，增强学生的怀疑和批判精神；再现物理概念和物理规律的逐步建立历程，帮助学生真正理解所学物理知识；还可以提高学生的品德修养和爱国意识，强化学生素质教育。

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参考文献

[1]陈毓芳，邹延肃.物理学史简明教程[M].北京：北京师范大学出版社，2009.8.

[2]杨晓蓉. 将物理学史引进到中学物理教学中[J]. 四川教育学院学报, 2001, (S2).

[3]李健刚. 物理学史在教学中的应用[J]. 大理师专学报, 2000, (01). [4]杨国平. 论物理学史在物理教学中的应用[J]. 攀枝花大学学报, 2000, (01).

[5]蔡积仁,李耀俊. 物理学史的科学教育功能实例分析[J]湖北师范学院学报(自然科学版), 2004,(03).

[6]阎金铎，田世昆，等.中学物理教学概论[M].北京：高等教育出版社，2003. [7]许国梁.中学物理教学法[M].北京：人民教育出版社，1981.

[8]王道俊，郭文安.教育学.—6版[M].—北京：人民教育出版社，2009. [9]叶奕乾，何存道，梁宁建.普通心理学.—4版[M].—上海：华东师范大学出版社，2010.3.

[10]万勇，王春华，等.物理教学研究方法[M].北京：首都师范大学出版社，2000.

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致 谢

时光飞逝，岁月如梭，四年的大学生活就要结束了，我的毕业论文终于圆满完成。此时此刻，我首先要感谢我的父母不辞劳苦的供我上完这四年的大学，四年过去了，我从一个懵懂的青少年成长为一名即将进军职场的大学毕业生，然而我的父母确已满头鬓发，我向他们表示最真心的感谢。另外我要感谢的是王学文和刘高福两位指导老师，论文开始时是两位老师给了我建议确定论文题目，在整个过程中指导老师对我们论文的进度关怀备至，初稿完成指导老师在查阅论文时更是给了许多修改的建议。没有老师的指导，我们的论文就不能如此顺利的完成。最后真诚感谢同组的同学们，在论文上你们给了我很大支持和帮助，让我如期完成我的毕业论文。

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致 谢

时光飞逝，岁月如梭，四年的大学生活就要结束了，我的毕业论文终于圆满完成。此时此刻，我首先要感谢我的父母不辞劳苦的供我上完这四年的大学，四年过去了，我从一个懵懂的青少年成长为一名即将进军职场的大学毕业生，然而我的父母确已满头鬓发，我向他们表示最真心的感谢。另外我要感谢的是王学文和刘高福两位指导老师，论文开始时是两位老师给了我建议确定论文题目，在整个过程中指导老师对我们论文的进度关怀备至，初稿完成指导老师在查阅论文时更是给了许多修改的建议。没有老师的指导，我们的论文就不能如此顺利的完成。最后真诚感谢同组的同学们，在论文上你们给了我很大支持和帮助，让我如期完成我的毕业论文。

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