學(xué)科教育論文-物理學(xué)史與中學(xué)生的科學(xué)素質(zhì).doc

學(xué)科教育論文-物理學(xué)史與中學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)摘要要想在21世紀(jì)興旺發(fā)達(dá)，就必須有目的地通過科學(xué)教育來造就一大批具有科學(xué)素質(zhì)的高級(jí)人才。本文試圖通過物理學(xué)史對(duì)中學(xué)生進(jìn)行科學(xué)素質(zhì)教育，并對(duì)此作了初步探討。關(guān)鍵詞物理學(xué)史中學(xué)生科學(xué)素質(zhì)隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，科學(xué)理論和實(shí)踐成果及思維方式都有著革命性的進(jìn)展。對(duì)人的科學(xué)觀和方法論產(chǎn)生了重大影響。要想在21世紀(jì)興旺發(fā)達(dá)，就必須有目的地通過科學(xué)教育來造就一大批具有科學(xué)素質(zhì)的高級(jí)人才。本文試圖通過物理學(xué)史對(duì)中學(xué)生進(jìn)行科學(xué)素質(zhì)教育，并在此方面作些初步探討。一、對(duì)中學(xué)生進(jìn)行科學(xué)素質(zhì)教育的必要性科學(xué)素質(zhì)，主要是指人們?cè)谡J(rèn)識(shí)自然和應(yīng)用科學(xué)知識(shí)的過程中表現(xiàn)出來的內(nèi)在特性。它的內(nèi)涵和外延非常深刻而廣泛，包括政治的、倫理的、道德的以及科學(xué)本身等方面。單就科學(xué)本身而論，科學(xué)素質(zhì)包括科學(xué)思想、科學(xué)方法、科學(xué)精神、科學(xué)態(tài)度、科學(xué)意識(shí)等。幾十年來，我國高等學(xué)校實(shí)施的科學(xué)教育模式造成科學(xué)素質(zhì)發(fā)展的畸形。1992年中國科協(xié)對(duì)我國公眾的科學(xué)素質(zhì)所做的調(diào)查表明，我國公民掌握科學(xué)知2.3%的1/3。這個(gè)令人驚心的比例說明加強(qiáng)對(duì)中學(xué)生科學(xué)素質(zhì)教育的緊迫性。二、物理學(xué)史中科學(xué)素質(zhì)教育的內(nèi)容1.科學(xué)精神科學(xué)精神包含創(chuàng)新精神、懷疑精神、批判精神和獻(xiàn)身科學(xué)的犧牲精神，科學(xué)精神的精髓是創(chuàng)新，創(chuàng)新又首先體現(xiàn)在觀念、思想的創(chuàng)新。針對(duì)經(jīng)典物理學(xué)能量是連續(xù)變化的觀點(diǎn)，為了解釋光電效應(yīng)、黑體輻射等實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，普郎克提出了能量子的概念，并給出公式E=hv，為量子理論的建立做出了開創(chuàng)性的貢獻(xiàn)。愛因斯坦在繼承的基礎(chǔ)上又創(chuàng)造了“光量子”的概念，提出了光電效應(yīng)的方程w+(1/2)mv2，并成功地解釋了光電效應(yīng)，從而獲得了1921年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。玻爾則站在兩位巨人的肩上，提出了氫原子核外電子軌道量子化和能量量子化，成功地解釋了氫原子光譜?？茖W(xué)家創(chuàng)新常常帶有濃厚的非理性、非邏輯的反常思維色彩。物理學(xué)發(fā)展史上的大量事實(shí)，都可以揭示出科學(xué)創(chuàng)新的這一本質(zhì)。例如安培提出分子電流假設(shè)時(shí)，人們還根據(jù)不了解分子的電結(jié)構(gòu)。泡利提出“中微子”假設(shè)時(shí)，他自己就把它稱為“孤注一擲的措施”，而且打比方說“只有押了賭注，才能談到贏”，這些重要的發(fā)現(xiàn)并不是經(jīng)驗(yàn)事實(shí)的邏輯結(jié)果，它們帶有革命性創(chuàng)新。懷疑精神的具體表現(xiàn)，就是敢于和善于提出科學(xué)問題。物理學(xué)中幾乎每一個(gè)重大發(fā)現(xiàn)都表明：創(chuàng)造性思維活動(dòng)起始于對(duì)困難或問題的認(rèn)識(shí)，是圍繞解決問題而展開的。善于提出問題，總是從對(duì)事物、現(xiàn)象或已有理論的懷疑開始的。在人類認(rèn)識(shí)史上提出一個(gè)新異而又深刻的問題，必然會(huì)導(dǎo)致一個(gè)重大的突破，將標(biāo)志著科學(xué)的真正進(jìn)步。物理學(xué)的許多成功發(fā)現(xiàn)都始于懷疑。如自由落體規(guī)律的發(fā)現(xiàn)則源于伽利略用重物落得快的觀點(diǎn)進(jìn)行分析，得出一輕一重的兩球聯(lián)成一體后下落時(shí)，在落速上存在邏輯矛盾。通過物理學(xué)史的學(xué)習(xí)，使中學(xué)生知道懷疑精神的可貴。因此，要在自己學(xué)習(xí)過程中習(xí)慣于對(duì)現(xiàn)有理論提出質(zhì)疑。例如：從斜拋公式可推出斜射角45度時(shí)射程最遠(yuǎn)，但認(rèn)真觀察用橡皮管澆草地的情況，可能并非如此?？茖W(xué)精神也包含著批判精神，在應(yīng)試教育下，為了便于組織教學(xué)和對(duì)付考試，知識(shí)的考察和學(xué)習(xí)往往以絕對(duì)化、標(biāo)準(zhǔn)化的形式出現(xiàn)。久而久之，學(xué)生思想日益僵化，唯書、唯師，只會(huì)接受，不會(huì)否定，只會(huì)繼承，不會(huì)創(chuàng)新，迷信權(quán)威缺乏批判精神。通過物理學(xué)史的介紹，可以潛移默化的培養(yǎng)學(xué)生的批判精神。例如，1897年電子的發(fā)現(xiàn)，就是湯姆生對(duì)前人原子不可分的批判、否定的結(jié)果。而實(shí)際上，早在1890年，英國的舒斯特就已經(jīng)測(cè)出陰極離子的荷質(zhì)比(m/e)在氫離子的荷質(zhì)比的千分之一以下，這與湯姆生測(cè)得的結(jié)果基本一致，但他深信原子不可分割，不敢相信自己的結(jié)果，從而錯(cuò)過了科學(xué)發(fā)現(xiàn)的機(jī)會(huì)。2.科學(xué)態(tài)度科學(xué)態(tài)度指人們正確對(duì)待客觀事物和從事實(shí)踐活動(dòng)的穩(wěn)定的行為傾向。包含實(shí)事求是，客觀公正；獨(dú)立思考，追求新知；謙虛謹(jǐn)慎，善于合作；關(guān)心社會(huì)，關(guān)心環(huán)境。實(shí)事求是，客觀公正：盧瑟福在用粒子從氮14中打出質(zhì)子之后，為了證實(shí)這結(jié)果，英國物理學(xué)家布拉愷特在充滿氮的云室里重復(fù)了這個(gè)實(shí)驗(yàn)，拍攝了兩萬多張?jiān)剖艺掌Ｋ謴乃氖嗳f條粒子徑跡的照片中尋找到了產(chǎn)生了分叉的八萬條徑跡，再對(duì)徑跡分叉情況進(jìn)行分析，方才確證了盧瑟福實(shí)驗(yàn)的正確性。1957年泡利和海森堡合作，試圖完成從對(duì)稱性原理出發(fā)解決物理學(xué)所有問題，并很快取得了不少成果。次年他在美國做報(bào)告時(shí)發(fā)現(xiàn)這個(gè)新理論存在很大問題，于是他很快寫信給海森堡，表示他不相信這個(gè)理論。后來，當(dāng)海森堡仍堅(jiān)持并宣傳這個(gè)理論時(shí)，泡利當(dāng)即反對(duì)。他這種堅(jiān)持真理，實(shí)事求是，勇于否定自己的態(tài)度正是所有科學(xué)家成功之所在。獨(dú)立思考，追求新知。物理學(xué)史上大量事實(shí)表明，不迷信傳統(tǒng)理論和觀念，不迷信權(quán)威和書本，是科學(xué)創(chuàng)造的思想前提。在科學(xué)本身的矛盾已經(jīng)顯現(xiàn)出來時(shí)，誰能首先同束縛科學(xué)發(fā)展的傳統(tǒng)觀念決裂，勇于提出新思想、新見解，誰就可能搶先占領(lǐng)科學(xué)發(fā)展的前沿陣地，做出突破性的發(fā)展。眾所周知，在愛因斯坦之前，洛侖茲和彭加勒已經(jīng)走到相對(duì)論的大門口，只是未能擺脫絕對(duì)時(shí)空觀的束縛，最終沒有邁入相對(duì)論的門檻。正是由于愛因斯坦獨(dú)立思考、追求新知，拋開了“絕對(duì)靜止”和“靜止以太”的觀點(diǎn)，并深刻的審察了“同時(shí)性”概念的物理學(xué)根據(jù)。于1905年將他的不朽之作論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)一文公諸于世，從此產(chǎn)生了人類最寶貴的精神產(chǎn)品狹義相對(duì)論。從而引起了人類時(shí)空觀的巨大變革。謙虛謹(jǐn)慎，善于合作。在如今的“大科學(xué)”時(shí)代，任何一項(xiàng)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)展都不是全部由一個(gè)人的努力所能完成的，它常常是一個(gè)科研集體或幾個(gè)科研群體協(xié)作所完成的。因此在科研中處理好協(xié)作關(guān)系，調(diào)動(dòng)各方面科技人員的積極性成為跨世紀(jì)人才必須具備的基本素養(yǎng)。以能量守恒原理的發(fā)展為例，能量守恒原理的發(fā)展曾有幾個(gè)國家的十幾名科學(xué)工作者做出了貢獻(xiàn)：英國的焦耳、德國的邁爾和亥姆霍茲的貢獻(xiàn)最為突出，他們的成績往往體現(xiàn)著廣大科技工作者的集體智慧和血汗。正像英國物理學(xué)家盧瑟福所說的：“科學(xué)家不是依賴于個(gè)人的思想，而是綜合了幾個(gè)人的智慧，所有人想一個(gè)問題，并且每人做他的部分工作，添加到正在