物理学史渗入初中课堂培养学生核心素养的策略研究

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  摘 要:物理的发展历史中蕴含着非常丰富的“宝藏”,将之融入初中物理课堂教学当中,对培养学生的物理思维,发展学生的核心素养有着重大的意义。教师在课堂教学的时候渗透物理学史,不仅能够激发学生的学习兴趣,还能够拓展学生的视野,发展学生的思维能力,综合提升学生的核心素养。
  关键词:初中物理课堂;物理学史;核心素养培养;策略研究
  随着课程改革的不断深入,培养学生的核心素养成为课堂教学的重点,在初中物理教学当中,培养和发展学生的物理学科素养也是课堂教学的核心内容。在传统的物理课堂教学当中,教师的教学大都是围绕课本教材内容展开,教师对于学生的要求仅限于理解物理概念和物理定律,并能够将之灵活运用,但是很少能够从物理学史的角度进行教学,这在很大程度上限制了学生的物理思维发展,也无视“物理学史”当中蕴含的丰富教学资源。教师将物理学史渗透入初中课堂教学当中,科学合理地融入课本教材内容的教学当中,将会有效拓展学生的知识面,发展学生的物理思维,培养学生的科学观念和情感,更好地指导学生进行物理知识的学习和实践,从而发展和提升学生的物理学科素养。
  一、 物理学史
  物理学史是指物理学科的形成与发展历史,现在已经作为一门学科,属于科学史的分支。近代意义的物理学诞生于公元十五到十七世纪,从文艺复兴到十九世纪大致可以看成是经典物理学时期,其最根本的理论就是牛顿力学,影响着其他各个科学学科。随着爱因斯坦提出狭义相对论以及广义相对论,以及量子论等,新的时空观念以及物理观念诞生,大致构成了近代物理的框架。在初中教学中,大部分的知识都集中在经典物理学当中,很少涉及量子论、相对论等时空观念,因此这里所说的物理学史大部分指经典物理学史,同时近代物理学史方面也有一定涉及。
  二、 物理史融入初中物理课堂教学的重要意义
  (一)有利于激发学生的学习兴趣
  将物理学史融入课堂教学当中,能够让学生了解物理学的发展以及具体公式和规律发展完善的过程,激发学生的学习兴趣,因为这其中有很多非常有趣的“故事”,也有很多值得深思,发人深省的地方。例如,牛顿在树下休息,被苹果砸到,从而总结出萬有引力的规律,教师在教学的时候,可以从“求真”的角度进行物理学史的渗透,首先表明这个说法不准确,只是一个编纂的趣闻而已,从而勾起学生进一步了解的兴趣。
  (二)利用物理学史发展学生思维
  将物理学史渗透入课堂教学当中,能够通过其中思维和方法的教学,发展学生的物理核心思维和能力,让学生掌握科学的研究方法,同时通过物理学史当中那些科学家的事迹,发展学生的科学观念,培养学生热爱科学,求真求知的精神,综合提升学生的科学素养。在传统的物理教学当中,教师更侧重于学生对物理概念的理解以及物理规律的掌握,更加关注学生在具体题目当中灵活运用物理公式和原理的能力,难免会让学生产生困惑。通过物理学史的介绍,能够让学生对于物理概念和规律有更加深刻的理解,同时利用物理学史当中的各种“故事”,发展学生的科学观念和情感,利用物理概念和公式的发现过程,以及验证的过程,锻炼学生的思维能力。
  (三)有利于拓展学生的物理视野
  初中的物理知识大都是经典物理学当中的基础知识,其中涉及数学推算的内容更是少之又少,这就导致很多学生认为物理学的一些定律以及公式,就是物理学家“拍脑门”想出来的。这就是学生受限于知识面产生的错误认知。将物理学史融入物理课堂教学当中,让学生了解这些物理概念和定律的形成以及发展完善的整个过程,能够让学生更加深刻理解这些物理知识,同时也能够在很大程度上拓展学生的物理视野,发展学生的物理思维。
  (四)利于学生构建物理知识体系
  在初中物理教学当中,其内容大致可以分成声学、光学、力学、热学以及电学。学生在学习物理知识的时候,最重要的就是能够形成比较完整的知识体系,只有这样,才能够将物理知识当中各个部分相联系,形成更加深刻的理解和认知。例如,光学当中的反射、折射、全反射、色散等内容,都是描述光的相关物理现象,其中有联系也有区别,在教学的时候,教师往往是分成多个课时进行。这就使得学生在学习的时候,不容易形成比较完整的光学知识体系,容易出现知识漏洞。但是引入物理学史,能够通过光学的发展过程,帮助学生建立起光学的知识体系,同时也能够让学生更加深入了解光学的相关知识。
  三、 初中物理课堂当中渗透物理学史培养学生核心素养的教学策略
  (一)利用物理学史导入,创设教学情境
  通过物理学史的教学,可以借助“历史”创设情境,强化教学效果。教师在介绍物理学史的时候,也要注意进行适当的简化或者处理,使之更加适应物理知识的教学,更加贴近学生的学习实际。例如,在教学欧姆定律的时候,教师可以先从欧姆的实验和发表的论文讲起,从“电阻”的前身“金属导电率”讲起。其实在欧姆定律出现之前,是没有电阻概念的,但是人们已经意识到金属会让电流有所损耗,对于“金属导电率”已经开始了有意识的研究,欧姆则是利用实验更加准确地进行了表述,同时提出了欧姆定律。通过这样的物理学史教学,不仅能够非常好地激发学生的探究学习欲望,同时可以利用人们最初对电阻的认知“金属导电率”,让学生对于电阻有一个比较直观的认知,也让学生在学习欧姆定律的时候,有一个“缓冲”,并且更加深刻理解欧姆定律的表达和含义。而且物理学史可以自然而然地延伸到课堂教学内容当中,教师可以更好地进行知识的呈现,降低学生对欧姆实验的理解难度,提升课堂教学的效率。
  (二)把握好教学的契机,融入物理学史
  在初中课堂教学当中融入物理学史也是需要看“时机”的,一般都是在介绍新的物理概念或者物理规律的时候融入。教师要更加深入了解初中物理教材当中的内容,寻找合理的切入点,更好地将物理学史的教学融入课堂当中。教师要善于抓住初中物理知识当中的契合点,在教学的时候可以以一些物理单位的命名为切入点,这样不仅能够在介绍物理单位的过程当中,将物理课本知识进行更好地呈现,同时也能够渗透物理学史的教学,拓展学生的视野,发展学生的思维能力。例如,牛顿、欧姆、焦耳,这些都是物理学当中最基础的一些单位,同时也是用人名命名的。在介绍这些单位命名的时候,就能够顺带引出这一段物理学发展的历史,同时也能够顺理成章地介绍相关的如牛顿定律、欧姆定律等物理定律知识。   (三)结合物理实验教学,渗透物理学史
  经典物理学的研究和发展基础就是实验,同时实验也是科学发展的重要组成部分。在渗透物理学史的时候,物理实验的教学是避不开的,其也是教学的重要内容之一。物理学当中的实验教学也能够帮助学生建立正确的价值观念,让学生用科学的眼光去看待世界,这不光对于培养学生的物理学素养有着非常重要的影响,对于学生的德育教育甚至个人的发展都会产生一定的影响。例如,历史上对光速的测定就是一个不断减小测量误差、提高测量精度的过程。在引入光速的数值时,教师可以通过物理实验教学,让学生参与设计实验、动手实践、观察记录以及实验反思各个环节,指导学生自主探索,不断试错、改进方法。这样不仅能够通过实验锻炼学生的科学实验精神,培养学生的知识实践能力,同时也能够通过实验当中运用到的物理知识,强化学生的物理学科学习。
  (四)利用物理学史讲授,强化过程教学
  在传统的物理教学当中,教师在新知识教学时,往往一开始就给出物理的概念或者定律,然后讲解物理定律的内涵,最后根据公式进行习题练习或者实验。虽然这种方法比较“高效”,能让学生快速掌握新的知识,并且能够充分锻炼学生的实践运用能力,但在实际的教学当中,直接给出物理概念或者定律忽略其中的过程教学,可能在当时能产生较好的效果,但过后学生极易遗忘。通过物理史教学不仅能够使学生的思维经历从生活现象——物理反思——物理实验——物理规律整个过程,锻炼学生的思维能力,同时也能够深化学生对于物理知识的理解。
  (五)渗透物理学史,强化价值观念教学
  教师在课堂教学的时候,首先以谨慎地态度对待物理学史的渗透教学,避免将一些有些偏颇的认知放在课堂当中,让学生产生错误的认知。尤其现在信息获取渠道异常丰富,教师更应该以谨慎的态度进行物理学史的渗透,培养学生正确的科学价值观念。例如,历史上爱迪生与特斯拉的直流电交流电之争,学生易受网上言论的影响而批评爱迪生,甚至对直流电产生偏见。教师应该从科学的角度分析这两者之间的利弊,同时肯定爱迪生对于电力普及和电力运用的推动作用,纠正学生的观念。
  四、 物理学史的实践运用效果研究
  对于物理学史的实践运用,可以选择对照实验去检验教学效果。具体的实践是通过两个班级进行对比试验,分别实施物理学史结合的物理课堂教学、普通的教学方法,一段时间之后进行对比,分析教学的效果。
  (一)试验目标和对象
  通过实验探究物理学史的渗透教学,对学生物理学科素养的教学效果。实验对象为初二两个班级,二班学生23名,三班21名。两个班级在八年级上半年期中考试中平均分分别为60.4分和62.7分,学生各方面條件较为接近,有利于进行对比实验。
  (二)具体实验过程
  以八年级第三章“运动和力”单元中“3.6惯性 牛顿第一定律”作为教学内容。对平均成绩略微落后的二班采取介绍物理学史的方式展开知识的教学,对成绩略高的三班采取传统的教学方式进行教学。
  1. 以往教学中的问题
  在以往的教学中总会出现一些教学难点,例如,在教学牛顿第一定律的时候,教师直接给出概念,然后让学生进行“阅读理解”,结合生活中的经验以及知识的积累,学生基本上能够理解这一定律阐述的物理学现象,但是对于“保持匀速直线运动”,学生总感觉会有一个“初始的力”让物体动起来,从而产生学习上的困惑。
  2. 教学环节改进
  通过渗透物理学史教学,将牛顿总结概括“牛顿第一定律”的历史渗入本章的教学中去,阐述“牛顿第一定律”的发现以及发展完善的过程。亚里士多德的观点是出于对日常生活的观察,在形成观点时混淆了因果逻辑,使得他得出了物体运动必须需要力来推动的错误结论;直到伽利略意识到阻力的存在,质疑了亚里士多德的观点,教师配合演示理想斜面实验,加深学生理解;笛卡尔在伽利略研究的基础上又进行了补充,主要研究不受外力的运动状态;牛顿总结概括前人的研究成果,给出系统性的结论。在此过程中,教师让学生专注于对物体运动状态的探究。课本中提到的“物体不受力”只是一种理想状况,现实生活中几乎不可能存在,在讲述历史同时,引导学生将“不受力的物体所受合力为零”及“在平衡力的作用下物体所受合力也为零”这两种状态联系起来,将“牛顿第一定律”这一理想定律落实到现实生活中,也解决了让物体动起来“初始的力”的问题。
  3. 实际课堂反馈
  物理学史渗透教学的方法,取得了非常好的教学效果。首先学生在学习的时候,因为这些有趣的物理学“秘闻”,听课的时候更加认真。其次,物理学史的发展过程以及“牛顿第一定律”的发现——发展——完善的过程正好和学生学习新知识以及认知新事物的思维逻辑相契合,使得学生更加容易接受。最后,在知识的实践运用当中,学生表现得更为出色,对于知识的理解更深刻。
  (三)实验结果分析
  在经过“3.6惯性 牛顿第一定律”这一节的教学之后,两个班级学生课堂状态可以明显有区别,二班学生在课堂学习的时候,表现得更加积极,在相关历史的讲述与交流中,学生的学习兴趣明显被激发了出来,甚至平时闷声不响的学生都主动参与讨论,相互交流感想,课堂氛围好于三班学生。教师抽取个别学生进行谈话,二班的学生也表示更加喜欢这种融入了物理学史的教学模式,且会在课后阅读感兴趣的物理知识读本。
  在测试的时候,就“运动和力”这一章,二班的平均成绩达到了71.1分,三班在本次测试中却不及二班,平均成绩为65.2分。通过错题分析,明显能看出二班学生对于本章基础概念的理解更加深刻,掌握更加牢固,三班学生在考查二力平衡与牛顿第一定律两个知识点的题目中,失分高于二班。
  (四)实验结论
  通过对照实验,在课堂氛围、教学效率、掌握程度以及学生内化效果上,融入了物理学史的教学模式体现出了更好的教学效果,尤其激发了学生学习兴趣,在课堂当中集中了学生注意力。
  五、 结语
  在初中物理课堂教学当中渗透物理学史的教学,对于提升课堂教学的质量,发展学生的物理思维能力以及培养学生的核心素养有着非常重要意义。教师在教学的时候,首先要明确物理学史和初中物理知识的关联性,只有这样才能够做到有效地渗透,起到很好的教学效果,其次要充分发挥物理学史对于学生物理知识学习、物理思维形成、知识框架构建以及科学观念的教学功效,更好地发展学生的综合能力,提升学生的核心素养。
  参考文献:
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  作者简介:
  马佳麒,上海市,上海市体育运动学校。
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