原创《巧用物理学史创设背景知识提高科学素养》：本论文可用于科学素养论文范文参考下载，科学素养相关论文写作参考研究。
物理学有她的结果,也有她的过程.她的结果表现为知识的传授,她的过程则蕴含着智慧.物理教学中我们往往注重知识的教育,而忽略了物理学史带给学生的启迪.物理学家钱三强曾经说过：“在物理教学中适当增加一点物理学史的内容,或者在教学计划中增加一门物理学史选修课,让学生更多了解科学发展历程,这对他们的成长将会是有益的.”教师要善于用逻辑的方法在物理的教学中穿插物理学史的讲授,把物理知识的获得作为一个激动人心的奇遇记来讲述.
1小背景,大作用
如果要评选物理学发展史上最伟大的那些年代,那么有两个时期一定会入选的：17世纪末和20世纪初.前者以牛顿《自然哲学之数学原理》的出版为标志,宣告了近代经典物理学的正式创立；而后者则为我们带来了相对论和量子论,并彻底地推翻和重建了整个物理学体系.所不同的是,今天当我们再次谈论起牛顿的时代,心中更多的已经只是对那段光辉岁月的怀旧和祭奠；而相对论和量子论至今仍然深深地影响和困扰着我们,就像两个青涩的橄榄,咀嚼得越久,反而更加滋味无穷.中学物理中有关量子物理方面的介绍比较简单,尤其是量子的发展过程,每一个理论出现的背景知识的介绍更是少之又少.正是这些背景知识可以让学生身临其境的感受到物理学家们在量子物理世界探索过程中的欢乐、惊奇、困惑,使得量子物理更加有魅力,改变着人们的世界观.所以,物理学史并不是教学中可有可无的“点缀”,单纯的给学生讲故事,激发学习的兴趣,更多的是可以潜移默化的感染和影响学生.
2巧用背景知识,增强科学探索精神
课本上的内容往往是侧重于知识的讲解,学生在学习的过程中,更多的是掌握某一个知识点,会用这个知识去解决题目,提高成绩.常常忽略了这个规律的诞生,有时也是科学家们经历了忐忑和纠结之后的结果.跳过这样的背景的介绍,物理知识就只能是一个冰凉的知识点,并引起学生内心情感的涟漪.
例如,在人教版选修3-5,17.1节的内容其实正是量子力学诞生的过程,如果在教学过程中只是单独的讲解这一节书本上的内容,往往会让学生不知所云,经典力学是如何过渡到量子物理的,那个年代里到底发生了些什么.因而在讲解这部分的内容之前,教师可以补充一些背景知识,让学生置身于当时的环境中.
在19世纪末,物理学家中普遍存在一种乐观的情绪,认为对复杂缤纷的物理世界现象的本质已经完成,物理学征服了世界,它的力量控制着一切人们所知的现象.他们陶醉于17世纪建立起来的力学体系,19世纪建立起来的电动力学和统计物理,形成了物理世界的三大支柱,它们紧紧结合在一块儿,是经典物理的黄金时代.一位著名的科学家说：“物理学的未来,将只有在小数点第六位后面去寻找.”
在经典物理还没有来得及多多体味一下自己的盛世之前,一连串意想不到的事情在19世纪的最后几年连续发生了,仿佛是一个不祥的预兆.1895年,伦琴发现了X射线；1896年,贝克勒尔发现了铀元素的放射现象；1897年,居里夫妇研究了放射性,并发现了更多的放射性元素；1897年,J·J·汤姆孙发现了电子；1899年,卢瑟福发现了元素的嬗变现象.如此多的新发现接连涌现,令人一时眼花缭乱.每一个人都开始感觉到了一种不安,似乎有什么重大的事件即将发生.20世纪伊始,开尔文就指出：“经典力学上空悬浮着两朵乌云,第一朵是指迈克尔逊-莫雷实验令人惊奇的结果,第二朵则是人们在黑体辐射的研究[JP3]中所遇到的困难.”本章的内容都要从令人困惑的“黑体”开始.[JP]
渲染这样的背景知识,可以让学生走进19世纪末20世纪初那个年代,变成科学发展过程中的一员,体会到当时物理世界的辉煌.学生可以更急于理解普朗克提出能量量子化的概念时的不安,他将旧的体系打破,侵犯了牛顿创立的如同圣经般的物理世界.教师补充这部分的知识,让学生了解科学知识是在不断发展的,没有一成不变的定理,质疑和创新精神是科学探索道路中必不可少的精神.
3巧用背景知识,增强科学探索信心
科学的发展是长期而又是曲折的,一个理论的成立要经历几代人,甚至是经历上百年的磨练和推敲.科学的过程不是一帆风顺的,更何况是现在遇到的困难.所以教师在教学过程中引入这样的背景知识,可以帮助学生树立面对困难、质疑时对于自己的信心.
例如,在人教版物理选修3-5,17.2节从光电效应介绍了光的粒子性特征,但是学生并不能理解这是一个漫长而又曲折的探索过程,课本中对于这一过程只是一笔带过.所以教师在讲授这节内容之前适当的补充历史上的“波粒战争”还是有必要的.
古希腊时代的人们总是倾向于把光看成是一种非常小的粒子流.这种观点十分符合当时流行的元素说,并且这种“微粒说”从直观上看来是很有道理的,首先它解释了为什么光总是沿着直线传播,但是也有一些困难：比如人们当时很难说清为什么两道光束相互碰撞的时候不会互相弹开,等等的问题.中世纪过后,人们对于自然界有了进一步的认识,波动说认为,光不是粒子而是由于介质振动而产生的一种波,这样就可以解释投影里的明暗条纹了,但是这种说法也是有困难的,光的传播似乎不需要介质,跟一般的波又不太一样.这是最早的有关光的本质的理解.
历史上“第一次波粒战争”爆发的导火线是波义耳提出的关于颜色的争论,胡克研究了这个问题,提出光是一种脉冲,支持了波动说的理论.1672年,29岁的牛顿做了著名的色散实验,他将光的复合和分解比喻成不同颜色微粒的混合和分开,站在了粒子说的行列.由于牛顿的学术权威,微粒和波动的第一次交锋中,以牛顿为首的微粒说获得了在物理界公认的地位.
托马斯·杨用波动的理论解释了牛顿环的明暗条纹的现象,1807年在他出版的《自然哲学讲义》中描述了他的著名的实验：光的双缝干涉.点燃了物理史上的“第二次波粒战争”.此次战争的决定性时刻是法国的一位年轻的工程师-菲涅耳用波动的观点和严密的数学推导解释的光的衍射和泊松亮斑.这次战争中波动说站上了统治地位.
光电效应引发了“第三次波粒战争”,这次导致了最终的波粒二象性.
在光电效应之前,讲解这样的一段历史,学生身临在这三次战争中,历史人物和历史事件都活生生的在面前重现,学生会扪心自问,大科学家们都会受到质疑,如果是自己遇到了这样的质疑,遇到了和自己对立面的冲击,我会怎么办?补充这样的知识,学生会更加有自信,在科学探索的道路上敢于面对失败,视压力为挑战,勇于探索创新.
在教学过程中适当的补充一些背景知识,学生会感受到科学史上的很多重大的发明并不是高不可攀,一帆风顺的.
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