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[摘要]物理学史教学过程中，若能从培养物理学科核心素养的角度进行教学设计，则能使物理学史知识的教学发挥无可替代的育人功效，让学生领悟和理解物理思维方法，发展学生的实践探究能力，进一步培养学生的科学态度与责任。
[关键词]物理学史；育人功效；核心素养
[中图分类号]G633.7[文献标识码]A[文章编号]16746058（2018）05004302
整个世界文明的进步，都来源于人类不断发现问题与解决问题，来自人人都具有的创造潜能。时代在变迁，人类在发展，我们所积累的知识会越来越多，信息贮存越来越丰富。如何利用这些物理学史知识开展教学，让学生领悟和理解物理思维方法，发展学生的实验探究能力，进而培养学生的科学态度与责任？本文结合教学实践进行分析探讨。
一、物理学科核心素养的内涵
学生核心素养，主要是指学生应具备的，能够适应个人终身发展和社会发展的必备品格和关键能力。就物理学科来说，其核心素养包括：物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任。在这四个要素中，最基础的核心素养是物理观念，它代表对物理知识的内化，是其他三个素养的基础，科学思维与科学探究代表了学生的关键能力，科学态度与责任显现了每个人必备的品格。物理学科核心素养的具体内涵可用下图表示。
二、物理学史中的猜想与假设——科学探究的魅力
在物理学发展的每一个阶段，猜想与假设让很多物理学家走向成功。成功的科学家通过适当的猜想与假设发现了一个又一个的物理定律，我们可从以下场景中领悟猜想与假设的魅力。
1.牛顿——发现万有引力定律
情景1：天上的力与地上的力能和谐统一吗？牛顿为了验证地球表面的物体受到的重力与地球吸引月球以及太阳吸引各大行星的力是同一性质的力，遵循共同的规律，牛顿利用猜想与假设的方法，做了著名的“月地”检验。他的基本思想方法是：假设地球上的物体所受重力和各大星体间的引力是同一性质的力，都与它们之间的距离的平方成反比关系，那么月球绕地球做近似匀速圆周运动的向心加速度就应该是地面重力加速度的1/3600，因为月心到地心的距离是地球半径的60倍。
猜想与假设的魅力：牛顿根据月球绕地球运动的周期和运行的轨道半径，计算得到了月球围绕地球做匀速圆周运动的向心加速度为：
a=4π2T2r=2.74×10-3m/s2
物体在地球表面的重力加速度为g=9.8m/s2，若把这个物体慢慢移到月球轨道所在的高度，h=60R（R为地球的半径），这样我们可算出其加速度值为：
a=1602g=2.72×10-3m/s2
从上面的分析可以看出，这两个结果几乎等同，在误差允许的范围内这两种方法求得的向心加速度相同，这样牛顿就检验了自己的猜想是正确的，也就是地球对地面上所有物体的引力与各星体间的引力，本质上遵循同一规律，是同一种性质的力，即引力的相互作用。
2.伽利略——自由落体运动
情景2：如果我们没有学过相关的物理知识，凭借日常生活经验，肯定会说重的物体比轻的物体下落更快。例如，一金属块和一片树叶同时从同一高度掉下来，一定是金属块先落地。因此，在16世纪以前，以亚里士多德为代表的学者一致认为物体下落的快慢是由物体的重量决定的，物体越重下落越快。当时亚里士多德是伟大的人物，在各方面都有突出的成就，人们信仰他、尊敬他，自然将他的观点奉为经典。其实，当时也有不少人怀疑这个观点，但由于教会利用他的结论，进行神化处理，所以他们都没有大胆地提出自己的观点。到了文艺复兴时期，伽利略通过逻辑推理的方法研究自由落体运动，并将这个运动规律正式发表。在这之后，伽利略也由于他的著作而受到教会的迫害，他的著作也被列为禁书。
猜想与假设的魅力：如果亚里士多德的观点是正确的，那么用绳子把一块重为20N的石头和另一块重为10N的石头连在一起，由于总体重量为30N大于前两者中的任一石头的重量，按照亚里士多德的观点，其下落速度应大于前两块石头单独下落的速度；但是另一方面，用绳子连在一起的两块石头毕竟仍是分开运动的，大石头20N运动得快，小石头10N运动得慢，20N的大石头必然会被10N的小石头“拖后腿”，使它们总体的运动速度小于大石头单独运动的速度。用亚里士多德的观点分析同一问题得到完全矛盾的两个结论，说明亚里士多德的觀点本身就是错误的。
3.伽利略——理想斜面实验
情景3：科学的方法与科学的思维是我们认知世界奥秘的基本手段。在具体解决问题时，当然需要相关的知识，但还要有科学的思维方法。伽利略的理想斜面实验，是在实验的基础上进行科学的逻辑推理，理想实验有时更能深刻地反映大自然的规律。如上图所示，伽利略假设了一个理想斜面实验。
猜想与假设的魅力：下面是我们模拟伽利略与小球的一段对白，在这个对话场景中，我们可真正领悟到科学方法的重要性。
伽利略：小球先生你好，如果斜面没有任何摩擦，你会慢慢爬上怎样的高度呢？
小球：我非常自信，我会搭乘梦想的阶梯一步一步努力向上爬，直到爬上原来的高度。
伽利略：如果我把右斜面的倾角减小，你是不是还想爬到原来的高度吗？
小球：我有一颗执着的心，梦想有多高，我就可以爬多高，只是我要走的路程更长了。
伽利略：如果我将右斜面的倾角继续减小呢？你还想爬到原来的高度吗？
小球：既定目标，我心已定，只是又多了一段山高水长之美景。
伽利略：如果我把右斜面放成水平状态，你还会为了自己的梦想而行进吗？
小球：路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。既然选择了那个高度，我只能一直执着向前，留给世界的便只能是孤独的背影。
三、物理学史的灵魂——辩证的科学思维
[关键词]物理学史；育人功效；核心素养
[中图分类号]G633.7[文献标识码]A[文章编号]16746058（2018）05004302
整个世界文明的进步，都来源于人类不断发现问题与解决问题，来自人人都具有的创造潜能。时代在变迁，人类在发展，我们所积累的知识会越来越多，信息贮存越来越丰富。如何利用这些物理学史知识开展教学，让学生领悟和理解物理思维方法，发展学生的实验探究能力，进而培养学生的科学态度与责任？本文结合教学实践进行分析探讨。
一、物理学科核心素养的内涵
学生核心素养，主要是指学生应具备的，能够适应个人终身发展和社会发展的必备品格和关键能力。就物理学科来说，其核心素养包括：物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任。在这四个要素中，最基础的核心素养是物理观念，它代表对物理知识的内化，是其他三个素养的基础，科学思维与科学探究代表了学生的关键能力，科学态度与责任显现了每个人必备的品格。物理学科核心素养的具体内涵可用下图表示。
二、物理学史中的猜想与假设——科学探究的魅力
在物理学发展的每一个阶段，猜想与假设让很多物理学家走向成功。成功的科学家通过适当的猜想与假设发现了一个又一个的物理定律，我们可从以下场景中领悟猜想与假设的魅力。
1.牛顿——发现万有引力定律
情景1：天上的力与地上的力能和谐统一吗？牛顿为了验证地球表面的物体受到的重力与地球吸引月球以及太阳吸引各大行星的力是同一性质的力，遵循共同的规律，牛顿利用猜想与假设的方法，做了著名的“月地”检验。他的基本思想方法是：假设地球上的物体所受重力和各大星体间的引力是同一性质的力，都与它们之间的距离的平方成反比关系，那么月球绕地球做近似匀速圆周运动的向心加速度就应该是地面重力加速度的1/3600，因为月心到地心的距离是地球半径的60倍。
猜想与假设的魅力：牛顿根据月球绕地球运动的周期和运行的轨道半径，计算得到了月球围绕地球做匀速圆周运动的向心加速度为：
a=4π2T2r=2.74×10-3m/s2
物体在地球表面的重力加速度为g=9.8m/s2，若把这个物体慢慢移到月球轨道所在的高度，h=60R（R为地球的半径），这样我们可算出其加速度值为：
a=1602g=2.72×10-3m/s2
从上面的分析可以看出，这两个结果几乎等同，在误差允许的范围内这两种方法求得的向心加速度相同，这样牛顿就检验了自己的猜想是正确的，也就是地球对地面上所有物体的引力与各星体间的引力，本质上遵循同一规律，是同一种性质的力，即引力的相互作用。
2.伽利略——自由落体运动
情景2：如果我们没有学过相关的物理知识，凭借日常生活经验，肯定会说重的物体比轻的物体下落更快。例如，一金属块和一片树叶同时从同一高度掉下来，一定是金属块先落地。因此，在16世纪以前，以亚里士多德为代表的学者一致认为物体下落的快慢是由物体的重量决定的，物体越重下落越快。当时亚里士多德是伟大的人物，在各方面都有突出的成就，人们信仰他、尊敬他，自然将他的观点奉为经典。其实，当时也有不少人怀疑这个观点，但由于教会利用他的结论，进行神化处理，所以他们都没有大胆地提出自己的观点。到了文艺复兴时期，伽利略通过逻辑推理的方法研究自由落体运动，并将这个运动规律正式发表。在这之后，伽利略也由于他的著作而受到教会的迫害，他的著作也被列为禁书。
猜想与假设的魅力：如果亚里士多德的观点是正确的，那么用绳子把一块重为20N的石头和另一块重为10N的石头连在一起，由于总体重量为30N大于前两者中的任一石头的重量，按照亚里士多德的观点，其下落速度应大于前两块石头单独下落的速度；但是另一方面，用绳子连在一起的两块石头毕竟仍是分开运动的，大石头20N运动得快，小石头10N运动得慢，20N的大石头必然会被10N的小石头“拖后腿”，使它们总体的运动速度小于大石头单独运动的速度。用亚里士多德的观点分析同一问题得到完全矛盾的两个结论，说明亚里士多德的觀点本身就是错误的。
3.伽利略——理想斜面实验
情景3：科学的方法与科学的思维是我们认知世界奥秘的基本手段。在具体解决问题时，当然需要相关的知识，但还要有科学的思维方法。伽利略的理想斜面实验，是在实验的基础上进行科学的逻辑推理，理想实验有时更能深刻地反映大自然的规律。如上图所示，伽利略假设了一个理想斜面实验。
猜想与假设的魅力：下面是我们模拟伽利略与小球的一段对白，在这个对话场景中，我们可真正领悟到科学方法的重要性。
伽利略：小球先生你好，如果斜面没有任何摩擦，你会慢慢爬上怎样的高度呢？
小球：我非常自信，我会搭乘梦想的阶梯一步一步努力向上爬，直到爬上原来的高度。
伽利略：如果我把右斜面的倾角减小，你是不是还想爬到原来的高度吗？
小球：我有一颗执着的心，梦想有多高，我就可以爬多高，只是我要走的路程更长了。
伽利略：如果我将右斜面的倾角继续减小呢？你还想爬到原来的高度吗？
小球：既定目标，我心已定，只是又多了一段山高水长之美景。
伽利略：如果我把右斜面放成水平状态，你还会为了自己的梦想而行进吗？
小球：路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。既然选择了那个高度，我只能一直执着向前，留给世界的便只能是孤独的背影。
三、物理学史的灵魂——辩证的科学思维