“近代物理學的奠基人和革命者” 教學思考

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1、“近代物理學的奠基人和革命者” 教學思考 “近代物理學的奠基人和革命者”教學思考 2015/10/15 《歷史教學雜志》2015年第八期 什么是人文精神？從廣義上說其基本內(nèi)涵有三個層次：一、人性，對人的幸福和尊嚴的追求，是廣義的人道主義精神；二、理性，對真理的追求，是廣義的科學精神；三、超越性，是對生活意義的追求。關(guān)心人的精神生活；尊重人的價值，尤其是尊重人作為精神存在的價值。①而從歷史教育的本質(zhì)來看，就是要對學生進行人文素質(zhì)的培養(yǎng)和人文精神的熏陶。那么，高中歷史課

2、程中的科技史主要教什么？要培養(yǎng)學生哪些方面的素養(yǎng)呢？據(jù)教學反饋，科技史教學通常有兩個難點，一是對科技術(shù)語、概念和科學原理的闡釋；二是如何以科技發(fā)展過程作為載體，來揭示科技發(fā)展與人類社會之間的互動關(guān)系，從而彰顯科技史的歷史感和人文性。教學中一些教師重前者輕后者，花較多的精力去講解科技成果本身而忽略了其產(chǎn)生的社會背景及社會影響。筆者認為有關(guān)科技具體內(nèi)容的教學只是難點而不是重點。正如鄭也夫先生所說：“科技史不是教授學生如何利用科學技術(shù)，而是教授他如何理解科技的重大發(fā)現(xiàn)對人類社會的影響?！雹诠P者茲以人民版“近代物理學的奠基人和革命者”一課為例，對人文精神視閾下的科技史教學作一嘗試，就教于同仁。

3、一、教學分析 1.課標分析課標要求“了解經(jīng)典力學的主要內(nèi)容，認識其在近代自然科學理論發(fā)展中的歷史地位。知道相對論、量子論的主要內(nèi)容，認識其意義”。據(jù)了解，一些教師把教學重點放在“了解”和“知道”科學發(fā)明的內(nèi)容上，甚至把牛頓力學的教學演示照搬到科技史教學中，而對于高中物理教師都難以解釋的相對論、量子論，就截取科教片中的視頻播放了事。教師蜻蜓點水、面面俱到的講解，學生似懂非懂，基本失去了科技史教學的特點和魅力，這種把科技史上成物理課的做法顯然是對課標的誤讀。 2.教材分析教材的三個子目分別敘述的是經(jīng)典力學、量子論和相對論的產(chǎn)生及其意義。如果就課標要求的“了解、認識”這些科學成果，教師只

4、需照本宣科，達成目標似無大礙。但仔細思量，仍有需商榷之處。第一，本課標題講的是物理學的奠基人和革命者，也就是說主角應該是人，但教科書對科學術(shù)語、概念講得多，對人的敘述少，學生難以理解甚至會感到乏味。因此，教學中應該整合教學資源，調(diào)整教學的重心。建議兼容選修4《中外歷史人物評說》中的內(nèi)容進行預習，適當補充科學家的故事，充實人文精神的教育內(nèi)容。第二，當下幾個版本的教科書對這些重大科學發(fā)明的歷史地位和意義的表述顯得宏大且簡略，特別是對哲學方面的意義敘述學生很難明白，這就需要教師選取恰當?shù)氖吕右躁U釋。第三，教材中的測試題、思考題略顯封閉，需要在教學過程中對問題加以修改或由學生自主創(chuàng)設更為開放的問題，

5、形成學生自由探討的條件和氛圍。 3.學情分析學生在初中物理課中對經(jīng)典力學有所了解，不必詳述；而量子論和相對論要到高三物理課中才涉及，況且這些科學概念和原理的教學難度大，師生都存在較大理解障礙，因此，不必生硬地講解，舉淺顯易懂的例子讓學生了解即可。 二、教學設計 導入：著名作家畢淑敏在清華大學對理工科學生演講時談到一件事情。那是正值奧姆真理教事件沸沸揚揚之時，她和日本筆會朋友交談中，日本朋友說，奧姆真理教的高級干部全都是理工科的大學生，他們?nèi)粣畚膶W，不看文學書，而愛好文學的人則比較不容易犯罪。后來畢淑敏就寫了篇文章，題目就是《愛好文學的人比較不容易犯罪》，并投給了《北京青年報

6、》。①各位同學是否贊同這種觀點？為什么？意圖：問題導入法意在把學生帶入對文理優(yōu)劣討論的問題情境，使學生進入“憤、悱”狀態(tài)，引起學生的探究渴望，有利于激發(fā)學生積極性。這是一個開放且與本課教學有密切聯(lián)系的問題，有助于學生辯證認識和理解科技知識與人文精神的內(nèi)涵與關(guān)系。問題1：結(jié)合所學知識簡述近代自然科學在哪些領域沖破了宗教神學的束縛并取得了重大成果？意圖：本問題意在使學生將天文學、物理學、生物學等三大領域的科學革命對宗教神學束縛的突破串聯(lián)起來，讓學生從宏觀上了解近代科學發(fā)展的脈絡和架構(gòu)，知道16世紀哥白尼的天文學、17世紀牛頓的經(jīng)典物理學，19世紀達爾文的生物學，這些是近代科學革命過程中一座座豐碑。

7、科學發(fā)展始終是在繼承與突破中不斷發(fā)展的。中世紀的歐洲，科學淪為了宗教神學的奴隸，所以近代科學必然首先是在破除宗教神學束縛之后產(chǎn)生。進化論的內(nèi)容于此不贅，為什么要補充天文學革命的相關(guān)知識呢？這是由于現(xiàn)有中學人教版和人民版教材中對此均未涉及，如果省略哥白尼的天文學革命，就會產(chǎn)生一些問題。首先，近代科學革命最先在什么領域得到突破？標志是什么？其次，為什么近代科學首先在天文學領域得到突破？它在近代科學史上有何地位？哥白尼的日心說從根本上動搖了中世紀宗教神學的理論基礎，是自然科學爭取自身生存權(quán)的獨立宣言，是近代自然科學從神學中解脫出來的起點，這理應成為近代科學史的重要內(nèi)容。第三，科學革命的發(fā)生難道是一個

8、個各自孤立的事件？科學史告訴我們，近代科學首先是在天文學領域得到突破，后來的開普勒、伽利略、牛頓和達爾文都與天文革命的發(fā)展有著一定的關(guān)系，孤立地看待科學發(fā)明與發(fā)現(xiàn)本身就不是科學的態(tài)度。對于物理學與天文學的關(guān)聯(lián)，楊振寧先生曾這樣解釋：物理學分為三個領域，分別是實驗領域、唯象理論和理論架構(gòu)。他以經(jīng)典力學作為案例“，經(jīng)典力學開始是16世紀哥白尼，他對一些行星的觀測是實驗；開普勒是理論物理學家，他是第一個發(fā)現(xiàn)行星繞太陽走，路線是橢圓，這是唯象理論的結(jié)果；牛頓的《自然哲學的數(shù)學原理》把它變成了理論架構(gòu)”。 ①這既是對經(jīng)典力學產(chǎn)生的通俗解讀，也是對牛頓“如果說我比別人看得遠些，那是因為站在巨人肩上的

9、緣故”這句名言的恰當解讀。問題2：根據(jù)你的了解，牛頓在生活和科學研究中的哪些故事給你印象深刻？請概述牛頓經(jīng)典力學的主要內(nèi)容？意圖：前一個小問題意在引導學生多閱讀。歷史里面應該有故事，故事應該有蘊意。讓學生在閱讀中感知并提煉出成為科學家的一些特質(zhì)和秉賦，如人格獨立、大膽思考、敢于質(zhì)疑權(quán)威；勤奮、專注、執(zhí)著，善于觀察的品質(zhì)，等等。不過，作為科學家的牛頓，其思想也不是全都科學，如他認為“宇宙的規(guī)律是上帝創(chuàng)造的，認識規(guī)律就是認識上帝自己”。①讓學生認識，科學家也不是完美的。后一小問是基于課標要求，使學生了解經(jīng)典力學的基本常識。不必過多闡釋。 材料1：1623年，英國議會通過了世界專利史上第一部完

10、整的成文法。該法反映了現(xiàn)代專利法的基本內(nèi)容，正是這樣一部樸素的法律在很大程度上刺激了技術(shù)的發(fā)明，使英國在古代文明的基礎上極其迅速地建立起了一個技術(shù)世界?！缆窗妗稓v史必修Ⅱ教師教學用書》1662年，英王查理二世頒發(fā)特許狀，成立促進自然知識的皇家學會，鼓勵并協(xié)調(diào)全國各專業(yè)成果?！?754年，“技藝、制造業(yè)及商業(yè)獎勵會”成立，該會為已被確定的成就提供金錢、獎章和其他報酬。———摘編自斯塔夫里阿諾斯《全球通史》英國現(xiàn)代民主政治創(chuàng)新試驗方面的最大成就，是創(chuàng)造了一種全新的政體———立憲君主制，并以此淘汰了已成為社會發(fā)展桎梏的絕對君主制?！R克主編《世界文明史》問題3：依據(jù)材料并結(jié)合所學知識

11、概述近代自然科學產(chǎn)生在17世紀的西歐的社會條件。意圖：為什么近代自然科學誕生在17世紀的西歐而不是別的地區(qū)和國家？這是本課的一個重要問題，也是科技史教學中如何體現(xiàn)歷史感要經(jīng)常思考的類似問題。此問意在培養(yǎng)學生的閱讀和概括能力，要求學生從材料和所學知識中歸納出英國的政治制度、立法規(guī)章，政府激勵機制和市場經(jīng)濟運作機制等對催生科學發(fā)明的作用，說明科學技術(shù)的發(fā)明總是在適合它們的環(huán)境里得到生長發(fā)展。 材料2：相對論的建立是對近代物理學理論框架的重大突破，形成了全新的時空觀、運動觀和物質(zhì)觀，是人類思想發(fā)展史中的一次根本性變革，量子力學的最終建立，是繼相對論之后對經(jīng)典物理學的一次更嚴重的打擊，它向人們提

12、供了一種全新的關(guān)于自然界的表述方法和思想方法。相對論同量子理論一起，構(gòu)成了現(xiàn)代物理學的基本理論框架?！櫾粕钪骶帯妒澜缥幕贰穯栴}4：各位同學是怎樣理解量子論、相對論這兩大科學理論的？意圖：如果照課標“知道相對論、量子論的主要內(nèi)容”的要求設問，可以斷定大部分學生會讓老師失望，因為依本學段學生的能力是難以企及的，因此，這樣的設問意義不大。那么，如何向?qū)W生講解這兩大科學成果在自然科學方面的影響呢？楊振寧先生在《美與物理學》中對量子論是這樣進行科普的：“我們不講它對于純粹物理學的貢獻，單講大家可以了解到的對于日常生活的貢獻，核能發(fā)電、核武器、激光、半導體元件以及今天的計算機通信工程，假如沒有量子

13、力學，所有這些工程都不可能發(fā)生。”相信有興趣的學生在課后會思考和閱讀有關(guān)量子論的書籍。教科書上還有一段話：“廣義相對論認為，物質(zhì)存在的現(xiàn)實空間不是平坦的，而是彎曲的，空間的結(jié)構(gòu)取決于物質(zhì)的質(zhì)量及其分布情況，空間彎曲的程度體現(xiàn)為引力場強度?！边@可能會使很多教師一頭霧水。而中國科普作家協(xié)會的韓松先生則用了一個直觀的比喻：“水平伸開的一塊布是平坦的，而當你在布上放置一個鉛球，布面就變得彎曲了，這時再放置一個小玻璃球在布上，它就會滾向中央的鉛球。同理，星球的質(zhì)量使周圍的時空彎曲，‘引力’實際上是一個時空被彎曲的現(xiàn)象?！雹诠P者以為這種貼近學生實際的、通俗的講法可能效果更好些。 材料3：1921年，

14、愛因斯坦獲得了諾貝爾獎金。這一獎來得十分不易。當時有不少德國的諾貝爾獎獲得者威脅說，如果給相對論授獎，他們就要退回已獲的獎章，結(jié)果評選委員會找到了一個辦法，讓愛因斯坦作為光電效應理論的建立者而得獎，相對論始終沒有獲得諾貝爾獎?！獏菄ⅰ犊茖W的歷程》文革期間，中國科學院曾這樣批判相對論：“愛因斯坦的相對論中的嚴重錯誤就是目前阻礙自然科學前進的最大絆腳石之一”；“相對論是地地道道的主觀主義和詭辯論，也就是唯心主義和相對主義”；“光速不變深刻反映了西方資產(chǎn)階級認為資本主義社會是人類終極社會，壟斷資本主義生產(chǎn)力不可超越，西方科學是人類科學的極限這種反動的政治觀點”；“相對論根本違犯了唯物辯證法，而

15、且也沒有得到實驗的直接驗證”。———韓松《愛因斯坦的影響力》問題5：談談你對這兩段材料的認識。意圖：此問意在引起學生的探討，引發(fā)學生的思維碰撞。在教學中確有學生提出了一些值得教師思考的問題，如“德國那些諾貝爾獎獲得者反對相對論是科學上的門戶之見，還是認為相對論確實存在問題？他們?yōu)槭裁床环磳怆娦@獎？”“文革時期中國科學界對相對論的批判僅僅是因為政治領域、意識形態(tài)的分歧，還是有其他原因？這是否與那時中國的科學水平確實較低，以至于科學家們真的不懂相對論有關(guān)？難道當時中國科學院就沒有敢于持正確觀點的科學家嗎？”等問題。材料4：19世紀牛頓的絕對力學觀在自然科學界占據(jù)主導地位，因而在哲學上也確立了

16、絕對主義的哲學觀，如黑格爾的絕對理念。受此影響，人們的思維方式也是一種二重性思維方式，習慣把所有的事物區(qū)分為兩個方面，如現(xiàn)象與本質(zhì)，外和內(nèi)，表和里，變與不變，內(nèi)容和形式，感性和理性等等，這種思維方式導致人們鄙視現(xiàn)實，坐而論道，厭惡感性和經(jīng)驗的東西，偏愛抽象，等等。打破這種觀念和思維方式要歸功于相對論為代表的科學革命。人們的批判觀念在增強和完善，過去人們?nèi)狈ε芯?，現(xiàn)在人們認為，任何一種科學理論都沒有達到對事物的絕對的認識，其中必然包含著錯誤的成份。愛因斯坦也明確表示，一旦他的廣義相對論經(jīng)不起實際觀察事實的檢驗，他就愿意自動放棄這一理論。他認為害怕犯錯誤是一種與科學不相容的態(tài)度，試圖避免錯誤是

17、一種可憐的愿望。 ———梁駿《科技發(fā)展與西方人的觀念》問題6：據(jù)材料說明愛因斯坦的科學理論在哲學方面產(chǎn)生的影響。意圖：當下教育的功利性使得學生的問題意識在很大程度上缺失了，很少有學生思考相對論、量子論對哲學和人類思想方面的影響，雖然課標和教材都有要求。筆者為了啟發(fā)學生而選取了上述材料。楊振寧先生曾講過，物理學研究到了盡頭就是哲學，因此，材料所顯示的相對論、量子論帶來的科學革命，同時也帶來了哲學和人類思想觀念的重大變化，真理不再是絕對的；權(quán)威的理論隨著時間的推移也將不再權(quán)威；一切所謂正確的理論都必然包含著錯誤的成分，等等，這對解放人們的思想，對創(chuàng)新意識的培育無疑有著重大的意義。材料5：愛因

18、斯坦大概是這個世界上被談論最多而所知最少的人物之一，據(jù)說愛因斯坦擅長拉小提琴，鐘愛陀斯妥耶夫斯基，這倒使他多了幾分溫暖的氣息。他的《我的世界觀》可以看作是致世界公民的信。信中表達他主張個人自由與自主，崇尚民主政體，他對神秘世界的孩童般的好奇與追求，在今天看來，依然閃爍著自由尊嚴和智慧的光輝。愛因斯坦并沒有把自己的注意力僅僅集中在自己的研究領域……第一次世界大戰(zhàn)時，德國有九十三位科學—技術(shù)—文化界名流聯(lián)名發(fā)表宣言，為德國的戰(zhàn)爭罪行辯護，愛因斯坦則在僅有四人參加的反戰(zhàn)宣言上簽名。———丁建弘《德國通史》愛因斯坦對中國人民的命運始終充滿同情和關(guān)心。20年代他到過中國上海，看到社會的等級差別，他仇恨法

19、西斯政權(quán)，九一八事變后他呼吁各國經(jīng)濟制裁日本。他得知美國投下的原子彈造成平民慘重傷亡時感到痛心和遺憾。 現(xiàn)在社會越來越多的科學工作者失去了知識分子的本色。愛因斯坦是個出色的科學家，但他更是一個卓越的知識分子。———據(jù)趙中立、許良英《紀念愛因斯坦譯文集》等資料摘編問題7：“知識分子的本色”的含義是什么？為什么說愛因斯坦是出色的科學家，但他更是一個卓越的的知識分子？作者為什么對現(xiàn)代越來越多的科學工作者失去了知識分子的本色而擔憂甚至批評？意圖：臺灣清華大學張元先生曾提出課堂教學中選取材料“應該既重要又有趣”的原則，筆者嘗試選取能反映愛因斯坦在生活、科學、思想和人格等方面有一定代表性的材料，也許

20、這些材料并不具有典型意義，但希望對忙于應對沉重繁多的課業(yè)負擔而貧于閱讀思考的中學生有一定的啟示，使本課的教學更多地體現(xiàn)人、體現(xiàn)科學家的人文精神。我們不妨做一些設想，當學生們坐在科學大師跟前，欣賞著大師優(yōu)美悅耳的琴聲，分享著大師對小說中人物命運的關(guān)切，那么，材料中展現(xiàn)在學生面前的愛因斯坦便是一個有血有肉，有喜怒哀樂的活生生的人，而不是一些媒體描述的科學家通常都是一些不懂生活、總是做出有悖生活常理的科學怪人。作為科學家的愛因斯坦對藝術(shù)和文學的熱愛一定會啟迪著當下中國對教育的反思。他不是只關(guān)心自己的實驗，他以寡敵眾的反戰(zhàn)簽名，他對專制和戰(zhàn)爭的痛恨，他對中國百姓命運的同情與關(guān)心，都彰顯出其獨立而偉大的

21、人格。他對民主的崇尚、自由的追求，“讓每一個人都作為個人而受到尊重”的呼喚，至今都閃耀著人文精神的光輝，至今都會得到人類和世界的共鳴。這就是一個卓越的知識分子的標桿！其實，奧姆真理教的高級干部們學理工科知識并沒有錯，有些人不愛文學、不看文學書也并不是罪過。但是，科學家和科技工作者除了對科學技術(shù)的執(zhí)著和熱愛，還應該有一種人文情懷，他們必須要辨別正義與邪惡，區(qū)分真善美與假惡丑。當下社會有人利用高科技盜騙國家和善良百姓的財物，有人憑借專家學者身份弄虛作假，令人憎恨和痛心。筆者認為濃烈的人文精神應該是真正的科學家在葆有科學精神的同時，更應該擁有的靈魂。實際上不是所有學生都能夠成為科學家，但是所有學生都應該、都能夠成為具有高尚品質(zhì)、關(guān)愛社會的人。因此，在教學中重視人文精神的培養(yǎng)才是符合社會進步的教育，才是我們對莘莘學子進行科技史教育的宗旨。