回归历史本色

时间:2009.9.3 作者:张碧荣 编辑: 王长缨 阅读量:8467 全屏 二维码链接

                          回归历史本色

——关于人民版必修三《近代物理学的奠基人和革命者》一课的教学与思考

 

政史地组     张碧荣

 

内容摘要本文以《近代物理学的奠基人和革命者》一课的教学为例,通过重新确立教学目标、构建教学过程,对高中历史新课程中科技史内容的教学进行探索和思考。笔者认为在尽显科技成就魅力的同时更应回归历史课的本色,彰显科技史教学的社会意义和人文价值。

关键词  近代物理学    教学    人文价值 

 

   本人对于科技史内容的教学心存顾虑,主要有两点:其一,怕讲不透。因为自身的知识储备不够,对物理、生物及信息技术方面的相关知识和理论的掌握非常粗浅,怕讲得索然无味甚至出现知识性错误。其二,怕走了样。如果教学内容处理不当,有可能会把这些课上成物理课或生物课,失去了历史课本身的特色和价值。如何从历史的角度正确理解和把握近代以来科学技术的辉煌?如何回归历史课的本色又尽显科技成就的魅力?本文将结合人民版必修三《近代物理学的奠基人和革命者》一课的教学与思考,谈谈自己的认识。

一、回归实情,重新确立教学目标

要上好这一课,是否一定要通透掌握相关的物理学知识?是否有必要“熟练运用物理学科的相关知识和理论来理解和分析问题”?若要直面这一困惑,首先得分析学生、认识自我,从而真正回归课程标准,制定并把握教学目标。只有这样,才能以新的课程理念进行教学设计,明确教学方向,体现历史教学的效果和价值。

1、学情分析:

1)物理学科方面:

学生方面:在进行本课教学时,他们基本完成两个物理必修模块的学习,学习内容中已经包括本课将会涉及到的部分物理学科背景知识。如:对亚里士多德关于力与运动的主要观点和研究方法、对伽利略的实验研究工作和与其有关的科学思想和方法等。对于经典力学的发展历程和伟大成就有所了解,对其实用范围和局限性也有了科学的认识。就相对论和量子理论而言,虽然会有个别爱好者有所涉猎,但对大多数学生而言仍是艰深的理论。  

教师方面:我对于物理学科方面的知识掌握仅局限于世界杯正规买球app排行时代的残留记忆,相对论、量子理论更是令人望而生畏。所以对于物理学科的专业内容,教师无任何优势可言。一方面通过阅读科普读物、请教相关专家来充实知识,积极准备教学,另一方面真诚地向学生承认自己的不足,向学生请教。

2)历史学科方面:

科学技术领域的重大成就正是人类社会进步发展的重要体现。学生的必修模块学习已接近尾声,所以本课的学习有了比较充分的相关经济活动和政治现象的知识依托,如文艺复兴、英国资产阶级革命、启蒙运动、第二次工业革命等。同时经过近一学年的学习,学生也初步掌握分析历史问题的基本方法。

2、学习内容分析:

教材所呈现的核心内容是近代物理学的三位代表人物的主要科学贡献和历史意义。另外还有普朗克的量子理论的主要内容和重大意义。如果纯粹从科学史的角度来分析,本课的主干知识是简单明了的。但我认为,这只是教材所呈现的一条知识明线,另有一条暗线更有价值,那就是一脉相承的社会意义和人文精神及创造这些科学奇迹的原因。明线应作为暗线的知识支撑,但暗线的挖掘和把握才能真正彰显本课学习的价值和意义。

3、教学目标设计:

基于以上对学生、自我及教材内容的实情分析,基于课程标准及浙江省普通高中历史学科教学指导意见,笔者确立以下教学目标:

1)知识与能力:

①知道经典力学的主要内容和伽利略、牛顿对经典力学建立的主要贡献。

②知道相对论的主要内容,了解爱因斯坦创立相对论的史实。

③认识经典力学在近代自然科学理论发展中的历史地位,认识相对论和量子理论提出的意义。

2)过程与方法:

①通过相关材料的研读,进一步掌握从材料中提取和使用有效信息分析问题的方法。

②通过与文艺复习、英国资产阶级革命、启蒙运动、第二次工业革命、二战等相关知识的联系,进一步认识人类科技成就与社会经济和政治发展等时代因素之间的内在关系。

③客观全面地认识科技成就的进步性和局限性,继承性和开创性。

3)情感态度与价值观:

①感受科学家不迷信权威、为科学不断探索创新的科学精神、进取精神和奉献精神。

②体验创造科学奇迹的成就感、激发学生热爱科学的情感。

③感受近代物理学成就的社会意义,领悟近代物理学成就所折射的伟大人文力量。

在教学目标的设计上,我做了“避物理就历史”的安排。“避物理”,即在“知识与能力”层面的达成上,就基于学生自身的物理学知识和课本所安排的内容来展开,不做理论上的分析和拓展。同时基于学生的知识水平更侧重于伽利略、牛顿和爱因斯坦的理论贡献和历史地位。在量子理论方面主要明确其重要意义即可。“就历史”,即深入、全面地达成后两个层面的教学目标。因为“过程与方法”的达成是培养学生发现、分析、解决历史问题的必备途径和手段,而“情感态度与价值观”的目标承载了历史教育的终极意义。人文精神、科学精神对促进学生的发展具有非同寻常的意义。

二、回归历史,重新构建教学过程

步骤一:导入新课

材料1:欧洲中世纪的黑死病景象和牛顿画像

设计意图

①以1665年的鼠疫和1666年的牛顿奇迹年(Annus Mirabilis)这两个历史事件的巨大反差,激发学生学习兴趣,为什么这一场灾难却成就这位巨人的一生?

②促使学生进一步思考:牛顿在这与世界隔绝的十八个月里到底创造了哪些奇迹?

步骤二:牛顿——近代物理学的创立者

1、牛顿奇迹年

材料2牛顿先生的自述

1665年初,我发现了近似级数的方法和将二项式简约成该级数的法则。同年5月,我发现了格雷果里和斯卢修斯的正切法,11月我发现了直接流数法;次年1月发现颜色理论5月开始研究逆流数法。同年,我开始思考重力延伸到月球轨道的问题……我推论:维持行星绕其轨道运转的力,一定与其旋转中心距离的平方成反比……这一切都是在16651666这两年瘟疫期间完成的。那些日子我正处于发现的全盛期,对数学和哲学的研究也比以后任何时期都要多。

设计意图

①从材料中概括得出牛顿在科学上的三个贡献:即微积分、光的分解和万有引力定律

②从牛顿奇迹年出发,促使学生进一步思考:牛顿其后的工作,不过是把这些伟大的思想加以完善和深化。那么有哪些重要的成果?如果说牛顿是整个近代科学革命象征的话,那么他最大的贡献是什么?

2、经典力学的建立

请学生最通俗的语言和最浅显的生活实例为大家解释经典力学的基本理论,即万有引力定律和运动三定律(牛顿的四大定律)

设计意图

①将课堂的主动权交给学生,通过“学以致用”来充分调动他们的参与积极性,完成对经典力学基本理论的了解。

②促使学生进一步理解这些定律的科学价值,从而可自然得出运动三定律的科学地位、万有引力定律的适用范围。从这些结论出发,使学生真正认识到牛顿力学体系的科学性,同时说明科学具有惊人的预见力和巨大的理论指导意义。

3、牛顿何以创造奇迹

材料3牛顿先生的自述

假如我说我有一些微小成就的话,没有其他秘诀,唯有勤奋而已。时间对人是一视同仁的,给人以同等的量,但人对时间的利用却不同,而所得的知识也大不一样。

  今后的历史学家会把我描述成“最幸运”的科学家,因为我以一种前所未有的方法,并在一个极为有利的时代,将许多现存的科学进展组合在一起。

材料4

牛顿在科学上成功地应用了归纳法和归纳与演绎相结合的方法,以及将分析综合实验理论

妙地结合起来的方法,不但被公认为学术界的典范,而且大大丰富了科学方法论的内容,在科学史和哲

学史上有突出的地位。        

以材料为切入点,请学生结合所学知识分小组畅谈,总结共识。

1)勤奋因素:可提到了著名的煮怀表和相亲的故事

2)时代因素:可引导学生从两个角度分析

其一、社会变革:牛顿的成长过程也是英国资产阶级革命的发生、发展的过程。在革命的潮流中,资产阶级向宗教神学发起冲击,不仅帮助科学从神学中解放出来而且科学开始受到统治者前所未有的重视。

其二、前人基础:哥白尼、伽利略、开普勒、笛卡儿、培根等科学巨人为牛顿提供了肩膀

3)方法因素:结合材料三和本专题的导语加以理解

设计意图

①抓住材料中的关键词,进一步提高阅读和从材料中充分提取有效信息的能力。

结合材料和牛顿著名的小故事,让学生畅所欲言,培养学习的主动性和积极性。

③培养从不同的视角分析问题的能力。特别是引导学生对“时代”因素不同角度的分析和思考。

步骤三:伽利略——近代物理学的奠基人

材料5

伽利略的发现以及他所用的科学方法是人类思想史最伟大的成就之一,而且标志着物理学的真正开端。                                  ——爱因斯坦

结合课本和所学知识,理解爱因斯坦的评价,认识伽利略作为近代物理学奠基人的地位。

设计意图

①这些科学研究方法并非牛顿首创,是建立在伽利略的基础之上,进一步认识科学研究的继承性。

②促使学生进一步思考:在牛顿之后又有莱布尼兹等对牛顿经典力学的进一步发展和完善,那么经典力学是否就完美无缺了呢?是谁首先进行批判呢?进一步认识科技成就的相对性和局限性。

步骤四:爱因斯坦——近代物理学的革命者

1、经典力学的缺陷

材料6

奥地利科学家、哲学家马赫于1883年第一个对牛顿力学中的绝对质量、绝对时间、绝对密度等概念作出了概括性的批判。他认为牛顿质量定义是一个伪定义,是一种循环论证。同时他认为既无绝对空间,也无绝对运动,因为力学实验根本不能告诉我们任何有关绝对空间的事情。

请学生结合所学知识,指出经典力学的缺陷,即无法解释高速运动的微观粒子发生的现象。同时认识到,正是因为马赫的批评指引了爱因斯坦广义相对论的创立。

2、相对论的理论和实践

材料7:爱因斯坦幽默的比喻

为了对这一深奥的理论做通俗的说明,爱因斯坦曾经风趣地对一名男青年说:我打个比方,比如你屁股坐在火炉上烤和坐在公园柳荫下与女士谈情说爱,那么,同样的时间你觉得哪一个更长?男青年说:当然坐在火炉上烤的时间觉得长久。爱因斯坦说:这就是我的相对论内容。

材料8


请学生结合材料和已学知识,举出生活中实践相对论的例子,并进一步思考相对论与经典力学的关系。(如:时间隧道是科幻作家、科幻片最喜欢的题材,其理论来源就是广义相对论所预言的黑洞理论。GPS定位系统在早期确定物体位置的误差在15范围内,该误差可用相对论来修正。狭义相对论并非是对经典力学的简单否定,更是一种继承和发展。所以在近代物理学的发展史上,我们不妨称其为革命者。)

设计意图

①将艰深的相对论生活化和幽默化。既然课本中专业性的解释难以理解,不妨另辟蹊径,从学生感兴趣的角度来了解相对论,来认识其价值和地位。

②进一步认识科技成就的继承性和开创性。

3、爱因斯坦何以创造奇迹

材料9

历史出现了惊人的巧合,1905年一年内,26岁的爱因斯坦发表了5篇划时代的科学论文——其中最重要的当然是创立狭义相对论的《论动体的电动力学》和《物体的惯性同它所含的能量有关吗?》。相对论的创立,彻底改变了人类对自然的认识,其伟大意义,在整个科学史上,只有牛顿之创立万有引力理论可以与之相比。这一年因此被称为“爱因斯坦奇迹年”。

材料10

鉴定专利权的工作,对于我来说是一件幸事。它迫使你从物理学上多方面地思考,以便为鉴定提供依据。此外,实践性的职业对于像我这样的人来说简直是一种拯救:因为学院式的环境迫使青年人不断提供科学作品,只有坚强的性格才能在这种情况下不流于浅薄。

                                                        ——爱因斯坦

通过材料并结合对牛顿创造奇迹的分析,讨论原因:如勤奋的探索、前人的成果、科学的方法、自由的思考、时代的条件等。特别是时代的条件值得重视,19世纪下半叶到20世纪初,欧美主要国家先后发生了以电力取代蒸汽动力的第二次工业革命,生产力获得更加突飞猛进的发展,科学技术在推动人类社会发展中的作用日益明显。这时期对科学研究开说是一个崭新的时代,提供了优越的条件和可能,如自由的学术氛围、一大批物理学大师的诞生等。

设计意图

①通过对牛顿、爱因斯坦创造奇迹的探原,引起学生对“成功”的思考、对人生价值的思考。

②通过对时代条件的讨论,促使学生从历史的视角去思考人与社会的关系。

4、关于量子理论的内容和意义

结合课本简单了解相对论和量子理论构成了现代物理学的基本理论框架

步骤五:关于物理学成就的社会意义

材料11

伽利略通过自己的观测和研究,逐渐认识到哥白尼的学说是正确的,而托勒密的地球中心说是错误的,亚里斯多德的许多观点也是站不住脚的。伽利略不仅发表了批驳亚里斯多德的论文,还通过书信毫不掩饰地支持哥白尼的学说,甚至把信件的副本直接寄给罗马教会。在伽利略看来,科学家的良心就是追随真理。

    材料12

“我们被放在这有如戏院的世界上,每个事件的起源和缘由却完全隐瞒不让我们知道,我们既没有足够的智慧预见未来,也没有能力防止那些使我们不断受伤害的不幸事件发生。我们被悬挂在永恒的疑惧之中……”这是英国历史上著名的哲学家休谟的一段话,它为我们真切地描述了当时的人们看待世界的被动心态。……直到艾萨克·牛顿出现,人类才终于结束了这种状态。牛顿通过自己的伟大著作宣告了科学时代的来临,他告诉世人:自然界存在着规律,而且规律是能够被认识的。牛顿的发现,给人类带来从未有过的自信。曾经匍匐在上帝脚下的人类,终于大胆地抬起头来,开始用自己理性的眼光打量世界。

    材料13

由于牛顿证明了地上的力学也能应用于天上的星球,整个思想界不禁为之亢奋,人们不禁浮想联翩:大家看到,原来整个错综复杂、扑朔迷离的自然界,不过是一个按某种法则运转的巨大的机械装置,而其中并没有上帝的地盘,于是传统的宗教信仰被动摇了。

    材料14

因为爱因斯坦在我们小小的地球上生活过,我们这颗蓝色的地球就比宇宙的其他部分有特色、有智慧、有人的道德。                                ——李政道

伽利略:为使科学开始从封建神学中解放出来作出伟大贡献,体现文艺复兴时期人文光芒。

牛顿:推动科学摆脱封建神学束缚,为启蒙思想提供自然科学上的理论根据和思想方法。既然自然界可以靠观察、实验、测量所认识,由此类推,支配人类社会的法则也可以依靠人的理性发现,从而促使启蒙思想家力图发现支配社会的永恒准则。

爱因斯坦:体现高尚的科学道德和给予整个人类发展深切的人文关怀。正如他本人在《悼念玛丽·居里》的悼词中所言,“……第一流人物对于时代和历史进程的意义,在其道德品质方面,也许比单纯的才智方面的成就还要大。即使是后者,它们取决于品格的程度,也远超过通常所认为的那样。……居里夫人的品德力量和热忱,哪怕只要有一小部分存在于欧洲的知识分子中间,欧洲就会面临一个比较光明的未来。”

设计意图

这条暗线的挖掘和思考,既是与以前所学知识的有机联系,又是在一新的层面体现本课学习的意义和价值。对这些科学家和科学成就社会意义的深入思考,更能体现科技史教学的人文价值,有助于培养学生的人文素养和科学精神。

步骤七:总结和感悟

1、总结:近代物理学的成就给我们带来了什么?

2、探究题:在不久的将来是否可能出现第三个“奇迹年”?奇迹的再度创造需要什么条件?

                     三、审视自我,重新理解课程改革

   这一节课的准备和教学过程,也是重新审视自我、深入体验课改的过程,有几点感触颇深。

1、放低身段,成为一个学习者。

正如赵亚夫教授所言,课程改革对教师具有了非常实在的挑战性。特别是在教学内容上有了很大的拓展和延伸,有力地增强了历史学科的专业性。无论是“古代希腊罗马的政治制度”、“欧美资产阶级代议制的确立与发展”,还是“近代以来科学技术的辉煌”、“19世纪以来的文学艺术”,每一个专题都对教师的专业素养提出全新的要求。如面对本课所涉及的物理学知识,教师在备课过程中必须向相关教师请教,同时还须阅读相关科普书籍尽可能廓清一些最基本的概念。而那些自己能力所不能及的内容,不妨向学生坦诚相告,以期在课后一起学习解决。新课程的教学过程同样也是与学生共同学习,一起成长的过程。所以必须让自己放低身段,置于一个全新的起点,主动接受更多更全面的文化滋养。而历史教学也将在师生共同进步的条件下真正实现理念的更新。

2、使用教材,成为一个创造者。

新课程提倡教材呈现方式的转变。教师可根据自己的教育理念对教材进行有针对性的加工,从而使课程目标、教学内容和学生学情实现有效整合。在本课的教学设计中,我以学生最为熟悉的牛顿及其物理学贡献为本课的中心,明确其“建立者”的地位。针对科学研究方法的继承和发展,进一步引出伽利略的贡献及其“奠基人”的地位。最后,针对经典力学缺陷的讨论引出爱因斯坦的理论及其“革命者”的地位。通过这样一个叙述逻辑,使师生的认知实际与教材内容有了较为合理的结合,也使本课的主题“近代物理学”的发展历程更为明晰。在对教材充分理解基础上更好、更合理地驾驭教材既是对教师教学素养的挑战,也为教师提供更大的创造空间。

3、回归历史,成为一个思考者。

掌握历史知识不是历史课程学习的唯一和最终目标,而是全面提高人文素养的基础和载体。所以学习本课的目的绝非仅了解近代物理学的发展历程及其科学价值。作为历史课,必须将科学史的学习回归历史本色、彰显历史价值,所以学习本课更重要的目的还在于理解近代物理学变革背后深刻的社会意义和人文价值。当我们构建起伽利略与文艺复兴运动、牛顿与欧洲启蒙运动、爱因斯坦与第三次科技革命下的科学道德这些学生未曾深入思考过的基本关系,以及感悟科学家们创新、进取和奉献精神时,我想学习本课的意义是不言而喻的。

 

 

参考文献:

1、吴于廑、齐世荣:《世界史·近代史编》,高等教育出版社,1992

2、马克垚:《世界文明史》,北京大学出版社,2004

3、青峰:《简明物理学史》,南京大学出版社,2007

4、董燕:《世界名人传记丛书——牛顿》,浙江少年儿童出版,2006

5、《普通高中历史课程标准(实验)》,中华人民共和国教育部制订,人民教育出版社,2003

6、叶小兵:《创新性地合理整合教材,搞好高中历史选修课的教学》,《历史教学(世界杯正规买球app排行版)》,2007年第10

7、中央电视台12集大型电视纪录片《大国崛起》第三集:走向现代(英国·下)文本资料,

http://finance.cctv.com/special/C16860/20061117/103785.shtml

8、江晓原:《爱因斯坦:被忽视的教益——读爱因斯坦书信集》, http://blog.sina.com.cn/tianguangdaliang


 

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