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学科教育论文-物理学史与中学生的科学素质.doc

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学科教育论文-物理学史与中学生的科学素质.doc

学科教育论文物理学史与中学生的科学素质摘要要想在21世纪兴旺发达,就必须有目的地通过科学教育来造就一大批具有科学素质的高级人才。本文试图通过物理学史对中学生进行科学素质教育,并对此作了初步探讨。关键词物理学史中学生科学素质随着科学技术的飞速发展,科学理论和实践成果及思维方式都有着革命性的进展。对人的科学观和方法论产生了重大影响。要想在21世纪兴旺发达,就必须有目的地通过科学教育来造就一大批具有科学素质的高级人才。本文试图通过物理学史对中学生进行科学素质教育,并在此方面作些初步探讨。一、对中学生进行科学素质教育的必要性科学素质,主要是指人们在认识自然和应用科学知识的过程中表现出来的内在特性。它的内涵和外延非常深刻而广泛,包括政治的、伦理的、道德的以及科学本身等方面。单就科学本身而论,科学素质包括科学思想、科学方法、科学精神、科学态度、科学意识等。几十年来,我国高等学校实施的科学教育模式造成科学素质发展的畸形。1992年中国科协对我国公众的科学素质所做的调查表明,我国公民掌握科学知23的1/3。这个令人惊心的比例说明加强对中学生科学素质教育的紧迫性。二、物理学史中科学素质教育的内容1科学精神科学精神包含创新精神、怀疑精神、批判精神和献身科学的牺牲精神,科学精神的精髓是创新,创新又首先体现在观念、思想的创新。针对经典物理学能量是连续变化的观点,为了解释光电效应、黑体辐射等实验现象,普郎克提出了能量子的概念,并给出公式EHV,为量子理论的建立做出了开创性的贡献。爱因斯坦在继承的基础上又创造了“光量子”的概念,提出了光电效应的方程W1/2MV2,并成功地解释了光电效应,从而获得了1921年的诺贝尔物理学奖。玻尔则站在两位巨人的肩上,提出了氢原子核外电子轨道量子化和能量量子化,成功地解释了氢原子光谱。科学家创新常常带有浓厚的非理性、非逻辑的反常思维色彩。物理学发展史上的大量事实,都可以揭示出科学创新的这一本质。例如安培提出分子电流假设时,人们还根据不了解分子的电结构。泡利提出“中微子”假设时,他自己就把它称为“孤注一掷的措施”,而且打比方说“只有押了赌注,才能谈到赢”,这些重要的发现并不是经验事实的逻辑结果,它们带有革命性创新。怀疑精神的具体表现,就是敢于和善于提出科学问题。物理学中几乎每一个重大发现都表明创造性思维活动起始于对困难或问题的认识,是围绕解决问题而展开的。善于提出问题,总是从对事物、现象或已有理论的怀疑开始的。在人类认识史上提出一个新异而又深刻的问题,必然会导致一个重大的突破,将标志着科学的真正进步。物理学的许多成功发现都始于怀疑。如自由落体规律的发现则源于伽利略用重物落得快的观点进行分析,得出一轻一重的两球联成一体后下落时,在落速上存在逻辑矛盾。通过物理学史的学习,使中学生知道怀疑精神的可贵。因此,要在自己学习过程中习惯于对现有理论提出质疑。例如从斜抛公式可推出斜射角45度时射程最远,但认真观察用橡皮管浇草地的情况,可能并非如此。科学精神也包含着批判精神,在应试教育下,为了便于组织教学和对付考试,知识的考察和学习往往以绝对化、标准化的形式出现。久而久之,学生思想日益僵化,唯书、唯师,只会接受,不会否定,只会继承,不会创新,迷信权威缺乏批判精神。通过物理学史的介绍,可以潜移默化的培养学生的批判精神。例如,1897年电子的发现,就是汤姆生对前人原子不可分的批判、否定的结果。而实际上,早在1890年,英国的舒斯特就已经测出阴极离子的荷质比M/E在氢离子的荷质比的千分之一以下,这与汤姆生测得的结果基本一致,但他深信原子不可分割,不敢相信自己的结果,从而错过了科学发现的机会。2科学态度科学态度指人们正确对待客观事物和从事实践活动的稳定的行为倾向。包含实事求是,客观公正;独立思考,追求新知;谦虚谨慎,善于合作;关心社会,关心环境。实事求是,客观公正卢瑟福在用Α粒子从氮14中打出质子之后,为了证实这结果,英国物理学家布拉恺特在充满氮的云室里重复了这个实验,拍摄了两万多张云室照片。他又从四十多万条Α粒子径迹的照片中寻找到了产生了分叉的八万条径迹,再对径迹分叉情况进行分析,方才确证了卢瑟福实验的正确性。1957年泡利和海森堡合作,试图完成从对称性原理出发解决物理学所有问题,并很快取得了不少成果。次年他在美国做报告时发现这个新理论存在很大问题,于是他很快写信给海森堡,表示他不相信这个理论。后来,当海森堡仍坚持并宣传这个理论时,泡利当即反对。他这种坚持真理,实事求是,勇于否定自己的态度正是所有科学家成功之所在。独立思考,追求新知。物理学史上大量事实表明,不迷信传统理论和观念,不迷信权威和书本,是科学创造的思想前提。在科学本身的矛盾已经显现出来时,谁能首先同束缚科学发展的传统观念决裂,勇于提出新思想、新见解,谁就可能抢先占领科学发展的前沿阵地,做出突破性的发展。众所周知,在爱因斯坦之前,洛仑兹和彭加勒已经走到相对论的大门口,只是未能摆脱绝对时空观的束缚,最终没有迈入相对论的门槛。正是由于爱因斯坦独立思考、追求新知,抛开了“绝对静止”和“静止以太”的观点,并深刻的审察了“同时性”概念的物理学根据。于1905年将他的不朽之作论动体的电动力学一文公诸于世,从此产生了人类最宝贵的精神产品狭义相对论。从而引起了人类时空观的巨大变革。谦虚谨慎,善于合作。在如今的“大科学”时代,任何一项科学技术的进展都不是全部由一个人的努力所能完成的,它常常是一个科研集体或几个科研群体协作所完成的。因此在科研中处理好协作关系,调动各方面科技人员的积极性成为跨世纪人才必须具备的基本素养。以能量守恒原理的发展为例,能量守恒原理的发展曾有几个国家的十几名科学工作者做出了贡献英国的焦耳、德国的迈尔和亥姆霍兹的贡献最为突出,他们的成绩往往体现着广大科技工作者的集体智慧和血汗。正像英国物理学家卢瑟福所说的“科学家不是依赖于个人的思想,而是综合了几个人的智慧,所有人想一个问题,并且每人做他的部分工作,添加到正在建立起来的伟大知识大厦之中。”曾任卡文迪许实验室主任的汤姆逊总是把所知道的和所想到全部告诉助手和学生,甚至把他自己的设计的方案毫不保留的给予学生。正是由于他善于同学生合作,所以在他任期内共培养了84位物理学教授,27名英国皇家学会会员,7人获得诺贝尔物理学奖。

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