借助物理学史,聚焦物理课堂

2022-03-21版权声明我要投稿

  摘要:从物理学史的角度出发,在中学物理课堂中渗透物理故事及历史,拓宽学生的视野,激励学生对物理的学习兴趣,散发物理的魅力,给学生树立榜样,发挥物理课堂的优势,提高学生的学科素养。本文以阿基米德原理的教学为例,进行详细说明。

  关键词:物理学史;学科素养;阿基米德原理;

  在现代的物理教学中,许多学生觉得物理难,甚至出现了谈物理色变的现象,许多学生存在严重的偏科问题,这就说明了一个问题,在我国的基础教育中,物理教学方面还有很大进步的空间,如何让学生喜欢上物理,物理课堂应该如何实施才能够吸引学生这就显得尤为重要,让物理学在学生眼中成为既充满乐趣又不乏枯燥的学科。借助物理学史,对中学生学习物理有很大的帮助,不仅扩大了学生的课外知识,而且也有利于激发学生的兴趣以及丰富物理教学的内涵。针对于此,本文结合阿基米德原理的教学为例来说明如何引入物理学史对学生进行科学启蒙教育。

1 中学物理教学现状

  物理课程是中学阶段课程体系中的重要部分,是学生认识科学、探索世界关系的重要工具,对提升学生思维能力有着关键性的作用[1]。在中学阶段,物理对于初二学生来说是全新的课程,学生之前并未接触物理且物理学习难度较高,故大部分学生普遍对物理缺乏学习兴趣。在我国的应试教育的大背景下,部分学校老师教学更加强化了结果导向而对学生学习知识的过程有所忽视,只是一味让学生进行机械记忆,以此来应付考试,物理启蒙教育过分弱化,大部分学生不知道为什么要学习物理,物理可以用来做什么?学生不能用学到的知识解释生活中的一些简单的自然现象。针对于以上所提出的问题,解决的办法有很多,但在物理教学方面,引入物理学史可以在一定程度上改善当下的问题。

2 物理学史对物理课堂的重要性

  2.1 挖掘物理学史,体现物理的实用性

  物理学史是人们对于自然现象的探究史,揭示着物理学的发展和内在逻辑[2]。在教学中渗透物理学史可以让学生更清楚地掌握物理规律,以及更加清楚物理规律的来源,有利于学生物理知识的形成和建构。从古至今,物理学都是一门实用性的学科,但今天的课本和老师的教学中,往往隐去了物理的实用性。在高中物理教学中,物理逻辑性较强和抽象性较强,这些特点也为学生学习物理带来了很大的困难,在一定程度上增加物理的实用性,有助于学生对于知识的梳理、理解和记忆。素质教育的倡导下,知识的实用性就显得尤为重要,学习知识本身并不是为了考试,我们所学的知识并不是苍白无力的,知识源于生活,同时知识也能指导生活,而我们的学生很难将学习到的东西应用于实践当中,很难实现理论到实践的飞跃。例如在中学物理教学中,由于电流和磁场的概念太过于抽象,教师可以通过讲解安培、奥斯特、法拉第、赫兹等物理学家的故事,并结合他们发现电流和磁场的实验进行讲解,让学生理解电流磁场发现的来龙去脉,这样有助于学生理解知识和他们所对应的物理意义,才能将物理与生活相结合,在生活中大胆应用他们所学习的知识。

  2.2 物理学史对物理知识深入性的影响

  中学生对于物理可能都会有这样的困惑,物理公式和概念已经牢记,但在考试中却无法取得理想的成绩,这是什么原因导致的呢?由于对于物理知识的了解不够深入,未能悟到物理并不是冷冰冰的公式和概念,更不是一门通过死记硬背来学习的科目,每一个物理公式都有它的意义和内涵,物理知识的每一次发现都有它背后的故事和物理学家的付出。只记住物理公式和概念是无法深入理解物理这门学科的,因此对物理学史的学习对学生更加深入的掌握知识就显得尤为重要,学习历史的过程也是将物理知识和概念与生活实践紧密联系的过程,教师可以通过口头讲授、利用多媒体播放视频或在课堂上重现物理实验来渗透人类探究物理的历史,挖掘知识背后的故事和物理学家的求索精神和优秀品质,使学生所学的知识得到升华。

3 阿基米德原理教学设计

  3.1 课程背景

  阿基米德原理是初中生学习浮力的重难点内容,理解阿基米德原理对于掌握浮力的沉浮条件具有重要作用,阿基米德原理是对浮力的深层次的认识,是浮沉条件的基础,阿基米德原理两千多年前提出的,从物理学史方面入手更加易于激发学生的兴趣。

  3.2 教学描述

  3.2.1 情景引入

  在上课初,老师讲授真实情境,内容如下:阿基米德出生在古希腊的贵族家庭,他从小热爱学习,善于思考,喜欢辩论。有一次,国王要金匠给他做一顶金王冠。王冠做好以后,大臣说王冠不一定是纯金的,可能掺进了白银,由于重量相同,从外表看不出来。于是国王就找来阿基米德,将检验王冠的任务交给了他。阿基米德冥思苦想都没有结果,突然有一天,在洗澡时,当他的脚跨进澡盆的时候,水溢出了一点,身体坐进澡盆时,水溢出的更多,随着身体的浸入,他感受到水对他的托力越来越大,于是他在澡盆里多次沉下又浮上以此来感受浮力的大小,突然,他欣喜若狂地向外跑去,边跑边喊:“找到啦!找到啦!”阿基米德心想:王冠如果掺进银子,必然比同样重量的金子体积大,放入水中所受到的浮力就会比纯金的大[3]。故事讲授结束,教师反问学生:“你们知道阿基米德判断王冠是否掺假的原理吗?今天我们就来学习这个原理。”

  3.2.2 新课教学

  环节1:让学生做将空易拉罐按入水中的实验,体会物体浸入水中的体积跟物体排开水的体积的关系。因为物体浸在液体中的体积就等于物体排开液体的体积,所以我们就把决定浮力的两个因素就改成:物体排开液体的体积和液体的密度。请大家思考:物体排开液体的体积和液体的密度,跟排开液体质量有什么关系?跟液体的重力有什么关系?进一步思考浮力和物体排开的液体的重力可能是什么关系呢?

  环节2:让学生将空易拉罐慢慢按入水中,学生在实验时观察易拉罐浸入水的多少与排开水的多少的关系,同时感受浮力的大小。

  环节3:教师引导学生思考并设计探究浮力的大小跟物体排开液体所受重力的关系实验方案,提出问题:①如何测量物体受到的浮力。②如何测量被物体排开的液体的重力。通过师生对话及教师引导确定实验器材有弹簧测力计,石块,盛有液体的烧杯、溢水杯、小桶等,实验装置如图1所示。

  环节4:进行实验,步骤如下:①用弹簧测力计测出小石块重力G物;②将石块体浸没在盛满水的溢水杯中,记下弹簧测力计示数F拉;③用弹簧测力计测出空小桶重力G桶;④用弹簧测力计测出盛水小桶总重力G桶+水;⑤计算出小石块受到水的浮力F浮和排出水重力G排。测量完毕后将实验数据记录在下表中。

  环节5:师生分析数据,总结归纳出阿基米德原理的内容:浸在液体中的物体受到向上的浮力,浮力大小等于它排开液体的重力,表达式:F浮=G排,导出式:F浮=G排=m排g=ρ液gV排。

  环节6:我们已经学习了阿基米德原理的内容,阿基米德判断王冠真假的原理大家清楚了吗?教师引导学生解惑:由于金的密度为19.3g/cm3,银的密度为10.5g/cm3,根据m=ρV可知,相同质量的金和银,银的体积要比金的大,所以放进水中排开水的体积就越大,将真王冠和假王冠同时放进水里,根据判断排开水的体积的大小,就可以检验真假王冠了。教师和学生讨论:为什么阿基米德能发现这个原理?教师向学生介绍阿基米德:其实在日常生活中阿基米德也很爱思考,对早期力学进行了研究,他自制了许多仪器,其中阿基米德螺旋提水工具就是他早年的研究成果之一,后来还发明了一种将力放大的定律—杠杆定律,为牛顿的力学宫殿埋下了一块奠基石。教师升华内容,对学生进行教育:物理知识无处不在,大家在生活中一定要勤于思考、善于发现和总结,保持良好的思考习惯和严谨的科学态度,相信大家一定会有所收获,说不定下一个阿基米德就是在座的各位。

  设计意图:通过物理学史导入课程,用真实存在的历史去启迪学生,不仅可以激发学生对于物理的兴趣,而且能够激发学生求知欲,学生带着问题去思考问题,可培养学生独立思考的能力。学习一些科学史知识,又可以为下面的探究及以后的学习做好铺垫,联系前面学习过的知识,获取新的知识。通过最后的总结,使学生认识到没有那个物理知识是没用的,只要我们善于发现,善于思考就一定会发现物理之美和物理的魅力。

4 结语

  在当前的应试教育下,科学启蒙教育有被一定的弱化,在物理教学中引入物理学史,将相对应的物理学史讲授给学生,并通过深化和挖掘物理课程背后的教育意义,将科学启蒙教育自然而然在扎实的教育中完成,让物理知识变得活起来,拓展物理学史,有利于学生学习前人的求索和创新的精神,归纳物理学习方法,提高学生物理学科素养,渗透情感、态度、价值观。

参考文献

  [1]张一明.论核心素养背景下中学物理教学现状及提升对策[J].理科爱好者(教育教学),2019(05):133.

  [2]黄干双.物理史在高中物理教学中的运用探究[J].科学咨询(科技·管理),2020(05):245.

  [3]朱恒足.物理五千年[M].湖北:湖北科学技术出版社,2018:7-9.

作者:薛昭敏 刘竹琴 单位:延安大学物理与电子信息学院

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