由牛顿第一定律相关物理学史引发的思考

总结文献资料中亚里士多德、伽利略、笛卡儿、牛顿的主要观点及贡献，并提出四位历史人物的观点差异，表明牛顿第一定律的重要意义.并基于分析文献时的感想，提出一些有关物理教师讲授物理学史的想法.

关键词： 物理学史;牛顿第一定律;物理教师

英国十七世纪著名思想家弗兰西斯·培根（Francis Bacon，1561-1626）曾主张：读史使人明智.历史对于我们思维的发展有着重要影响作用，物理学史在物理学教育中越来越受到教师们的重视，物理核心素养也要求我们物理教师重视物理学史的教授.物理学史向学生们介绍了先贤学者们探究物理真理的过程与方法，这些有助于学生跟随先贤们一步步建立更加科学的物理观念，培养学生的科学推理、科学论证等思维能力，所以，物理教育的过程中要重视物理学史的渗透与分析.那么，教师怎样才能更好的教授物理学史呢？本文将通过分析高中牛顿第一定律这一节课中有关物理学史的教学内容，以期得到一些关于物理学史的教学思考，为日后的有关教学提供帮助.

在中国知网中搜索近两年以及高被引、高下载量的牛顿第一定律教学设计及相关物理学史教育研究的文献，通过整理得到57篇有效文献，所选文献发表年份及数目见表1.

通过对所选文献的内容比对，发现对牛顿第一定律有关物理学史的介绍主要包括四位历史人物，分别为亚里士多德（Aristotle，前384-前32）、伽利略（Galileo Galilei，1564-1642）、笛卡儿（R.Descartes，1596-1650）、牛顿（Isaac Newton，1643-1727）.大部分文献中对他们的主要观点和贡献描述见表2.

然而通过以上观点的讲解，牛顿第一定律的伟大之处体现的似乎并不明显，为什么亚里士多德的观点能持续将近两千年？伽利略和笛卡儿究竟遇到了什么困难？才难以定义呼之欲出的牛顿第一定律.所以还有一些文献提出，亚里士多德将运动分为自然运动和受迫运动，自然运动是不依靠外界因素的，是物体向“下”运动的自然属性，称为物体的“重性”，受迫運动是在外在因素影响的条件下发生的，若使物体发生运动的因素不存在，则运动就不会发生[1].而伽利略继承了重性的观点，虽然他进行了理想实验，但他认为物体将由于重性做朝向地心的加速运动，若物体速度的大小不变时将围绕着地心做圆周运动[2].笛卡儿建立自己观点的时候否定了重性的观点，所以更加的科学.而牛顿建立了惯性和力的概念[2，3].

事实上，亚里士多德对物质与运动已经有了一定的合理认识，所以他的观点才能流传多年.他所提倡的自然运动，原因就是在于自身之内，受迫运动的原因在自身之外，这两种运动的概念也比较宽泛，分为生灭、量变、质变、位移四种变化.而牛顿定义的运动的原因是受到外力，而运动主要指位移.相比两者的描述，其实是对运动和产生运动的原因进行了不同的定义，亚里士多德定义的运动比牛顿的更加广泛，只是他没有将“重性”予以具体的解释.而且亚里士多德认为物体具有速度是因为运动的环境中具有介质，这些介质会阻碍物体的运动，所以他否认真空的存在，认为重物和轻物不可能同时落地，它们在下落过程中会受到介质的影响.

伽利略思考的是物体由于“重性”做曲线运动，他把匀速圆周运动和静止、匀速直线运动一起看作是自然作态，并没有像牛顿那样建立“绝对空间”，用向心力解释匀速圆周运动.但是伽利略的贡献是不可忽略的，他的自由落体理想实验将理论与实际统一起来，将理想实验与实验研究联系起来，并给出了定量的结论：“从静止开始下落的物体在相等时间段内经过的距离彼此从1开始的奇数关系”，增强了物理学的科学性[4，5].

笛卡儿提出可以无限运动下去的直线运动是最简单的运动，将匀速圆周运动从自然运动中剥离出去，但却没有建立“牛顿第一定律”，究其原因其实是没有建立力的概念，笛卡尔试图用物质解释运动，将“重性”当做物质相互碰撞的结果，没有像牛顿那样提出物体的运动是因为力，并且在力消失之后物体会由于惯性而保持原来的运动状态.但是我们不得不承认牛顿定律的建立是依赖于笛卡尔的观点的.

牛顿定律的重要意义包括定义了“力”的概念，牛顿的“力”是一种因果关系，而并非原因，物体由于受到力的作用才改变了运动状态.牛顿还以绝对空间为基础建立了运动与力的物理模型，并继承了伽利略相对性原理的观点.物理学对许多问题的解释都是通过建立模型来解决的，

并继承了伽利略相对性原理的观点.物理学对许多问题的解释都是通过建立模型来解决的，而运动与力的关系又是解释物质（包括实物粒子和场）的运动的重要依据.此外，牛顿定律将质量和惯性联系起来，物体的质量越大惯性越大，惯性是物体保持原来运动状态的性质，那么物体在不受力的情况下将保持静止状态或匀速直线状态[6].

通过此次分析发现物理学史的教育并不是简单的介绍相关历史资料，而是对物理教师也有一定的要求，主要包括以下几点.第一，教师在讲授之前要广泛的查阅相关文献及图书等资料，保证讲授内容的科学正确性.尤其是有关历史的内容，不同的资料可能有不同的表述，甚至是截然相反的结论，此次分析的文献中就有一些相悖的观点，所以我们教师自己要有辩证能力，并且具有广泛的科学知识，从而确定讲授的内容及内容讲解的顺序.第二，注重物理史中包含的物理核心素养的发掘与教授.物理学史往往体现物理理论的发现过程，通过科学推理、科学论证等过程建立物理观念、物理思维，从而提升学生的各方面能力，坚定学生探索和创造的信心.例如牛顿第一定律建立过程的物理学史中，伽利略利用理想实验分析问题并得出定量的结论，这种理论与实际相结合的研究方法正是物理核心素养要求学生会使用的研究方法.第三，我们品味历史，就要将历史置于历史发生时的背景下研读.让自己处于当时的情境之中，而不是用现代的眼光和思维评定历史人物人的所作所为.由于知识背景以及文化发展水平等因素的差异，对于同一问题在不同时代往往具有不同的解释和观点，现在越来越多的史学家不赞成“历史的辉格解释”，认为科学要注重实证，历史不应该只为了最后的“胜利”而发展，历史也有很多坎坷波折，我们也应该以更客观更辩证的眼光去看待历史.第四，讲物理学史要突出教学目的，教会学生探究真理的方法，培养学生的能力，不可舍本逐末，抛弃物理思维的渗透而一味的讲解历史事件和历史人物，关于历史的更多解释可以为学生提供适宜的、经典的资料，让学生自己探索，教师要做好“引导者”的角色，鼓励学生探究学习和自主学习.总之，物理教育需要教育者严谨认真，突出科学本质，在教学生的同时也要进行自我学习，专心致志于教学之中.

参考文献：

[1]人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心.普通高中课程标准实验教科学物理必修1[M].北京：人民教育出版社，2007.

[2]靳萱.科学教科书科学史内容的编写研究——基于七个版本“牛顿第一定律”的比较[J].课程教学研究，2016（11）：33～38+65.

[3]陈运保，赵亮.牛顿第一定律的发展历史及其教育价值[J].物理教师，2016（07）：32～35.

[4]（美）劳伦斯·普林西比著.张卜天译.牛津通识读本：科学革命[M].江苏：译林出版社，2013.

[5]胡翌霖.过时的智慧 科学通史十五讲[M].上海：上海教育出版社，2016.

[6]赵峥.物理学与人类文明十六讲[M].北京：高等教育出版社，2008.

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