物理学史在培养学生核心素养的作用

摘  要：本文选取“能量守恒定律”这部分物理学史研究物理学史在培养学生物理核心素养中的作用，分别从物理观念，科学思维，科学探究，科学态度与责任四个方面进行剖析，并根据分析结果得到一些教学启示。

关键词：核心素养  物理学史  能量守恒定律

核心素养是学生在接受相应学段的教育过程中，逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。高中物理课改教材各章节都渗透了大量的物理学史教育内容但在中学物理日常教学过程中，教师往往迫于教学进度的压力，忽视了物理学史的地位和作用，让学生直接记住物理学家、物理规律以及发现物理规律的时间，很少运用物理学史了解发现过程和背景帮助学生记忆。本文从“能量守恒定律”的建立过程入手，展示物理学史在培养学生核心素养上的教育功能。

一、有关“能量转化和守恒定律”的物理学历史故事

1842年，德国26岁的青年医生迈尔写成了他的第一篇关于能量守恒和转化定律论文：《论无机自然界的力》。论文发往当时德国主要的物理学年鉴杂志，结果被主编波根多夫拒绝发表而退了回来。虽然化学家李比希主编的《化学年鉴》杂志，在1842年5月刊上发表了迈尔的论文，但并未引起人们的注意。而1845年的迈尔的第二篇论文，则是以自己的经费才得以发表的。

焦耳是最先用科学实验确立能量守恒和转化定律的人。1840年，22岁的焦耳首先测定了电流的热效应，发现一定时间内电流通过导线所产生的热量，同导线的电阻和电流强度平方乘积成正比。这就是著名的焦耳定律。焦耳根据这一实验设想电能因阻力而转化为热能了。这些思想集中体现在他的第一篇论文：《论伏打电池产生的热》。1843年，焦耳又做了一个实验，他把盛有水的容器放进磁场中，然后让一个线圈在水中旋转，测量运动线圈中感生电流产生的热和维持运动所消耗的能量，焦耳的研究并没有立刻引起人们的注意。

1847年，26岁的德国物理学家赫尔姆霍茨在柏林物理学会上宣读了他从研究动物热的途径中发现了能量守恒和转化定律的论文：《活力的守恒》。这篇论文被权威们看成是异想天开的思辨，波根多夫主编的物理学年鉴杂志同样拒绝发表它。赫尔姆霍茨在这种情况下，不得不掏腰包自费印刷。

二、物理学史对培养核心素养的作用

课堂教学中引入能量守恒定律得出的历史，不仅可以提高学生的物理学习兴趣，而且在对学生提升物理核心素养有着很重要的作用。

（一）物理觀念方面

物理观念是从物理学视角形成的关于物质、运动与相互作用、能量等的基本认识，是物理概念和规律等在头脑中的提炼和升华，是运用物理知识和方法解释自然现象、解决实际问题的能力。物理观念包括物质观念、运动观念、相互作用观念、能量观念及其应用等要素。学生在学习“能量守恒定律”这一节时有一个困惑，以前学习的一些物理定理或定律都会有较为明确的公式，但能量守恒定律和机械能守恒定律一样，没有具体的公式可以套用。学生没有真正领会能量守恒定律的内涵，没有形成正确的物理观念。

（二）科学思维方面

科学思维是从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式，是基于经验事实建构理想模型的抽象概括过程;是分析综合、推理论证等科学思维方法的内化;是基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑、批判，进而提出创造性见解的能力与品质。科学思维主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素。“能量守恒定律”一节课教学中，教师可以结合教学实际，运用物理学史给学生展示科学家在物理实验中的思想方法和技巧，可以对学生进行具体的科学思想和方法教育，以促进学生的实验和创新能力的发展。

（三）科学探究方面

科学探究是指提出物理问题，形成猜想和假设，获取和处理信息，基于证据得出结论并做出解释，以及对实验探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力。“实验探究”主要包括问题、证据、解释、交流等要素。物理学史本身作为科学探究的历史，也应当让其更加突出探究历程，为学生进行自己探究开阔思路，掌握应对一般问题都适用的步骤，加深对科学探究过程的理解并发展科学探究能力。

（四）科学态度与责任方面

科学态度与责任是指在认识科学本质，理解科学·技术·社会·环境（STSE）的关系基础上逐渐形成对科学和技术应有的正确态度以及责任感，具有学习研究物理的好奇心和求知欲，能主动与他人合作，实事求是，不迷信权威，能基于证据和推理发表自己的见解，知道科学技术是人类共同的事业应该遵循普遍的伦理道德规范，科学态度与责任主要包括科学本质、科学态度、社会责任等要素。

在物理教学中结合学生的实际水平来选择恰当的物理学史内容并进行必要的整合重构，可以引起他们学习物理的浓厚兴趣，对培养学生严谨治学、坚定不移的精神，起到了积极的作用，从而最大限度地发挥出物理学史在培养学生核心素养上的作用。

参考文献

[1]陈毓芳，邹延肃.物理学史简明教程[M].北京：北京师范大学出版社，2009.8.

[2]焦胜楠.浅谈物理学史对于培养物理学科核心素养的作用[J].考试周刊，2019（08）.

[3]赵芬.物理学史在物理教育中的价值[J].科教导刊-电子版（上旬），2018（3）.

作者简介

彭宪流（1982.5—），男，本科，中学一级教师，研究方向：物理教学实践与创新。

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