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摘要：从古希腊学者对星空的观测和思考，到牛顿发现万有引力定律，期间蕴含着丰富的科学思想和方法。本文就如何以人类对天体运动的探索，牛顿的月地检验以及万有引力常量的测定等内容为载体，探讨如何挖掘物理学史的教育功能，渗透科学思想、科学方法、科学态度及科学精神的教育。
关键词：物理学史 教育功能 科学素养
物理学史体现了人类探索和逐步认识物理世界的现象、特性、规律和本质的历程。在物理教学中通过展现物理学家探索物理世界奥秘的艰辛历程，让学生从物理学发展的历史中领悟到科学的本质、科学的人性以及科学思想、科学方法和科学精神，从而全面提高学生的科学素养，因此在教学中应充分发掘物理学史的教育功能。
在《万有引力定律》这一节的知识中，历史的跨度较大，如何将物理学史融入物理教学中，渗透科学思想、科学方法、科学精神、科学态度，从而提升学生的科学素养，是物理学史教育的一个亮点。
1．合理选择素材，渗透科学思想、科学方法，提升思维品质。本节物理史料非常丰富，在教学中如何去筛选这些素材，并让其为教学服务格外重要。应量体裁衣，因材施教，物理学史的史料选择、方法渗透要适度，牵强附会或过于纷繁都是不可取的。
在教学中，以“人类认识过程中遇到的困难、思考问题的思路和创造性解决问题的方法”为线索，让学生感受科学的思想、方法和技术对人类社会发展和进步的作用为原则，以发展学生的思维能力、激发学生的创新意识、养成良好的科学态度和科学精神【1】为目的来进行素材选择。下面以人类对天体运动的探索为例，探讨在教学中如何合理选材，引导学生“发现问题，解决问题”。
1.1关于地心说。地心说从形成到完善，接近800年的历史，有着丰富的史学材料。我们在教学中如何去选择这些素材呢？(1)柏拉图之前：古希腊学者对宇宙的认识，主要是哲学思考，思辨性的宇宙论占主导地位。(2)柏拉图之后：几何学开始发展，用几何学方法来表示天体的运动，逐步形成了以地球为宇宙中心的地心体系。与此同时，日心体系也开始萌芽。（3）公元二世纪托勒密继承前人的成就并加以发展形成了地心说。教学过程中把各种理论的优点，它的发展历程，如何取得进步展示给学生。例如：不因地心说是错误的理论就一带而过，而是突出强调托勒密提出运行轨道的概念，以及他运用数学的方法设计出本轮和均轮的模型,第一次为所有的天体运动提供了一个系统的、完整的、精确的、统一的宇宙模型。让学生理解地心说在当时是了不起的创造，是思维方式不断发生变化的结果，明白理论具有时代特点，发散学生的思维。
1.2哥白尼提出日心说：当人们对地心说模型的构建，本轮加到80多个时，但它所计算出来的某些行星的位置并不十分准确，加之此时由地心说为基础编写的天体运行表对航海的指导带来了一些麻烦等，这些史实证明了当时的地心说已经遇到困难、产生问题。这时推出哥白尼试图对这个模型进行修改，失败后变换思维方式，转而创立了新的模型。
1.3地心说和日心说之争。介绍了伽利略的木星观测日志和金星相位的变化。并引导学生思考：这个证据到底说明了什么？为什么它能支持日心说，而不支持地心说。学生在思考这个问题时把自己的思维跟伽利略的思维进行比较，思索自己跟伽利略的思维有什么不同之处，从而发展学生的思维，同时让学生感受到科学技术和观测手段的进步是如何促进理论发展的。
1.4开普勒三大定律。将开普勒依照传统模型计算出的火星轨道与第谷的实际观测有8′的误差和对行星观测数据的计算过程展示给学生，让学生了解为什么要把圆轨道修正成椭圆轨道，并体会其中的艰辛和困难。同时，使学生明白结论很重要，但是过程也不能忽略。这不但发挥史学的教育功能，还增强学生思维的严谨性。
通过以上素材的选取，学生认识到从地心说到日心说的发展历程：哲学思考→数学模型→修正创立→观测证实→模型修正，渗透科学思想和科学方法。
2．选择合适的素材呈现方式，渗透科学研究过程教育。物理学史的教学，不是史实的简单罗列，而是要用这些材料去引导学生思考。如何让史学材料为教学服务，除了史料的筛选，关键是要选择合适的呈现方式。下面通过牛顿的月地检验的教学实录来探讨这个问题。
师：为什么行星绕着太阳做如此和谐的运动呢？到底由什么来支配着行星的运动呢？当时就有科学家提出了引力的概念……苹果落地、月亮绕地球转，这些现象引起了牛顿的沉思。他在想：苹果为什么会落地？生：受到重力。师：牛顿想：苹果受到重力，月亮受到引力。这两个力？生：会不会是相同性质的力？师：如果你在当时的情景，你会想着应该怎么验证重力和引力是否是同一性质的力呢？生：把苹果丢到月球那个地方去，它会怎么样？师：牛顿当时也有类似的设想。如果到高山上去抛射铅球……这就是牛顿的理想实验。但理想实验还要通过论证，牛顿又是如何论证的呢？首先我们要找一个量来论证，找什么物理量来论证？生：加速度。师：为什么提出是加速度？生：因为苹果跟月球的质量差很大，如果力是相等的，作用的效果会差非常大。师：从作用效果来看，表述方式相同就行。算力的大小肯定不好比较，并且当时只知道引力跟距离的平方成反比，还没引力具体的公式。为什么你会想到加速度？生：因为都做圆周运动，加速度跟质量有关。师：当时牛顿也是用加速度比较的，那么现在我们根据当时天文观测得到的具体的数据……如何找到加速度这个物理量，怎么把它们是同一性质的力给验证出来？大家互相讨论一下。生：通过月亮的周期和半径，求到月亮的向心加速度，比较它跟重力加速度是否一样。师：月亮的加速度怎么算？怎么进行比较？……师：如果重力跟引力是同一性质的力，引力和重力的规律是什么？生：应该跟半径的平方成反比。师：而且这两个比例应该是一样的。在月亮的轨道上，这个重力加速度也应该跟半径的平方成反比的关系。大家算一下，看结果能否验证这两个力是同一性质的力……
在这个教学过程中，不是直接陈述史料，也不是直接告诉学生推导过程或结论，而是抓住如何验证这两个力是同一性质的力，利用史学材料来创设问题情境，通过一系列的问题和师生间的对话，让学生去思考为什么要推导这个过程。这不仅仅让学生知道这个推导过程，还让学生经历一个独立思考问题，以及如何去寻求证据来证明自己的猜想的过程，培养了学生独立思考、独立解决问题的能力。以问题形式呈现史学材料的方法，能让学生体验当时牛顿运用形象思维的方法，进行创造性思维活动的过程，领悟到科学家研究问题从猜想假设到理想实验到实际验证的科学研究过程，明白科学思维方法的重要性，培养了学生的分析、解决实际问题的能力。
3．经典物理实验，渗透设计思想和方法，提高学科能力。经典物理实验的设计思想和设计方法，是提升学生素养的良好物理史料，如何挖掘这些素材，将其融入物理教学，促进学生学科能力的发展是值得探索的问题。例如在万有引力常量的测定教学中：介绍完卡文迪许扭秤实验的装置后，提出问题：你对这个装置或者结构有怎样的认识？能不能提一些问题出来？学生：1.倒T形架的那根杆为什么那么长。为什么要使用道T形架，而不能用其它形状？……爱因斯坦说：提出一个问题比解决一个问题重要。从学生疑问中产生教学资源，借助这些问题为线索，引发学生对实验设计巧妙之处的理解，领悟它的设计思想和创造性解决问题的方法，渗透转换放大法教育。
测量G后，引导学生思考引力常量测出的意义。让学生明白，测出G，才使万有引力定律的应用更加广泛，更具有现实意义。天体间的相互作用力和地面上万物之间的作用力，表现出一种统一和谐，更是一种奇妙，使学生的认识得到升华。
4．以史为鉴，渗透科学态度、科学精神，树立正确价值观。物理学家们在从事科学活动的过程中，不仅揭示了自然界基本运动形式的诸多真理，同时也为后人树立了一座道德丰碑。科学家们在探索自然的过程中展现出的人格魅力、人文素养，对科学事业的执着追求精神，都会使学生的情感升华，对引导学生确立正确的人生观和价值观，实现人格的完美化具有积极的促进作用【2】。在《万有引力定律》教学中，还原历史真象，引导学生沿着伟人的足迹，了解万有引力的来笼去脉及重要意义，感受伟人魅力，具有重要的教育功能。如选择哥白尼提出日心说，开普勒16年的计算，伽利略被终身监禁却矢志不移、牛顿22年的研究等物理史实，渗透严谨认真、甘于清贫的科学态度和不畏权威、追求真理和献身科学等科学精神的教育，引导学生树立正确的人生观、价值观和科学思想。
在课堂教学中挖掘物理学史，可以使学生身临其境，领略前人的研究思想和方法，得其精髓，为终身学习打下良好的基础，并最终有所借鉴有所创新。
参考文献
[1]郭奕玲，沈慧君.物理学史
[2]《物理（必修2）》
[3]《物理（必修2）教师教学用书》
[4]吴晗清.科学方法教育目标及教学策略探析
[5]张志坚.结合物理学史开展科学方法教育的途径和原则
关键词：物理学史 教育功能 科学素养
物理学史体现了人类探索和逐步认识物理世界的现象、特性、规律和本质的历程。在物理教学中通过展现物理学家探索物理世界奥秘的艰辛历程，让学生从物理学发展的历史中领悟到科学的本质、科学的人性以及科学思想、科学方法和科学精神，从而全面提高学生的科学素养，因此在教学中应充分发掘物理学史的教育功能。
在《万有引力定律》这一节的知识中，历史的跨度较大，如何将物理学史融入物理教学中，渗透科学思想、科学方法、科学精神、科学态度，从而提升学生的科学素养，是物理学史教育的一个亮点。
1．合理选择素材，渗透科学思想、科学方法，提升思维品质。本节物理史料非常丰富，在教学中如何去筛选这些素材，并让其为教学服务格外重要。应量体裁衣，因材施教，物理学史的史料选择、方法渗透要适度，牵强附会或过于纷繁都是不可取的。
在教学中，以“人类认识过程中遇到的困难、思考问题的思路和创造性解决问题的方法”为线索，让学生感受科学的思想、方法和技术对人类社会发展和进步的作用为原则，以发展学生的思维能力、激发学生的创新意识、养成良好的科学态度和科学精神【1】为目的来进行素材选择。下面以人类对天体运动的探索为例，探讨在教学中如何合理选材，引导学生“发现问题，解决问题”。
1.1关于地心说。地心说从形成到完善，接近800年的历史，有着丰富的史学材料。我们在教学中如何去选择这些素材呢？(1)柏拉图之前：古希腊学者对宇宙的认识，主要是哲学思考，思辨性的宇宙论占主导地位。(2)柏拉图之后：几何学开始发展，用几何学方法来表示天体的运动，逐步形成了以地球为宇宙中心的地心体系。与此同时，日心体系也开始萌芽。（3）公元二世纪托勒密继承前人的成就并加以发展形成了地心说。教学过程中把各种理论的优点，它的发展历程，如何取得进步展示给学生。例如：不因地心说是错误的理论就一带而过，而是突出强调托勒密提出运行轨道的概念，以及他运用数学的方法设计出本轮和均轮的模型,第一次为所有的天体运动提供了一个系统的、完整的、精确的、统一的宇宙模型。让学生理解地心说在当时是了不起的创造，是思维方式不断发生变化的结果，明白理论具有时代特点，发散学生的思维。
1.2哥白尼提出日心说：当人们对地心说模型的构建，本轮加到80多个时，但它所计算出来的某些行星的位置并不十分准确，加之此时由地心说为基础编写的天体运行表对航海的指导带来了一些麻烦等，这些史实证明了当时的地心说已经遇到困难、产生问题。这时推出哥白尼试图对这个模型进行修改，失败后变换思维方式，转而创立了新的模型。
1.3地心说和日心说之争。介绍了伽利略的木星观测日志和金星相位的变化。并引导学生思考：这个证据到底说明了什么？为什么它能支持日心说，而不支持地心说。学生在思考这个问题时把自己的思维跟伽利略的思维进行比较，思索自己跟伽利略的思维有什么不同之处，从而发展学生的思维，同时让学生感受到科学技术和观测手段的进步是如何促进理论发展的。
1.4开普勒三大定律。将开普勒依照传统模型计算出的火星轨道与第谷的实际观测有8′的误差和对行星观测数据的计算过程展示给学生，让学生了解为什么要把圆轨道修正成椭圆轨道，并体会其中的艰辛和困难。同时，使学生明白结论很重要，但是过程也不能忽略。这不但发挥史学的教育功能，还增强学生思维的严谨性。
通过以上素材的选取，学生认识到从地心说到日心说的发展历程：哲学思考→数学模型→修正创立→观测证实→模型修正，渗透科学思想和科学方法。
2．选择合适的素材呈现方式，渗透科学研究过程教育。物理学史的教学，不是史实的简单罗列，而是要用这些材料去引导学生思考。如何让史学材料为教学服务，除了史料的筛选，关键是要选择合适的呈现方式。下面通过牛顿的月地检验的教学实录来探讨这个问题。
师：为什么行星绕着太阳做如此和谐的运动呢？到底由什么来支配着行星的运动呢？当时就有科学家提出了引力的概念……苹果落地、月亮绕地球转，这些现象引起了牛顿的沉思。他在想：苹果为什么会落地？生：受到重力。师：牛顿想：苹果受到重力，月亮受到引力。这两个力？生：会不会是相同性质的力？师：如果你在当时的情景，你会想着应该怎么验证重力和引力是否是同一性质的力呢？生：把苹果丢到月球那个地方去，它会怎么样？师：牛顿当时也有类似的设想。如果到高山上去抛射铅球……这就是牛顿的理想实验。但理想实验还要通过论证，牛顿又是如何论证的呢？首先我们要找一个量来论证，找什么物理量来论证？生：加速度。师：为什么提出是加速度？生：因为苹果跟月球的质量差很大，如果力是相等的，作用的效果会差非常大。师：从作用效果来看，表述方式相同就行。算力的大小肯定不好比较，并且当时只知道引力跟距离的平方成反比，还没引力具体的公式。为什么你会想到加速度？生：因为都做圆周运动，加速度跟质量有关。师：当时牛顿也是用加速度比较的，那么现在我们根据当时天文观测得到的具体的数据……如何找到加速度这个物理量，怎么把它们是同一性质的力给验证出来？大家互相讨论一下。生：通过月亮的周期和半径，求到月亮的向心加速度，比较它跟重力加速度是否一样。师：月亮的加速度怎么算？怎么进行比较？……师：如果重力跟引力是同一性质的力，引力和重力的规律是什么？生：应该跟半径的平方成反比。师：而且这两个比例应该是一样的。在月亮的轨道上，这个重力加速度也应该跟半径的平方成反比的关系。大家算一下，看结果能否验证这两个力是同一性质的力……
在这个教学过程中，不是直接陈述史料，也不是直接告诉学生推导过程或结论，而是抓住如何验证这两个力是同一性质的力，利用史学材料来创设问题情境，通过一系列的问题和师生间的对话，让学生去思考为什么要推导这个过程。这不仅仅让学生知道这个推导过程，还让学生经历一个独立思考问题，以及如何去寻求证据来证明自己的猜想的过程，培养了学生独立思考、独立解决问题的能力。以问题形式呈现史学材料的方法，能让学生体验当时牛顿运用形象思维的方法，进行创造性思维活动的过程，领悟到科学家研究问题从猜想假设到理想实验到实际验证的科学研究过程，明白科学思维方法的重要性，培养了学生的分析、解决实际问题的能力。
3．经典物理实验，渗透设计思想和方法，提高学科能力。经典物理实验的设计思想和设计方法，是提升学生素养的良好物理史料，如何挖掘这些素材，将其融入物理教学，促进学生学科能力的发展是值得探索的问题。例如在万有引力常量的测定教学中：介绍完卡文迪许扭秤实验的装置后，提出问题：你对这个装置或者结构有怎样的认识？能不能提一些问题出来？学生：1.倒T形架的那根杆为什么那么长。为什么要使用道T形架，而不能用其它形状？……爱因斯坦说：提出一个问题比解决一个问题重要。从学生疑问中产生教学资源，借助这些问题为线索，引发学生对实验设计巧妙之处的理解，领悟它的设计思想和创造性解决问题的方法，渗透转换放大法教育。
测量G后，引导学生思考引力常量测出的意义。让学生明白，测出G，才使万有引力定律的应用更加广泛，更具有现实意义。天体间的相互作用力和地面上万物之间的作用力，表现出一种统一和谐，更是一种奇妙，使学生的认识得到升华。
4．以史为鉴，渗透科学态度、科学精神，树立正确价值观。物理学家们在从事科学活动的过程中，不仅揭示了自然界基本运动形式的诸多真理，同时也为后人树立了一座道德丰碑。科学家们在探索自然的过程中展现出的人格魅力、人文素养，对科学事业的执着追求精神，都会使学生的情感升华，对引导学生确立正确的人生观和价值观，实现人格的完美化具有积极的促进作用【2】。在《万有引力定律》教学中，还原历史真象，引导学生沿着伟人的足迹，了解万有引力的来笼去脉及重要意义，感受伟人魅力，具有重要的教育功能。如选择哥白尼提出日心说，开普勒16年的计算，伽利略被终身监禁却矢志不移、牛顿22年的研究等物理史实，渗透严谨认真、甘于清贫的科学态度和不畏权威、追求真理和献身科学等科学精神的教育，引导学生树立正确的人生观、价值观和科学思想。
在课堂教学中挖掘物理学史，可以使学生身临其境，领略前人的研究思想和方法，得其精髓，为终身学习打下良好的基础，并最终有所借鉴有所创新。
参考文献
[1]郭奕玲，沈慧君.物理学史
[2]《物理（必修2）》
[3]《物理（必修2）教师教学用书》
[4]吴晗清.科学方法教育目标及教学策略探析
[5]张志坚.结合物理学史开展科学方法教育的途径和原则