加強物理學史在大學物理教學中的滲透

摘 要：物理學歷史悠久，然而，在我們現行的大部分大學物理教材中，對于絕大部分知識，只用邏輯方法將物理結論和盤托出。這樣的教學內容完全忽視了物理學史發展的細節和過程，使原本生機盎然的知識顯得單調、呆板、孤立、毫無生機。本文就此建議加強物理學史在大學物理教學中的滲透，望引起同行的共鳴。

關鍵詞：物理學 物理學史 大學物理

作為自然科學的一門基礎學科，物理學有著悠久的歷史，并且與人類的生產和生活息息相關。然而，我們現行的大部分物理教科書，對于絕大部分知識，只用邏輯方法將物理結論和盤托出。當然，這樣處理的好處是簡明扼要、嚴謹、符合邏輯、科學性強，但是教學內容完全忽視了物理學史發展的細節和過程，丟棄了許多生動感人的微妙情節，使原本生機盎然的知識顯得單調、呆板、孤立、毫無生機，從而失去了某種生命力和親和力。許多學生僅僅“知其然，不知其所以然”，大大削弱了學生學習物理的興趣，甚至使他們對物理這門功課產生了畏懼感。

物理學史有助于學生體驗和培養物理的質疑批判精神，更有助于激發學生學習物理的情感。物理學是不斷擴展深化、演進的，在物理課堂教學中，可以利用物理學史，充分挖掘物理學家敢于懷疑經典結論，大膽提出新觀點而創立新理論的典型事例，如哥白尼對“地心說”的懷疑，才提出“日心說”的理論；伽利略對亞里士多德落體理論的懷疑，才有著名的比薩斜塔實驗的產生等。將這些事例有目的結合在教學過程中，可使學生逐漸樹立“不惟書，不惟上”的精神，不斷提高學生的批判性思維能力。同時，應該有意識地對重大物理學問題產生的歷史條件和背景進行“剖析”。例如，剖析法拉第在研究電磁現象過程中，從電與磁的對稱性出發，提出既然電流能產生磁場，那么磁場能否產生電流呢？經大量的實驗和理論分析，得出了電磁感應定律。諸如此類精彩事例的理性分析，可以使學生的思想沉浸在好奇之中，不僅有益于學生獨立思考能力的培養，還能激發學生探索的欲望。實踐證明，在物理課中融入物理學史教學，不僅能豐富和趣化教學內容，加深基本知識、規律和基本理論的理解，深化對物理學的整體認識，更深層次的意義是激發學生學習物理的動機和欲望。

物理學史料的教學能讓學生的思維跨越時空，回到先前的物理學前沿。通過人類認識物理世界的真實而又令人興奮的探索歷程，使學生感受到物理大師們用有效的方法一步一步地揭示物理奧秘時的那種科學創造的快感與激動，并受到研究方法的熏陶。例如初中閱讀材料“大氣壓的發現”中，從最早人們認為“自然厭惡真空”到發現抽水機只能抽到大約10米高，伽利略利用科學的類比得出“被抽液體的密度越大，上升高度越小”。最終他的學生托里拆利按此理論通過實驗，揭示了大氣壓的存在并測出它的值。又如高一閱讀材料“伽利略對自由落體的研究”中，亞里士多德認為“物體下落的快慢由它們所受重力決定”，伽利略利用簡明的科學推理，巧妙地揭露了亞里士多德學說的矛盾。并進而利用小球從傾角不大的斜面上滾下的實驗（證明小球的運動為勻加速運動），經過科學推理（當斜面傾角增大為90度）得出自由落體運動是勻加速運動的結論。其它諸如對“熱的本質”中“熱質說”的否定，“力和能”中“能”的概論的建立，“能的轉化和守恒定律”的建立等。這些舉不勝舉的創造經歷所展現的美好意境，能使學生產生從事科學研究的強烈需要。

物理學史所提供的生動詳實的歷史境界與學生生活的現實環境一樣，能夠在潛移默化中影響學生的行為，因為歷史是真實的，是過去的現實，而且，過去的物理成就對社會和人類的巨大作用已充分展現，往往具有更大的感染力和召喚力。物理學史在幫助學生理解物理知識，感受科學精神，豐富人文修養，養成科學態度，形成正確的科學觀方面有非常重要的價值。在《后現代課程觀》一書中，多爾提出了“3S課程”范式，其中一個S就是“故事”（story）。物理史中就有許多富有感染力的故事，這些故事融合了人與自然、人與人、人與社會的關系。丹皮爾曾說：“再沒有什么故事能比科學思想發展的故事更有力了——這是人類世界世代努力了解他們所居住的世界的故事。” 物理學史的課程價值既存在于“故事”本身，又體現于外在功能［１］。物理學史有助于學生理解物理知識，體驗物理學的批判精神，形成整體性的物理知識，提升人文素養。

物理學是研究物質運動的一般規律和物質基本結構的一門學科，是實踐和理論相結合的產物。各種概念、定律、公式、法則之間關系復雜，學生在學習時一時難以掌握它們的物理意義以及它們之間的關系，久之則產生畏難情緒。因此，大多數學生覺得物理難學，有的甚至對物理課有一種恐懼感。所以在教學中適當滲透一些物理學史內容，既可以使學生體會到自然界的奇妙，激發學生興趣，又可以使學生了解物理學家長期探索、不斷努力、刻苦鉆研的奮斗過程，激發學生刻苦學習的決心。例如，結合“單擺”一節內容的學習，教師可以向學生介紹古代有關時間的測量及擺鐘發明的過程。早在遠古時代，人們便學會了根據天文變化計算較長的時間間隔，對于比日更短的時間單位，人們不得不用某些不精確的辦法。在中世紀，機械鐘開始進入人們的生活，表盤上的指針是靠懸掛重物控制的齒輪來帶動的，重物會使齒輪轉動。但是，必須有一種十分恒定的運動，才能調節齒輪有規律地運轉。荷蘭科學家惠更斯敏銳地想到伽利略青年時代所發現的單擺運動的“等時性”，通過自己的反復構思和實驗，發明了帶擺的鐘，成了人類測量時間的第一部精確儀器，科學實驗給人類帶來了意想不到的好處。又如大學原子物理中“玻爾的原子理論”一節，如果只按教材中的內容去講，學生必然會覺得枯燥無比。為此在講授玻爾的原子理論時，教師應注意介紹玻爾是怎樣在已有實驗事實（如光譜實驗規律）和物理理論（如原子的有核模型和量子論）的基礎上建立氫原子理論的［２］。

總之，在大學物理教學中，我們應盡可能地結合物理學史來講述物理理論，通過妙趣橫生的故事，克服單純物理概念和規律的枯燥講解，使我們的教學顯得生動活潑，使學生的學習興趣得以培養和提高。

參考文獻：

［1］趙長林，趙汝木.物理學史的課程價值.物理教學［J］.2005，（2）.

［2］李遠俊.中學物理教學中引入物理學史的作用研究.