大學物理教學中引入物理學史的點滴體會

畢冬梅，趙利軍，支 文

(長春大學 理學院，吉林 長春 1320022)

大學物理教學中引入物理學史的點滴體會

畢冬梅，趙利軍，支 文

(長春大學 理學院，吉林 長春 1320022)

在大學物理教學過程中，物理學史對物理教育有重要的作用。教師在教授學生物理知識的同時，一定要引入物理學史的教育，其教育作用表現為：深化對知識的理解、可以使學生樹立正確的人生觀和價值觀、教學生動。

大學物理;物理學史;教育功能

物理學是自然科學的一個重要分支，是一門獨具思維方式的基礎學科，其教學在教育領域占有非常重要的地位。關于物理學史在物理教學中所起的重要作用，已經被國內外物理學家、教育家和廣大物理教師所認可。在科學史公認的許多功能中，其教育功能是最重要的一項。隨著物理學史教學和物理學史知識的普及，物理學史的教育功能從許多方面顯現出來，被越來越多的物理教師所感知［1］。有許多文章討論關于物理學史對于大學物理教學的作用。普遍認為物理學史對于大學物理教學有下列作用：培養科學思維，優化教學過程，激發學生學習興趣，科學的學習方法，提高人文素養，樹立哲學理念，接受美學熏陶，辯證教學關系，借鑒歷史經驗［2］。筆者結合自己的教學經驗得出大學物理教學中引入物理學史的幾點體會。物理學史在大學物理教學中有下面的三個作用：深化對知識的理解、使學生樹立正確的人生觀和價值觀、教學生動。

1 物理學史的作用

1.1 深化對知識的理解

把盧瑟福從“α粒子散射實驗”中得到“原子的核式結構”模型這一重要的歷史發現生動地再現給學生們，說明盧瑟福為什么能從“α粒子散射實驗”中得出原子的核式結構”模型，使他們能夠感受到當時生動的歷史面，進而真正地理解“原子的核式結構”模型，從而加深對知識的理解，進而深深地愛好我們的物理學，物理學也不是晦澀的，每一個理論環節都蘊涵著驚心動魄的故事。

1980年，盧瑟福榮獲諾貝爾化學獎。他在領獎時發言的講題是：《放射性物質α粒子的化學性質》。當時盧瑟福面臨：α粒子通過物質時的各種現象將如何說明并解釋。盧瑟福在有些學生的多方協助下著手攻關。E.馬斯登是其中的一個，這時他碰巧看到α粒子沒有按直線或近于直線的路線行進，而是被物質偏轉，偏轉的角度還很可觀。當E.馬斯登把所看到的現象報告盧瑟福時，這位教授要他把實驗重做一遍加以證實，結果是偏轉之大使盧瑟福大為驚奇。他后來在提到這件事的時候，說是就象有人告訴他“用手槍射擊一張紙，槍彈竟然被彈了回來”一樣［3］。

如果原子的均勻模型成立，“α粒子散射實驗”中α粒子被物質偏轉，存在偏轉的角度還很可觀的情況就如同“用手槍射擊一張紙，槍彈竟然被彈了回來”一樣，這是很形象的比喻。這樣，學生會從中得到如何進行思考，并且加深對物理知識的理解。能深刻理解盧瑟福為什么能從“α粒子散射實驗”中知道了原子的核式結構。

1.2 使學生樹立正確的人生觀和價值觀

現在已經進入21世紀，在大學物理教育中，教師必須認識到在傳授給學生知識的同時，要培養學生各方面的素質。要注意智商和情商的雙重培養。要教學生如何做人，即培養正確的價值觀和人生觀，樹立積極向上的生活態度。要培養學生的人文素質、科學素質、創造素質和思想道德素質等［4］。

物理學史表明了物理學發展過程，其中涉及許多科學家和他們的科學成果。將物理學史上與物理教學內容相關的資料吸入課堂可以幫助學生建立正確的人生觀和價值觀，如在講原子核物理時，講講居里夫人這一偉大形象，居里夫人一生獲得兩次諾貝爾獎，第一次是在她的大女兒伊麗芙居里出生不到一年，第二次是在她丈夫皮埃爾居里因車禍去世后三個月，作為女性在人生的挑戰面前她能夠執著地工作并取得了非凡的成就［5］。居里夫人后來長期患惡性貧血病。她和居里先生肯定在工作中遭受了大劑量的輻射，弗列德利克·約里奧曾檢驗過她當年的實驗記錄本，發現全部嚴重沾染了放射物。她當年用過的烹調書，50年后再檢查，還有放射性。1934年居里夫人在經過長期貧血病折磨后去世。他的女兒伊倫和女婿弗列德利克·約里奧也因惡性貧血癥相繼于1956年和1958年去世。居里的一家向人類貢獻了鐳，他們自己卻被鐳奪去了寶貴的生命［6］。居里之所以把自己的一切都獻身給了科學事業，是源于他們對科學的熱愛。作為現代的大學生，應該如何面對自己的人生?從居里一家感人的事跡中，一定會引起學生們深深的思考，使他們樹立獻身科學，獻身于探索大自然的奧秘之中。

1.3 教學生動

在講授和教學內容相關的人物時，可以講一講一些有趣的事件，能使教學生動，但是講的內容必須真實，不能自己捏造一些假的“軼事”。

講授原子物理時，可以講一講電子的發現者J.J.湯姆生的軼事。電子的發現在物理學史乃至自然科學史上占有重要地位。1897年J.J.湯姆生在研究陰極射線的特性時設計了著名的測定荷質比的實驗，這樣J. J.湯姆生終于發現了電子的存在，陰極射線實際上是電子流［7］。電子的發現轟動了整個物理學界，就撬開了原子的大門，使人們逐漸認識到原子有其自身的結構?？梢詫飞@電子發現者作簡單的介紹。一八八四年，瑞利講學五年任滿，辭去了卡文迪許教授的席位。湯姆生申請繼任。那時他才28歲，并不真正期望獲選。然而他獲選了，大出他本人的意料之外。選他的人，有的也許純屬機緣，有的卻可能真是確有遠見卓識。湯姆生自己卻說：“我覺得自己象是一個漁夫，偶然在一處不象會有魚的水面上用輕便的釣竿垂釣，竟釣著了一尾大魚，它大得使釣竿提不起來。我從象瑞利勛爵這樣的大人物那里接過講座的職位，遇到的是漁夫式的難題［8］。”他的兒子G.P.湯姆生因為電子衍射實驗獲諾貝爾物理學獎，而他因為電子的發現獲諾貝爾獎，父子二人的獲獎都和電子有關，這是歷史上驚人的巧合。父親研究的是粒象，兒子研究的是波象。他們父子之間曾一定進行過激烈而有趣的討論。順便提一下，獲諾貝爾獎的父子還有布拉格父子、玻爾父子、居里夫人母女。

薛定諤在建立波動方程時，其對波函數的物理意義自己都解釋錯了。后來由M.波恩提出波函數的統計解釋。諾貝爾化學獎獲得者德拜的青年助手W.休克爾寫過一首四行詩，很好地表達了Ψ的用途和它令人困惑的情況：“先生有普賽，運算殊無礙。普賽究云何?渾忘作交待［9］。”這是對波函數最初所處的地位給出了多么形象的比喻。

在教學中穿插一些有關的物理學史，教學就不會晦澀，使課程更加生動，充分調動學生的積極性。

2 生動地再現當時的物理事件

物理學史的引入要生動地再現當時的物理事件，關于量子論發展史更像一個傳奇，由一個不起眼的線索開始，曲徑通幽，漸漸地落英繽紛，亂花迷眼。正在沒個頭緒處，突然間峰回路轉，天地開闊，如河出伏流，一泄汪洋。然而還未來得及一覽美景，轉眼又大起大落，誤入白云深處不知歸路。量子力學的發展史是物理學上最激動人心的篇章之一，我們會看到物理大廈在狂風暴雨下轟然坍塌，卻又在熊熊烈焰中得到了洗禮和重生。我們會看到最革命的思潮席卷大地，帶來了讓人驚駭的電閃雷鳴，同時卻又展現出震撼人心的美麗。我們會看到科學如何在荊棘和沼澤中艱難地走來，卻更加堅定了對勝利的信念。這是筆者從網上查找的一段文字，很精彩地概述了量子力學的發展，學生會深深地受到感染，如果把物理學史用生動的語言講出來，會起到事半功倍的作用。同學們在物理知識的海洋中航行時會聞到藝術之花的芳香。中子的發現、能量子的發現、正電子的發現都包含著生動而激動人心的故事。教師應該在教學中生動而真實地引入物理學史，生動地再現當時的物理事件。

3 物理教師要主動學習物理學史

物理學史對于大學物理的教學是十分重要的，作為大學物理教師就應該積極主動地學習物理學史。而且對于其它學科的歷史也應該了解一些，他們之間是相互關聯的。例如微積分的產生和物理是相關的，物理中用到的許多數學知識，已經先于物理理論產生了，例如廣義相對論用到的“黎曼幾何”，數學早已為其準備了工具。例如化學史和物理學史是相關聯的。元素的周期率可以解釋一切化學反應，但是它唯一不能解釋的是它本身，只有用量子力學才能對其進行解釋。與授課內容相關的資料要從各方面尋找，不能偏聽偏信。這樣才能給學生一個良好的學習環境。提供學習的榜樣。

［1］ 楊軍，張旭峰，徐繼開.物理學史與素質教育［J］.山西高等學校社會科學學報，2003，15(9)：111-113.

［2］ 蔡鐵權.物理學史與物理教育［J］.浙江師大學報(自然科學版)，2000，23(3)：245-252.

［3］ 艾米里奧·塞格萊著;劉祖慰，譯.物理名人和物理發現［M］.上海：知識出版社，1986.

［4］ 蔡志凌.物理學史的教育功能［J］.安徽師范大學學報(自然科學版)，2003，26(2)：143-145.

［5］ 韓立新.改進物理課堂教學全面實施素質教育［J］.青島大學學報，2000，13(3)：167-169.

［6］ 郭奕玲，沈慧君.諾貝爾物理學獎一百年［M］.上海：上?？茖W普及出版社，2002.

［7］ 吳景彥.物理學史上的科學家［M］.北京：勞動人事出版社，1988.

［8］ 艾米里奧·塞格萊.物理名人和物理發現［M］.上海：知識出版社，1986.

責任編輯：劉 琳

Some ideas about introducing physics history in college physics teaching

BI Dong-mei，ZHAO Li-jun，ZHI Wen
(College of Science，Changchun University，Changchun 130022，China)

Physics history plays an important role in college physics education.Teachers should pay attention to the education of physics history while teaching the knowledge of physics，which has such functions as the deepening of understanding knowledge，guiding students to build up outlooks on life and value.

college physics;physics history;educational function

O4-09;G642.0

A

1009-3907(2010)06-0108-03

2009-09-10

“十一五”國家課題(FZB070335-A3-01)

畢冬梅(1969-)，女，吉林白山人，副教授，主要從事物理教育方面研究。