淺論在物理教學中滲透物理學史教育的必要性

　　摘 要： 本文從引導學生思維和展示物理美學方面論述了在高中物理教學中滲透物理學史的必要性。
　　關鍵詞： 物理教學 物理學史教育 思維方法
　　
　　中學物理教材中的概念、規律和理論，既是人類認識的結晶，具有知識的價值，同時又無不銘刻著人類思維的印記，具有思想文化價值。如果我們在進行物理知識教學的同時能把濃縮于其中的“知識的邏輯和理性組織進程（科學史）”（皮亞杰語）重現，讓學生沿著前人思維活動的足跡，從中體驗和學習科學思維方法，那無疑是交給學生一把打開思維寶庫的鑰匙。
　　物理學史教育，并不是把科學史作為一種知識附加在科學教學內容上，以講故事的方式進行。應該突出兩個最主要的方面：（一）物理學的思維方法和物理知識產生的過程；（二）物理學所展示的物質世界的美。
　　愛因斯坦曾經說：“學校始終應當把發展獨立思考和獨立創造的一般能力放在首位。”物理學發展的歷史告訴我們，在物理學的歷史舞臺上，有不少善于思考的思維巨人，他們在曲折崎嶇的科學征途上所具有的獨特的思維方法，是十分值得后來者借鑒與學習的。因此，在物理教學過程中，應該將介紹物理學家研究問題的科學思維方法（包括實驗方法和理論思維方法）同培養學生的科學態度、啟發學生思考、發展學生的思維能力結合起來，以教材中的物理學知識和知識發展的歷史進程中所蘊含的科學思維方法為基礎，有機地滲透有關歷史、社會和哲學等方面的內容，依據學習目標和學生發展水平，使科學學習的過程變為科學探究過程。這樣學生不僅可以學習到物理課程中的概念、規律、公式、定理等知識性的東西，而且可以從中體驗和學習科學思維方法，使學生認識到物理學知識的發展也受到社會因素和個人因素影響，知道科學知識并不僅僅是靠積累得來的，它是物理學發展不斷漸變和不斷革命的結果，從而使學生建立起“開放的”知識觀和較為完整的物理學知識體系。
　　理論的形成過程始終具有一種特殊魅力。如，在講解玻爾的原子理論時，我們就必須介紹玻爾是怎樣在已有的光譜實驗的事實和規律，以及已知的原子核式模型和能量子理論的基礎上建立起氫原子的模型的。1911年盧瑟福建立了原子的核式模型。當時還很年輕的玻爾來到了盧瑟福實驗室，準備跟隨盧瑟福從事實驗研究。盧瑟福發現了玻爾具有非凡的理論才能，便建議玻爾去從事理論研究。1912年秋，玻爾帶著從理論上探索盧瑟福的原子模型、闡釋原子光譜輻射機理的問題回到了哥本哈根。玻爾從原子的穩定性和經典電磁理論的矛盾出發，一開始就放棄在原子領域運用經典的電磁理論，而以光的量子學說作為探索的門徑。電子如太陽系的行星從一個很大的軌道無能運動到較小的軌道。玻爾正是從這些推理想象中提出了關于氫原子模型的兩條假設。他按照電子繞核轉動的模型所得出的結論，并與光譜公式比較，為了說明電子在確定軌道運轉時能量穩定和在躍遷時輻射的能量差同光譜規律相符，提出的另一假說，即電子在定態軌道上運動時應滿足的量子化條件，根據這個條件算出電子定態能量和里德伯常數與實驗測值完全一致，光譜發生的機理第一次得到說明。這樣講述物理理論是怎樣建立的，不僅使學生易于理解和掌握玻爾的理論，而且學生會從玻爾敢于第一次把量子論應用于原子領域的科學膽略和他那嚴謹的治學態度、嚴密的思維方法中受到教益，發展自己的推理能力和想象能力。
　　在物理教學中實施美育是教育方針的要求。物理學方法論告訴我們：通過物理知識本身的美來實施美育是必要的途徑之一。我們可以讓學生從物理學發展史料中學習巧妙的實驗構想和設計、簡潔的物理公式和精致的物理思想方法，受到美的熏陶、獲得美的教育。物質世界的真與美從來是統一的，物理學家往往借助美學原則認識真理，整個物理學發展史體現出物理學家追求簡單性、對稱性及和諧性三方面而揭示物理學美的特質。物理學家對宇宙呈現的簡單性具有強烈的信念，他們采用“寧可尋求簡單”的邏輯與方法來研究物質世界。從天體到基本粒子，物質運動紛繁復雜，但物理學家巧妙地從復雜的真實世界中把研究對象一一分割，抽象出最簡單的物理模型，諸如質點、理想彈簧振子、理想單擺、理想氣體、點電荷、電力線、光線、薄透鏡等。以這些優美的理想模型概括出物質運動的基本規律，變復雜為簡單，既簡潔又合理，給人們帶來研究物質世界美的享受。在采用數學工具方面，以簡潔而嚴謹的函數關系或明快而準確的數學圖線來描述錯綜復雜的物理現象，在整個物理學研究中更比比皆是。物理學家還追求宇宙結構的對稱性和物質運動的對稱性。物理公式、定律表達方式，對稱性的反映更是不勝枚舉的。例如，電磁學中靜電力的平方反比定律公式就是追求跟萬有引力平方反比定律的對稱而獲得的。再如，麥克斯韋出于對稱美學原理根據電磁的對稱性，在沒有任何實驗支持的情況下，在安培定律中平添了位移電流矢量項，經后人兩次簡化，即從一個概念、一個命題或一個理論中反映出來的對稱性。此外，物理學家始終認為物理規律的“統一”、“對應”是宇宙和諧美的反映，整個物理學發展史，可以說就是物理學家們為建立統一的物理理論的奮斗史。
　　
　　參考文獻：
　　［１］吳國盛.科學的歷程.北京大學，2009.