物理學史在大學物理教學中的作用

李蓉　鄭浪

摘 要 物理學史在大學物理教學工作中起著至關(guān)重要的作用。本文從教學過程滲入物理學史能夠有助于學生理解物理基本概念、定理、定律；能夠啟發(fā)學生學習科學探究思想是建立；能夠培養(yǎng)學生的自然科學思維方式等幾個方面進行了深入的闡述。

關(guān)鍵詞 大學物理 物理學史

《大學物理》這門課程是所有工科專業(yè)學生必修的一門物理基礎學科，大部分學習《大學物理》課程的學生通常只是一味地記公式或者記住解題思路而沒有真正理解其中的物理思想，不能真正地讓學生利用所學到的物理知識去解決他們自己所在專業(yè)和領域中遇到的問題.學習者會感到生澀和生硬，大學生感覺與他們的生活無關(guān)或者很少關(guān)聯(lián)，通過物理學史的講授，使學生了解物理學的發(fā)展脈絡，對物理學科的性質(zhì)、內(nèi)容、研究思路、研究方法及手段有全面了解，以培養(yǎng)學生的自然科學思維方式及創(chuàng)新思維。

法國著名的實證主義哲學家奧古斯特·孔德（Auguste Comte）說過：“要了解一門科學，必須知道它的歷史。”如果只注重橫向地了解一門知識，而忽略追蹤這門知識的縱向演化，這是一種缺憾.不知道一門科學的歷史，就不可能透徹地理解它的現(xiàn)狀。因此，把物理學概念和定律的發(fā)展史滲透在物理教學中十分必要。

1有助于學生理解物理基本概念、定理、定律

我們在給學生講波動光學這部分內(nèi)容時，因這部分內(nèi)容涉及到很多的對波動光學發(fā)展有推動作用的人物及跟這些人物有關(guān)的定理及實驗。如：楊氏雙縫干涉、勞埃德鏡、牛頓環(huán)、邁克爾孫干涉儀、惠更斯-菲涅耳原理、菲涅耳衍射、夫瑯禾費衍射、馬呂斯定律等。因此，我們在講述這部分內(nèi)容時就很有必要把波動光學發(fā)展史給學生介紹，在介紹發(fā)展史的時候，這些人物及他們的成就也就帶出來了，當我們再給學生講述課本內(nèi)容時，學生就不會再問老師我們?yōu)槭裁匆獙W習這些定理及實驗，它們有什么作用。通過這段物理學史的介紹，可以激發(fā)學生對物理學的熱情，更好地調(diào)動了學生學習物理的積極性，為此后學習光的波動的學習奠定了基礎。

2啟發(fā)學生學習科學探究思想是建立

我們在講述電磁感應這部分內(nèi)容時，就很有必要跟學生介紹法拉第——電磁感應現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)實驗詳情，通過電磁感應現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)的介紹，讓學生了解每個物理學家成功的背后都凝聚著汗水與艱辛，引導學生向偉大的物理學家學習，這樣能夠培養(yǎng)學生嚴謹?shù)闹螌W精神、樹立正確的人生觀和價值觀。

我們在上課的時候可以穿插這樣一段物理發(fā)展史：在1820年奧斯特發(fā)現(xiàn)電的現(xiàn)象之后不久，英國實驗物理學家法第即于1821年重復了奧斯特和安培的實驗，并對磁棒的一極繞散導旋轉(zhuǎn)進了研究，法拉第和奧斯特一樣，也篤信自然力的統(tǒng)一。1824年他提出了“磁能否產(chǎn)生電”的想法。

法拉第進行了精細的實驗，它把一根導線與電池相連，再平行放一根與電流計相連的導線（兩根導線用雙層紙隔開一一為了讓它們絕緣）。他認為，如果電流是電流質(zhì)的運動，而且這種運動會作用于一個永磁體上，那么，在一根導線上運動的電流質(zhì)應該使得它附近的另一根導線上不動的電流質(zhì)運動起來，因而電流計會顯示計數(shù)。為了驗證這一觀點，法拉第花費近10年的時間做實驗，但是沒有看到他預想中的現(xiàn)象。直到1831年8月問題有了轉(zhuǎn)機，法拉第把兩個線圈繞在一個鐵環(huán)上，線圈A接直流電源，線圈B接電流表。他發(fā)現(xiàn)，當線圈A的電路接通或斷開的瞬間，線圈B中產(chǎn)生瞬時電流。法拉第發(fā)現(xiàn)，鐵環(huán)并不是必須的。拿走鐵環(huán)，再做這個實驗，上述現(xiàn)象仍然發(fā)生，只是線圈B中的電流弱些。 為了透徹研究電磁感應現(xiàn)象，法拉第做了許多實驗。1831年11月24日，法拉第向皇家學會提交的一個報告中，把這種現(xiàn)象定名為"電磁感應現(xiàn)象"。法拉第飽嘗了各種辛酸，經(jīng)過無數(shù)次反復的研究實驗，終于發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象。

通過這樣一段物理學史的講述，我們可以啟發(fā)學生，體會物理學家們在探索真理的過程中的經(jīng)歷和思想過程，注意到科學家的敏銳的洞察力—發(fā)現(xiàn)問題、發(fā)現(xiàn)新的現(xiàn)象，嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。注重培養(yǎng)學生的觀察能力，啟發(fā)學生學習科學探究方法。

3幫助學生開闊眼界，活躍思想

我們在大學物理課堂中滲入物理學史的學習，我們可以捫心自問，如果我自己處于那個時代遇到那樣的問題我會怎樣做，或者說今天我遇到類似的事情我該怎樣做？學習物理學史可以使我們眼界開闊，思想活躍。

我們在講解相對論知識的時候，可以提及牛頓的絕對時空觀和馬赫的批判。通過這個史料的講解，讓學生樹立起不迷信權(quán)威，堅持自己認為正確的想法。

牛頓為證明他的絕對運動的存在，舉了水桶旋轉(zhuǎn)的例子，牛頓用這個著名的“水桶實驗”的例子雄辯地論證了“絕對運動”概念的合理性。

到了19世紀末，奧地利物理學家馬赫在他的《力學史評》中深刻地分析了牛頓力學的基本概念以及由其反映的機械自然觀，作出了尖銳的批判。馬赫還指出，絕對運動的概念是站不住腳的。他寫道：“牛頓旋轉(zhuǎn)水桶的實驗只是告訴我們，水對桶壁的相對轉(zhuǎn)動并不引起顯著的離力，而這離心力是由水對地球的質(zhì)量和其他天體的相對轉(zhuǎn)動所產(chǎn)生的。如果桶壁來愈厚愈來愈重，最后達到好幾海里厚時，那時就沒有人能說這實驗會得出什么樣的果。”

馬赫的精辟論述批發(fā)了流行二三百年的機械自然觀，示了學頓力學的局限性，在當時的科學界和思想界中產(chǎn)生了很大震動。愛因斯坦高度評價馬赫的批判精神，把他為“相對論的先驅(qū)。”

4結(jié)束

通過物理學史的學習，不但能增長見識，加深對物理學的理解，更重要的是可以從中得到教益，開闊眼界，從前人的經(jīng)驗中得到到啟示。有助于學生理解物理基本概念、定理、定律；能夠啟發(fā)學生學習科學探究思想是建立；有助于學生開闊眼界，活躍思想等幾個方面進行了深入的闡述。