在大學物理課程中引入物理學史的探索和研究

姚崢嶸

（中國藥科大學理學院，江蘇 南京 211198）

0 引言

物理學是一門研究物質的基本結構、運動規律以及相互作用的基礎學科，物理學的基本原理和方法已經滲透到了自然科學的一切領域，應用于生產技術的各個部門[1]。而物理學史則是物理科學發展的歷史，從社會歷史發展的角度研究人類對自然界各種物理現象的認識史，研究物理學概念、規律、思想的產生和變革的過程，研究物理科學演變和發展的基本規律；蘊含著科學發現的艱辛歷程，蘊含著執著的科學態度和豐富的科學方法[2]。在非物理類專業的大學物理課程中恰當地引入物理學史的相關內容，對提高課堂教學質量具有重要的作用。

1 激發學生的學習興趣

縱觀物理學的發展歷史，物理學不僅推動了天文學、化學等基礎學科的發展，還促進了材料學、生物物理學等新興交叉學科的誕生。許多諾貝爾化學獎、生理學或醫學獎的獲獎者具有物理學的教育背景。例如，1969年的諾貝爾生理學或醫學獎頒給了物理學家M.Delbruck；2017年的諾貝爾化學獎頒給了J.Dubochet、J.Frank和R.Henderson，以表彰他們發展冷凍電鏡技術并對溶液中生物分子結構的高分辨解析所作的貢獻，其中J.Dubochet和J.Frank是物理學家，而R.Henderson則是生物物理學家。這些內容都可以穿插到非物理類專業的大學物理課程中，讓學生體會到物理學的重要作用，調動學生學習物理的積極性。

大學物理課程中所講授的物理學，是經過歷代物理學家歸納總結出來的嚴密理論體系。在課堂上單純講授物理理論，抽象的概念和模型，環環相扣的公式與定理，復雜的推理過程，一定會使學生產生枯燥感，從而影響教學效果。事實上，物理學的發展是一幅失敗與成功并存、實驗與理論交叉、邏輯與非邏輯思維并用的豐富多彩的歷史畫卷。可以將物理學家的生平趣事、物理規律的奇妙發現過程融入物理學知識點的講授中，起到活躍課堂氣氛的作用。例如，在學習狹義相對論這一章時，可以介紹愛因斯坦的小故事。這位偉大的物理學家一生鐘愛音樂，他曾經說過，如果自己沒有成為一名科學家，他肯定會做一位音樂家。愛因斯坦十分喜歡拉小提琴，據說他還給他的小提琴取了一個昵稱——Lina，旅行時也會帶在身邊。

2 端正學生的學習態度

作為一門重要的基礎性通識課程，大學物理通常開設于大學一年級。一方面剛剛從高中階段的緊張狀態抽離出來，面對大學里相對寬松的學習環境，部分大一新生沒有正確地處理好自己的學習狀態，不愿在課后付出更多的時間和精力進行自主學習。另一方面，大多數的大學物理教材以簡明扼要的現代觀點來講述物理，物理學家們艱辛的探求過程被物理學理論精簡的邏輯體系的面紗遮蓋起來；而在課堂上，教師通常也采用最簡潔的方式來授課，以求學生能夠在有限的學時內學到盡可能多的物理知識[3]。這在一定程度上導致學生產生一種錯誤的認識，以為背一背定理和公式就能學好物理，難以真正掌握物理規律和原理。

在大學物理課程中引入物理學史，正是幫助同學們端正學習態度的有效方法。榜樣的力量是無窮的，眾多物理學家在長期的科學研究過程中孜孜以求，堅持不懈，他們的奮斗精神和頑強意志給人啟迪，催人進步。例如，居里夫婦花掉全部存款，購買了數以噸計的瀝青鈾礦礦渣，在艱苦的實驗條件下，歷經4年，通過幾萬次的提煉，最終獲得了0.1 g的氯化鐳；安培曾把一輛停在路邊的馬車的車廂當作黑板，全神貫注思考的他沒有注意到馬車已開始移動，一邊演算一邊不自覺地跟著馬車前行，直到馬車速度不斷加快，他追不上才停下腳步。另外，通過物理學史可以讓學生了解物理學的發展充滿波折，很多物理概念與規律都是經過漫長而艱辛的累積才形成當前的簡潔形式。要學好物理以及更多的專業知識，必須要有踏實的態度和辛勤的付出。

3 培養學生的創新能力

進入新的世紀，世界正面臨百年未有的大變局，國家間的國力競爭日趨激烈。習近平主席在慶祝改革開放40周年大會上的講話指出：我們要堅持創新是第一動力、人才是第一資源的理念，實施創新驅動發展戰略，完善國家創新體系，加快關鍵核心技術自主創新，為經濟社會發展打造新引擎。教育的根本任務是為我國的社會主義事業培養創新型的建設者和接班人，而高等教育改革的主要方向就是培養學生的創新能力。首先，要培養大學生的創新意識，使他們勇于提出質疑，敢于打破對權威的迷信，建立推崇創新、以創新為榮的理念；其次，要培養大學生的創新思維，注重培養與提高他們的判斷力、洞察力以及想象力，使他們能夠另辟蹊徑，建立一些不循常規、突破傳統思維定式的非邏輯思維方法[4]。

物理學史中有眾多的創新教育素材。回看物理學的發展歷史，物理知識體系的建立并非一帆風順，新觀點往往在舊的知識框架之下萌芽，不可避免地會受到舊觀點的束縛。面對新發現和傳統理論不可調和的矛盾，物理學家們不斷提出疑問，常常通過非邏輯的物理直覺提出新的思想，逐漸發展成邏輯嚴密的形式。人們對物質結構的認識過程就是一個非常典型的例子。古希臘時期，以德謨克利特為代表的哲學家首先提出了“原子論”這一樸素的哲學原理。19世紀初，道爾頓以科學實驗為依據，創立了近代原子論。隨著電子的發現，人們將研究的注意力集中到原子的內部結構上。通過著名的粒子散射實驗，盧瑟福建立了原子行星結構模型，他毫不避諱這一模型不能滿足穩定性要求的實事，依然向經典的電動力學理論提出了挑戰。正是在此基礎上，玻爾打破常規，革命性地引入量子化的概念，創建了氫原子理論，揭開了量子力學的發展序幕。物理學的曲折發展過程，充分體現了物理學家們創新性的思考問題和解決問題的方式，這也正是我們希望學生真正去提高并掌握的能力。

與此同時，在大學物理課程中引入物理學史還是大學物理課程思政建設的有效手段。大學物理課程思政應當以落實立德樹人為根本任務，以社會主義核心價值觀為靈魂和主線，堅守為黨育人、為國育才，將馬克思主義、愛國情懷、創新思想等思政教育元素有機地融入物理學課程的教學過程中，最終實現價值引領、能力培養、知識傳授“三位一體”的教學目標。正如前文所述，物理學是一門非常嚴謹的科學，其發展歷程是曲折和漫長的。在大學物理課程中引入物理學史，將物理理論的研究背景和演化過程，以及科學的研究方法展現在學生面前，一方面，能夠培養他們批判性的科學態度和辯證唯物、實事求是的科學精神。另一方面，面對未知，面對無數次的失敗，物理學家們的不畏艱辛和勇于探索的精神，一定能夠激勵青年學子再接再厲，進一步地去開拓創新。例如，以錢學森、楊振寧等為代表的中國科學家，也在現代物理學的發展進程中留下了濃墨重彩的一筆。在學習動量定理時，通過火箭發射這個典型案例，很自然地就可以引出我國航天事業的奠基人——錢學森先生的感人事跡。“五年歸國路，十年兩彈成”，在先生的心里，國為重，家為輕，科學最重，名利最輕。利用知識傳授與價值引領有機融合的教學案例，可以激發學生們的愛國情懷和民族自信，鼓勵他們為社會主義事業繼續奮斗，從而起到潤物無聲的課程思政育人作用。