深度融合物理學史 構建物理魅力課堂

摘" "要：物理學史有助于學生理解物理概念的形成和發展過程，理解其中蘊含的思想方法。在“光的波粒二象性”教學中，通過深度融合物理學史，讓學生思考人類在探索光的本性過程中遇見的一個個歷史之問，從而幫助學生深化對概念的理解，發展科學思維，樹立正確的人生觀和價值觀。

關鍵詞：物理學史；物理教學；立德樹人

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A " " 文章編號：1003-6148（2025）1-0088-3

物理學史揭示了物理學發展的規律及其內在邏輯，體現了人類逐步探索與認識物理世界的歷程［1］。在物理教學中，物理學史不僅有助于學生理解概念的形成和發展過程，還能闡明其中所蘊含的思想方法，從而增強學生對物理知識的理解和科學方法的掌握。通過重溫物理規律的發現歷程，學生能體會到實事求是、不畏權威、勇于探索的科學精神［2］。因此，將物理學史融入物理教學顯得尤為重要。

在對光的本性探索中，從“波動說”與“粒子說”之爭，到麥克斯韋提出光的電磁波理論，再到愛因斯坦建立光量子理論，都是科學進程中辯證性質的例證［2］。光的本性探索蘊含了豐富的科學思想與方法，也滲透著科學家們勇于追求真理的科學信念與精神。因此，在“光的波粒二象性”教學中，通過清晰展示光的本性認識所經歷的科學研究過程，可以有效促進學生科學思維的發展，以及正確人生觀和價值觀的形成。

1" " 融合物理學史的“光的波粒二象性”教學

1.1" " 創設生動情境，巧妙設置問題

關于光的本性，人類很早就開始了研究，并引發了光學發展史上持續時間最長且最為激烈的一場論戰。教師可以通過展示日常生活中光現象的圖片，提問學生“光是什么”，以引出這場長達三百年的光的“波動說”與“粒子說”的爭論。

設計意圖：以問題為引導，激發學生的學習熱情與探索欲，并引出物理學史上關于光的本性的爭論。

1.2" " 回顧歷史脈絡，激蕩思維火花

1.2.1" " 早期的“粒子說”

教師講述早期的“粒子說”是一種“微粒說”。當時，人們認為光是由一粒粒非常小的“光原子”組成的高速粒子流。隨著1704年牛頓《光學》的出版，光的“微粒說”在接下來的100年中占據了主導地位，強力壓制了“波動說”。在此背景下，教師可以提問學生：“當沒有新的現象被觀測到之前，用‘微粒說’分析光的直線傳播、折射與反射現象是否適用？”

設計意圖：運用歷史重演教學法幫助學生體驗理論真實的建立過程，讓學生在認識光的本質的探索過程中，深化概念理解，發展科學思維。

1.2.2" " “波動說”的發展

教師在講述“波動說”的發展時，首先介紹胡克于1665年提出的觀點，即“光是以太的一種縱向波”，并認為光的顏色由頻率決定。1690年，惠更斯原理提出，利用波動理論成功解釋了光的傳播規律。1801年，托馬斯·楊的楊氏雙縫干涉實驗則有力地支持了光的“波動說”。教師可以使用簡單的生活化器材進行演示。實驗器材包括鋼化膜、激光筆、蠟燭和刀片（圖1）。首先，將鋼化膜用蠟燭熏黑，然后用刀片平行劃兩條痕跡，最后將激光筆對準劃痕照射，便可得到明暗相間的干涉圖樣（圖2）。教師可以提問學生：“為什么會出現這種現象？‘微粒說’是否能解釋此現象？”接著，教師介紹托馬斯·楊的分析方法。他將光類比于水波和聲波，分析光屏上產生明暗交替條紋的原因，即光波的相干疊加。盡管楊的理論能夠很好地解釋實驗現象，但由于與當時盛行的“微粒說”相悖，因此遭到了許多物理學家的抵制。楊在演講中提到：“盡管我仰慕牛頓的大名，但我并不因此而認為他是百無一失的。我看到牛頓也會犯錯，這并沒有讓我得意，而是感到遺憾。有時候他的權威甚至延緩了科學的進步。”正是由于楊的大膽質疑和不畏權威，使得光的“波動說”得以進一步發展。

設計意圖：介紹物理學家的思維方式、困惑和解決問題的靈感與科學方法，幫助學生掌握科學方法，培養他們不畏權威、敢于質疑的科學精神。同時，利用生活中的簡單材料演示經典的楊氏雙縫干涉實驗，讓學生感受物理實驗的魅力，增強對原理探索的興趣，學會通過實驗現象和理論分析來驗證和質疑科學觀點以增強科學思維。

1.2.3" " “波動說”的挑戰

此時，人們依舊將光波看作縱波，但隨著馬呂斯的發現，“波動說”也受到挑戰。馬呂斯利用一塊冰洲石去觀察落日從玻璃窗反射的像時，意外發現了兩個像。并且，當冰洲石被轉動時，兩個像會明亮交替變化，這種光強度隨方向發生變化的現象稱為光的偏振化。教師可以利用偏振光演示儀向學生展示這一偏振現象。該演示儀由手電筒、兩片偏振片、泡沫板、長筒和支架組成（圖3）。隨著演示儀中偏振片的轉動，屏上的光強會發生變化，甚至會完全消失。此時，教師可以提問學生：“為什么光是縱波無法解釋偏振現象？那么，該如何解釋偏振呢？”

設計意圖：光的偏振現象的發現，使得“波動說”處境更加嚴峻。這一矛盾無疑引發了物理學家們的深入思考，促使他們重新審視光的本性及其傳播特性。通過引入這些真實的歷史問題，教師可以有效地點燃學生的好奇心，進一步激發他們的學習動機。

1.2.4" " “波動說”的勝利

為了解釋偏振現象，托馬斯·楊提出了光是橫波的假設。隨后，菲涅爾進一步補充了惠更斯原理，從橫波的角度解釋了光的偏振，并發現了著名的泊松亮斑，建立了光的橫向傳播理論。之后，麥克斯韋預言了電磁波的存在，而赫茲則通過實驗驗證了光是一種電磁波。在這一過程中，教師可以著重講解“泊松亮斑”的故事，讓學生學有所悟。

設計意圖：讓學生親身體會波動理論的完善過程，感悟科學家精神，形成良好的人生觀與價值觀。

1.2.5" " “波粒二象性”的確立

赫茲在研究光的波動性時首次發現了光電效應，即金屬表面在光輻照下會發射出電子。教師可以提問學生：“能否用光的波動理論來解釋光電效應？如果不能，該如何解釋這一現象？”在學生討論結束后，教師引導他們利用愛因斯坦提出的光量子假說來解釋這一現象。此外，教師還需介紹康普頓通過散射實驗驗證光的粒子性。最終，學生將得出結論：光既具有波動性，又具有粒子性，即光的波粒二象性。

設計意圖：物理學家對光的本性的探索，是一個否定之否定的發展過程，是科學發展過程中辯證性質的例證，能夠培養學生的辯證思維能力。

1.3" " 切入前沿應用，提升科技自信

與學生分享基于光的量子性的前沿科技，教師可以播放我國的光量子計算機與量子衛星的科普短視頻。特別介紹我國的光量子計算原型機“九章”（圖4）和量子衛星“墨子號”名稱的由來。從《九章算術》到自主創新實現量子優越性的光量子計算原型機，從首次發現小孔成像的墨子到首顆空間量子科學實驗衛星“墨子號”，都體現了中華民族的智慧。

設計意圖：由古及今，聯系我國光學史上的偉大成就，增強學生的科技文化自信，培養學生科技報國的責任擔當。

1.4" " 應用課本短劇，鞏固課堂內容

教師將學生進行分組，讓學生分別模擬不同的物理學家開展光的本性的論戰，以簡短的課本劇形式讓學生梳理人類對光的本性的認識過程，從而幫助學生鞏固學習內容。

設計意圖：學生通過模擬物理學家進行爭論，既能對物理學家有更深入的認識，還能進一步鍛煉學生的思維與表達，增強合作意識與能力。

2" " 結" 論

將物理學史融入物理教學，能夠充分激發學生的學習熱情，幫助其理解物理概念。此外，這種融合在培育學生的科學思維與科學態度方面具有獨特的優勢。因此，教師應通過物理教學促進學生的全面發展，將物理學史與物理教學充分結合，為學生建構一個更加豐富、立體的物理學習環境［4］。

參考文獻：

［1］蘆星月，熊建文.科學探究視角下的物理學史教育功能分析［J］.物理教學，2021，43（8）：69-71，43.

［2］王高.融入物理學史 培育核心素養［J］.物理教師， 2017，38（11）：26-30.

［3］竇華.從光的本質的探索看物理學發展的辯證本性［J］. 內蒙古電大學刊，2004（4）：49-50.

［4］陳小敏，李海濤.物理學史和物理教學融合的實踐與思考［J］.教育與職業，2008（20）：109-111.

（欄目編輯" " 賈偉堯）