大學(xué)物理教學(xué)中引入物理學(xué)史的研究

張曉森 孟影

(安徽理工大學(xué)理學(xué)院物理系 安徽 淮南 232001)

當(dāng)今世界，科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，國(guó)力競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈.這一切對(duì)人才的綜合素質(zhì)提出了更高更新的要求，日漸成為我國(guó)教育工作者面臨的新課題.而對(duì)這樣一個(gè)社會(huì)各個(gè)方面更新的時(shí)代，大學(xué)對(duì)人才的培養(yǎng)更多地要著眼于具有創(chuàng)造性綜合能力素質(zhì)上.正如諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者勞厄(M.v.Laue)所說(shuō)：“重要的不是獲得知識(shí)，而是發(fā)展思維能力.教育無(wú)非是一切已學(xué)過(guò)的東西都遺忘掉的時(shí)候所剩下的東西.”[1]

1 物理學(xué)史引入物理教學(xué)的意義

大學(xué)物理課程是以經(jīng)典物理和近代物理的基礎(chǔ)知識(shí)和基本理論，以及物理學(xué)在科學(xué)技術(shù)上的應(yīng)用為內(nèi)容的高等學(xué)校各專(zhuān)業(yè)學(xué)生一門(mén)必修的重要基礎(chǔ)課.大學(xué)理工類(lèi)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)大學(xué)物理課的作用，一方面在于為學(xué)生較系統(tǒng)地打好必要的物理基礎(chǔ)，以使其能對(duì)物質(zhì)世界中最普遍、最基本的運(yùn)動(dòng)形式及其規(guī)律有一較為系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生在生產(chǎn)實(shí)踐中的適應(yīng)能力，另一方面，通過(guò)對(duì)大學(xué)物理課的學(xué)習(xí)，使學(xué)生初步學(xué)會(huì)科學(xué)的思想方法和研究問(wèn)題的方法，以使他們思路開(kāi)闊，激發(fā)探索和創(chuàng)新精神.在現(xiàn)代科學(xué)教育的新觀念的指導(dǎo)下，要想實(shí)現(xiàn)大學(xué)物理的教學(xué)目標(biāo)，提高大學(xué)生的綜合素質(zhì)，學(xué)習(xí)物理學(xué)發(fā)展史可以起到很大作用.早在20世紀(jì)30年代，法國(guó)著名物理學(xué)家朗之萬(wàn)就指出：“在科學(xué)教育中，加入歷史的觀點(diǎn)有百利而無(wú)一弊.”[2]

我國(guó)著名物理學(xué)家錢(qián)三強(qiáng)也論述了在物理教學(xué)中引入物理學(xué)史的意義：“物理學(xué)發(fā)展史是一塊蘊(yùn)藏著巨大精神財(cái)富的寶地，這塊寶地很值得我們?nèi)ラ_(kāi)墾，這些精神財(cái)富很值得我們?nèi)グl(fā)掘.如果我們都能重視這塊寶地，把寶貴的精神財(cái)富發(fā)掘出來(lái)，從中吸取營(yíng)養(yǎng)，獲得效益，對(duì)我國(guó)的教育事業(yè)和人才培養(yǎng)都會(huì)大有益處.”[3]

2 大學(xué)物理教學(xué)引入物理學(xué)史的必要性

2.1 把物理學(xué)史引入教學(xué)是物理學(xué)科特點(diǎn)的需要

物理學(xué)理論的基礎(chǔ)是觀察和實(shí)驗(yàn)，在這一基礎(chǔ)上建立起一些基本概念、基本定律和定理.這些物理學(xué)定律、定理是全人類(lèi)智慧的結(jié)晶.從這個(gè)意義上來(lái)看待物理學(xué)，它可劃分成兩大知識(shí)體系：一是物理學(xué)的研究成果，即靜態(tài)的知識(shí)體系；二是物理學(xué)的研究過(guò)程，即動(dòng)態(tài)的知識(shí)體系.

物理教科書(shū)中討論的物理理論大都是物理學(xué)的研究成果及其應(yīng)用，這屬于物理學(xué)的靜態(tài)邏輯知識(shí)體系．學(xué)習(xí)靜態(tài)知識(shí)是重要的，不掌握它就不會(huì)有知識(shí)和能力．但是物理學(xué)還有其歷史發(fā)展過(guò)程，這種動(dòng)態(tài)的歷史知識(shí)體系不僅包含物理學(xué)本身，還包含著美學(xué)、哲學(xué)、方法論等人文科學(xué)的諸多內(nèi)容[4]．與知識(shí)相比，研究思想更重要．在物理教學(xué)中，我們不僅要善于對(duì)知識(shí)的建立作出歷史的敘述，展現(xiàn)它的發(fā)展過(guò)程，更要理解前人在建立知識(shí)過(guò)程中的具體研究思想和方法論．主張物理教學(xué)中引入物理學(xué)史正是體現(xiàn)了邏輯方法與歷史方法的辯證和統(tǒng)一．

2.2 把物理學(xué)史引入教學(xué)是素質(zhì)教育的需要

在物理學(xué)發(fā)展史上，重大的研究和發(fā)現(xiàn)無(wú)疑是由偉大的科學(xué)家完成的，這些科學(xué)家除了他們所從事工作的價(jià)值值得后人敬仰之外，更重要的是他們具有高尚的道德情操以及他們對(duì)于后來(lái)社會(huì)的影響．大學(xué)生通過(guò)對(duì)物理學(xué)史的一個(gè)概略的學(xué)習(xí)和了解，不僅能領(lǐng)悟到這些物理學(xué)家的研究思想和方法論，更會(huì)被他們的科學(xué)信念和品質(zhì)所感染．物理大師的經(jīng)歷和論述，會(huì)對(duì)學(xué)生產(chǎn)生心靈的深刻震撼，使他們感受到大自然的和諧與高超的理性，建立與物理學(xué)理論的深摯的情結(jié)，激發(fā)學(xué)習(xí)物理學(xué)和探求自然奧秘的熱情．愛(ài)因斯坦說(shuō)：“只用專(zhuān)業(yè)知識(shí)教育人是很不夠的，通過(guò)專(zhuān)業(yè)教育，他可以成為一種有用的機(jī)器，但是不能成為一個(gè)和諧發(fā)展的人.要使學(xué)生對(duì)人生價(jià)值有所了解，并且產(chǎn)生熱烈的感情那是基本的．他必須獲得對(duì)美和道德上的鮮明辨別力．”

素質(zhì)教育是21世紀(jì)學(xué)校教育的核心，物理學(xué)史擁有可用作素質(zhì)教育的豐富內(nèi)容．只要我們對(duì)此有明確的認(rèn)識(shí)和積極的態(tài)度，把物理學(xué)史教育納入學(xué)校物理課堂教育之中，并賦于它應(yīng)有的重要地位，就一定為培養(yǎng)出高素質(zhì)的人才發(fā)揮巨大的作用．

2.3 把物理學(xué)史引入教學(xué)符合學(xué)生的學(xué)習(xí)需要

大學(xué)生的記憶已發(fā)展到以邏輯記憶為主．大學(xué)生能將所記憶的知識(shí)盡可能地納入有關(guān)的知識(shí)體系中，以供解決問(wèn)題時(shí)提取．這就要求在教學(xué)中充分考慮大學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，以防機(jī)械灌輸．在思維能力方面，大學(xué)生的抽象思維能力尤其是辯證思維能力得到高度發(fā)展，思維的邏輯性、獨(dú)立性和批判性、靈活性與敏捷性、創(chuàng)造性等思維品質(zhì)逐步完善.他們能較全面地分析問(wèn)題，易于接受新知識(shí)、新思想，不迷信權(quán)威，敢于標(biāo)新立異，提出自己的獨(dú)到見(jiàn)解．

在學(xué)習(xí)過(guò)程中，多數(shù)大學(xué)生希望老師講清楚物理概念、定律間的區(qū)別和聯(lián)系，認(rèn)為這對(duì)于他們更好地理解、應(yīng)用物理概念很重要．一些優(yōu)秀的學(xué)生思維活躍，精力充沛，他們渴求了解物理學(xué)科的知識(shí)結(jié)構(gòu)．許多成績(jī)拔尖的學(xué)生很想弄清物理學(xué)的概念、公式、定律通過(guò)怎樣的關(guān)系構(gòu)成了知識(shí)體系，而不是孤立的記住它們．在現(xiàn)代，各門(mén)學(xué)科是互相交叉、相互聯(lián)系的．由于物理學(xué)研究對(duì)象的普遍性，它的基本原理和方法滲透到了自然科學(xué)的一切領(lǐng)域，應(yīng)用于生產(chǎn)技術(shù)的各個(gè)部門(mén)，是自然科學(xué)諸多領(lǐng)域和工程技術(shù)的基礎(chǔ)．通過(guò)對(duì)物理學(xué)史的學(xué)習(xí)，使大學(xué)生真正認(rèn)識(shí)到物理學(xué)在自然學(xué)科中的基礎(chǔ)性地位，從而深刻體會(huì)到擁有物理學(xué)知識(shí)背景將會(huì)有助于今后他們?cè)賹W(xué)習(xí)和研究物理學(xué)知識(shí)所延伸的其他學(xué)科．

3 大學(xué)物理教學(xué)中引入物理學(xué)史的原則

任何教學(xué)都遵循一定的教學(xué)原則.同樣物理學(xué)史和物理教學(xué)的結(jié)合也應(yīng)當(dāng)遵守一定的原則．筆者認(rèn)為大學(xué)物理教學(xué)在引入物理學(xué)史的過(guò)程中應(yīng)該遵循以下原則.

3.1 針對(duì)性原則

針對(duì)具體的物理教學(xué)環(huán)節(jié)合理地選擇相關(guān)物理學(xué)史內(nèi)容加以引入，不方便引入的也不要牽強(qiáng)附會(huì)，力爭(zhēng)事半功倍．例如氣體動(dòng)理論這一章節(jié)的學(xué)習(xí)中，僅物理學(xué)家克勞修斯和麥克斯韋的貢獻(xiàn)就占了教學(xué)內(nèi)容的很大篇幅．如果我們?cè)谥v授的過(guò)程中適當(dāng)引入他們的三篇重要論文《論熱運(yùn)動(dòng)的類(lèi)型》、《論氣體分子的平均路程》、《關(guān)于分子動(dòng)力論的說(shuō)明》，簡(jiǎn)明扼要地介紹歷史上兩位物理大師的這些成果，那么理想氣體的分子模型、壓強(qiáng)公式、分子的平均自由程、麥克斯韋速率分布函數(shù)等相關(guān)的重要知識(shí)點(diǎn)的歷史形成過(guò)程就基本上介紹完了．課后相應(yīng)的再留下一些引導(dǎo)讀物，由學(xué)生自己查閱資料全面理解這個(gè)理論及其相關(guān)的種種問(wèn)題．他們可以通過(guò)閱讀相關(guān)資料了解整個(gè)理論的產(chǎn)生過(guò)程，科學(xué)家的生平、研究思想及其他貢獻(xiàn)，從而能了解到教科書(shū)中看似表面枯燥的公式、定律背后豐富多彩的知識(shí)和思想，這對(duì)培養(yǎng)大學(xué)生的分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，提高科學(xué)素質(zhì)都大有裨益．

3.2 簡(jiǎn)明性原則

這條原則要求我們?cè)谖锢斫虒W(xué)中引入物理學(xué)史的內(nèi)容應(yīng)作到簡(jiǎn)明扼要.物理教材中很多內(nèi)容都有不同物理思想的碰撞和交鋒，我們可以通過(guò)對(duì)比思考，加深理解正確的思想和方法論，如熱學(xué)理論中熱動(dòng)說(shuō)和熱質(zhì)說(shuō)、分子運(yùn)動(dòng)論和唯能論，電磁學(xué)里的超距作用觀點(diǎn)和場(chǎng)的觀點(diǎn)，相對(duì)論中的牛頓時(shí)空觀和愛(ài)因斯坦時(shí)空觀等等．但是由于思想龐雜，一定不能盲目大量引入，否則會(huì)沖淡主要的教學(xué)內(nèi)容．筆者認(rèn)為對(duì)具有歷史局限性的錯(cuò)誤思想在介紹時(shí)盡可能簡(jiǎn)單明快，通過(guò)歷史正誤對(duì)比來(lái)突出和襯托正確物理思想的歷史發(fā)展脈絡(luò)，達(dá)到加深理解知識(shí)和開(kāi)闊學(xué)生視野的目的．歌德就說(shuō)過(guò)：“對(duì)現(xiàn)有知識(shí)的歷史考察，可以把發(fā)現(xiàn)的本質(zhì)放在更真實(shí)的背景下，從而使學(xué)生得到超過(guò)定律和公式的更多啟示．”

3.3 教育性原則

在教學(xué)中引入物理學(xué)史要有教育性.物理教學(xué)應(yīng)當(dāng)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的態(tài)度和高度的社會(huì)責(zé)任感，而培養(yǎng)的最好途徑是為學(xué)生樹(shù)立榜樣．物理學(xué)史的教育寓德育于學(xué)科教學(xué)中，運(yùn)用典范、榜樣和營(yíng)造的文化氣氛對(duì)學(xué)生進(jìn)行熏陶；物理學(xué)史的教學(xué)可以情理交融地達(dá)到“教書(shū)育人”的目的，以科學(xué)家的楷模形象，為學(xué)生樹(shù)立起實(shí)現(xiàn)人生價(jià)值的目標(biāo)．諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者李遠(yuǎn)哲曾表示他以前非常愛(ài)看科學(xué)史類(lèi)的書(shū)籍并感到深受教育，其中居里夫人特別令他感動(dòng)．

3.4 趣味性原則

教師應(yīng)激發(fā)學(xué)生的好奇心，發(fā)展他們的創(chuàng)新思維和創(chuàng)造力，讓學(xué)生通過(guò)科學(xué)教育，插上智慧的翅膀自由飛翔．物理學(xué)史包含大量的創(chuàng)造性思維形成和發(fā)展的案例，且內(nèi)容又與物理教材聯(lián)系密切，容易激發(fā)學(xué)生興趣．如果在教學(xué)中運(yùn)用得好，就能夠使物理課顯得生動(dòng)活潑，達(dá)到良好的教學(xué)效果．

在以上原則的指導(dǎo)下，我們一般可以采用插入、融入兩種方法在教學(xué)中引入物理學(xué)史的相關(guān)內(nèi)容．

插入法的應(yīng)用范圍是針對(duì)教學(xué)內(nèi)容而言相對(duì)獨(dú)立的物理學(xué)史內(nèi)容，引入的目的主要是通過(guò)回顧歷史，再現(xiàn)公式、定律這些靜態(tài)邏輯體系背后豐富的動(dòng)態(tài)歷史知識(shí)體系．一般的引入包括科學(xué)家的生平、趣事、重要概念、定律產(chǎn)生的背景、發(fā)展過(guò)程等.在教材中應(yīng)以文字插入為主，圖片插入為輔.物理學(xué)家的簡(jiǎn)介常放在教材相關(guān)內(nèi)容前的獨(dú)立段落中或相關(guān)章節(jié)后的附錄里．

融入法的應(yīng)用涉及到物理學(xué)史和相關(guān)內(nèi)容的結(jié)合問(wèn)題.主要介紹物理學(xué)史內(nèi)容中具體的物理思想或方法論在處理一些實(shí)際物理教學(xué)問(wèn)題的應(yīng)用情況.在教學(xué)過(guò)程中，教師注意將教學(xué)內(nèi)容與其涉及物理學(xué)的研究方法結(jié)合在一起，使學(xué)生對(duì)物理概念及規(guī)律有更加深入地理解．

4 結(jié)束語(yǔ)

在大學(xué)物理教學(xué)中引入物理學(xué)史的內(nèi)容，作為一種教學(xué)手段已經(jīng)受到國(guó)內(nèi)外許多物理教育工作者的廣泛關(guān)注．在具體的教學(xué)過(guò)程中將教學(xué)內(nèi)容與其涉及的物理學(xué)史知識(shí)正確地結(jié)合在一起，有助于學(xué)生對(duì)物理概念及其規(guī)律的深入理解，有利于學(xué)生掌握辯證唯物主義、歷史唯物主義和科學(xué)方法論，有利于培養(yǎng)學(xué)生的愛(ài)國(guó)主義思想．當(dāng)前由于許多主客觀因素，在大學(xué)物理教學(xué)中引入物理學(xué)史問(wèn)題上，我們還可能遇到不少新問(wèn)題和新情況，應(yīng)當(dāng)認(rèn)真對(duì)待．一方面應(yīng)當(dāng)加快融入物理學(xué)史的新型教材的開(kāi)發(fā)，使課程教學(xué)更有利于體現(xiàn)物理學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)和物理學(xué)自身的學(xué)科文化，促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)和科學(xué)活動(dòng)特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)；另一方面，應(yīng)該加強(qiáng)物理教師對(duì)物理學(xué)史與科技哲學(xué)的培訓(xùn)，以求提高廣大物理教師的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，努力實(shí)現(xiàn)物理學(xué)史的教育價(jià)值．

1 楊仲耆，申先甲．物理學(xué)思想史．長(zhǎng)沙：湖南教育出版社，1993

2 林德宏．科學(xué)思想史．南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，1985

3 郭奕玲，沈慧君．物理學(xué)史．北京：清華大學(xué)出版社，1993

4 閻金鐸．物理教師要熱愛(ài)物理科學(xué)和物理教育．大學(xué)物理，2000,19(7)