穿插物理學(xué)史對(duì)提高大學(xué)物理課程教學(xué)質(zhì)量的探索

李 慧 吳世永 周鳴宇

（中國(guó)人民解放軍海軍航空工程學(xué)院基礎(chǔ)部，山東 煙臺(tái) 264001）

0 引言

作為一名物理教員，筆者明顯感覺(jué)到在講授大學(xué)物理課程的過(guò)程中，學(xué)員們提不起學(xué)習(xí)興趣，只是為了通過(guò)考試而學(xué)習(xí)，學(xué)員的反饋表示，物理理論枯燥，數(shù)學(xué)推導(dǎo)難，概念抽象，物理圖像又太少，很多物理概念不知道如何得來(lái)，就出現(xiàn)在課本里，它的實(shí)用之處又是什么。目前軍校大學(xué)物理的教育顯現(xiàn)出很疲軟的態(tài)勢(shì)，如果我們可以在物理教學(xué)的過(guò)程中適當(dāng)穿插物理學(xué)史，對(duì)于激發(fā)學(xué)員學(xué)習(xí)物理的興趣、理解專業(yè)理論、掌握科學(xué)的研究方法、培養(yǎng)良好的科學(xué)素質(zhì)是很有幫助的。

1 物理學(xué)史的內(nèi)涵

物理學(xué)史是物理科學(xué)發(fā)展的歷史，它包含著許多原創(chuàng)性的科學(xué)研究方法、科學(xué)理論產(chǎn)生的背景以及所體現(xiàn)的科學(xué)精神。學(xué)院開設(shè)物理課程，不但是要教會(huì)學(xué)員基本的物理專業(yè)知識(shí)，更要使學(xué)員具備豐富的物理知識(shí)基礎(chǔ)、掌握必備的研究方法、具有一定的分析和創(chuàng)新能力，在一定程度上講，掌握研究方法比學(xué)習(xí)現(xiàn)成的書本知識(shí)更重要。但是，目前所用的物理教科書中，人類對(duì)物理學(xué)認(rèn)識(shí)的歷史痕跡被擦拭殆盡，物理學(xué)家們的頑強(qiáng)曲折的創(chuàng)作過(guò)程往往被物理學(xué)理論嚴(yán)密、精美的邏輯體系的面紗遮蓋起來(lái)，人們只能通過(guò)具體的物理公式或定律前面所冠有的科學(xué)家的名字，模糊地了解那一段歷史。我國(guó)物理學(xué)前輩錢三強(qiáng)先生指出：“科學(xué)經(jīng)歷的是一條非常曲折，非常艱難的道路，然而，我們的教師在對(duì)學(xué)生進(jìn)行教育的時(shí)候往往是應(yīng)用經(jīng)過(guò)幾次消化了的材料來(lái)講授，或者經(jīng)過(guò)抽象的理論分析加以表述，把已有的知識(shí)系統(tǒng)歸納，形成簡(jiǎn)明扼要的理論體系，這當(dāng)然是必要的，但是這樣的教學(xué)方法，往往會(huì)使學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的產(chǎn)生和發(fā)展引起誤解，以為什么結(jié)論都可用數(shù)學(xué)推導(dǎo)出來(lái)，失去了對(duì)觀察和實(shí)驗(yàn)的興趣。這樣的結(jié)果使學(xué)生們不了解科學(xué)是怎樣來(lái)的?！?/p>

2 物理學(xué)史對(duì)提高大學(xué)物理課堂教學(xué)質(zhì)量具有重要作用

2.1 通過(guò)穿插物理學(xué)史，使學(xué)員了解物理學(xué)科的重要性，激發(fā)學(xué)員學(xué)習(xí)物理的興趣和探究欲

物理學(xué)是研究物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、相互作用和物質(zhì)最基本的最普遍的運(yùn)動(dòng)形式及其相互轉(zhuǎn)化規(guī)律的學(xué)科，是自然科學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科和帶頭學(xué)科，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，是自然科學(xué)許多領(lǐng)域的研究基礎(chǔ)。通過(guò)物理學(xué)史的學(xué)習(xí)，我們可以發(fā)現(xiàn)物理學(xué)的發(fā)展推動(dòng)了自然科學(xué)其他學(xué)科的誕生和發(fā)展，比如生物學(xué)、化學(xué)、天文學(xué)等及其新的交叉學(xué)科，同時(shí)極大地加速了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，比如現(xiàn)今比較尖端的技術(shù)領(lǐng)域——信息技術(shù)、生物技術(shù)、核能與核能技術(shù)、航天與空間技術(shù)、激光技術(shù)等，這些領(lǐng)域的發(fā)展或是植根于物理學(xué)，或是得益于物理學(xué)本身的發(fā)展。統(tǒng)計(jì)歷年來(lái)諾貝爾獎(jiǎng)的獲得者可以發(fā)現(xiàn)，他們當(dāng)中除了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的獲得者外，還有相當(dāng)一部分人是具有物理學(xué)背景的，他們的成功與其物理基礎(chǔ)是分不開的。

孔子曰：“知之者不如好之者，好之者不如樂(lè)之者。”濃厚的學(xué)習(xí)興趣是學(xué)習(xí)的“催化劑”。我們?cè)诮虒W(xué)中經(jīng)常穿插一些物理學(xué)史的材料，把物理學(xué)上一些重大知識(shí)的發(fā)現(xiàn)歷程融入到課堂教學(xué)中，讓學(xué)員了解物理學(xué)的重要性，同時(shí)為學(xué)員創(chuàng)設(shè)一個(gè)自覺(jué)主動(dòng)、生動(dòng)活潑的學(xué)習(xí)環(huán)境。而且物理學(xué)發(fā)展本身就是一幅失敗與成功并存、實(shí)驗(yàn)與理論交叉、邏輯與非邏輯思維并用的豐富多彩的畫面，物理課堂上穿插物理學(xué)史可以喚起學(xué)員強(qiáng)烈的好奇心和奮發(fā)向上的激情，引發(fā)其積極的思考，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)他們學(xué)習(xí)物理的積極性。

2.2 物理學(xué)史在幫助學(xué)員理解專業(yè)知識(shí)方面具有不可替代的作用

物理學(xué)作為人類社會(huì)實(shí)踐的產(chǎn)物，是人類對(duì)物理世界客觀規(guī)律認(rèn)識(shí)的結(jié)果。物理學(xué)發(fā)展有一個(gè)不斷積累的過(guò)程，它的每一個(gè)基本概念、基本定律和基本理論，都要經(jīng)過(guò)萌芽、形成和發(fā)展演化的曲折過(guò)程。我們只有了解了物理學(xué)中的各個(gè)基本概念、基本原理和定律是如何得來(lái)的，即了解它們?nèi)绾萎a(chǎn)生、形成和發(fā)展的過(guò)程，如何發(fā)展演變成為現(xiàn)在這個(gè)樣的，才能真正懂得它們的本質(zhì)。愛因斯坦的狹義相對(duì)論是整個(gè)大學(xué)物理的教學(xué)難點(diǎn)，也是不少教員和學(xué)員比較頭痛的一部分。我們只有通過(guò)還原愛因斯坦創(chuàng)建狹義相對(duì)論的歷史過(guò)程，追溯狹義相對(duì)論的形成背景，掌握愛因斯坦所應(yīng)用的科學(xué)方法，才能在教學(xué)中深入淺出，講深講透，才能使學(xué)員們深刻地理解所學(xué)理論的實(shí)質(zhì)，形成自己對(duì)相關(guān)問(wèn)題的深刻見解。

在大學(xué)物理的教學(xué)中，學(xué)員只有對(duì)相關(guān)問(wèn)題的歷史有個(gè)系統(tǒng)詳細(xì)的了解，才能更好的理解問(wèn)題的內(nèi)在必然性，才能不被那些偶然的外在的東西所迷惑，抓住問(wèn)題的本質(zhì)。通過(guò)穿插物理學(xué)史，了解物理原理創(chuàng)建過(guò)程的歷史，體會(huì)物理學(xué)家們?cè)谔剿髡胬淼倪^(guò)程中的經(jīng)歷和思想過(guò)程，認(rèn)識(shí)到正是由于不斷地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題，物理學(xué)家們才逐漸理清了認(rèn)識(shí)發(fā)展的脈絡(luò)，揭示了事物的本質(zhì)，這些體會(huì)有助于學(xué)員們更加深刻地理解物理的基本概念、定理、定律。顯然，這種教學(xué)效果通過(guò)多講幾個(gè)例題是不可能達(dá)到的。

2.3 穿插物理學(xué)史，幫助學(xué)員掌握科學(xué)的研究方法

物理教學(xué)的目的不僅是對(duì)科學(xué)結(jié)論的理解和應(yīng)用，更重要的是幫助學(xué)員掌握和理解產(chǎn)生這些科學(xué)結(jié)論的研究方法。我們知道，科學(xué)研究中觀察和分析的方法是主導(dǎo)的研究方法之一，許多物理概念的形成、物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)都是物理學(xué)家通過(guò)對(duì)具體事物和現(xiàn)實(shí)生活的觀察與分析得來(lái)的。像伽利略正是從對(duì)懸燈擺動(dòng)的觀察中得到啟示，然后通過(guò)實(shí)驗(yàn)，最終確定了單擺周期的影響因素和單擺的等時(shí)性。牛頓正是因?yàn)橐恢淮蛟陬^上的蘋果從而悟出了萬(wàn)有引力定律。理想模型的方法也是物理學(xué)中經(jīng)常應(yīng)用的方法，根據(jù)具體問(wèn)題，提出相應(yīng)的物理模型，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，這種研究方法是很有實(shí)際意義的。像質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)中的“質(zhì)點(diǎn)”模型、剛體轉(zhuǎn)動(dòng)中的“剛體”模型、靜電場(chǎng)中的“點(diǎn)電荷”模型等都是運(yùn)用了這種方法。另外，假設(shè)和推論的方法、類比和綜合的方法等都在物理學(xué)的發(fā)展歷史上起了重要的作用。

所有物理學(xué)及其他學(xué)科的科學(xué)方法幾乎都可在物理學(xué)史中找到。通過(guò)穿插物理學(xué)史，了解著名科學(xué)家創(chuàng)建理論體系的過(guò)程，我們可以學(xué)習(xí)一些培養(yǎng)創(chuàng)造性意識(shí)的方法和途徑、掌握重要的科學(xué)研究方法，使學(xué)員具備創(chuàng)造性思維的能力，并能潛移默化地運(yùn)用到之后的學(xué)習(xí)和研究當(dāng)中去，為學(xué)員以后的發(fā)展提供良好的鋪墊。

2.4 滲透物理學(xué)史，幫助學(xué)員提升科學(xué)素養(yǎng)

在物理教學(xué)中滲透物理學(xué)史教育，使學(xué)員認(rèn)識(shí)物理學(xué)理論的變化、發(fā)展過(guò)程，體會(huì)到科學(xué)理論不是一成不變的，它是不斷進(jìn)化的、發(fā)展的。物理學(xué)理論的內(nèi)容的有限性總是和可能觀察到的物質(zhì)世界的無(wú)限豐富多樣性相對(duì)立的，因此沒(méi)有任何一個(gè)物理學(xué)理論可以被看作是完美的。人們?cè)谝欢l件下的物理學(xué)認(rèn)識(shí)只能是相對(duì)的、近似的，這種教育可以潛移默化地培養(yǎng)學(xué)員的辨證唯物主義真理觀，清除學(xué)員對(duì)物理學(xué)理論絕對(duì)化、僵化的理解，也可以防止學(xué)員機(jī)械的不加限制的搬用物理公式、定律去解決問(wèn)題，有助于培養(yǎng)學(xué)員質(zhì)疑和批判的科學(xué)態(tài)度以及實(shí)事求是的科學(xué)精神。另外，科學(xué)家們?cè)谧非笳胬淼倪^(guò)程中所呈現(xiàn)出的頑強(qiáng)的意志和獻(xiàn)身科學(xué)的犧牲精神，在培養(yǎng)學(xué)員高尚的情感、進(jìn)取的人生態(tài)度、正確的價(jià)值觀方面具有不可替代的作用。

3 運(yùn)用物理學(xué)史提高大學(xué)物理課堂教學(xué)質(zhì)量的實(shí)施策略

將物理學(xué)史引入大學(xué)物理教學(xué)的重要前提是物理教員能夠熟練運(yùn)用物理學(xué)史的教學(xué)方法，目前比較常用的方法主要有兩個(gè)：一是滲透法，所謂滲透法指的是將關(guān)系到物理教學(xué)內(nèi)容的物理學(xué)史知識(shí)恰到好處的穿插到物理課堂當(dāng)中，最終達(dá)到提高大學(xué)物理課堂教學(xué)質(zhì)量這一目的的方法。通常而言，物理學(xué)史的滲透一般是以問(wèn)題作為主要線索來(lái)引入物理學(xué)的發(fā)展過(guò)程、歷史趣聞以及名人軼事等，既可以是大篇幅，也可以是幾句話，甚至是幻燈片上的一幅圖。借助滲透法，能夠激發(fā)學(xué)員學(xué)習(xí)物理的積極性，有效緩解學(xué)習(xí)壓力，開闊學(xué)員的物理學(xué)視野，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。二是準(zhǔn)歷史法。所謂的準(zhǔn)歷史法指的是以忠于歷史事實(shí)為前提，根據(jù)物理學(xué)史發(fā)展的順序，把和物理教學(xué)內(nèi)容密切相關(guān)的各種物理學(xué)史料進(jìn)行組織加工，最終貫穿應(yīng)用到物理教學(xué)的過(guò)程當(dāng)中的一種方法。準(zhǔn)歷史法要求物理教員能夠合理、客觀的還原那些重要的物理學(xué)史事件，是一種比較具體的事件重演，能夠達(dá)到良好的過(guò)程體驗(yàn)效果。使用準(zhǔn)歷史法將物理學(xué)史引入大學(xué)物理課堂教學(xué)中，能夠最大限度的符合學(xué)員的認(rèn)知發(fā)展過(guò)程，培養(yǎng)其良好的科學(xué)素養(yǎng)。

4 結(jié)論

由于意識(shí)到了物理學(xué)史教育的必要性和重要性，筆者在多年一線物理教學(xué)的過(guò)程中，多次嘗試在物理課堂中穿插物理學(xué)史，從課堂氛圍來(lái)看，這樣的授課方式比較受學(xué)員歡迎，并且取得了一些不錯(cuò)的教學(xué)效果。總之，在物理教學(xué)中有目的地穿插物理學(xué)史，是切實(shí)可行的，也是完全必要的。

［1］劉莜莉,物理學(xué)史[M].南京：南京師范大學(xué)出版社,2001.

［2］張玉峰,物理學(xué)史在物理教學(xué)過(guò)程中的作用[J].安陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào),2011(5)：137-140.