大學物理教學中引入物理學史的研究

張曉森 孟影

(安徽理工大學理學院物理系 安徽 淮南 232001)

當今世界，科學技術突飛猛進，國力競爭日趨激烈.這一切對人才的綜合素質提出了更高更新的要求，日漸成為我國教育工作者面臨的新課題.而對這樣一個社會各個方面更新的時代，大學對人才的培養更多地要著眼于具有創造性綜合能力素質上.正如諾貝爾物理學獎獲得者勞厄(M.v.Laue)所說：“重要的不是獲得知識，而是發展思維能力.教育無非是一切已學過的東西都遺忘掉的時候所剩下的東西.”[1]

1 物理學史引入物理教學的意義

大學物理課程是以經典物理和近代物理的基礎知識和基本理論，以及物理學在科學技術上的應用為內容的高等學校各專業學生一門必修的重要基礎課.大學理工類專業開設大學物理課的作用，一方面在于為學生較系統地打好必要的物理基礎，以使其能對物質世界中最普遍、最基本的運動形式及其規律有一較為系統的認識，增強學生在生產實踐中的適應能力，另一方面，通過對大學物理課的學習，使學生初步學會科學的思想方法和研究問題的方法，以使他們思路開闊，激發探索和創新精神.在現代科學教育的新觀念的指導下，要想實現大學物理的教學目標，提高大學生的綜合素質，學習物理學發展史可以起到很大作用.早在20世紀30年代，法國著名物理學家朗之萬就指出：“在科學教育中，加入歷史的觀點有百利而無一弊.”[2]

我國著名物理學家錢三強也論述了在物理教學中引入物理學史的意義：“物理學發展史是一塊蘊藏著巨大精神財富的寶地，這塊寶地很值得我們去開墾，這些精神財富很值得我們去發掘.如果我們都能重視這塊寶地，把寶貴的精神財富發掘出來，從中吸取營養，獲得效益，對我國的教育事業和人才培養都會大有益處.”[3]

2 大學物理教學引入物理學史的必要性

2.1 把物理學史引入教學是物理學科特點的需要

物理學理論的基礎是觀察和實驗，在這一基礎上建立起一些基本概念、基本定律和定理.這些物理學定律、定理是全人類智慧的結晶.從這個意義上來看待物理學，它可劃分成兩大知識體系：一是物理學的研究成果，即靜態的知識體系；二是物理學的研究過程，即動態的知識體系.

物理教科書中討論的物理理論大都是物理學的研究成果及其應用，這屬于物理學的靜態邏輯知識體系．學習靜態知識是重要的，不掌握它就不會有知識和能力．但是物理學還有其歷史發展過程，這種動態的歷史知識體系不僅包含物理學本身，還包含著美學、哲學、方法論等人文科學的諸多內容[4]．與知識相比，研究思想更重要．在物理教學中，我們不僅要善于對知識的建立作出歷史的敘述，展現它的發展過程，更要理解前人在建立知識過程中的具體研究思想和方法論．主張物理教學中引入物理學史正是體現了邏輯方法與歷史方法的辯證和統一．

2.2 把物理學史引入教學是素質教育的需要

在物理學發展史上，重大的研究和發現無疑是由偉大的科學家完成的，這些科學家除了他們所從事工作的價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于后來社會的影響．大學生通過對物理學史的一個概略的學習和了解，不僅能領悟到這些物理學家的研究思想和方法論，更會被他們的科學信念和品質所感染．物理大師的經歷和論述，會對學生產生心靈的深刻震撼，使他們感受到大自然的和諧與高超的理性，建立與物理學理論的深摯的情結，激發學習物理學和探求自然奧秘的熱情．愛因斯坦說：“只用專業知識教育人是很不夠的，通過專業教育，他可以成為一種有用的機器，但是不能成為一個和諧發展的人.要使學生對人生價值有所了解，并且產生熱烈的感情那是基本的．他必須獲得對美和道德上的鮮明辨別力．”

素質教育是21世紀學校教育的核心，物理學史擁有可用作素質教育的豐富內容．只要我們對此有明確的認識和積極的態度，把物理學史教育納入學校物理課堂教育之中，并賦于它應有的重要地位，就一定為培養出高素質的人才發揮巨大的作用．

2.3 把物理學史引入教學符合學生的學習需要

大學生的記憶已發展到以邏輯記憶為主．大學生能將所記憶的知識盡可能地納入有關的知識體系中，以供解決問題時提取．這就要求在教學中充分考慮大學生的認知特點，以防機械灌輸．在思維能力方面，大學生的抽象思維能力尤其是辯證思維能力得到高度發展，思維的邏輯性、獨立性和批判性、靈活性與敏捷性、創造性等思維品質逐步完善.他們能較全面地分析問題，易于接受新知識、新思想，不迷信權威，敢于標新立異，提出自己的獨到見解．

在學習過程中，多數大學生希望老師講清楚物理概念、定律間的區別和聯系，認為這對于他們更好地理解、應用物理概念很重要．一些優秀的學生思維活躍，精力充沛，他們渴求了解物理學科的知識結構．許多成績拔尖的學生很想弄清物理學的概念、公式、定律通過怎樣的關系構成了知識體系，而不是孤立的記住它們．在現代，各門學科是互相交叉、相互聯系的．由于物理學研究對象的普遍性，它的基本原理和方法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，是自然科學諸多領域和工程技術的基礎．通過對物理學史的學習，使大學生真正認識到物理學在自然學科中的基礎性地位，從而深刻體會到擁有物理學知識背景將會有助于今后他們再學習和研究物理學知識所延伸的其他學科．

3 大學物理教學中引入物理學史的原則

任何教學都遵循一定的教學原則.同樣物理學史和物理教學的結合也應當遵守一定的原則．筆者認為大學物理教學在引入物理學史的過程中應該遵循以下原則.

3.1 針對性原則

針對具體的物理教學環節合理地選擇相關物理學史內容加以引入，不方便引入的也不要牽強附會，力爭事半功倍．例如氣體動理論這一章節的學習中，僅物理學家克勞修斯和麥克斯韋的貢獻就占了教學內容的很大篇幅．如果我們在講授的過程中適當引入他們的三篇重要論文《論熱運動的類型》、《論氣體分子的平均路程》、《關于分子動力論的說明》，簡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、壓強公式、分子的平均自由程、麥克斯韋速率分布函數等相關的重要知識點的歷史形成過程就基本上介紹完了．課后相應的再留下一些引導讀物，由學生自己查閱資料全面理解這個理論及其相關的種種問題．他們可以通過閱讀相關資料了解整個理論的產生過程，科學家的生平、研究思想及其他貢獻，從而能了解到教科書中看似表面枯燥的公式、定律背后豐富多彩的知識和思想，這對培養大學生的分析問題和解決問題的能力，提高科學素質都大有裨益．

3.2 簡明性原則

這條原則要求我們在物理教學中引入物理學史的內容應作到簡明扼要.物理教材中很多內容都有不同物理思想的碰撞和交鋒，我們可以通過對比思考，加深理解正確的思想和方法論，如熱學理論中熱動說和熱質說、分子運動論和唯能論，電磁學里的超距作用觀點和場的觀點，相對論中的牛頓時空觀和愛因斯坦時空觀等等．但是由于思想龐雜，一定不能盲目大量引入，否則會沖淡主要的教學內容．筆者認為對具有歷史局限性的錯誤思想在介紹時盡可能簡單明快，通過歷史正誤對比來突出和襯托正確物理思想的歷史發展脈絡，達到加深理解知識和開闊學生視野的目的．歌德就說過：“對現有知識的歷史考察，可以把發現的本質放在更真實的背景下，從而使學生得到超過定律和公式的更多啟示．”

3.3 教育性原則

在教學中引入物理學史要有教育性.物理教學應當培養學生科學的態度和高度的社會責任感，而培養的最好途徑是為學生樹立榜樣．物理學史的教育寓德育于學科教學中，運用典范、榜樣和營造的文化氣氛對學生進行熏陶；物理學史的教學可以情理交融地達到“教書育人”的目的，以科學家的楷模形象，為學生樹立起實現人生價值的目標．諾貝爾化學獎獲得者李遠哲曾表示他以前非常愛看科學史類的書籍并感到深受教育，其中居里夫人特別令他感動．

3.4 趣味性原則

教師應激發學生的好奇心，發展他們的創新思維和創造力，讓學生通過科學教育，插上智慧的翅膀自由飛翔．物理學史包含大量的創造性思維形成和發展的案例，且內容又與物理教材聯系密切，容易激發學生興趣．如果在教學中運用得好，就能夠使物理課顯得生動活潑，達到良好的教學效果．

在以上原則的指導下，我們一般可以采用插入、融入兩種方法在教學中引入物理學史的相關內容．

插入法的應用范圍是針對教學內容而言相對獨立的物理學史內容，引入的目的主要是通過回顧歷史，再現公式、定律這些靜態邏輯體系背后豐富的動態歷史知識體系．一般的引入包括科學家的生平、趣事、重要概念、定律產生的背景、發展過程等.在教材中應以文字插入為主，圖片插入為輔.物理學家的簡介常放在教材相關內容前的獨立段落中或相關章節后的附錄里．

融入法的應用涉及到物理學史和相關內容的結合問題.主要介紹物理學史內容中具體的物理思想或方法論在處理一些實際物理教學問題的應用情況.在教學過程中，教師注意將教學內容與其涉及物理學的研究方法結合在一起，使學生對物理概念及規律有更加深入地理解．

4 結束語

在大學物理教學中引入物理學史的內容，作為一種教學手段已經受到國內外許多物理教育工作者的廣泛關注．在具體的教學過程中將教學內容與其涉及的物理學史知識正確地結合在一起，有助于學生對物理概念及其規律的深入理解，有利于學生掌握辯證唯物主義、歷史唯物主義和科學方法論，有利于培養學生的愛國主義思想．當前由于許多主客觀因素，在大學物理教學中引入物理學史問題上，我們還可能遇到不少新問題和新情況，應當認真對待．一方面應當加快融入物理學史的新型教材的開發，使課程教學更有利于體現物理學知識結構和物理學自身的學科文化，促進學生對科學本質和科學活動特點的認識；另一方面，應該加強物理教師對物理學史與科技哲學的培訓，以求提高廣大物理教師的專業知識，努力實現物理學史的教育價值．

1 楊仲耆，申先甲．物理學思想史．長沙：湖南教育出版社，1993

2 林德宏．科學思想史．南京：江蘇科學技術出版社，1985

3 郭奕玲，沈慧君．物理學史．北京：清華大學出版社，1993

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