物理實驗教學中引入物理學史的作用和方法*

李香蓮 楊明

(華中科技大學物理學院 湖北 武漢 430074)

物理實驗是理工科院校的一門基礎課程，它在培養學生的動手能力、思維能力、設計能力以及數據處理能力等方面具有重要作用.但從很多學校的情況來看，這門課程通常并沒有充分發揮它應有的作用，學生做實驗的積極性不高、主動性不強，收獲遠遠沒有達到最大化.這其中當然有著各種各樣的原因，有課程本身的，也有課程以外的.為了改善上述狀況，教育工作者從教學模式(比如，從封閉式教學改為開放式教學，等等)、教學方法(比如，將過去的填鴨式教學改為啟發式教學)，以及教學硬件環境(如多媒體的使用)等方面進行了改革.其中部分教師從引入物理學史的角度進行了探索與實踐[1，2]，取得了一定成效，但引入物理學史的做法和意義還沒有得到廣泛、充分的重視.本文試圖在分析引入物理學史作用的基礎上，探討引入物理學史的方法.

1 在物理實驗教學中引入物理學史的作用

物理學史是研究人類對自然界各種物理現象的認識史，研究物理學發生和發展的基本規律，研究物理學概念以及思想發展和變革的過程，研究物理學是怎樣成為一門獨立學科，怎樣不斷開拓新領域，怎樣產生新的飛躍[3].它向人們展示了前人在探索自然的過程中所體現的智慧和精神，給重溫歷史的人們以無盡的啟迪和鼓舞.關于物理學史在通常的物理教育中的作用，已經有過不少的論述[4，5]，這里不再多講.下面僅從物理實驗教學的角度談談物理學史的作用.

1.1 增強大學物理實驗課程對學生的吸引力

引入物理學史使學生能夠了解所做物理實驗的相關背景，使他們認識到，一個優秀的理論和一種設計精巧的實驗方法通常也是歷盡曲折才得到的，著名的物理學家往往也是在一次次出錯之后才發現正確的理論，找出正確的方法的.這樣，漂亮的實驗在學生的眼里就將不再是可望而不可及的了，他們會覺得設計出如此漂亮實驗的物理學家們和自己一樣，是會犯錯誤的人而不是令人望而生畏的神，由此，產生強烈的自信心和對大學物理實驗課程的興趣.在此基礎上，他們就會更多地投入到實驗之中，從實驗課中得到更大的收獲.可以說，引入物理學史能使學生對物理實驗的學習態度更加積極、主動，以一種敬而不畏的態度對待每一個物理實驗.

1.2 有助于培養學生的思維能力和創新能力

物理學史在幫助學生打破物理學及物理學家的神秘面紗之后，為他們提供豐富的“養料”，促進他們培養自己的思維能力和創新能力.因為透過物理學史，學生了解到一個理論、一個實驗方案出臺的全過程，了解物理學家在當時的背景下如何做出判斷和選擇，他們為什么這么想、為什么那么做，到山窮水復疑無路的時候，又是如何走出困境的，等等.學生能從物理學家的創造性活動中得到許多啟發，而會自覺或不自覺地去模仿、學習，會像一個實驗物理學家那樣對待所做的實驗，從而，逐漸提高自己的思維能力和創新能力.

1.3 有助于培養學生健全的人格

在物理學家取得各項成就的過程中，涉及到大量的非智力因素，通過物理學史將它們呈現出來，可以對學生產生重大影響，有助于培養他們健全的人格.比如，學生可以學習到物理學家們碰到困難時不屈不撓、堅持不懈的精神,如法拉第在做電磁感應實驗時，屢做屢敗，屢敗屢做，始終不放棄，終于在10年之后，發現了電磁感應現象；可以學習物理學家實事求是的態度,比如，密立根,盡管不喜歡愛因斯坦的光量子理論，但在他的實驗證實了該理論的時候，還是實事求是地發表了實驗結果；可以學習物理學家們的合作精神,像著名的弗蘭克-赫茲實驗是由詹姆斯·弗蘭克和古斯塔夫·L·赫茲合作完成的,邁克爾孫-莫雷實驗是由阿爾伯特·邁克爾孫和愛德華·莫雷合作完成的,著名的分數量子霍爾效應是崔琦和斯托爾默等人合作發現的.最近，中國一項重要發現，量子反常霍爾效應，也是由清華大學薛其坤院士領銜、清華大學物理系和中科院物理研究所組成的團隊作出的.

2 在物理實驗教學中引入物理學史的方法

引入物理學史的方法和途徑有很多，大體上可以歸為創建具有物理學史文化的實驗室環境,在教材中引入物理學史,以及在課堂教學中引入物理學史等.

2.1 創建具有物理學史文化的實驗室環境

著名的前蘇聯教育家蘇霍姆林斯基早就指出了校園環境對學生學習的重要影響，他強調通過精心布置校園來最大可能地發揮學校教育的作用。他的做法就是在教室、走廊等處布置許多有關名人名言或者書籍介紹等的布告牌、宣傳板報，以達到“讓學校的每一塊墻壁都會說話”[6]的效果，使學生于無形之中受到影響，得到熏陶.

在物理實驗教學中，我們也可以通過在實驗室內墻壁上和外面走廊上布置一系列有關物理學史的宣傳板報的方式，讓學生得到一種潛移默化的教育.宣傳板報上可以包含物理學家特別是實驗物理學家的畫像、名言以及事跡介紹，或者介紹某些重要理論、實驗方法、實驗技術等的發展歷程或背景.這是物理學史介入實驗教學的一種很重要的途徑，因為這樣的板報或者掛畫營造了一種歷史的、人文的環境，它們觸目可及，學生在課前、課后，甚至在實驗中途短憩時都可以欣賞一番.反復浸泡在這樣的環境之中，學生對物理實驗的態度、理解很容易發生變化，得到升華.筆者所在的大學物理實驗室中，走廊上張貼了一系列關于諾貝爾物理學獎獲獎者的照片及其成就介紹的板報，其中有些照片非常生活化，頗具吸引力和親和力；在演示實驗室的外面大廳墻上，則掛了一幅特大的有關“最美麗的10個物理實驗”的畫報.這樣做的效果還是不錯的，學生常常三五成群地聚集在板報前，饒有興趣地閱讀著各種史料，有時還會和老師進行討論，他們對物理實驗的熱情應該說是有所提高的.筆者本學期在一個光學實驗室中指導實驗，經常聽到非光學專業的學生發出這樣的聲音，“以后我們做光學實驗的機會不會很多，得好好玩一玩，”表明一些學生已經有“玩”實驗的激情了，相信在物理學史潛移默化的影響下，對物理實驗有激情的學生會越來越多.

2.2 在教材中引入物理學史

在大學物理實驗教材中引入物理學史是又一種重要且正式的途徑.學生花在實驗課堂上的時間畢竟是有限的，更多的時間要花在課外的預習和復習上，這時，學生利用最多的就是教材了，教材上的物理學史可以讓他們反復體味，細細咀嚼，在幫助他們了解實驗背景的基礎上，讓他們在體味中得到思維能力、創造能力的提升.事實上，這方面也有有識之士在做著相關的嘗試[7].但這方面的努力還有待更多的人來參與.

2.3 在課堂教學中引入物理學史

在物理實驗教學中引入物理學史的最直接、最快捷的方式，是在課堂教學中引入.這種方式可以讓學生視覺和聽覺并用，因而，更加形象、生動，容易給學生留下深刻的印象，從而達到教育和啟發的目的.

在課堂教學中引入物理學史的途徑可以是講解、播放視頻或錄音以及展示歷史圖片等，比如，霍爾效應實驗就可作為一個典型的例子，這個實驗有著豐富的歷史內涵，可以從霍爾發現的經典霍爾效應，講到克利青發現的整數量子霍爾效應和崔琦等人發現的分數量子效應，再到中國物理學家薛其坤等人發現的量子反常霍爾效應.同時,配放相關物理學家和原始實驗裝置的圖片，這樣不但可以幫助學生全面了解霍爾效應及其重要性，使其從中受到教育和啟發，同時還可以激發他們的愛國熱情，因為其中涉及到很多華人或者華裔物理學家.在課堂教學中引入物理學史的切入點可以是相關的實驗原理、實驗方法、實驗儀器等，有關聯、有教育意義的物理學史都可以講解.

當然，在課堂上引入物理學史也要注意簡明扼要，以免用時過多，影響到學生動手的時間，那樣就得不償失了.

3 結論

在物理實驗教學中，引入物理學史對提高做物理實驗的熱情和培養學生的思維能力、創新能力以及健全的人格等方面具有重要的作用.在物理實驗教學中引入物理學史，可以采用為學生提供一種充滿物理學史文化的實驗室環境，為學生提供具有豐富物理學史內容的實驗教材，在課堂上直接講解或者展示物理學史背景等方法.

參考文獻

1 付靜，梁路光，姜廣軍.把物理學史引入大學物理實驗教學的研究.大學物理實驗，2009(1):114～116

2 張曉變，陳曉武.大學物理實驗教學中的物理學史教育.電大理工，2009(3):51～52

3 郭奕玲.物理學史.北京：清華大學出版社，2006

4 王士平.物理學史與人文素質的培養.物理通報，1998(9):4～5

5 李艷平.物理學史與科學素質的培養.物理通報，1998(10):9～11

6 范金豹.蘇霍姆林斯基的三個“書籍世界”.中國教育報，2004-9-30(8)

7 呂增建.物理學史融入《大學物理實驗》教材的嘗試.焦作大學學報，2007(4):50～51