淺談物理學(xué)史在大學(xué)物理教學(xué)中的作用

王焱

摘 要：物理學(xué)史在大學(xué)物理教學(xué)工作中起著至關(guān)重要的作用，但是在教學(xué)工作中往往被忽視。本文基于教學(xué)實踐，從能夠調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性﹑能夠培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神﹑能夠培養(yǎng)學(xué)生的自然科學(xué)思維方式﹑能夠提高教師的學(xué)術(shù)素養(yǎng)等幾個方面進(jìn)行了深入的闡述，對于完善大學(xué)物理課程教學(xué)內(nèi)容、培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高教師教學(xué)能力及學(xué)術(shù)素養(yǎng)具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：物理學(xué)史;大學(xué)物理;教學(xué)

在大學(xué)物理的教學(xué)工作中，教師往往忽略了對物理學(xué)史的介紹，筆者通過教學(xué)實踐發(fā)現(xiàn)，在大學(xué)物理教學(xué)中引入物理學(xué)史能夠很好地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性﹑培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和良好的自然科學(xué)思維方式，對于提高教師自身的學(xué)術(shù)素養(yǎng)也起著積極的作用。基于以上優(yōu)點，筆者淺談物理學(xué)史在大學(xué)物理教學(xué)中的作用，茲述如下。

一、能夠調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性

在大學(xué)物理教學(xué)工作中，筆者深刻體會到學(xué)生對于大學(xué)物理這門學(xué)科缺乏興趣，只是一味地記公式或者記住解題思路，而沒有真正理解其中的物理思想，這就需要教師在教學(xué)工作中，通過對物理學(xué)史的生動介紹，更好地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性。例如：在大學(xué)物理的教學(xué)中，筆者經(jīng)常以我們所熟悉的物理學(xué)史上最杰出的物理學(xué)家牛頓（1643—1727）為例來介紹物理學(xué)史。牛頓在數(shù)學(xué)﹑物理﹑天文等領(lǐng)域都作出了卓越的貢獻(xiàn)，在光學(xué)方面，他用三棱鏡分解了太陽光，從而證明了白光是復(fù)合光，運用最簡單的儀器揭示了偉大的物理思想，這一實驗被評為“十大最美麗的物理實驗”。1704年，他著成《光學(xué)》，認(rèn)為光是由微小的微粒組成的，他用光的微粒說很好地解釋了光的折射﹑反射現(xiàn)象，對于光的微粒說解釋曾盛極一時。真理真的是這樣嗎？牛頓環(huán)實驗是薄膜干涉現(xiàn)象最有力的解釋，將一曲率半徑很大的平凸透鏡的曲面與一平板玻璃接觸，其間形成一層平凹球面形的薄膜，實驗現(xiàn)象為薄膜厚度相同處的軌跡是以接觸點為中心的同心圓。牛頓本可以用這個實驗解釋光的波動說，但是由于他對光的微粒學(xué)說的推崇而蒙蔽了他的雙眼，最終難以解釋這個現(xiàn)象。直到19世紀(jì)初，英國物理學(xué)家托馬斯·楊（1773—1829）在他的《自然哲學(xué)講義》中用著名的楊氏雙縫干涉實驗證明了光的波動說，他運用這一理論解釋了牛頓環(huán)實驗。在教學(xué)工作中開始引入牛頓的微粒說，然后再用著名的楊氏雙縫實驗引出光的波動說，通過這段物理學(xué)史的介紹，可以激發(fā)學(xué)生對物理學(xué)的熱情，更好地調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性，為此后學(xué)習(xí)光的衍射奠定了基礎(chǔ)。

二、能夠培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神

在大學(xué)物理的教學(xué)工作中，通過物理學(xué)史的講述，讓學(xué)生了解自然科學(xué)的發(fā)展道路以及自然科學(xué)研究并沒有想象中的一帆風(fēng)順，它需要無數(shù)科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)、執(zhí)著追求。因此，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神對于人生成長、科學(xué)發(fā)展是至關(guān)重要的。如在講授電磁學(xué)時筆者經(jīng)常舉這樣個例子：電磁學(xué)起源于1819年著名的“奧斯特（1840—1898）實驗”，他認(rèn)為位于載流導(dǎo)線附近的磁針會受到力的作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。隨后，安培等人又相繼發(fā)現(xiàn)磁鐵附近的載流導(dǎo)線也受到力的作用，兩載流導(dǎo)線之間有相互作用力，運動的帶電粒子會在磁鐵附近發(fā)生偏轉(zhuǎn)。為推進(jìn)電磁學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)步，邁克爾·法拉第（1791—1867）的付出無疑是功不可沒的。法拉第是19世紀(jì)最偉大的實驗家，他出生在倫敦的紐因頓，是一個鐵匠的兒子，他說“我所受的教育是最平常的，比在普通的日校中基本的讀﹑寫﹑算多不了多少，我課外的時間都消耗在家里和街道上”。法拉第的童年沒有接受過正規(guī)的教育，僅僅讀過兩年小學(xué)，然而這并不能阻止他成為一名偉大的物理學(xué)家。1812年，他幸運地聽到偉大的化學(xué)家戴維（1778—1829）在皇家研究院的四次講演，并把戴維講演的內(nèi)容整理成文字寄給他，經(jīng)過一番努力最終成為戴維的助手。后來歷史學(xué)家評價戴維：“這一生最偉大的成就是發(fā)現(xiàn)了法拉第。”可見戴維對于法拉第的成功起著不可磨滅的作用。法拉第在戴維的培養(yǎng)下在學(xué)術(shù)上取得了很大的進(jìn)步，1831年8月，法拉第把兩個線圈繞在一個鐵環(huán)上，線圈A接直流電源，線圈B接電流表。他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)線圈A的電路接通或斷開的瞬間，線圈B中產(chǎn)生瞬時電流，然而鐵環(huán)并不是必須的。拿走鐵環(huán)，再做這個實驗，上述現(xiàn)象仍然發(fā)生，只是線圈B中的電流弱些，他把這種現(xiàn)象稱為“電磁感應(yīng)現(xiàn)象”。他發(fā)現(xiàn)了由磁生電現(xiàn)象和感應(yīng)電流，從而建起電磁學(xué)的大廈。由于他數(shù)學(xué)能力有限，最終由詹姆斯·麥克斯韋（1831—1879）從數(shù)學(xué)角度推導(dǎo)出了麥克斯韋方程組，成為現(xiàn)代電磁理論的基石。雖然法拉第沒有扎實的數(shù)學(xué)功底，但憑著后天的勤奮與努力成為了偉大的實驗物理學(xué)家。通過一段物理學(xué)史的講述，讓學(xué)生了解每個物理學(xué)家成功的背后都凝聚著汗水與艱辛，引導(dǎo)學(xué)生向偉大的物理學(xué)家學(xué)習(xí)，這樣能夠培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神﹑樹立正確的人生觀和價值觀。

三、能夠培養(yǎng)學(xué)生的自然科學(xué)思維方式

通過物理學(xué)史的講授，使學(xué)生了解物理學(xué)的發(fā)展脈絡(luò)，對物理學(xué)科的性質(zhì)、內(nèi)容、研究思路、研究方法及手段有全面了解，以培養(yǎng)學(xué)生的自然科學(xué)思維方式及創(chuàng)新思維。教育的工作應(yīng)該是“傳道﹑授業(yè)﹑解惑”，所以說培養(yǎng)現(xiàn)代大學(xué)生不僅要有扎實的專業(yè)知識，還要培養(yǎng)學(xué)生運用自然科學(xué)的思維方式來解決問題。在教學(xué)中筆者經(jīng)常舉這樣一個例子：法國著名物理學(xué)家安培（1775—1836），于1822年提出了有關(guān)物質(zhì)磁性本質(zhì)的假說，他認(rèn)為一切磁現(xiàn)象的根源是電流。任何物質(zhì)中的分子都存在有回路電流，稱為分子電流，分子電流相當(dāng)于一個基元磁鐵，就是物質(zhì)中的分子電流在外界作用下趨向于沿同一方向排列的結(jié)果。安培的分子電流假說與現(xiàn)代對物質(zhì)磁性的理解是符合的，近代理論表明，原子核外電子繞核的運動和電子自旋等運動就構(gòu)成了等效的分子電流。安培的分子電流假說在當(dāng)時對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的知識甚少的情況下無法證實，它帶有相當(dāng)大的猜測成分;在今天已經(jīng)了解到物質(zhì)的組成，證實了安培提出的分子電流假說的正確性，并且它已成為認(rèn)識物質(zhì)磁性的重要依據(jù)。安培在當(dāng)時對于物質(zhì)結(jié)構(gòu)知之甚少的情況下依然可以提出假說，這主要取決自然科學(xué)的思維方式。物理學(xué)是自然科學(xué)的重要組成部分，自然科學(xué)與物理學(xué)的知識體系和思維方法是融會貫通的，大學(xué)物理的教學(xué)工作中，引入物理學(xué)史可以讓學(xué)生了解自然科學(xué)的發(fā)展歷程﹑體會自然科學(xué)的思維方式，在這一過程中教師應(yīng)該注意培養(yǎng)學(xué)生運用自然科學(xué)的思維方式解決和處理問題，提高學(xué)生獨立思考的能力和科學(xué)創(chuàng)新的意識，這對于當(dāng)代大學(xué)生是至關(guān)重要的。

四、提高教師的學(xué)術(shù)素養(yǎng)

作為大學(xué)物理教師，不僅要對基本的公式、解題思路熟練掌握，也要對物理學(xué)史有深入的學(xué)習(xí)與研究，如此，在備課及教學(xué)中才能夠基于歷史背景及環(huán)境條件下，來講授教學(xué)內(nèi)容，將歷史與思維方式滲透在教學(xué)過程中，教師理解深刻，學(xué)生容易記住。教師通過這樣的教學(xué)過程，教學(xué)能力及學(xué)術(shù)素養(yǎng)也得到了不斷提高。

綜上，在大學(xué)物理教學(xué)中，物理學(xué)史的講授不是可有可無，它對調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性、培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神、提高教師教學(xué)能力及學(xué)術(shù)素養(yǎng)具有指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]畢冬梅，趙利軍，支文.大學(xué)物理教學(xué)中引入物理學(xué)史的點滴體會[J].長春大學(xué)學(xué)報，2010（8）.

[2]康穎.大學(xué)物理（下冊）[M].北京：科學(xué)教育出版社，2010.

[3]弗·卡約里.物理學(xué)史[M].桂林：廣西師范大學(xué)出版社，2002.

[4]張登宏.物理學(xué)史在物理教學(xué)中的作用[J].物理與工程，2003（3）.

[5]程守洙，江之永.普通物理學(xué)（第2冊）[M].北京：高等教育出版社，2005.