試論物理學史對培養大學生科學素養的重要性

張 瑤 ，徐 楠 ，單長吉 ， 黨興菊

（1.昭通學院 a.物理與信息工程學院；b.人事處，云南 昭通 657000）

試論物理學史對培養大學生科學素養的重要性

張 瑤a，徐 楠b，單長吉a， 黨興菊a

（1.昭通學院 a.物理與信息工程學院；b.人事處，云南 昭通 657000）

科學知識為大學生提供扎實的理論基礎，科學思想為大學生在學習中把握方向，科學態度是大學生學習中的有力保證，科學精神是大學生學習的動力支撐，科學方法是大學生學習的基本保障，在這五個方面，作為科學技術史主要組成部分的物理學史對培養大學生科學素養顯示出重要作用.

科學素養； 物理學史； 科學知識； 科學思想； 科學態度； 科學精神；科學方法

科學素養從廣義上包括科學知識、科學思想，科學態度，科學精神和科學方法.[1]18科技史料足以說明科學家具有廣博的科學知識，實事求是、謙虛謹慎的科學態度，化繁為簡、追求統一、推陳出新的科學思想，愿意為科學獻身的精神，以及在科學研究中采用的科學思維方法，這些都是值得大學生學習的寶貴素材.一部物理學史就是一部科技發展史，[2]95是科技史的重要組成部分.本文主要以物理學史料為支撐，具體論述物理學史對培養大學生科學素養的重要性.

1 科學知識為大學生提供扎實的理論基礎

物理學家進行物理學研究應該具備淵博的科學知識.科學知識能開闊物理學家的視野，幫助其在探索過程中，準確地獲得科學證據，迅速捕捉到真理.物理史料有實例說明，科學知識對物理發現的重要作用，例如倫琴在赫茲和勒納德對陰極射線性質研究的基礎上進行深入研究.1895年11月8日在暗室里，為防止可見光線漏出管外，他把克魯克斯管用黑紙嚴實包裹，當接通感應圈，高壓加在管上，他意外發現1米以外的熒光屏上發出微弱的閃光.倫琴依據其廣博的學識，敏銳地意識到，這絕不是陰極射線，經過反復實驗，終于發現了一種新射線即X射線.在倫琴之前，克魯克斯也曾碰到過陰極射線管附近的照片底片感光，他誤認為是底片出問題；勒納德也碰到類似現象，卻準備以后進一步深入研究.即使勒納德及時研究，也難于做出正確結論，因為他在理論上把X射線看做是一種速度無限大的陰極射線.這說明科學家做科學研究時，具有淵博的知識，正確的判斷力，才能做出重大物理發現.

再如：1932年1月約里奧—居里夫婦在觀察鈹輻射時，由于受玻特已有的錯誤思想的束縛失去了發現中子的機會.約里奧—居里夫婦后來講，如果他們讀過并領會1920年盧瑟福的演講，肯定會對實驗有正確的理解.[3]2601932年安德森在云室觀察中看到了正電子的軌跡，在廣博知識的基礎上，他果斷地判斷這就是1928年狄拉克預言的正電子，而在此之前，約里奧—居里夫婦也在實驗中觀察到正電子的軌跡，但是他們又一次做出了錯誤的解釋，再次失去了重大物理發現的機會.可見，物理學家對某一物理現象進行研究時，如果沒有相關的科學知識，往往會導致觀察到的現象，無法做出正確的科學解釋，從而與物理發現失之交臂.大學生通過學習這些史料，了解相關的科學知識并拓展知識面，為將來從事科研工作或是教學工作奠定堅實的理論基礎，從而養成不斷獲取新知的習慣.正如楊振寧教授曾談到的：“在念書的時候學習的面比較廣一些；后來通過自己比較廣泛的接觸向各個方面發展，這方法對出研究成果的效率是比較高的.”[4]416

2 科學思想為大學生在學習中把握方向

科技史發展的過程中，科學思想分為兩個層次，第一層次體現為在科學認識和研究方法的基礎上提煉出來，形成能夠發現和解釋事物現象的合理觀念和推斷法則，對科學研究和社會實踐具有導向作用.第二層次體現為科學家在科學活動中的建樹，逐步形成了科學家共有的科學意識和科學精神.1942年美國科學社會學家默頓把科學的思想氣質歸納為：普遍性、公有性、無私利性和有條理的懷疑性，作為一種普遍的標準來衡量科學家的行為規范.眾多物理學家的科學思想貫穿于物理學史中，學生通過對物理學史的學習，明白了物理學家的敬業精神和對科學事業的熱愛，專注和奉獻精神；正是這種對科學普遍性、公有性、無私利性的思想推動著物理學家獻身于物理研究中，并不斷推動著物理學的發展.

例如：倫琴發現了X射線以后，有人提議把其定義為“倫琴射線”，倫琴卻堅持稱這種新射線為“X射線”.柏林通電協會想以高價換取新發現的專利權利時，遭到了倫琴的堅決拒絕，他主動放棄專利權，X射線廣泛運用于醫學，為世人受益，而倫琴卻在貧困中度過了一生.遵照倫琴的遺囑，他得到的諾貝爾獎金也交給維爾茨堡大學作為科研經費.再如1902年約里奧—居里夫婦發現了放射性物質“鐳”，由于放射性對癌癥有一定治療作用，為減輕癌癥患者的痛苦，約里奧—居里拒絕申請專利，公開了提取鐳的方法.他們認為鐳是屬于全人類的，不應該因此而致富.可是約里奧—居里夫人卻連自己研究需要的一克鐳也買不起，是眾多美國大眾捐贈的錢買了鐳，才使得研究得于繼續.約里奧—居里夫人把自己美好的一生獻給放射性發現和研究.由于長期受放射性照射而未加以防護，約里奧—居里夫人染上了白血病，1934年7月4日在法國去世.還有貝克勒爾發現天然放射性，打開了原子核物理的大門，然而，由于研究中長期接受放射性的傷害，他成為第一位被放射性物質奪去生命的物理學家.倫琴和約里奧—居里夫人等物理學家的這種無私奉獻的行為，正是莫頓科學思想中的普遍性、公有性和無私利的體現.他們的科學思想感染著一批批物理學家為物理發現而無私奉獻著，而大學生通過對這些史料的學習，也會被倫琴、約里奧—居里夫人等物理學家的科學思想所感染，從而勵志努力學習，將來為科研工作無私奉獻.

物理學家的有條理的懷疑性幫助他們在科學發現中敢于與宗教迷信、偽科學和舊科學做斗爭，最終探索到科學的本質.例如：哥白尼的太陽中心說推翻了天文學中占統治地位的托勒密的地球中心說，向宗教神學發起了攻擊，改變了人們的宇宙觀，甚至世界觀，推動了物理學的發展.伽利略在力學方面推翻了亞里士多德力學問題上的錯誤理論，為牛頓完成經典力學的綜合工作奠定了基礎.1905年愛因斯坦提出“狹義相對論”將伽利略和牛頓以來的動力學時空觀發展到相對論的時空觀，引起了人類時空觀的重大變革等等.在物理學史的學習過程中，學生通過了解物理學家的科學思想，培養他們刻苦鉆研，勇于質疑，善于提出問題和努力學習好物理學和其他學科的決心，為他們的學習把握了方向.

3 科學態度是大學生學習中的有力保證

物理學是以客觀事物為研究對象.物理學所研究的客觀事物并不完全是自然界本身，而是認識主體和自然客體相互作用的產物.科學家在對自然客體進行研究，好奇心、尊重實證，判斷性思考等科學態度必不可少.物理學的科學態度，貫穿于物理學史料中，學生通過學習，培養他們尊重實證，重視科學實驗，提高他們對物理學的認知能力，學會判斷性思考，增強學習中的好奇心，提高學習的積極性.

例如在粒子物理世界，人們通常認為粒子運動都遵行對稱性的規律.1956年，華裔美籍物理學家李政道和楊振寧在全面研究考察和判斷性思考基礎上，提出在弱作用下宇稱可以不守恒的科學論斷，并提出了可以通過?衰變等實驗驗證的設想，設置兩組含弱相互作用而互為鏡像的實驗來考察是否得出相同的實驗結果，如果結果不一致，就可以判定宇稱不守恒.這是一項難度極大，精密度要求極高的實驗，需要有探索的好奇心和堅定的毅力.李政道和楊振寧的觀點遭到了大多數物理學家的質疑，其中也包括華裔物理學家吳健雄.但是吳健雄本著尊重實證的科學態度，率先用60Co實驗對宇稱守恒做了一次精密度極高的實驗，證明了在?衰變過程中，宇稱是不守恒的，從而證明了弱相互作用下宇稱不守恒.正如吳健雄曾回憶說：“雖然我覺得宇稱守恒定律不正確的可能性極微，我還是渴望進行一個水落石出的檢驗.”[5]203

4 科學精神是大學生學習的動力支撐

科學精神內涵十分豐富，包含探索求真的理性精神、實事求是的嚴謹精神和批判進取的創新精神.[6]103物理學大量事例表明，在舊的科學理論出現矛盾時，需要科學家具有探索求真的理性精神，批判進取的創新精神，敢于同束縛科學發展的傳統觀念決裂，才能提出新思想、新見解，并能本著實事求是的嚴謹精神，對新理論進行實證，最終才能做出突破性的發現.

例如 ：愛因斯坦“相對論”的建立；玻爾提出“互補定律”，李政道和楊振寧提出弱作用下宇稱不守恒的理論等等，都是物理學家們敢于打破傳統觀念，勇于創新的精神，從而導致物理學理論的突破性進展.再如：伽利略為了對亞里士多德的運動理論進行檢驗和批判，重復做了幾百次斜面實驗，最終得出了慣性原理，正確說明了力是改變物體運動的原因，推翻了亞里士多德提出的力是產生運動的原因的觀念，這一物理發現把動力學研究引上正確道路.又如，1820年，奧斯特發現電流磁效應以后，物理學家們都開始磁生電的實驗研究，一次次的實驗失敗以后，很多物理學家包括當時處于電磁研究最前沿的物理學家如菲涅爾、安培、阿拉果等都開始懷疑磁能產生電，并退出了這方面的研究，只有法拉第本著實事求是的嚴謹精神，堅持不懈，花了十年的時間進行了無數次實驗驗證，最終做出了重大發現.正如他在日記中寫下“把磁轉化為電”的光輝誓言后，就從未懷疑過實現這一誓言的可能性.[4]286結合這些史料的學習，使學生意識到面對今天競爭日益激烈的社會，批判進取的創新精神為科技人才所不可缺少，在學習中必須提高創新意識和創新能力.

5 科學方法是大學生學習的基本保障

“工欲善其事，必先利其器”，物理學發展史也是一部科學方法的演變史.英國科學史家霍爾頓說過：“科學發現沒有唯一的方法.”每一位科學家都在運用自己的方法進行科學探索，而在科學發現中有建樹的科學家們使用的研究方法，往往為更多的科學工作者所效仿.學生在學習物理學史的過程中通過不斷效仿，形成自己特有的科學方法，這些科學方法，有助于學生在學習和生活中，抓住事物和現象的主要矛盾和矛盾的主要方面.例如：伽利略被譽為近代實驗科學的創始人，是近代實驗科學的鼻祖.他運用的實驗與數學的研究方法，開創了經驗和理性的相結合，定性和定量相結合的先河，對物理學以及自然科學的產生了深遠影響.美國當代數學家M·克萊因是這樣評價伽利略的科學方法的：“伽利略的科學方法是歷來關于科學方法論的最深刻、最有成效的思想.”[7]126牛頓在物理學上取得的成就和他的分析-綜合方法分不開，他強調實驗在科學理論中的重要性，科學定律的建立也必須在實驗的基礎上.愛因斯坦提倡利用世界的統一性的觀點，通過直覺方式洞察事物本質，并用邏輯思維和數學工具的方法構造理論體系[7]250

學生通過學習物理學史，還能意識到科學方法能幫助他們在學習科學知識的道路上，事半功倍，成為他們學習的基本保障.例如：1931年約里奧—居里夫婦在玻特和貝克爾鈹輻射實驗的基礎上，利用新的方法，他們把多種物質放在放射源和測量儀器之間，結果驚異發現了在鈹射線照射下，石蠟能發射出大量質子.由于他們的實驗采用與其他物理學家不同的新方法，推進了發現中子的進程.正如物理學家笛卡爾曾說：“我的腦子并不比別人好，但我卻幸運地碰到了些門路，這些門路引導我發現了一些方法，利用這些方法，我似乎可以就我平庸的智慧和短促的生命在能達到的范圍內，逐步增廣我的知識.”[4]450

綜上所述，學習物理學史，培養良好的科學素養，為大學生在學習中提供各方面的有力保證.可見，物理學史對培養大學生科學素養具有不可低估的重要性.

[1]李艷平，申先甲．物理學史教程[M]．北京：科學出版社，2009.

[2]佘浩云.物理教育在提高國民科學素養中的作用[J].懷化師院學報(自然科學),2003,(02):95-96.

[3]仲扣莊.物理學史教程 [M].南京：南京大學出版社，2015.

[4]程九標.張憲魁.物理發現的藝術[M].北京：中國海洋大學出版社，2003.

[5]沙振舜.簡明物理學史（第二版）[M].南京：南京大學出版社，2015.

[6]陳雅娟.略論科技史在教育中的科學、人文和哲學價值[J].文教資料,2009,(20):103-105.

[7]劉金玉，黃理穩.科學技術發展簡史[M].廣州：華南理工大學出版社[M].2009.

On the Importance of the History of Physics to the Cultivation of College students' s Cientific Literacy

ZHANG Yaoa, XU Nanb, SAN Chang-jia, DANG Xing-jua

(a.School of Physics and Information Engineering，b.Personnel Office, Zhaotong University，Zhaotong 657000，China)

College students have a solid theoretical basis by scientific knowledge and grasp the direction of learning by scientific thinking.College students obtain strong guarantee of their learning by grasping the direction of science and have the driving force in learning by scientific spirit.Alao ,they get the basic guarantee of their learning by scientific method.In this five aspects, the history of physics which is the main component of the history of science and technology shows an important role in cultivating college students' scientific literacy.

Scientific literacy; History of physics; Scientific knowledge, scientific thinking, scientific attitude, scientific spirit; Scientific method

04-09,G642.0

A

2095-7408（2017）05-0028-04

2017-03-28

云南省教育廳教學研究基金項目（2015Y486）.

張瑤（1975- ），女，云南昭陽人，副教授，碩士，主要從事物理學史的研究．