穿插物理學史對提高大學物理課程教學質(zhì)量的探索

李 慧 吳世永 周鳴宇

（中國人民解放軍海軍航空工程學院基礎部，山東 煙臺 264001）

0 引言

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

1 物理學史的內(nèi)涵

物理學史是物理科學發(fā)展的歷史，它包含著許多原創(chuàng)性的科學研究方法、科學理論產(chǎn)生的背景以及所體現(xiàn)的科學精神。學院開設物理課程，不但是要教會學員基本的物理專業(yè)知識，更要使學員具備豐富的物理知識基礎、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，掌握研究方法比學習現(xiàn)成的書本知識更重要。但是，目前所用的物理教科書中，人類對物理學認識的歷史痕跡被擦拭殆盡，物理學家們的頑強曲折的創(chuàng)作過程往往被物理學理論嚴密、精美的邏輯體系的面紗遮蓋起來，人們只能通過具體的物理公式或定律前面所冠有的科學家的名字，模糊地了解那一段歷史。我國物理學前輩錢三強先生指出：“科學經(jīng)歷的是一條非常曲折，非常艱難的道路，然而，我們的教師在對學生進行教育的時候往往是應用經(jīng)過幾次消化了的材料來講授，或者經(jīng)過抽象的理論分析加以表述，把已有的知識系統(tǒng)歸納，形成簡明扼要的理論體系，這當然是必要的，但是這樣的教學方法，往往會使學生對科學概念的產(chǎn)生和發(fā)展引起誤解，以為什么結(jié)論都可用數(shù)學推導出來，失去了對觀察和實驗的興趣。這樣的結(jié)果使學生們不了解科學是怎樣來的。”

2 物理學史對提高大學物理課堂教學質(zhì)量具有重要作用

2.1 通過穿插物理學史，使學員了解物理學科的重要性，激發(fā)學員學習物理的興趣和探究欲

物理學是研究物質(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動形式及其相互轉(zhuǎn)化規(guī)律的學科，是自然科學的基礎學科和帶頭學科，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(chǎn)技術的各個部門，是自然科學許多領域的研究基礎。通過物理學史的學習，我們可以發(fā)現(xiàn)物理學的發(fā)展推動了自然科學其他學科的誕生和發(fā)展，比如生物學、化學、天文學等及其新的交叉學科，同時極大地加速了科學技術的發(fā)展，比如現(xiàn)今比較尖端的技術領域——信息技術、生物技術、核能與核能技術、航天與空間技術、激光技術等，這些領域的發(fā)展或是植根于物理學，或是得益于物理學本身的發(fā)展。統(tǒng)計歷年來諾貝爾獎的獲得者可以發(fā)現(xiàn)，他們當中除了諾貝爾物理學獎的獲得者外，還有相當一部分人是具有物理學背景的，他們的成功與其物理基礎是分不開的。

孔子曰：“知之者不如好之者，好之者不如樂之者。”濃厚的學習興趣是學習的“催化劑”。我們在教學中經(jīng)常穿插一些物理學史的材料，把物理學上一些重大知識的發(fā)現(xiàn)歷程融入到課堂教學中，讓學員了解物理學的重要性，同時為學員創(chuàng)設一個自覺主動、生動活潑的學習環(huán)境。而且物理學發(fā)展本身就是一幅失敗與成功并存、實驗與理論交叉、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史可以喚起學員強烈的好奇心和奮發(fā)向上的激情，引發(fā)其積極的思考，激發(fā)他們的學習興趣，調(diào)動他們學習物理的積極性。

2.2 物理學史在幫助學員理解專業(yè)知識方面具有不可替代的作用

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

在大學物理的教學中，學員只有對相關問題的歷史有個系統(tǒng)詳細的了解，才能更好的理解問題的內(nèi)在必然性，才能不被那些偶然的外在的東西所迷惑，抓住問題的本質(zhì)。通過穿插物理學史，了解物理原理創(chuàng)建過程的歷史，體會物理學家們在探索真理的過程中的經(jīng)歷和思想過程，認識到正是由于不斷地發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，物理學家們才逐漸理清了認識發(fā)展的脈絡，揭示了事物的本質(zhì)，這些體會有助于學員們更加深刻地理解物理的基本概念、定理、定律。顯然，這種教學效果通過多講幾個例題是不可能達到的。

2.3 穿插物理學史，幫助學員掌握科學的研究方法

物理教學的目的不僅是對科學結(jié)論的理解和應用，更重要的是幫助學員掌握和理解產(chǎn)生這些科學結(jié)論的研究方法。我們知道，科學研究中觀察和分析的方法是主導的研究方法之一，許多物理概念的形成、物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)都是物理學家通過對具體事物和現(xiàn)實生活的觀察與分析得來的。像伽利略正是從對懸燈擺動的觀察中得到啟示，然后通過實驗，最終確定了單擺周期的影響因素和單擺的等時性。牛頓正是因為一只打在頭上的蘋果從而悟出了萬有引力定律。理想模型的方法也是物理學中經(jīng)常應用的方法，根據(jù)具體問題，提出相應的物理模型，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，這種研究方法是很有實際意義的。像質(zhì)點運動學中的“質(zhì)點”模型、剛體轉(zhuǎn)動中的“剛體”模型、靜電場中的“點電荷”模型等都是運用了這種方法。另外，假設和推論的方法、類比和綜合的方法等都在物理學的發(fā)展歷史上起了重要的作用。

所有物理學及其他學科的科學方法幾乎都可在物理學史中找到。通過穿插物理學史，了解著名科學家創(chuàng)建理論體系的過程，我們可以學習一些培養(yǎng)創(chuàng)造性意識的方法和途徑、掌握重要的科學研究方法，使學員具備創(chuàng)造性思維的能力，并能潛移默化地運用到之后的學習和研究當中去，為學員以后的發(fā)展提供良好的鋪墊。

2.4 滲透物理學史，幫助學員提升科學素養(yǎng)

在物理教學中滲透物理學史教育，使學員認識物理學理論的變化、發(fā)展過程，體會到科學理論不是一成不變的，它是不斷進化的、發(fā)展的。物理學理論的內(nèi)容的有限性總是和可能觀察到的物質(zhì)世界的無限豐富多樣性相對立的，因此沒有任何一個物理學理論可以被看作是完美的。人們在一定條件下的物理學認識只能是相對的、近似的，這種教育可以潛移默化地培養(yǎng)學員的辨證唯物主義真理觀，清除學員對物理學理論絕對化、僵化的理解，也可以防止學員機械的不加限制的搬用物理公式、定律去解決問題，有助于培養(yǎng)學員質(zhì)疑和批判的科學態(tài)度以及實事求是的科學精神。另外，科學家們在追求真理的過程中所呈現(xiàn)出的頑強的意志和獻身科學的犧牲精神，在培養(yǎng)學員高尚的情感、進取的人生態(tài)度、正確的價值觀方面具有不可替代的作用。

3 運用物理學史提高大學物理課堂教學質(zhì)量的實施策略

將物理學史引入大學物理教學的重要前提是物理教員能夠熟練運用物理學史的教學方法，目前比較常用的方法主要有兩個：一是滲透法，所謂滲透法指的是將關系到物理教學內(nèi)容的物理學史知識恰到好處的穿插到物理課堂當中，最終達到提高大學物理課堂教學質(zhì)量這一目的的方法。通常而言，物理學史的滲透一般是以問題作為主要線索來引入物理學的發(fā)展過程、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)學員學習物理的積極性，有效緩解學習壓力，開闊學員的物理學視野，養(yǎng)成嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。二是準歷史法。所謂的準歷史法指的是以忠于歷史事實為前提，根據(jù)物理學史發(fā)展的順序，把和物理教學內(nèi)容密切相關的各種物理學史料進行組織加工，最終貫穿應用到物理教學的過程當中的一種方法。準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史事件，是一種比較具體的事件重演，能夠達到良好的過程體驗效果。使用準歷史法將物理學史引入大學物理課堂教學中，能夠最大限度的符合學員的認知發(fā)展過程，培養(yǎng)其良好的科學素養(yǎng)。

4 結(jié)論

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

［1］劉莜莉,物理學史[M].南京：南京師范大學出版社,2001.

［2］張玉峰,物理學史在物理教學過程中的作用[J].安陽師范學院學報,2011(5)：137-140.