大学物理教学中引入物理学史的研究

张晓森 孟影

(安徽理工大学理学院物理系 安徽 淮南 232001)

当今世界，科学技术突飞猛进，国力竞争日趋激烈.这一切对人才的综合素质提出了更高更新的要求，日渐成为我国教育工作者面临的新课题.而对这样一个社会各个方面更新的时代，大学对人才的培养更多地要着眼于具有创造性综合能力素质上.正如诺贝尔物理学奖获得者劳厄(M.v.Laue)所说：“重要的不是获得知识，而是发展思维能力.教育无非是一切已学过的东西都遗忘掉的时候所剩下的东西.”[1]

1 物理学史引入物理教学的意义

大学物理课程是以经典物理和近代物理的基础知识和基本理论，以及物理学在科学技术上的应用为内容的高等学校各专业学生一门必修的重要基础课.大学理工类专业开设大学物理课的作用，一方面在于为学生较系统地打好必要的物理基础，以使其能对物质世界中最普遍、最基本的运动形式及其规律有一较为系统的认识，增强学生在生产实践中的适应能力，另一方面，通过对大学物理课的学习，使学生初步学会科学的思想方法和研究问题的方法，以使他们思路开阔，激发探索和创新精神.在现代科学教育的新观念的指导下，要想实现大学物理的教学目标，提高大学生的综合素质，学习物理学发展史可以起到很大作用.早在20世纪30年代，法国著名物理学家朗之万就指出：“在科学教育中，加入历史的观点有百利而无一弊.”[2]

我国著名物理学家钱三强也论述了在物理教学中引入物理学史的意义：“物理学发展史是一块蕴藏着巨大精神财富的宝地，这块宝地很值得我们去开垦，这些精神财富很值得我们去发掘.如果我们都能重视这块宝地，把宝贵的精神财富发掘出来，从中吸取营养，获得效益，对我国的教育事业和人才培养都会大有益处.”[3]

2 大学物理教学引入物理学史的必要性

2.1 把物理学史引入教学是物理学科特点的需要

物理学理论的基础是观察和实验，在这一基础上建立起一些基本概念、基本定律和定理.这些物理学定律、定理是全人类智慧的结晶.从这个意义上来看待物理学，它可划分成两大知识体系：一是物理学的研究成果，即静态的知识体系；二是物理学的研究过程，即动态的知识体系.

物理教科书中讨论的物理理论大都是物理学的研究成果及其应用，这属于物理学的静态逻辑知识体系．学习静态知识是重要的，不掌握它就不会有知识和能力．但是物理学还有其历史发展过程，这种动态的历史知识体系不仅包含物理学本身，还包含着美学、哲学、方法论等人文科学的诸多内容[4]．与知识相比，研究思想更重要．在物理教学中，我们不仅要善于对知识的建立作出历史的叙述，展现它的发展过程，更要理解前人在建立知识过程中的具体研究思想和方法论．主张物理教学中引入物理学史正是体现了逻辑方法与历史方法的辩证和统一．

2.2 把物理学史引入教学是素质教育的需要

在物理学发展史上，重大的研究和发现无疑是由伟大的科学家完成的，这些科学家除了他们所从事工作的价值值得后人敬仰之外，更重要的是他们具有高尚的道德情操以及他们对于后来社会的影响．大学生通过对物理学史的一个概略的学习和了解，不仅能领悟到这些物理学家的研究思想和方法论，更会被他们的科学信念和品质所感染．物理大师的经历和论述，会对学生产生心灵的深刻震撼，使他们感受到大自然的和谐与高超的理性，建立与物理学理论的深挚的情结，激发学习物理学和探求自然奥秘的热情．爱因斯坦说：“只用专业知识教育人是很不够的，通过专业教育，他可以成为一种有用的机器，但是不能成为一个和谐发展的人.要使学生对人生价值有所了解，并且产生热烈的感情那是基本的．他必须获得对美和道德上的鲜明辨别力．”

素质教育是21世纪学校教育的核心，物理学史拥有可用作素质教育的丰富内容．只要我们对此有明确的认识和积极的态度，把物理学史教育纳入学校物理课堂教育之中，并赋于它应有的重要地位，就一定为培养出高素质的人才发挥巨大的作用．

2.3 把物理学史引入教学符合学生的学习需要

大学生的记忆已发展到以逻辑记忆为主．大学生能将所记忆的知识尽可能地纳入有关的知识体系中，以供解决问题时提取．这就要求在教学中充分考虑大学生的认知特点，以防机械灌输．在思维能力方面，大学生的抽象思维能力尤其是辩证思维能力得到高度发展，思维的逻辑性、独立性和批判性、灵活性与敏捷性、创造性等思维品质逐步完善.他们能较全面地分析问题，易于接受新知识、新思想，不迷信权威，敢于标新立异，提出自己的独到见解．

在学习过程中，多数大学生希望老师讲清楚物理概念、定律间的区别和联系，认为这对于他们更好地理解、应用物理概念很重要．一些优秀的学生思维活跃，精力充沛，他们渴求了解物理学科的知识结构．许多成绩拔尖的学生很想弄清物理学的概念、公式、定律通过怎样的关系构成了知识体系，而不是孤立的记住它们．在现代，各门学科是互相交叉、相互联系的．由于物理学研究对象的普遍性，它的基本原理和方法渗透到了自然科学的一切领域，应用于生产技术的各个部门，是自然科学诸多领域和工程技术的基础．通过对物理学史的学习，使大学生真正认识到物理学在自然学科中的基础性地位，从而深刻体会到拥有物理学知识背景将会有助于今后他们再学习和研究物理学知识所延伸的其他学科．

3 大学物理教学中引入物理学史的原则

任何教学都遵循一定的教学原则.同样物理学史和物理教学的结合也应当遵守一定的原则．笔者认为大学物理教学在引入物理学史的过程中应该遵循以下原则.

3.1 针对性原则

针对具体的物理教学环节合理地选择相关物理学史内容加以引入，不方便引入的也不要牵强附会，力争事半功倍．例如气体动理论这一章节的学习中，仅物理学家克劳修斯和麦克斯韦的贡献就占了教学内容的很大篇幅．如果我们在讲授的过程中适当引入他们的三篇重要论文《论热运动的类型》、《论气体分子的平均路程》、《关于分子动力论的说明》，简明扼要地介绍历史上两位物理大师的这些成果，那么理想气体的分子模型、压强公式、分子的平均自由程、麦克斯韦速率分布函数等相关的重要知识点的历史形成过程就基本上介绍完了．课后相应的再留下一些引导读物，由学生自己查阅资料全面理解这个理论及其相关的种种问题．他们可以通过阅读相关资料了解整个理论的产生过程，科学家的生平、研究思想及其他贡献，从而能了解到教科书中看似表面枯燥的公式、定律背后丰富多彩的知识和思想，这对培养大学生的分析问题和解决问题的能力，提高科学素质都大有裨益．

3.2 简明性原则

这条原则要求我们在物理教学中引入物理学史的内容应作到简明扼要.物理教材中很多内容都有不同物理思想的碰撞和交锋，我们可以通过对比思考，加深理解正确的思想和方法论，如热学理论中热动说和热质说、分子运动论和唯能论，电磁学里的超距作用观点和场的观点，相对论中的牛顿时空观和爱因斯坦时空观等等．但是由于思想庞杂，一定不能盲目大量引入，否则会冲淡主要的教学内容．笔者认为对具有历史局限性的错误思想在介绍时尽可能简单明快，通过历史正误对比来突出和衬托正确物理思想的历史发展脉络，达到加深理解知识和开阔学生视野的目的．歌德就说过：“对现有知识的历史考察，可以把发现的本质放在更真实的背景下，从而使学生得到超过定律和公式的更多启示．”

3.3 教育性原则

在教学中引入物理学史要有教育性.物理教学应当培养学生科学的态度和高度的社会责任感，而培养的最好途径是为学生树立榜样．物理学史的教育寓德育于学科教学中，运用典范、榜样和营造的文化气氛对学生进行熏陶；物理学史的教学可以情理交融地达到“教书育人”的目的，以科学家的楷模形象，为学生树立起实现人生价值的目标．诺贝尔化学奖获得者李远哲曾表示他以前非常爱看科学史类的书籍并感到深受教育，其中居里夫人特别令他感动．

3.4 趣味性原则

教师应激发学生的好奇心，发展他们的创新思维和创造力，让学生通过科学教育，插上智慧的翅膀自由飞翔．物理学史包含大量的创造性思维形成和发展的案例，且内容又与物理教材联系密切，容易激发学生兴趣．如果在教学中运用得好，就能够使物理课显得生动活泼，达到良好的教学效果．

在以上原则的指导下，我们一般可以采用插入、融入两种方法在教学中引入物理学史的相关内容．

插入法的应用范围是针对教学内容而言相对独立的物理学史内容，引入的目的主要是通过回顾历史，再现公式、定律这些静态逻辑体系背后丰富的动态历史知识体系．一般的引入包括科学家的生平、趣事、重要概念、定律产生的背景、发展过程等.在教材中应以文字插入为主，图片插入为辅.物理学家的简介常放在教材相关内容前的独立段落中或相关章节后的附录里．

融入法的应用涉及到物理学史和相关内容的结合问题.主要介绍物理学史内容中具体的物理思想或方法论在处理一些实际物理教学问题的应用情况.在教学过程中，教师注意将教学内容与其涉及物理学的研究方法结合在一起，使学生对物理概念及规律有更加深入地理解．

4 结束语

在大学物理教学中引入物理学史的内容，作为一种教学手段已经受到国内外许多物理教育工作者的广泛关注．在具体的教学过程中将教学内容与其涉及的物理学史知识正确地结合在一起，有助于学生对物理概念及其规律的深入理解，有利于学生掌握辩证唯物主义、历史唯物主义和科学方法论，有利于培养学生的爱国主义思想．当前由于许多主客观因素，在大学物理教学中引入物理学史问题上，我们还可能遇到不少新问题和新情况，应当认真对待．一方面应当加快融入物理学史的新型教材的开发，使课程教学更有利于体现物理学知识结构和物理学自身的学科文化，促进学生对科学本质和科学活动特点的认识；另一方面，应该加强物理教师对物理学史与科技哲学的培训，以求提高广大物理教师的专业知识，努力实现物理学史的教育价值．

1 杨仲耆，申先甲．物理学思想史．长沙：湖南教育出版社，1993

2 林德宏．科学思想史．南京：江苏科学技术出版社，1985

3 郭奕玲，沈慧君．物理学史．北京：清华大学出版社，1993

4 阎金铎．物理教师要热爱物理科学和物理教育．大学物理，2000,19(7)