物理学史在物理教学中的作用

何晓宇

摘要：物理学史和物理知识是物理学内容的重要组成部分，在物理教学中适度引入物理学史，有助于提高学生的物理素养。本人结合物理教学的实际情况出发，全面论述了物理学史在物理教学中的地位与作用，以促进二者的有效结合，更充分地发挥其教学功能。

关键词：物理教学物理学史

物理学史对物理教学的重要性，是物理教学改革中引人注目的话题。物理学史含有的极为丰富的科学思想和人文精神，是培养学生的物理思维和科研创新能力的好教材，在物理教学中起着十分重要的作用。虽然物理学史对物理专业的学生非常重要，但专门开设这样一门课程的大学却不多。在物理教学中恰当的融入物理学史，可以开阔学生眼界，丰富学生知识，同时还能让学生从根本上掌握物理问题。许多优秀的物理教师都会去关注甚至深入研究物理学史，且在课堂上将物理学史和教学内容巧妙的结合起来，收到了很好的教学效果。物理学史和物理教学的结合是当前物理教学改革的主要途径。

一、运用物理学史激发学生的求知欲和学习兴趣

兴趣是最好的老师，如果学生对物理产生了浓厚的兴趣，那么学生将会很自觉的去探索物理问题，这样的教学效果无疑是很好的。在课堂教学中，依据具体的教学内容恰到好处地引用一些精彩生动的物理学史料将有利于激发学生学习兴趣，增强学生求知和探索欲。例如原子物理中讲“玻尔的原子理论”一节，如果只按教材中的内容去讲，学生必然会觉得枯燥乏味。因此在讲授原子理论时，教师应注意介绍玻尔是怎样在已有实验事实（如光谱实验规律）和物理理论（如原子的有核模型和量子论）的基础上建立氦原子理论的[1]。再比如热力学与统计物理中，讲到粒子的波动性的时候，如果只是讲粒子具有波动性，学生会觉得难以理解。这个时候老师就可以引入德布罗意那一页多纸的博士论文，后来还因此获得了诺贝尔奖。德布罗意那一页多得博士论文提出了一个猜想：既然普朗克说光具有粒子性，光就是粒子；那反过来粒子也应该可以具有波动性。所以粒子的波動性在最开始的时候只是德布罗意的一个猜想。1927年，Thomson和Davission做了电子衍射实验，得到了和光类似的衍射图样，证实了德布罗意的猜想。粒子的波动性是首先提出的假设，然后实验证明，这也是物理学研究中的一种思维方法。这样讲述这个问题，学生就很容易接受。类似的粒子还有很多，在物理教学中，教师应结合教学内容恰当引入物理学史，会得到事半功倍的教学效果。

二、引入物理学史提高学生的专业素质

物理学史是描述物理学理论的发展足迹，它再现了物理学中出现各个基本概念，基本定理的酝酿，产生和发展过程。在物理教学中引入物理学史，可以让学生对这个基本理论有一个整体性和根本性的了解，从而更加深刻的去理解物理过程和规律。每一个物理学家都是一位哲学家，物理学发展至今，有一整套的思维方法。学生学习到了这种思维方法，有助于有提高他们的学习能力和思维能力。如牛顿提出的万有引力定律，最初在苹果掉在自己头上得到的灵感，最后经过实验和综合分析得到了牛顿三大定律。牛顿定律只适合宏观低速运动的物体，但对于物体速度和光速相比拟的时候并不适用。爱因斯坦解决了这个看似不兼容的问题，他发展了狭义相对论，引入了洛伦兹变换，将宏观物体低速和高速运动的这个经典力学问题进行了完美的统一。在大一力学的课堂上，讲到牛顿三大定律和伽利略变换的时候，我们就可以引入牛顿建立三大定律的历史，以及爱因斯坦建立狭义相对论的历史。这样便与学生广泛而深刻的理解牛顿定律。在大三讲到电动力学的时候，再具体讲狭义相对论。这样就会提高学生的专业素养，不会只知其一，不知其二。

三、运用物理学认识和掌握物理问题的研究方法

物理学的研究方法是物理学发展过程中，科学家在长期的摸索实践而形成和发展起来的，是人类智慧的结晶。因此教师上课的时候不仅要给学生讲授物理知识，更要传授一种思维和研究方法。很多才华出众的科学家永远追求真理，对前人的研究成果也怀疑的看待。例如力学中讲到：在“自由落体运动”一节的时候，教师引入伽利略对自由落体规律研究过程的思维方法。伽利略非常聪明，有很强的求知欲，研究过亚里士多德的著作[2]。但是亚里士多德生活在两千多年前，在那个时候对物理现象的认知会停留在感知的层面上，那么他的观点的正确性也是有待验证的。亚里士多德认为“重的物体比轻的物体下落快”，而且此观点统治了2000多年，但伽利略对此大胆的持怀疑态度。伽利略说，如果亚里士多德的论断成立，那么将一重一轻的两个物体拴在一起，重的物体由于被轻物拖着而变慢，因此，该系统将比原先的重物体下落得慢。但另一方面，两个物体（一重一轻）拴在一起，肯定比原来的物体更重，因而此时应下落得应该更快。如此推想，便得到两个自相矛盾的结论，亚里斯多德的落体观念肯定存在错误。理论上的分析还需实验做支撑。在1589年，伽利略做了著名的比萨实验。10磅重和1磅重的两个金属球同时从同一高度下落，结果发现两球同时落地，建立了自由落体定律。从这一例子中，可以给学生提供学习、研究和探索物体问题的宝贵经验和方法。

回顾物理学的发展史，无数事例表明科学家的思维方法，创造思路和科研精神在他们探索物理世界的过程中体现了出来。因此，我们要想通过教学使学生不仅学到物理知识，还要学到对物理世界探索的方法。它极为有效地激发学生的学习兴趣和求知欲望，并提高了他们的综合素质特别是物理素养，但不能代替物理学专业知识的学习。学习物理学史也不能只满足于了解历史知识、概念和规律的认识，更重要的是从中学习物理学家的思想和解决问题的方法，培养学生对科学的探知能力和创新能力。

总之，物理学是一座丰富的知识宝库。在物理教学过程中，结合学科的特点，适时、适度、适量地运用某些物理学史料，既有利于激发学生的学习兴趣，又利于学生理解和掌握知识，还能使学生从中学到研究和探索物理问题的方法。物理学史在教学中的应用，对提高学生的学习兴趣和学习质量，培养创新精神，全面贯彻素质教育有相当大的作用和意义。

参考文献：

[1]潘传增等简明物理学史教程[M]济南：山东科技出版社，1990

[2]郭奕玲等物理学史[M]北京：清华大学出版社，1993