浅谈物理学史在大学物理教学中的作用

王焱

摘 要：物理学史在大学物理教学工作中起着至关重要的作用，但是在教学工作中往往被忽视。本文基于教学实践，从能够调动学生学习物理的积极性﹑能够培养学生严谨的治学精神﹑能够培养学生的自然科学思维方式﹑能够提高教师的学术素养等几个方面进行了深入的阐述，对于完善大学物理课程教学内容、培养学生学习兴趣、提高教师教学能力及学术素养具有指导意义。

关键词：物理学史;大学物理;教学

在大学物理的教学工作中，教师往往忽略了对物理学史的介绍，笔者通过教学实践发现，在大学物理教学中引入物理学史能够很好地调动学生学习物理的积极性﹑培养学生严谨的治学精神和良好的自然科学思维方式，对于提高教师自身的学术素养也起着积极的作用。基于以上优点，笔者浅谈物理学史在大学物理教学中的作用，兹述如下。

一、能够调动学生学习物理的积极性

在大学物理教学工作中，笔者深刻体会到学生对于大学物理这门学科缺乏兴趣，只是一味地记公式或者记住解题思路，而没有真正理解其中的物理思想，这就需要教师在教学工作中，通过对物理学史的生动介绍，更好地调动学生学习物理的积极性。例如：在大学物理的教学中，笔者经常以我们所熟悉的物理学史上最杰出的物理学家牛顿（1643—1727）为例来介绍物理学史。牛顿在数学﹑物理﹑天文等领域都作出了卓越的贡献，在光学方面，他用三棱镜分解了太阳光，从而证明了白光是复合光，运用最简单的仪器揭示了伟大的物理思想，这一实验被评为“十大最美丽的物理实验”。1704年，他著成《光学》，认为光是由微小的微粒组成的，他用光的微粒说很好地解释了光的折射﹑反射现象，对于光的微粒说解释曾盛极一时。真理真的是这样吗？牛顿环实验是薄膜干涉现象最有力的解释，将一曲率半径很大的平凸透镜的曲面与一平板玻璃接触，其间形成一层平凹球面形的薄膜，实验现象为薄膜厚度相同处的轨迹是以接触点为中心的同心圆。牛顿本可以用这个实验解释光的波动说，但是由于他对光的微粒学说的推崇而蒙蔽了他的双眼，最终难以解释这个现象。直到19世纪初，英国物理学家托马斯·杨（1773—1829）在他的《自然哲学讲义》中用著名的杨氏双缝干涉实验证明了光的波动说，他运用这一理论解释了牛顿环实验。在教学工作中开始引入牛顿的微粒说，然后再用著名的杨氏双缝实验引出光的波动说，通过这段物理学史的介绍，可以激发学生对物理学的热情，更好地调动了学生学习物理的积极性，为此后学习光的衍射奠定了基础。

二、能够培养学生严谨的治学精神

在大学物理的教学工作中，通过物理学史的讲述，让学生了解自然科学的发展道路以及自然科学研究并没有想象中的一帆风顺，它需要无数科学家严谨治学、执着追求。因此，严谨的治学精神对于人生成长、科学发展是至关重要的。如在讲授电磁学时笔者经常举这样个例子：电磁学起源于1819年著名的“奥斯特（1840—1898）实验”，他认为位于载流导线附近的磁针会受到力的作用而发生偏转。随后，安培等人又相继发现磁铁附近的载流导线也受到力的作用，两载流导线之间有相互作用力，运动的带电粒子会在磁铁附近发生偏转。为推进电磁学领域的进步，迈克尔·法拉第（1791—1867）的付出无疑是功不可没的。法拉第是19世纪最伟大的实验家，他出生在伦敦的纽因顿，是一个铁匠的儿子，他说“我所受的教育是最平常的，比在普通的日校中基本的读﹑写﹑算多不了多少，我课外的时间都消耗在家里和街道上”。法拉第的童年没有接受过正规的教育，仅仅读过两年小学，然而这并不能阻止他成为一名伟大的物理学家。1812年，他幸运地听到伟大的化学家戴维（1778—1829）在皇家研究院的四次讲演，并把戴维讲演的内容整理成文字寄给他，经过一番努力最终成为戴维的助手。后来历史学家评价戴维：“这一生最伟大的成就是发现了法拉第。”可见戴维对于法拉第的成功起着不可磨灭的作用。法拉第在戴维的培养下在学术上取得了很大的进步，1831年8月，法拉第把两个线圈绕在一个铁环上，线圈A接直流电源，线圈B接电流表。他发现，当线圈A的电路接通或断开的瞬间，线圈B中产生瞬时电流，然而铁环并不是必须的。拿走铁环，再做这个实验，上述现象仍然发生，只是线圈B中的电流弱些，他把这种现象称为“电磁感应现象”。他发现了由磁生电现象和感应电流，从而建起电磁学的大厦。由于他数学能力有限，最终由詹姆斯·麦克斯韦（1831—1879）从数学角度推导出了麦克斯韦方程组，成为现代电磁理论的基石。虽然法拉第没有扎实的数学功底，但凭着后天的勤奋与努力成为了伟大的实验物理学家。通过一段物理学史的讲述，让学生了解每个物理学家成功的背后都凝聚着汗水与艰辛，引导学生向伟大的物理学家学习，这样能够培养学生严谨的治学精神﹑树立正确的人生观和价值观。

三、能够培养学生的自然科学思维方式

通过物理学史的讲授，使学生了解物理学的发展脉络，对物理学科的性质、内容、研究思路、研究方法及手段有全面了解，以培养学生的自然科学思维方式及创新思维。教育的工作应该是“传道﹑授业﹑解惑”，所以说培养现代大学生不仅要有扎实的专业知识，还要培养学生运用自然科学的思维方式来解决问题。在教学中笔者经常举这样一个例子：法国著名物理学家安培（1775—1836），于1822年提出了有关物质磁性本质的假说，他认为一切磁现象的根源是电流。任何物质中的分子都存在有回路电流，称为分子电流，分子电流相当于一个基元磁铁，就是物质中的分子电流在外界作用下趋向于沿同一方向排列的结果。安培的分子电流假说与现代对物质磁性的理解是符合的，近代理论表明，原子核外电子绕核的运动和电子自旋等运动就构成了等效的分子电流。安培的分子电流假说在当时对物质结构的知识甚少的情况下无法证实，它带有相当大的猜测成分;在今天已经了解到物质的组成，证实了安培提出的分子电流假说的正确性，并且它已成为认识物质磁性的重要依据。安培在当时对于物质结构知之甚少的情况下依然可以提出假说，这主要取决自然科学的思维方式。物理学是自然科学的重要组成部分，自然科学与物理学的知识体系和思维方法是融会贯通的，大学物理的教学工作中，引入物理学史可以让学生了解自然科学的发展历程﹑体会自然科学的思维方式，在这一过程中教师应该注意培养学生运用自然科学的思维方式解决和处理问题，提高学生独立思考的能力和科学创新的意识，这对于当代大学生是至关重要的。

四、提高教师的学术素养

作为大学物理教师，不仅要对基本的公式、解题思路熟练掌握，也要对物理学史有深入的学习与研究，如此，在备课及教学中才能够基于历史背景及环境条件下，来讲授教学内容，将历史与思维方式渗透在教学过程中，教师理解深刻，学生容易记住。教师通过这样的教学过程，教学能力及学术素养也得到了不断提高。

综上，在大学物理教学中，物理学史的讲授不是可有可无，它对调动学生学习物理的积极性、培养学生严谨的治学精神、提高教师教学能力及学术素养具有指导意义。

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