穿插物理学史对提高大学物理课程教学质量的探索

2015-08-15吴世永周鸣宇

科技视界 2015年8期

李慧吴世永周鸣宇

（中国人民解放军海军航空工程学院基础部，山东烟台 264001）

0 引言

作为一名物理教员，笔者明显感觉到在讲授大学物理课程的过程中，学员们提不起学习兴趣，只是为了通过考试而学习，学员的反馈表示，物理理论枯燥，数学推导难，概念抽象，物理图像又太少，很多物理概念不知道如何得来，就出现在课本里，它的实用之处又是什么。目前军校大学物理的教育显现出很疲软的态势，如果我们可以在物理教学的过程中适当穿插物理学史，对于激发学员学习物理的兴趣、理解专业理论、掌握科学的研究方法、培养良好的科学素质是很有帮助的。

1 物理学史的内涵

物理学史是物理科学发展的历史，它包含着许多原创性的科学研究方法、科学理论产生的背景以及所体现的科学精神。学院开设物理课程，不但是要教会学员基本的物理专业知识，更要使学员具备丰富的物理知识基础、掌握必备的研究方法、具有一定的分析和创新能力，在一定程度上讲，掌握研究方法比学习现成的书本知识更重要。但是，目前所用的物理教科书中，人类对物理学认识的历史痕迹被擦拭殆尽，物理学家们的顽强曲折的创作过程往往被物理学理论严密、精美的逻辑体系的面纱遮盖起来，人们只能通过具体的物理公式或定律前面所冠有的科学家的名字，模糊地了解那一段历史。我国物理学前辈钱三强先生指出：“科学经历的是一条非常曲折，非常艰难的道路，然而，我们的教师在对学生进行教育的时候往往是应用经过几次消化了的材料来讲授，或者经过抽象的理论分析加以表述，把已有的知识系统归纳，形成简明扼要的理论体系，这当然是必要的，但是这样的教学方法，往往会使学生对科学概念的产生和发展引起误解，以为什么结论都可用数学推导出来，失去了对观察和实验的兴趣。这样的结果使学生们不了解科学是怎样来的。”

2 物理学史对提高大学物理课堂教学质量具有重要作用

2.1 通过穿插物理学史，使学员了解物理学科的重要性，激发学员学习物理的兴趣和探究欲

物理学是研究物质的基本结构、相互作用和物质最基本的最普遍的运动形式及其相互转化规律的学科，是自然科学的基础学科和带头学科，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，是自然科学许多领域的研究基础。通过物理学史的学习，我们可以发现物理学的发展推动了自然科学其他学科的诞生和发展，比如生物学、化学、天文学等及其新的交叉学科，同时极大地加速了科学技术的发展，比如现今比较尖端的技术领域——信息技术、生物技术、核能与核能技术、航天与空间技术、激光技术等，这些领域的发展或是植根于物理学，或是得益于物理学本身的发展。统计历年来诺贝尔奖的获得者可以发现，他们当中除了诺贝尔物理学奖的获得者外，还有相当一部分人是具有物理学背景的，他们的成功与其物理基础是分不开的。

孔子曰：“知之者不如好之者，好之者不如乐之者。”浓厚的学习兴趣是学习的“催化剂”。我们在教学中经常穿插一些物理学史的材料，把物理学上一些重大知识的发现历程融入到课堂教学中，让学员了解物理学的重要性，同时为学员创设一个自觉主动、生动活泼的学习环境。而且物理学发展本身就是一幅失败与成功并存、实验与理论交叉、逻辑与非逻辑思维并用的丰富多彩的画面，物理课堂上穿插物理学史可以唤起学员强烈的好奇心和奋发向上的激情，引发其积极的思考，激发他们的学习兴趣，调动他们学习物理的积极性。

2.2 物理学史在帮助学员理解专业知识方面具有不可替代的作用

物理学作为人类社会实践的产物，是人类对物理世界客观规律认识的结果。物理学发展有一个不断积累的过程，它的每一个基本概念、基本定律和基本理论，都要经过萌芽、形成和发展演化的曲折过程。我们只有了解了物理学中的各个基本概念、基本原理和定律是如何得来的，即了解它们如何产生、形成和发展的过程，如何发展演变成为现在这个样的，才能真正懂得它们的本质。爱因斯坦的狭义相对论是整个大学物理的教学难点，也是不少教员和学员比较头痛的一部分。我们只有通过还原爱因斯坦创建狭义相对论的历史过程，追溯狭义相对论的形成背景，掌握爱因斯坦所应用的科学方法，才能在教学中深入浅出，讲深讲透，才能使学员们深刻地理解所学理论的实质，形成自己对相关问题的深刻见解。

在大学物理的教学中，学员只有对相关问题的历史有个系统详细的了解，才能更好的理解问题的内在必然性，才能不被那些偶然的外在的东西所迷惑，抓住问题的本质。通过穿插物理学史，了解物理原理创建过程的历史，体会物理学家们在探索真理的过程中的经历和思想过程，认识到正是由于不断地发现问题和解决问题，物理学家们才逐渐理清了认识发展的脉络，揭示了事物的本质，这些体会有助于学员们更加深刻地理解物理的基本概念、定理、定律。显然，这种教学效果通过多讲几个例题是不可能达到的。

2.3 穿插物理学史，帮助学员掌握科学的研究方法

物理教学的目的不仅是对科学结论的理解和应用，更重要的是帮助学员掌握和理解产生这些科学结论的研究方法。我们知道，科学研究中观察和分析的方法是主导的研究方法之一，许多物理概念的形成、物理规律的发现都是物理学家通过对具体事物和现实生活的观察与分析得来的。像伽利略正是从对悬灯摆动的观察中得到启示，然后通过实验，最终确定了单摆周期的影响因素和单摆的等时性。牛顿正是因为一只打在头上的苹果从而悟出了万有引力定律。理想模型的方法也是物理学中经常应用的方法，根据具体问题，提出相应的物理模型，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，这种研究方法是很有实际意义的。像质点运动学中的“质点”模型、刚体转动中的“刚体”模型、静电场中的“点电荷”模型等都是运用了这种方法。另外，假设和推论的方法、类比和综合的方法等都在物理学的发展历史上起了重要的作用。

所有物理学及其他学科的科学方法几乎都可在物理学史中找到。通过穿插物理学史，了解著名科学家创建理论体系的过程，我们可以学习一些培养创造性意识的方法和途径、掌握重要的科学研究方法，使学员具备创造性思维的能力，并能潜移默化地运用到之后的学习和研究当中去，为学员以后的发展提供良好的铺垫。

2.4 渗透物理学史，帮助学员提升科学素养

在物理教学中渗透物理学史教育，使学员认识物理学理论的变化、发展过程，体会到科学理论不是一成不变的，它是不断进化的、发展的。物理学理论的内容的有限性总是和可能观察到的物质世界的无限丰富多样性相对立的，因此没有任何一个物理学理论可以被看作是完美的。人们在一定条件下的物理学认识只能是相对的、近似的，这种教育可以潜移默化地培养学员的辨证唯物主义真理观，清除学员对物理学理论绝对化、僵化的理解，也可以防止学员机械的不加限制的搬用物理公式、定律去解决问题，有助于培养学员质疑和批判的科学态度以及实事求是的科学精神。另外，科学家们在追求真理的过程中所呈现出的顽强的意志和献身科学的牺牲精神，在培养学员高尚的情感、进取的人生态度、正确的价值观方面具有不可替代的作用。

3 运用物理学史提高大学物理课堂教学质量的实施策略

将物理学史引入大学物理教学的重要前提是物理教员能够熟练运用物理学史的教学方法，目前比较常用的方法主要有两个：一是渗透法，所谓渗透法指的是将关系到物理教学内容的物理学史知识恰到好处的穿插到物理课堂当中，最终达到提高大学物理课堂教学质量这一目的的方法。通常而言，物理学史的渗透一般是以问题作为主要线索来引入物理学的发展过程、历史趣闻以及名人轶事等，既可以是大篇幅，也可以是几句话，甚至是幻灯片上的一幅图。借助渗透法，能够激发学员学习物理的积极性，有效缓解学习压力，开阔学员的物理学视野，养成严谨的科学态度。二是准历史法。所谓的准历史法指的是以忠于历史事实为前提，根据物理学史发展的顺序，把和物理教学内容密切相关的各种物理学史料进行组织加工，最终贯穿应用到物理教学的过程当中的一种方法。准历史法要求物理教员能够合理、客观的还原那些重要的物理学史事件，是一种比较具体的事件重演，能够达到良好的过程体验效果。使用准历史法将物理学史引入大学物理课堂教学中，能够最大限度的符合学员的认知发展过程，培养其良好的科学素养。