在大学物理课程中引入物理学史的探索和研究

姚峥嵘

（中国药科大学理学院，江苏 南京 211198）

0 引言

物理学是一门研究物质的基本结构、运动规律以及相互作用的基础学科，物理学的基本原理和方法已经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[1]。而物理学史则是物理科学发展的历史，从社会历史发展的角度研究人类对自然界各种物理现象的认识史，研究物理学概念、规律、思想的产生和变革的过程，研究物理科学演变和发展的基本规律；蕴含着科学发现的艰辛历程，蕴含着执着的科学态度和丰富的科学方法[2]。在非物理类专业的大学物理课程中恰当地引入物理学史的相关内容，对提高课堂教学质量具有重要的作用。

1 激发学生的学习兴趣

纵观物理学的发展历史，物理学不仅推动了天文学、化学等基础学科的发展，还促进了材料学、生物物理学等新兴交叉学科的诞生。许多诺贝尔化学奖、生理学或医学奖的获奖者具有物理学的教育背景。例如，1969年的诺贝尔生理学或医学奖颁给了物理学家M.Delbruck；2017年的诺贝尔化学奖颁给了J.Dubochet、J.Frank和R.Henderson，以表彰他们发展冷冻电镜技术并对溶液中生物分子结构的高分辨解析所作的贡献，其中J.Dubochet和J.Frank是物理学家，而R.Henderson则是生物物理学家。这些内容都可以穿插到非物理类专业的大学物理课程中，让学生体会到物理学的重要作用，调动学生学习物理的积极性。

大学物理课程中所讲授的物理学，是经过历代物理学家归纳总结出来的严密理论体系。在课堂上单纯讲授物理理论，抽象的概念和模型，环环相扣的公式与定理，复杂的推理过程，一定会使学生产生枯燥感，从而影响教学效果。事实上，物理学的发展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历史画卷。可以将物理学家的生平趣事、物理规律的奇妙发现过程融入物理学知识点的讲授中，起到活跃课堂气氛的作用。例如，在学习狭义相对论这一章时，可以介绍爱因斯坦的小故事。这位伟大的物理学家一生钟爱音乐，他曾经说过，如果自己没有成为一名科学家，他肯定会做一位音乐家。爱因斯坦十分喜欢拉小提琴，据说他还给他的小提琴取了一个昵称——Lina，旅行时也会带在身边。

2 端正学生的学习态度

作为一门重要的基础性通识课程，大学物理通常开设于大学一年级。一方面刚刚从高中阶段的紧张状态抽离出来，面对大学里相对宽松的学习环境，部分大一新生没有正确地处理好自己的学习状态，不愿在课后付出更多的时间和精力进行自主学习。另一方面，大多数的大学物理教材以简明扼要的现代观点来讲述物理，物理学家们艰辛的探求过程被物理学理论精简的逻辑体系的面纱遮盖起来；而在课堂上，教师通常也采用最简洁的方式来授课，以求学生能够在有限的学时内学到尽可能多的物理知识[3]。这在一定程度上导致学生产生一种错误的认识，以为背一背定理和公式就能学好物理，难以真正掌握物理规律和原理。

在大学物理课程中引入物理学史，正是帮助同学们端正学习态度的有效方法。榜样的力量是无穷的，众多物理学家在长期的科学研究过程中孜孜以求，坚持不懈，他们的奋斗精神和顽强意志给人启迪，催人进步。例如，居里夫妇花掉全部存款，购买了数以吨计的沥青铀矿矿渣，在艰苦的实验条件下，历经4年，通过几万次的提炼，最终获得了0.1 g的氯化镭；安培曾把一辆停在路边的马车的车厢当作黑板，全神贯注思考的他没有注意到马车已开始移动，一边演算一边不自觉地跟着马车前行，直到马车速度不断加快，他追不上才停下脚步。另外，通过物理学史可以让学生了解物理学的发展充满波折，很多物理概念与规律都是经过漫长而艰辛的累积才形成当前的简洁形式。要学好物理以及更多的专业知识，必须要有踏实的态度和辛勤的付出。

3 培养学生的创新能力

进入新的世纪，世界正面临百年未有的大变局，国家间的国力竞争日趋激烈。习近平主席在庆祝改革开放40周年大会上的讲话指出：我们要坚持创新是第一动力、人才是第一资源的理念，实施创新驱动发展战略，完善国家创新体系，加快关键核心技术自主创新，为经济社会发展打造新引擎。教育的根本任务是为我国的社会主义事业培养创新型的建设者和接班人，而高等教育改革的主要方向就是培养学生的创新能力。首先，要培养大学生的创新意识，使他们勇于提出质疑，敢于打破对权威的迷信，建立推崇创新、以创新为荣的理念；其次，要培养大学生的创新思维，注重培养与提高他们的判断力、洞察力以及想象力，使他们能够另辟蹊径，建立一些不循常规、突破传统思维定式的非逻辑思维方法[4]。

物理学史中有众多的创新教育素材。回看物理学的发展历史，物理知识体系的建立并非一帆风顺，新观点往往在旧的知识框架之下萌芽，不可避免地会受到旧观点的束缚。面对新发现和传统理论不可调和的矛盾，物理学家们不断提出疑问，常常通过非逻辑的物理直觉提出新的思想，逐渐发展成逻辑严密的形式。人们对物质结构的认识过程就是一个非常典型的例子。古希腊时期，以德谟克利特为代表的哲学家首先提出了“原子论”这一朴素的哲学原理。19世纪初，道尔顿以科学实验为依据，创立了近代原子论。随着电子的发现，人们将研究的注意力集中到原子的内部结构上。通过著名的粒子散射实验，卢瑟福建立了原子行星结构模型，他毫不避讳这一模型不能满足稳定性要求的实事，依然向经典的电动力学理论提出了挑战。正是在此基础上，玻尔打破常规，革命性地引入量子化的概念，创建了氢原子理论，揭开了量子力学的发展序幕。物理学的曲折发展过程，充分体现了物理学家们创新性的思考问题和解决问题的方式，这也正是我们希望学生真正去提高并掌握的能力。

与此同时，在大学物理课程中引入物理学史还是大学物理课程思政建设的有效手段。大学物理课程思政应当以落实立德树人为根本任务，以社会主义核心价值观为灵魂和主线，坚守为党育人、为国育才，将马克思主义、爱国情怀、创新思想等思政教育元素有机地融入物理学课程的教学过程中，最终实现价值引领、能力培养、知识传授“三位一体”的教学目标。正如前文所述，物理学是一门非常严谨的科学，其发展历程是曲折和漫长的。在大学物理课程中引入物理学史，将物理理论的研究背景和演化过程，以及科学的研究方法展现在学生面前，一方面，能够培养他们批判性的科学态度和辩证唯物、实事求是的科学精神。另一方面，面对未知，面对无数次的失败，物理学家们的不畏艰辛和勇于探索的精神，一定能够激励青年学子再接再厉，进一步地去开拓创新。例如，以钱学森、杨振宁等为代表的中国科学家，也在现代物理学的发展进程中留下了浓墨重彩的一笔。在学习动量定理时，通过火箭发射这个典型案例，很自然地就可以引出我国航天事业的奠基人——钱学森先生的感人事迹。“五年归国路，十年两弹成”，在先生的心里，国为重，家为轻，科学最重，名利最轻。利用知识传授与价值引领有机融合的教学案例，可以激发学生们的爱国情怀和民族自信，鼓励他们为社会主义事业继续奋斗，从而起到润物无声的课程思政育人作用。