大学物理实验教学中基于物理学史的爱国主义教育

田 赫，崔金刚，牟洪波，李景奎

(东北林业大学，黑龙江 哈尔滨 150040)

1 引入物理学史进行爱国主义教育的必要性

大学物理实验是高等教育中基础教学的重要组成部分，是理工科专业的必修基础课程，对培养学生的科学实验技能和数据处理方法、提高学生分析问题和解决问题能力具有不可或缺的作用，因此，也是影响学生科学素养及培养质量的关键课程[1,2]。

鉴于大学物理实验课程的重要性，在教学中引入物理学史、并进行爱国主义教育一直受到重视和广泛关注。高教司[1990]174号致有关高等学校文件中强调指出：近些年来，一部分教师自觉地将学科发展史料结合不同学科课程的特点渗入业务教学过程，无论在对学生进行思想教育方面，还是在提高课程的业务质量方面都起了积极的作用，这是业务课程教师在业务教学中把教书与育人结合起来的有效方式之一，应该鼓励提倡。

同年7月，时任国家教委副主任何东昌同志在全国高等理科教育工作座谈会上特别提出“如何针对理科的特点，加强对学生的思想教育”问题，要求从事理科教育的同志要重视对学生的世界观教育，在自然科学领域里，总结经验，坚持用辩证唯物主义与历史唯物主义世界观武装学生。10月，在国家教委高教司的支持下，由北京科技大学、清华大学共同承办的“物理学史与物理教学讨论班”在北京举行，这次讨论班的主要内容是研讨如何将物理学史渗入物理教学，对学生进行爱国主义、历史唯物主义与辩证唯物主义，科学方法论教育的问题，研讨物理学史在物理教学中的作用和地位。

由此可见，大学物理实验教学中引入物理学史、并进行爱国主义教育是必要的，具有重要的时代意义和现实意义。

2 结合物理学史进行爱国主义教育的途径

为了大学物理实验教学中的爱国主义教育生动、具体、感人，最有效的途径就是结合认知教育的情感教育[3]，使学生了解中国古代物理学的成就、中国近代物理学落后的原因、以及中国当代物理学克服重重困难取得的成绩，依托史实，发挥教师的启发引导作用，宣泄教师自身的爱国情感，进而感染学生，才能有效地对学生进行爱国主义教育，具体可采取以下几种途径。

2.1 依据中国古代物理学的成就培养民族自豪感

《考工记》又称《周礼·冬官考工记》是中国现存最早的科技书籍之一，为春秋末年齐国人所著，尽管它是一本手工艺专著，但书中阐述了一些力学和声学知识，例如车轮滚动的摩擦问题、斜面运动、惯性现象、水的浮力、以及钟鼓馨的发音同它们的形状的关系。再比如，其记有“凡铸金之状；金与锡，黑浊之气竭，黄白次之，黄白之气竭，青白次之。青白之气竭，青气次之，然后可铸也。”，是说在熔炼金属时，根据金属颜色判断其冷热程度，是中国文献记载最早对温度的认识。

与之相比，《墨经》更被人熟知，其是战国时期墨家著作总集《墨子》中的一部分。《墨经》把“力”定义为“形之所以奋”，就是力是物体(“形”)运动(“奋”)的原因，这个结论和近代物理学是一致的；还指出物体的重量也是力，物体之能下落，或被上举，都有重力的表现[4]，物体在只有重力作用下，下落必是竖直的，可见，墨家对于力、重、运动之间的关系，已有一定的认识。同时，《墨经》中还用相互联系的八条论述了几何光学知识[5]，其光学成就在当时是首屈一指的，记录了全世界最早的针孔成像实验，并对针孔成像给出了正确的分析和解释，又处处体现出光的直进思想，并讨论了平面镜、凹面镜、凸面镜的成像，可以说《墨经》是世界上最早的几何光学著作，其结果在当时处于世界领先地位，比欧几里德早100多年。

东汉时期的古藉《尚书纬·考灵曜》中记载地球运动时说：“地恒动不止而人不知，譬如人在大舟中，闭窗而坐，舟行而不觉也。”，描述了机械运动的相对性原理，说明中国在当时就对运动和静止的相对性有深刻的认识，后来哥白尼、伽利略虽有类似的比喻，但比中国古代学者晚了1 400多年。张衡制造的地动仪比欧洲人制造的类似仪器早1 700多年，还提出了“近天则迟，远天则速。”的行星运动规律，描述行星运动得快慢与行星到运转中心的距离的关系，这一发现比开普勒提出的行星运动三定律早1 500年。王充在《论衡》中阐述了声音是振动产生的，通过空气传播，把声音在空气中传播比喻成水波，这些论述在世界上是最早的，又指出“顿牟掇芥”的现象，即摩擦过的唬珀能吸引轻小物体，是世界上最早关于电知识的记载。

《庄子》艺术记载了调瑟时发生的共振现象，其中基音与泛音共振现象的发现远早于西方，欧洲直到15世纪才由达·芬奇首次进行共振实验。《梦溪笔谈》中记载了声学史第一个共振实验，将一个小纸人放在弦线上，弹动发生共振的弦，纸人就跳跃颤动，弹动别的弦纸人却不动，比英国的诺布尔所做的“纸游码”实验早500年。

中国古代物理学成就繁多，以上只列举了极少数，教学中通过列举中国古代物理学的成就，可以使学生振奋精神，增强学生对中华民族的认同感，激发学生的民族自尊心、自信心，特别是民族自豪感，进而培养学生的爱国主义情感。

2.2 基于中国近代物理学的落后培养民族责任感

中国古代物理学取得了许多辉煌的成就，中国古代文明、科技的发展均处于世界领先地位，然而令人遗憾的是，中国近代物理学发展非常缓慢，逐渐落后于西方世界，最终形成了巨大的差距，这是十分令人深思的问题。

首先，中国的封建社会过于漫长，是世界上最早进入封建社会的国家，但又最晚脱离封建社会。从公元前470年左右的春秋战国到1840年的鸦片战争，封建社会长达2300多年，导致中国成为封建社会历史最长的国家。中国的封建社会统治对科技发展的阻碍是中国近代物理学落后的主要原因。封建王朝的统治阶级为了维护自己的统治地位，实行“八股”取仕制，不重视科技教育，利用各种手段控制民众的思想，使得科学技术的发展受到了巨大的阻碍。近代中国封闭的环境削弱、压制了国人的创新思维，长期的闭关锁国，导致中国与世界科学技术失去交流的机会，固步自封，导致逐渐没有了创新思维，又何来科技的发展，中国科学技术怎能不落后？相反地，西方在16世纪发生了资产阶级革命，快速兴起的资本主义工商业对科学技术不断提出新的需求，从而激活了人们的创新思维，大大促进了科学技术的创新。因此，中国与西方科学技术的差距越来越大。科技、军事的落后，最终导致外国列强的侵略。在此期间，列强更是利用各种侵略手段阻碍中国科学技术的发展，军事侵略、经济掠夺、文化清洗，企图使中国完全成为帝国主义的殖民地。近代中国在内忧外患、极度困难的环境下，变得毫无生机，中国近代物理学难以得到进一步的发展。

尽管中国近代物理学史揭示了中国科学技术的落后、中华民族一度陷入危机，但不应避而不谈，通过中国近代物理学的史实教育，客观地分析近代中国科技落后的原因，可以唤醒学生的危机意识，培养学生的民族责任感，让学生发自内心地珍惜今天的幸福生活，努力学习科学文化知识，激励学生以振兴中华为己任，为实现中华民族的伟大复兴而拼搏。

2.3 展示中国当代物理学的成果培养民族自信心

中国近代物理学的落后与困境并没有让中国物理学一蹶不振，在当代中国，涌现出了许多杰出的物理学家，他们心怀祖国发展的伟业，为我国物理学的发展鞠躬尽瘁，他们的成就和爱国事迹鼓舞了全国人民，他们的爱国精神更值得学生学习。

吴有训，江西高安人，1948年当选为中央研究院院士，1955年被聘为中国科学院学部委员(院士)，其最重要的学术成就是全面地验证了康普顿效应，康普顿效应对波粒二象性的认识和量子理论的发展有重要意义，吴有训是康普顿教授的得力助手和主要合作者，在康普顿教授指导下所做的博士论文，题目就为“康普顿效应”，吴有训以精湛的实验和精辟的理论分析为康普顿效应的确立和公认作出了杰出贡献。

钱学森，是空气动力学专家、工程控制论的创始人之一，在21世纪40年代就已经成为和其恩师冯·卡门并驾齐驱的航空航天领域内最为杰出的代表人物之一，是新中国爱国留学归国人员中最具代表性的国家建设者，被誉为“中国航天之父”、“中国导弹之父”、“火箭之王”。被授予“国家杰出贡献科学家”荣誉称号、“两弹一星”功勋奖章。1950年，钱学森同志争取回归祖国，而当时美国海军次长金布尔声称：“钱学森无论走到哪里，都抵得上5个师的兵力，我宁可把他击毙在美国，也不能让他离开。”钱学森同志由此受到美国政府迫害，遭到软禁，失去自由。同年10月，经过我国政府的不断努力，通过释放11名在朝鲜战争中俘获的美军高级将领作为交换，钱学森同志终于回到了祖国，自1958年4月起，他长期担任火箭导弹和航天器研制的技术领导职务，为中国火箭、导弹和航天事业的发展作出了不可磨灭的巨大贡献。

钱三强，中国原子能事业的开拓者和奠基人之一，1940年取得了法国国家博士学位，又继续跟随第二代居里夫妇当助手。钱三强夫妇在研究铀核三裂变中取得了突破性成果，被导师约里奥向世界科学界推荐，被称赞为“中国的居里夫妇发现了原子核新分裂法”。1948年，钱三强怀着迎接解放的心情回到战乱中的祖国，50年代领导建成中国第一个重水型原子反应堆和第一台回旋加速器，使我国的反应堆物理、放射性同位素制备、高能加速器技术、受控热核聚变等工作都开展起来，在苏联政府停止对中国的技术援助后，直接负责原子弹研制中各个环节的攻坚任务，使许多关键技术得到及时解决，为第一颗原子弹和氢弹的研制成功作出重要贡献。

杨振宁是当代中国乃至世界最伟大的物理学家，大学时期在西南联合大学物理学系吴大猷指导下完成学士论文，1945年赴美留学，深受费米熏陶。杨振宁对理论物理学的贡献范围极广，在粒子物理学方面最杰出的贡献是1954年与米尔斯共同提出杨·米尔斯场理论，开辟了非阿贝耳规范场的新研究领域，为现代规范场理论(包括电弱统一理论、量子色动力学理论、大统一理论、引力场的规范理论)打下了基础；1956年和李政道合作，提出了在弱相互作用中宇称不守恒，并获得1957年诺贝尔物理奖。在统计力学方面，提出二维伊辛模型的自发磁化强度，与李政道合作的关于相变的理论等。在凝聚态物理方面，与N·拜尔斯合作的对磁通量量子人的解释，非对角长程序观念等。杨振宁是中美关系松动后回中国探访的第一位华裔科学家，其回中国生活后，对促进中美科学技术教育交流都做了大量工作，对我国物理学的发展做出了杰出贡献。

类似于以上忧国忧民、一心为国的物理学家，在当代中国还有许多。他们的面对困难局面所取得的成就以及爱国事迹都是爱国主义教育的宝贵素材。教师可以利用这些素材，发挥启发引导作用、宣泄爱国情感，感染学生，激发学生的爱国热情、树立民族自信心。

3 需要避免的问题

(1)史实准确。结合物理学史进行爱国主义教育时，史实必须准确，严格依据史实客观的去评价，决不能夸张，否则给学生以哗众取宠的嫌疑。(2)避免生硬。遵循教学的基本规律、基本方法，把物理学史素材和教学内容有机结合起来，在讲授过程中找准切入点，顺势而为，不能把物理学史和教学内容机械地拼凑在一起。(3)素材适量。教学过程中所采用的物理学史素材不宜过多，在完成正常的教学任务时，利用物理学史进行爱国主义教育要起到“画龙点睛”的作用，不能把物理学史单纯地作为贯彻爱国主义教育的工具，过多的素材反而会使学生产生逆反心理和负面效果。

4 结 语

大学物理实验是高等教育中基础教学的重要组成部分，而基础教学是高校践行“立德树人”的重要环节，因此，在大学物理实验教学中引入物理学史进行爱国主义教育是必要的，在教学中应适时、适量、适度的进行爱国主义教育，并使爱国主义教育具体、感人，着力开拓教育的途径及方式方法，利用结合认知教育的情感教育，使学生了解中国古代物理学的成就、中国近代物理学落后的原因、以及中国当代物理学克服重重困难取得的成绩。依托史实，发挥教师的启发引导作用，培养学生的民族自豪感、责任感、自信心，从而将大学物理实验课建设成为爱国主义教育的前沿阵地。