物理学史融入大学物理教学的价值、问题与优化策略

摘" 要：将物理学史融入大学物理教学，是推动大学物理教学改革的重要策略，该策略在激发学生兴趣、深化知识理解、培育科学思维和提升人文素养等方面具有重要价值。文章在深入分析融合教学价值的基础上，分析该策略在物理学史融入方式、内容选择及评价机制上存在的问题，并探究其根源，进一步具体阐述了改善融入方式、优化融入内容、促进教师发展、完善评价体系的应对方案，文章还分享了一系列实践经验，旨在为大学物理教学注入新动力，推动教学改革向更深层次迈进。

关键词：大学物理；物理教育；物理学史；教学改革

中图分类号：G642；O4-4" " 文献标识码：B" " 文章编号：1673-7164（2024）35-0114-04

大学物理作为理工科教育体系的基础课程之一，其重要性不言而喻。在科技飞速发展、教育理念持续更新的当下，推动教学模式的转型升级，实现知识传授与科学素养、人文素养及创新能力培育的深度融合，已成为大学物理教育改革的重要使命。［1-2］

物理学史作为贯通科学探索历程的纽带，在改革进程中扮演着十分重要的角色。深入探究物理学史融入大学物理教学的策略，对提升大学物理教学质量、促进学生全面发展，具有深远的学术意义与实践价值。

一、将物理学史融入大学物理教学的背景和意义

在我国传统的物理教育体系中，教学的重点往往在于物理定律或公式的理解和应用，物理学史的作用通常被忽略。然而，随着时代的发展，物理学史在大学物理课程中的地位已显著上升，越来越多的教师和高校都展开了探索实践。将物理学史融入大学物理教学中，已成为当今大学物理教学改革的重要潮流。一方面，在“基础物理学”“电磁学”等标准课程中，物理学史被纳入教材架构，并渗透课堂教学之中。教师群体也从知识传授、科学素养培育等视角出发，积极探索物理学史与课程内容有效融合的路径。［3］另一方面，多所高校开设了专门的物理学史选修课程，如南京大学的《物理学史》、华南理工大学的《光学发展与人类文明》等，［4］旨在引领学生深入思考科学发现背后的方法论与哲学思辨。在这些教学实践中，物理学史融入课程体系展现了其丰富的意义与价值。

（一）点燃学习热情

学习兴趣显著影响着学生学习的积极性。高中阶段，学生对自然科学的兴趣受应试导向教育模式的严重制约。进入大学，复杂的数学公式和抽象的物理概念令很多学生觉得枯燥、乏味。因此，激发并维持学生的学习热情对大学物理的教学至关重要，而讲述引人入胜的科学历史故事，便是一种有效的激励手段。通过呈现古希腊哲学家对光的本质的初步探索、开普勒和伽利略发明望远镜的经过、爱因斯坦与玻尔的科学论战等历史片段，教师能够引领学生跨越时空，与科学巨匠同行，唤醒学生对物理学的好奇心，驱动其努力学习大学物理。

（二）深化知识理解

系统化的知识比零散的碎片信息更易被人吸收，将物理学史用作串联各知识点的纽带，可以有效促进学生对复杂物理概念的深入理解，帮助其构建全面的知识体系。以麦克斯韦方程组为例，直接机械式地解释其含义往往会让初学者感到抽象且难以理解，但若巧妙地将其融入电磁学发展的历史叙事中，逐步展开解析，便可显著降低其理解难度：从古人对于电磁现象的观察，到库仑定律奠定静电学基础，到奥斯特发现电流磁效应，到法拉第揭示电磁感应现象，直至麦克斯韦提出划时代的方程组。这种叙述方式不仅能展现物理定律或公式生动的历史背景，也为学生建立了一个时间连续、逻辑严密、内容丰富的知识架构。在此架构下，学生可以更自然地理解麦克斯韦方程组各方程之间的内在联系，从而深入掌握并灵活运用该方程组。［5］

（三）培育科学思维与探索精神

追溯物理学的发展进程，不仅能让学生掌握具体物理知识，也能让他们感悟科学先驱们勇于质疑、敢于探索的精神，激发其批判性思维和独立分析能力。历史上的众多物理发现也为学生提供了蓝本，激励引导他们用严谨的逻辑、活跃的想象力、精密的实验设计来解决科学问题。例如，在微粒说盛行之际，托马斯杨和菲涅尔依据数学推理，坚持光的波动理论，最终通过泊松亮斑实验证实其观点，彰显了理性思考和实验验证的重要性；中国科学家赵友钦针对“小孔成像”现象，设计并执行了中世纪规模最大、最全面的光学实验，为控制变量思想以及实验与理论结合的研究方法提供了优秀范例。

（四）提升人文素养与爱国情怀

物理学的发展不仅是科学进步的标志，还与哲学、艺术、文化等人文学科的发展紧密相连。例如，光学发展在西方绘画艺术进化中扮演着重要角色：中世纪画家采用透视法以塑造空间深度，文艺复兴时期画家运用暗箱、透视窗等光学工具辅助作画，摄影技术的发展引发了西方绘画艺术风格的改变。学习物理学史能够拓宽学生的认知边界，提升他们的人文素养。教师也可使用中国科学家的辉煌成就作为思政教育素材，如《墨经》《梦溪笔谈》等古籍对物理现象的探索，或钱学森、吴有训等现代物理学家的贡献等，唤起学生的民族自豪感，勉励其继承老一辈科学家的优良品质。

二、物理学史融入大学物理教学现存的问题和根源

在认识到物理学史在大学物理教育中的重要性的基础上，必须直面当前教学实践中出现的众多问题。这些问题不仅妨碍了物理学史价值的充分发挥，而且为教学改革的深入实施提供了障碍。

（一）融入方式受限

在当前大学物理教学中，物理学史的融入方式存在明显局限性。多数教师仍旧沿用传统讲授模式，仅将物理学史作为附加材料，机械式地插入理论知识讲解中，有时仅在课堂始末简略提及历史片段，大部分教学过程仍以常规方式进行。

这种单向灌输的教学方式不仅难以吸引学生的注意力、无法激发学生的学习兴趣，也易导致物理学史与课堂核心教学目标之间的关联显得刻板且模糊，难以实现两者间的有机融合。尽管部分教师采用扩充阅读材料、播放相关视频等方式拓宽信息输入渠道，以丰富物理学史的呈现形式。但这些举措在提升学生的互动性与沉浸感上仍显不足，学生往往难以体验科学探索的壮阔历程，领悟物理故事背后的历史内涵与思想精髓。［6］

（二）内容选择不当

除了方式以外，物理学史的具体融入内容同样亟须扩充和优化。一方面，教师在选取物理学史材料时，很难平衡好趣味性、科学性和教育价值。过于通俗化的内容虽能暂时吸引学生注意力，却难以触及科学的核心；过于深奥的科学内容若超出学生的认知水平，则会削弱其学习兴趣；过分强调内容的人文精神或素质教育价值，则可能会使融入内容偏离大学物理教学的既定目标，把一门理工科课程泛化成通识课程。

另一方面，教师在讲述物理学史时，容易将注意力集中在经典案例上，如牛顿的分光实验、爱迪生的电灯发明等，而忽视了那些对物理学进展产生深刻影响却不广为人知的科学家及其成就。这种“偏颇聚焦”的讲授方式，无法充分展现物理学发展的全貌，限制了学生对物理学史广度和深度的认识。例如，在牛顿的分光实验之前，法国人皮埃尔已经为光的微粒说打下了基础；在爱迪生发明电灯之前，戴维、斯旺等科学先驱也已经做出了重要的贡献。

（三）教学评价体系缺失

在物理学史融入大学物理教学的过程中，教学评价体系的缺失也是一个显著的问题。

首先，物理学史是一个相对新颖且内容分散的子学科，尚未形成被广泛认可的完整知识架构，导致在评价学生的学习成果时，缺乏明确且可量化的标准，影响了评价结果的客观性。

其次，传统的笔试评价方式难以全面衡量学生在物理学史学习过程中的综合能力提升，特别是在科学思维与人文素养方面的进步。

最后，由于缺乏成熟的反馈机制，教师难以及时获得学生的学习反馈和意见，也无根据反馈信息调整教学策略和内容，不能更好地满足学生的学习需求。

本研究将上述问题的根源归结为以下三点：

第一，目前物理学史教学资源的稀缺，显著限制了其在大学物理教学中的融入程度。一方面，现有教学资源的形式较为单一，主要局限于基础的物理学史教材，或散见于《电磁学》等专业教材的简短历史插叙，而相关的教辅资料、多媒体教学工具则相对匮乏。另一方面，这些资源在内容上往往陈旧过时，不仅在覆盖物理学史广度上不够，而且在深度挖掘方面也显著不足，使得教师在教学选材时捉襟见肘。

第二，教师培训体系的缺陷也限制了教学成效。多数大学物理教师，虽然在物理学领域具有扎实的专业背景，能够出色地传授基础物理知识，但在物理学史的教学上却经常感到困难。大多教师对物理学史的认识本身就不充分，并且在岗位培训中也缺失了针对性的培养措施。面对科研工作的重压，他们也未能投身教学改革的研究。因此，当涉及物理学史与大学物理教学有效整合的议题时，教师群体往往普遍缺乏必要的知识基础和实践经验。

第三，学校乃至整个社会对于教学改革的关注度及支持水平亟须提升。多数学校仍深受传统教学理念的影响，对物理学史与大学物理教育融合的重要性缺乏足够认识。在课程设计、资源配置以及教学评价体系等关键环节，物理学史的教学并未得到充分重视。

三、物理学史融入大学物理教学的优化策略和实践探索

（一）融入方式的创新

为克服当前融合方式的局限性，教师应采纳综合性、整体化的课程设计策略，将物理学史深度融入大学物理课程体系中。这就要求教师需细致挑选与教学内容紧密相连的历史案例，确保每个案例都能有效促进学生掌握关键知识点。还应促使教学方式的多样化，运用翻转课堂、小组讨论等互动式教学策略，激发学生的主动性，促进其知识的自主建构与内化。应提升课后作业的灵活性，包括专题研读、前沿课题探索及实践活动等，鼓励学生自主选题，以学习心得、项目报告、课堂展示等多元形式展现学习成果。

在“光的波粒二象性”这一章节，本研究具体实施了以下创新措施。［7］首先，挑选寓教于乐、简明扼要的科普短视频，通过课程微信群，提前分享给学生，让他们预先领略笛卡尔、惠更斯、牛顿、托马斯杨等科学家对光本质的不懈探索。课堂上，融合翻转课堂和角色扮演策略，学生被分组并分配扮演不同科学家的角色，详尽阐述各自关于光本质的观点，以及背后的理论或实验支撑。在课堂的尾声，通过播放一则结构紧凑、内容精炼的时间轴视频，系统性地总结整个光本质探索历程的关键节点，帮助学生理清历史脉络。课后作业则要求学生以小组为单位，自主选择一项与光的波动性或粒子性直接相关的现代光电技术，如全息摄影、激光技术、光纤通信等，深入了解其物理原理、应用场景、发展前景等，最终提交一份图文并茂的调研报告。类似地，在“电磁波频谱与应用”这一章节，引导学生自主调研赫歇尔、里特、伦琴等科学家发现红外线、紫外线、X射线的历程，并在全班范围内分享其调研成果。作为课后作业的一部分，学生需选择一种电磁波波段，撰写小论文，分析该波段电磁波在现实生活中的具体应用。

（二）融入内容的优化

为了丰富和优化每堂课具体的物理学史融入内容，首先，教师需明确该堂课的核心知识点和教学目标，并据此对融入内容进行策划。随后，利用图书馆、互联网等多元渠道，收集并甄选包括科学故事、研究论文、科学家传记在内的素材，并确保这些素材不仅内容丰富、精确、具有代表性并足够吸引人，而且还能与核心知识点紧密相连，有效促进教学目标的达成。在课件展示阶段，教师应按照时间线或逻辑序列安排教学内容，保证信息的连贯性和紧凑性。此外，教师应着重强化知识点之间的内在联系和延伸拓展，帮助学生构建一个系统化、深层次的物理知识框架。

在“光的直线传播、反射和折射”这一章节，教师可在传统教学内容，如墨子的“小孔成像”、阿基米德的“凸透镜聚光”的讨论之上，融入更多创新的物理学史元素，旨在加深学生对几何光学建立过程的理解。例如古希腊、古阿拉伯的欧几里得、海塞姆等学者的视光学研究，他们采用数学方法简化光与视觉问题，奠定了几何光学的基础。又如沈括、赵友钦等中国古代科学家对“小孔成像”原理的深入探究，以及对明清时期光学研究衰落的反思与评价。此外，也可以简单介绍古代中国的圭表、皮影戏以及西方文明的太阳钟、教堂暗室日冕等，分析蕴含其中的几何光学原理。在电磁学章节的讨论中，除了著名科学家库仑、法拉第、麦克斯韦等外，还可依据电磁学历史脉络，介绍更多为电磁学发展做出贡献的人物，如最早记录摩擦生电现象的古希腊的泰勒斯，开启对电磁学的系统性研究的吉尔伯特、盖里克，最早提出磁力平方反比定律的米切尔，简化麦克斯韦方程组的亥维赛德等人。

（三）教师发展体系的健全

学校与社会应协同优化教师培训体系，针对非教育学背景的大学物理教师，提供系统化的岗前培训，确保其在授课前能够牢固树立物理学史的知识基础及教学技能。此外，应构建教师交流平台，鼓励教师分享教学资源和经验，促进教师之间的交流，鼓励教师互学互鉴，共同推进教学改革创新。

（四）教学评价体系的完善

评价体系的完善需汇聚教师、学校与社会三方的共同努力。教师需要加强与学生的互动交流，实时获取学生对物理学史学习内容的认知反馈及见解。学校则应推进学生评价体系的创新，纳入课堂演讲、课程论文等多维度评估方法至课程评分标准中，以全面衡量学生的学习成果。学术界应加速步伐，借鉴其他人文社科领域的成熟经验，构建并确立被广泛认同的物理学史知识体系框架。

四、结语

将物理学史融入大学物理教学中，不仅是对教学内容的丰富与深化，也是对教学理念与模式的创新。这要求教师不仅传递物理知识，更要引领学生追本溯源，体验科学探索的激情，领悟科学精神的真谛。尽管此种融合已经展现出其显著价值，但在具体实施过程中仍然面临诸多挑战。面对这些挑战，教师自身需要主动寻求融合教学的方式与内容，教育界也需要提供更广泛的支持与资源。展望未来，应当不断探索和深化大学物理教学模式的改革，完善教学策略和方法，旨在培育具备创新能力、实践技能及人文素养的杰出人才，为科技进步与社会发展贡献力量。

参考文献：

［1］ 秦丹，邢娟，李光仲，等. 大学物理“对分课堂”教学模式实践探索［J］. 大学物理，2021，40（04）：32-36.

［2］ 王晓鸥，张伶莉，袁承勋，等. 新工科背景下的大学物理课程建设与实践［J］. 大学物理，2021，40（04）：45-49.

［3］ 黄熙，陈飞明，许明耀，等. 物理学史在大学物理教学中的意义［J］. 湖北师范学院学报（自然科学版），2008（02）：104-106.

［4］ 欧阳敏，王金东. 光学史通识课程的设计［J］. 大学物理，2020，39（10）：67-71+80.

［5］ 邓卫鹏. 从电磁学发展过程看麦克斯韦方程组的对称性［J］. 许昌学院学报，2018，37（02）：8-11.

［6］ 贾国荣，王利东. 浅谈多媒体在大学物理教学中运用的利弊［J］. 产业与科技论坛，2019，18（12）：184-185.

［7］ 薛凤家. 光本性假说及争论在光学发展史中的作用［J］. 廊坊师范学院学报，2002（04）：57-59.

（责任编辑：张若琂）

作者简介：马超（1994—），男，博士，南京工业大学柔性电子（未来技术）学院副教授，研究方向为光电功能材料和器件。