物理學史在大學素質(zhì)教育中的作用

摘要：物理學史是一門自然科學、人文科學、社會科學和思維科學相互滲透的綜合科學，它包含了豐富的素質(zhì)教育素材。把物理學史引入大學物理課堂中，有利于培養(yǎng)大學生的思想道德素質(zhì)、科學素質(zhì)以及人文素質(zhì)，從而達到素質(zhì)教育的目標。

關(guān)鍵詞：物理學史；素質(zhì)教育；作用

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A文章編號：1003-6148(2008)11(S)-0006-2

素質(zhì)教育是當代教育的重要目標之一，作為大學生重要基礎(chǔ)課之一的大學物理課也應該在素質(zhì)教育中發(fā)揮其應有的作用。在這方面，物理學史以其獨特的內(nèi)容，架起了大學物理與素質(zhì)教育的橋梁。物理學史以物理學發(fā)展為研究對象，融合了與物理學有關(guān)的自然科學和社會科學的知識，是一門自然科學、人文科學、哲學等多門學科相互聯(lián)系、相互滲透的綜合科學；把物理學史引入大學物理教學中，對提高學生的思想道德、科學素養(yǎng)及人文素質(zhì)方面都有重要的作用。下面就從這三個方面分別闡述物理學史對素質(zhì)教育的作用。

1 物理學史可以培養(yǎng)學生的思想道德素質(zhì)

物理學史對大學生思想道德素質(zhì)的培養(yǎng)是多方面的。首先，通過在大學物理課堂中引入物理學史，可以培養(yǎng)學生的愛國主義精神。眾所周知，中國不僅有著輝煌燦爛的歷史文化，而且在力、熱、電、磁、光等物理學方面也有著突出的貢獻。例如，早在春秋戰(zhàn)國時期，墨子在《墨經(jīng)》中就提到光的直線傳播，并用它解釋了小孔成像。此外，近代中國也有不少科學家對物理學做出了重大貢獻，尤其在粒子物理方面。例如，1930年物理學家趙忠堯在美國加州理工學院作研究生時，通過正負電子對湮滅實驗第一次捕捉到正電子；在60年代，我國科學家與國外科學家同時提出了核子的層子模型；楊振寧和李政道提出了弱相互作用中的宇稱不守恒，并被吳健雄驗證；丁肇中發(fā)現(xiàn)J/ψ粒子等等。通過在課堂中講述這些物理學史知識，不僅可以活躍課堂氣氛，而且可以激發(fā)學生的愛國熱情和民族自豪感。

其次，把物理學史引入課堂，還可以培養(yǎng)學生的無私奉獻精神。任何一位作出重大貢獻的物理學家都具有對科學的執(zhí)著與無私奉獻的精神，通過在課堂中講解一些相關(guān)典故，可以培養(yǎng)學生的科學精神。例如，在講解發(fā)現(xiàn)天然放射性時，可以讓學生了解居里夫人如何在丈夫不幸被馬車撞死后仍繼續(xù)研究，終于在1910年與德比恩一起分離出純凈的金屬鐳后，卻因長期受放射線的照射而患上白血病的經(jīng)歷。又如，在講解麥克斯韋電磁學方程組時，可以講麥克斯韋晚年，在其學說沒有人理解，妻子又久病不愈的雙重打擊下，仍繼續(xù)從事實驗室工作，從未中斷，并且完成了宏偉巨著《電磁理論》，使他成為大家公認的繼牛頓之后的最偉大科學家。

最后，通過物理學史教育，還可以培養(yǎng)學生的團結(jié)協(xié)作與團隊精神。物理學中的許多顯著成就是不少物理學家之間相互幫助、協(xié)作取得的。例如，法拉第是電磁學領(lǐng)域中的一位實驗物理學家，而麥克斯韋具有高超的數(shù)學理論水平和邏輯推理能力， 他繼承和發(fā)展了法拉第力線和場的概念，運用數(shù)學理論，把法拉第用來描繪場和力線、力管的定性理論遷移到定量理論，從而建立起電磁場理論的完整體系——麥克斯韋方程組。又如，由丁肇中教授領(lǐng)導的阿爾法磁譜儀實驗是一個大型國際合作科學實驗項目，包括美國、中國、意大利、瑞士、德國、芬蘭等國家和地區(qū)的37個研究機構(gòu)的物理學家和工程師參加，僅中國參加的科學家和工程師就不下200人，其目的是尋找太空中的反物質(zhì)和暗物質(zhì)，而這樣的項目只有靠集體的力量才能完成。

2 物理學史可以培養(yǎng)學生的科學創(chuàng)造能力

把物理學史引入物理教學中，可以培養(yǎng)學生的科學創(chuàng)造能力。首先，因為要想具有良好的科學創(chuàng)造能力，必須有懷疑和批判精神，而這在物理學史上不乏其例。近代物理中的狹義相對論和量子力學都是建立在懷疑精神之上的。十九世紀末，處在頂峰的經(jīng)典物理學卻無法解釋“物理學上空的兩朵烏云”——邁克爾遜-莫雷的實驗和黑體輻射。愛因斯坦和普朗克等物理學家勇于懷疑經(jīng)典物理理論，提出了狹義相對論和量子力學。1956 年，當“τ-θ疑難”擺到物理學家面前時，我國物理學家楊振寧和李政道首先對從未被人懷疑過的宇稱守恒定律提出了質(zhì)疑，大膽提出了弱相互作用中宇稱不守恒的假說。 

其次，還要敢于并善于提出科學問題，它體現(xiàn)在每項物理學的重大突破。從物理學史可以看出，幾乎每一次重大的實驗發(fā)現(xiàn)或理論突破，都是從敢于和善于提出新的科學問題開始的，正是隨著科學問題的突破，物理學才獲得了重大發(fā)展。例如，洛倫茲（1904年）早于愛因斯坦（1905年）提出了洛倫茲變換式，但科學界幾乎一致公認愛因斯坦是相對論的創(chuàng)始人。原因在于雖然兩人所得的公式是一樣的，但他們對問題的提法卻大不相同：洛倫茲的問題是如何在絕對時空觀的框架里解決以太漂移問題；而愛因斯坦提出的問題則是如何使電磁學規(guī)律滿足相對性原理。正是因為提出的問題不同，導致了洛倫茲理論的夭折，由此可見善于提出科學問題的重要性。在我們以往的教學中，經(jīng)常提到“要培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力”，而忽視了“提出問題的能力”。通過在課堂中引入物理學史可以加以彌補。

最后，還要富有想象力、洞察力和判斷力，這些能力的培養(yǎng)都蘊涵在物理學史中。典型的例子如牛頓研究蘋果落地，牛頓從蘋果落地的現(xiàn)象想到引力必定會延伸到極遠的月球上，迫使它作環(huán)繞地球的軌道運動。進而又把引力思想擴大到一切天體和一切物體，最后概括出萬有引力的概念。另外，科學研究要有判斷力。例如，當?shù)虏剂_意提出的物質(zhì)波概念傳到蘇黎世時，德拜就組織了一個報告會，并建議他的學生薛定諤作了關(guān)于物質(zhì)波的報告。在報告后，德拜作了預言性的判斷：“有了波，就應有一個波動方程。”就是在這個判斷的啟發(fā)下，薛定諤不久就提出了著名的薛定諤方程，成為量子力學的基本方程。一個正確的判斷，開辟了一個基本理論的道路。

3 物理學史可以培養(yǎng)學生的人文素質(zhì)

一位物理學家說過：“只有把科學和人文科學融合為一體，我們才能期望達到與我們的時代和我們這一代人相稱的智慧的頂點?！庇捎谖覈L期以來的文理分科的教育模式，使物理教育與人文教育長期分離，這不但違背了科學的發(fā)展趨勢，而且還限制了人才跨學科發(fā)展的潛力。物理學史由于其自身特點及其獨特的內(nèi)容，架起了物理學與人文科學之間的橋梁。下面從三個方面介紹物理學史與人文素質(zhì)的關(guān)系。

首先，物理學史與哲學有著密不可分的關(guān)系。在物理學的發(fā)展過程中，許多物理學家也是哲學家，例如亞里士多德、帕斯卡以及培根等。他們以哲學思想作為物理學研究的方法論，又用物理學中的結(jié)論作為修正哲學規(guī)律的依據(jù)。物理學史本身就融合了哲學史，在整個物理學史發(fā)展過程中，始終貫穿著唯物主義與唯心主義的尖銳斗爭，貫穿著辯證法與形而上學的激烈斗爭，正是由于物理學的發(fā)展促使唯物主義最終戰(zhàn)勝了唯心主義。

其次，物理學史是人類認識自然、改造自然的歷史記錄，是人類文明史的一部分。它通過對物理學發(fā)展的歷史背景和發(fā)展規(guī)律的揭示，闡述重要概念、定律和理論的產(chǎn)生和發(fā)展過程，介紹人類對客觀世界認識的演化與變革，論述重大物理理論突破對人類認識和社會發(fā)展的巨大影響，使學生深切感受“科學是第一生產(chǎn)力”，“是最高意義上的革命力量”。

最后，通過物理學史的學習能夠使學生充分領(lǐng)會物理學在人類文明史上的巨大作用。這可以從人類的幾次工業(yè)革命看出，第一次工業(yè)革命以蒸汽機為標志，第二次和第三次工業(yè)革命則分別以電的使用和計算機技術(shù)為標志，它們無不是物理學發(fā)展的結(jié)果。

總之，物理學史是人類認識自然和改造自然的科技發(fā)展史，它包含了無數(shù)物理學家的奮斗和創(chuàng)新的經(jīng)歷，也融匯了很多社會科學和人文科學知識。在課堂中適當?shù)厥刮锢韺W史與物理知識相結(jié)合，不但可以活躍課堂氣氛，增強學習興趣，還能實現(xiàn)素質(zhì)教育的目標。

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(欄目編輯趙保鋼)