大學(xué)物理教學(xué)中引入物理學(xué)史的點(diǎn)滴體會(huì)

畢冬梅，趙利軍，支 文

(長春大學(xué) 理學(xué)院，吉林 長春 1320022)

大學(xué)物理教學(xué)中引入物理學(xué)史的點(diǎn)滴體會(huì)

畢冬梅，趙利軍，支 文

(長春大學(xué) 理學(xué)院，吉林 長春 1320022)

在大學(xué)物理教學(xué)過程中，物理學(xué)史對(duì)物理教育有重要的作用。教師在教授學(xué)生物理知識(shí)的同時(shí)，一定要引入物理學(xué)史的教育，其教育作用表現(xiàn)為：深化對(duì)知識(shí)的理解、可以使學(xué)生樹立正確的人生觀和價(jià)值觀、教學(xué)生動(dòng)。

大學(xué)物理;物理學(xué)史;教育功能

物理學(xué)是自然科學(xué)的一個(gè)重要分支，是一門獨(dú)具思維方式的基礎(chǔ)學(xué)科，其教學(xué)在教育領(lǐng)域占有非常重要的地位。關(guān)于物理學(xué)史在物理教學(xué)中所起的重要作用，已經(jīng)被國內(nèi)外物理學(xué)家、教育家和廣大物理教師所認(rèn)可。在科學(xué)史公認(rèn)的許多功能中，其教育功能是最重要的一項(xiàng)。隨著物理學(xué)史教學(xué)和物理學(xué)史知識(shí)的普及，物理學(xué)史的教育功能從許多方面顯現(xiàn)出來，被越來越多的物理教師所感知［1］。有許多文章討論關(guān)于物理學(xué)史對(duì)于大學(xué)物理教學(xué)的作用。普遍認(rèn)為物理學(xué)史對(duì)于大學(xué)物理教學(xué)有下列作用：培養(yǎng)科學(xué)思維，優(yōu)化教學(xué)過程，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，提高人文素養(yǎng)，樹立哲學(xué)理念，接受美學(xué)熏陶，辯證教學(xué)關(guān)系，借鑒歷史經(jīng)驗(yàn)［2］。筆者結(jié)合自己的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)得出大學(xué)物理教學(xué)中引入物理學(xué)史的幾點(diǎn)體會(huì)。物理學(xué)史在大學(xué)物理教學(xué)中有下面的三個(gè)作用：深化對(duì)知識(shí)的理解、使學(xué)生樹立正確的人生觀和價(jià)值觀、教學(xué)生動(dòng)。

1 物理學(xué)史的作用

1.1 深化對(duì)知識(shí)的理解

把盧瑟福從“α粒子散射實(shí)驗(yàn)”中得到“原子的核式結(jié)構(gòu)”模型這一重要的歷史發(fā)現(xiàn)生動(dòng)地再現(xiàn)給學(xué)生們，說明盧瑟福為什么能從“α粒子散射實(shí)驗(yàn)”中得出原子的核式結(jié)構(gòu)”模型，使他們能夠感受到當(dāng)時(shí)生動(dòng)的歷史面，進(jìn)而真正地理解“原子的核式結(jié)構(gòu)”模型，從而加深對(duì)知識(shí)的理解，進(jìn)而深深地愛好我們的物理學(xué)，物理學(xué)也不是晦澀的，每一個(gè)理論環(huán)節(jié)都蘊(yùn)涵著驚心動(dòng)魄的故事。

1980年，盧瑟福榮獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。他在領(lǐng)獎(jiǎng)時(shí)發(fā)言的講題是：《放射性物質(zhì)α粒子的化學(xué)性質(zhì)》。當(dāng)時(shí)盧瑟福面臨：α粒子通過物質(zhì)時(shí)的各種現(xiàn)象將如何說明并解釋。盧瑟福在有些學(xué)生的多方協(xié)助下著手攻關(guān)。E.馬斯登是其中的一個(gè)，這時(shí)他碰巧看到α粒子沒有按直線或近于直線的路線行進(jìn)，而是被物質(zhì)偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度還很可觀。當(dāng)E.馬斯登把所看到的現(xiàn)象報(bào)告盧瑟福時(shí)，這位教授要他把實(shí)驗(yàn)重做一遍加以證實(shí)，結(jié)果是偏轉(zhuǎn)之大使盧瑟福大為驚奇。他后來在提到這件事的時(shí)候，說是就象有人告訴他“用手槍射擊一張紙，槍彈竟然被彈了回來”一樣［3］。

如果原子的均勻模型成立，“α粒子散射實(shí)驗(yàn)”中α粒子被物質(zhì)偏轉(zhuǎn)，存在偏轉(zhuǎn)的角度還很可觀的情況就如同“用手槍射擊一張紙，槍彈竟然被彈了回來”一樣，這是很形象的比喻。這樣，學(xué)生會(huì)從中得到如何進(jìn)行思考，并且加深對(duì)物理知識(shí)的理解。能深刻理解盧瑟福為什么能從“α粒子散射實(shí)驗(yàn)”中知道了原子的核式結(jié)構(gòu)。

1.2 使學(xué)生樹立正確的人生觀和價(jià)值觀

現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入21世紀(jì)，在大學(xué)物理教育中，教師必須認(rèn)識(shí)到在傳授給學(xué)生知識(shí)的同時(shí)，要培養(yǎng)學(xué)生各方面的素質(zhì)。要注意智商和情商的雙重培養(yǎng)。要教學(xué)生如何做人，即培養(yǎng)正確的價(jià)值觀和人生觀，樹立積極向上的生活態(tài)度。要培養(yǎng)學(xué)生的人文素質(zhì)、科學(xué)素質(zhì)、創(chuàng)造素質(zhì)和思想道德素質(zhì)等［4］。

物理學(xué)史表明了物理學(xué)發(fā)展過程，其中涉及許多科學(xué)家和他們的科學(xué)成果。將物理學(xué)史上與物理教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的資料吸入課堂可以幫助學(xué)生建立正確的人生觀和價(jià)值觀，如在講原子核物理時(shí)，講講居里夫人這一偉大形象，居里夫人一生獲得兩次諾貝爾獎(jiǎng)，第一次是在她的大女兒伊麗芙居里出生不到一年，第二次是在她丈夫皮埃爾居里因車禍去世后三個(gè)月，作為女性在人生的挑戰(zhàn)面前她能夠執(zhí)著地工作并取得了非凡的成就［5］。居里夫人后來長期患惡性貧血病。她和居里先生肯定在工作中遭受了大劑量的輻射，弗列德利克·約里奧曾檢驗(yàn)過她當(dāng)年的實(shí)驗(yàn)記錄本，發(fā)現(xiàn)全部嚴(yán)重沾染了放射物。她當(dāng)年用過的烹調(diào)書，50年后再檢查，還有放射性。1934年居里夫人在經(jīng)過長期貧血病折磨后去世。他的女兒伊倫和女婿弗列德利克·約里奧也因惡性貧血癥相繼于1956年和1958年去世。居里的一家向人類貢獻(xiàn)了鐳，他們自己卻被鐳奪去了寶貴的生命［6］。居里之所以把自己的一切都獻(xiàn)身給了科學(xué)事業(yè)，是源于他們對(duì)科學(xué)的熱愛。作為現(xiàn)代的大學(xué)生，應(yīng)該如何面對(duì)自己的人生?從居里一家感人的事跡中，一定會(huì)引起學(xué)生們深深的思考，使他們樹立獻(xiàn)身科學(xué)，獻(xiàn)身于探索大自然的奧秘之中。

1.3 教學(xué)生動(dòng)

在講授和教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的人物時(shí)，可以講一講一些有趣的事件，能使教學(xué)生動(dòng)，但是講的內(nèi)容必須真實(shí)，不能自己捏造一些假的“軼事”。

講授原子物理時(shí)，可以講一講電子的發(fā)現(xiàn)者J.J.湯姆生的軼事。電子的發(fā)現(xiàn)在物理學(xué)史乃至自然科學(xué)史上占有重要地位。1897年J.J.湯姆生在研究陰極射線的特性時(shí)設(shè)計(jì)了著名的測定荷質(zhì)比的實(shí)驗(yàn)，這樣J. J.湯姆生終于發(fā)現(xiàn)了電子的存在，陰極射線實(shí)際上是電子流［7］。電子的發(fā)現(xiàn)轟動(dòng)了整個(gè)物理學(xué)界，就撬開了原子的大門，使人們逐漸認(rèn)識(shí)到原子有其自身的結(jié)構(gòu)。可以對(duì)湯姆生這電子發(fā)現(xiàn)者作簡單的介紹。一八八四年，瑞利講學(xué)五年任滿，辭去了卡文迪許教授的席位。湯姆生申請(qǐng)繼任。那時(shí)他才28歲，并不真正期望獲選。然而他獲選了，大出他本人的意料之外。選他的人，有的也許純屬機(jī)緣，有的卻可能真是確有遠(yuǎn)見卓識(shí)。湯姆生自己卻說：“我覺得自己象是一個(gè)漁夫，偶然在一處不象會(huì)有魚的水面上用輕便的釣竿垂釣，竟釣著了一尾大魚，它大得使釣竿提不起來。我從象瑞利勛爵這樣的大人物那里接過講座的職位，遇到的是漁夫式的難題［8］。”他的兒子G.P.湯姆生因?yàn)殡娮友苌鋵?shí)驗(yàn)獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，而他因?yàn)殡娮拥陌l(fā)現(xiàn)獲諾貝爾獎(jiǎng)，父子二人的獲獎(jiǎng)都和電子有關(guān)，這是歷史上驚人的巧合。父親研究的是粒象，兒子研究的是波象。他們父子之間曾一定進(jìn)行過激烈而有趣的討論。順便提一下，獲諾貝爾獎(jiǎng)的父子還有布拉格父子、玻爾父子、居里夫人母女。

薛定諤在建立波動(dòng)方程時(shí)，其對(duì)波函數(shù)的物理意義自己都解釋錯(cuò)了。后來由M.波恩提出波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)解釋。諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者德拜的青年助手W.休克爾寫過一首四行詩，很好地表達(dá)了Ψ的用途和它令人困惑的情況：“先生有普賽，運(yùn)算殊無礙。普賽究云何?渾忘作交待［9］?！边@是對(duì)波函數(shù)最初所處的地位給出了多么形象的比喻。

在教學(xué)中穿插一些有關(guān)的物理學(xué)史，教學(xué)就不會(huì)晦澀，使課程更加生動(dòng)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。

2 生動(dòng)地再現(xiàn)當(dāng)時(shí)的物理事件

物理學(xué)史的引入要生動(dòng)地再現(xiàn)當(dāng)時(shí)的物理事件，關(guān)于量子論發(fā)展史更像一個(gè)傳奇，由一個(gè)不起眼的線索開始，曲徑通幽，漸漸地落英繽紛，亂花迷眼。正在沒個(gè)頭緒處，突然間峰回路轉(zhuǎn)，天地開闊，如河出伏流，一泄汪洋。然而還未來得及一覽美景，轉(zhuǎn)眼又大起大落，誤入白云深處不知?dú)w路。量子力學(xué)的發(fā)展史是物理學(xué)上最激動(dòng)人心的篇章之一，我們會(huì)看到物理大廈在狂風(fēng)暴雨下轟然坍塌，卻又在熊熊烈焰中得到了洗禮和重生。我們會(huì)看到最革命的思潮席卷大地，帶來了讓人驚駭?shù)碾婇W雷鳴，同時(shí)卻又展現(xiàn)出震撼人心的美麗。我們會(huì)看到科學(xué)如何在荊棘和沼澤中艱難地走來，卻更加堅(jiān)定了對(duì)勝利的信念。這是筆者從網(wǎng)上查找的一段文字，很精彩地概述了量子力學(xué)的發(fā)展，學(xué)生會(huì)深深地受到感染，如果把物理學(xué)史用生動(dòng)的語言講出來，會(huì)起到事半功倍的作用。同學(xué)們?cè)谖锢碇R(shí)的海洋中航行時(shí)會(huì)聞到藝術(shù)之花的芳香。中子的發(fā)現(xiàn)、能量子的發(fā)現(xiàn)、正電子的發(fā)現(xiàn)都包含著生動(dòng)而激動(dòng)人心的故事。教師應(yīng)該在教學(xué)中生動(dòng)而真實(shí)地引入物理學(xué)史，生動(dòng)地再現(xiàn)當(dāng)時(shí)的物理事件。

3 物理教師要主動(dòng)學(xué)習(xí)物理學(xué)史

物理學(xué)史對(duì)于大學(xué)物理的教學(xué)是十分重要的，作為大學(xué)物理教師就應(yīng)該積極主動(dòng)地學(xué)習(xí)物理學(xué)史。而且對(duì)于其它學(xué)科的歷史也應(yīng)該了解一些，他們之間是相互關(guān)聯(lián)的。例如微積分的產(chǎn)生和物理是相關(guān)的，物理中用到的許多數(shù)學(xué)知識(shí)，已經(jīng)先于物理理論產(chǎn)生了，例如廣義相對(duì)論用到的“黎曼幾何”，數(shù)學(xué)早已為其準(zhǔn)備了工具。例如化學(xué)史和物理學(xué)史是相關(guān)聯(lián)的。元素的周期率可以解釋一切化學(xué)反應(yīng)，但是它唯一不能解釋的是它本身，只有用量子力學(xué)才能對(duì)其進(jìn)行解釋。與授課內(nèi)容相關(guān)的資料要從各方面尋找，不能偏聽偏信。這樣才能給學(xué)生一個(gè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。提供學(xué)習(xí)的榜樣。

［1］ 楊軍，張旭峰，徐繼開.物理學(xué)史與素質(zhì)教育［J］.山西高等學(xué)校社會(huì)科學(xué)學(xué)報(bào)，2003，15(9)：111-113.

［2］ 蔡鐵權(quán).物理學(xué)史與物理教育［J］.浙江師大學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2000，23(3)：245-252.

［3］ 艾米里奧·塞格萊著;劉祖慰，譯.物理名人和物理發(fā)現(xiàn)［M］.上海：知識(shí)出版社，1986.

［4］ 蔡志凌.物理學(xué)史的教育功能［J］.安徽師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2003，26(2)：143-145.

［5］ 韓立新.改進(jìn)物理課堂教學(xué)全面實(shí)施素質(zhì)教育［J］.青島大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，13(3)：167-169.

［6］ 郭奕玲，沈慧君.諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)一百年［M］.上海：上?？茖W(xué)普及出版社，2002.

［7］ 吳景彥.物理學(xué)史上的科學(xué)家［M］.北京：勞動(dòng)人事出版社，1988.

［8］ 艾米里奧·塞格萊.物理名人和物理發(fā)現(xiàn)［M］.上海：知識(shí)出版社，1986.

責(zé)任編輯：劉 琳

Some ideas about introducing physics history in college physics teaching

BI Dong-mei，ZHAO Li-jun，ZHI Wen
(College of Science，Changchun University，Changchun 130022，China)

Physics history plays an important role in college physics education.Teachers should pay attention to the education of physics history while teaching the knowledge of physics，which has such functions as the deepening of understanding knowledge，guiding students to build up outlooks on life and value.

college physics;physics history;educational function

O4-09;G642.0

A

1009-3907(2010)06-0108-03

2009-09-10

“十一五”國家課題(FZB070335-A3-01)

畢冬梅(1969-)，女，吉林白山人，副教授，主要從事物理教育方面研究。