物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入物理學(xué)史的作用和方法*

李香蓮 楊明

(華中科技大學(xué)物理學(xué)院 湖北 武漢 430074)

物理實(shí)驗(yàn)是理工科院校的一門基礎(chǔ)課程，它在培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、思維能力、設(shè)計(jì)能力以及數(shù)據(jù)處理能力等方面具有重要作用.但從很多學(xué)校的情況來看，這門課程通常并沒有充分發(fā)揮它應(yīng)有的作用，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的積極性不高、主動(dòng)性不強(qiáng)，收獲遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到最大化.這其中當(dāng)然有著各種各樣的原因，有課程本身的，也有課程以外的.為了改善上述狀況，教育工作者從教學(xué)模式(比如，從封閉式教學(xué)改為開放式教學(xué)，等等)、教學(xué)方法(比如，將過去的填鴨式教學(xué)改為啟發(fā)式教學(xué))，以及教學(xué)硬件環(huán)境(如多媒體的使用)等方面進(jìn)行了改革.其中部分教師從引入物理學(xué)史的角度進(jìn)行了探索與實(shí)踐[1，2]，取得了一定成效，但引入物理學(xué)史的做法和意義還沒有得到廣泛、充分的重視.本文試圖在分析引入物理學(xué)史作用的基礎(chǔ)上，探討引入物理學(xué)史的方法.

1 在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入物理學(xué)史的作用

物理學(xué)史是研究人類對(duì)自然界各種物理現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)史，研究物理學(xué)發(fā)生和發(fā)展的基本規(guī)律，研究物理學(xué)概念以及思想發(fā)展和變革的過程，研究物理學(xué)是怎樣成為一門獨(dú)立學(xué)科，怎樣不斷開拓新領(lǐng)域，怎樣產(chǎn)生新的飛躍[3].它向人們展示了前人在探索自然的過程中所體現(xiàn)的智慧和精神，給重溫歷史的人們以無盡的啟迪和鼓舞.關(guān)于物理學(xué)史在通常的物理教育中的作用，已經(jīng)有過不少的論述[4，5]，這里不再多講.下面僅從物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的角度談?wù)勎锢韺W(xué)史的作用.

1.1 增強(qiáng)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程對(duì)學(xué)生的吸引力

引入物理學(xué)史使學(xué)生能夠了解所做物理實(shí)驗(yàn)的相關(guān)背景，使他們認(rèn)識(shí)到，一個(gè)優(yōu)秀的理論和一種設(shè)計(jì)精巧的實(shí)驗(yàn)方法通常也是歷盡曲折才得到的，著名的物理學(xué)家往往也是在一次次出錯(cuò)之后才發(fā)現(xiàn)正確的理論，找出正確的方法的.這樣，漂亮的實(shí)驗(yàn)在學(xué)生的眼里就將不再是可望而不可及的了，他們會(huì)覺得設(shè)計(jì)出如此漂亮實(shí)驗(yàn)的物理學(xué)家們和自己一樣，是會(huì)犯錯(cuò)誤的人而不是令人望而生畏的神，由此，產(chǎn)生強(qiáng)烈的自信心和對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的興趣.在此基礎(chǔ)上，他們就會(huì)更多地投入到實(shí)驗(yàn)之中，從實(shí)驗(yàn)課中得到更大的收獲.可以說，引入物理學(xué)史能使學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)態(tài)度更加積極、主動(dòng)，以一種敬而不畏的態(tài)度對(duì)待每一個(gè)物理實(shí)驗(yàn).

1.2 有助于培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新能力

物理學(xué)史在幫助學(xué)生打破物理學(xué)及物理學(xué)家的神秘面紗之后，為他們提供豐富的“養(yǎng)料”，促進(jìn)他們培養(yǎng)自己的思維能力和創(chuàng)新能力.因?yàn)橥高^物理學(xué)史，學(xué)生了解到一個(gè)理論、一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案出臺(tái)的全過程，了解物理學(xué)家在當(dāng)時(shí)的背景下如何做出判斷和選擇，他們?yōu)槭裁催@么想、為什么那么做，到山窮水復(fù)疑無路的時(shí)候，又是如何走出困境的，等等.學(xué)生能從物理學(xué)家的創(chuàng)造性活動(dòng)中得到許多啟發(fā)，而會(huì)自覺或不自覺地去模仿、學(xué)習(xí)，會(huì)像一個(gè)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家那樣對(duì)待所做的實(shí)驗(yàn)，從而，逐漸提高自己的思維能力和創(chuàng)新能力.

1.3 有助于培養(yǎng)學(xué)生健全的人格

在物理學(xué)家取得各項(xiàng)成就的過程中，涉及到大量的非智力因素，通過物理學(xué)史將它們呈現(xiàn)出來，可以對(duì)學(xué)生產(chǎn)生重大影響，有助于培養(yǎng)他們健全的人格.比如，學(xué)生可以學(xué)習(xí)到物理學(xué)家們碰到困難時(shí)不屈不撓、堅(jiān)持不懈的精神,如法拉第在做電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，屢做屢敗，屢敗屢做，始終不放棄，終于在10年之后，發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象；可以學(xué)習(xí)物理學(xué)家實(shí)事求是的態(tài)度,比如，密立根,盡管不喜歡愛因斯坦的光量子理論，但在他的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了該理論的時(shí)候，還是實(shí)事求是地發(fā)表了實(shí)驗(yàn)結(jié)果；可以學(xué)習(xí)物理學(xué)家們的合作精神,像著名的弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)是由詹姆斯·弗蘭克和古斯塔夫·L·赫茲合作完成的,邁克爾孫-莫雷實(shí)驗(yàn)是由阿爾伯特·邁克爾孫和愛德華·莫雷合作完成的,著名的分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)是崔琦和斯托爾默等人合作發(fā)現(xiàn)的.最近，中國一項(xiàng)重要發(fā)現(xiàn)，量子反?；魻栃?yīng)，也是由清華大學(xué)薛其坤院士領(lǐng)銜、清華大學(xué)物理系和中科院物理研究所組成的團(tuán)隊(duì)作出的.

2 在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入物理學(xué)史的方法

引入物理學(xué)史的方法和途徑有很多，大體上可以歸為創(chuàng)建具有物理學(xué)史文化的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境,在教材中引入物理學(xué)史,以及在課堂教學(xué)中引入物理學(xué)史等.

2.1 創(chuàng)建具有物理學(xué)史文化的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境

著名的前蘇聯(lián)教育家蘇霍姆林斯基早就指出了校園環(huán)境對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的重要影響，他強(qiáng)調(diào)通過精心布置校園來最大可能地發(fā)揮學(xué)校教育的作用。他的做法就是在教室、走廊等處布置許多有關(guān)名人名言或者書籍介紹等的布告牌、宣傳板報(bào)，以達(dá)到“讓學(xué)校的每一塊墻壁都會(huì)說話”[6]的效果，使學(xué)生于無形之中受到影響，得到熏陶.

在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，我們也可以通過在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)墻壁上和外面走廊上布置一系列有關(guān)物理學(xué)史的宣傳板報(bào)的方式，讓學(xué)生得到一種潛移默化的教育.宣傳板報(bào)上可以包含物理學(xué)家特別是實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家的畫像、名言以及事跡介紹，或者介紹某些重要理論、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)技術(shù)等的發(fā)展歷程或背景.這是物理學(xué)史介入實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一種很重要的途徑，因?yàn)檫@樣的板報(bào)或者掛畫營造了一種歷史的、人文的環(huán)境，它們觸目可及，學(xué)生在課前、課后，甚至在實(shí)驗(yàn)中途短憩時(shí)都可以欣賞一番.反復(fù)浸泡在這樣的環(huán)境之中，學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的態(tài)度、理解很容易發(fā)生變化，得到升華.筆者所在的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室中，走廊上張貼了一系列關(guān)于諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)叩恼掌捌涑删徒榻B的板報(bào)，其中有些照片非常生活化，頗具吸引力和親和力；在演示實(shí)驗(yàn)室的外面大廳墻上，則掛了一幅特大的有關(guān)“最美麗的10個(gè)物理實(shí)驗(yàn)”的畫報(bào).這樣做的效果還是不錯(cuò)的，學(xué)生常常三五成群地聚集在板報(bào)前，饒有興趣地閱讀著各種史料，有時(shí)還會(huì)和老師進(jìn)行討論，他們對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的熱情應(yīng)該說是有所提高的.筆者本學(xué)期在一個(gè)光學(xué)實(shí)驗(yàn)室中指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，經(jīng)常聽到非光學(xué)專業(yè)的學(xué)生發(fā)出這樣的聲音，“以后我們做光學(xué)實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)不會(huì)很多，得好好玩一玩，”表明一些學(xué)生已經(jīng)有“玩”實(shí)驗(yàn)的激情了，相信在物理學(xué)史潛移默化的影響下，對(duì)物理實(shí)驗(yàn)有激情的學(xué)生會(huì)越來越多.

2.2 在教材中引入物理學(xué)史

在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教材中引入物理學(xué)史是又一種重要且正式的途徑.學(xué)生花在實(shí)驗(yàn)課堂上的時(shí)間畢竟是有限的，更多的時(shí)間要花在課外的預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)上，這時(shí)，學(xué)生利用最多的就是教材了，教材上的物理學(xué)史可以讓他們反復(fù)體味，細(xì)細(xì)咀嚼，在幫助他們了解實(shí)驗(yàn)背景的基礎(chǔ)上，讓他們?cè)隗w味中得到思維能力、創(chuàng)造能力的提升.事實(shí)上，這方面也有有識(shí)之士在做著相關(guān)的嘗試[7].但這方面的努力還有待更多的人來參與.

2.3 在課堂教學(xué)中引入物理學(xué)史

在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入物理學(xué)史的最直接、最快捷的方式，是在課堂教學(xué)中引入.這種方式可以讓學(xué)生視覺和聽覺并用，因而，更加形象、生動(dòng)，容易給學(xué)生留下深刻的印象，從而達(dá)到教育和啟發(fā)的目的.

在課堂教學(xué)中引入物理學(xué)史的途徑可以是講解、播放視頻或錄音以及展示歷史圖片等，比如，霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)就可作為一個(gè)典型的例子，這個(gè)實(shí)驗(yàn)有著豐富的歷史內(nèi)涵，可以從霍爾發(fā)現(xiàn)的經(jīng)典霍爾效應(yīng)，講到克利青發(fā)現(xiàn)的整數(shù)量子霍爾效應(yīng)和崔琦等人發(fā)現(xiàn)的分?jǐn)?shù)量子效應(yīng)，再到中國物理學(xué)家薛其坤等人發(fā)現(xiàn)的量子反常霍爾效應(yīng).同時(shí),配放相關(guān)物理學(xué)家和原始實(shí)驗(yàn)裝置的圖片，這樣不但可以幫助學(xué)生全面了解霍爾效應(yīng)及其重要性，使其從中受到教育和啟發(fā)，同時(shí)還可以激發(fā)他們的愛國熱情，因?yàn)槠渲猩婕暗胶芏嗳A人或者華裔物理學(xué)家.在課堂教學(xué)中引入物理學(xué)史的切入點(diǎn)可以是相關(guān)的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)儀器等，有關(guān)聯(lián)、有教育意義的物理學(xué)史都可以講解.

當(dāng)然，在課堂上引入物理學(xué)史也要注意簡明扼要，以免用時(shí)過多，影響到學(xué)生動(dòng)手的時(shí)間，那樣就得不償失了.

3 結(jié)論

在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，引入物理學(xué)史對(duì)提高做物理實(shí)驗(yàn)的熱情和培養(yǎng)學(xué)生的思維能力、創(chuàng)新能力以及健全的人格等方面具有重要的作用.在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入物理學(xué)史，可以采用為學(xué)生提供一種充滿物理學(xué)史文化的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，為學(xué)生提供具有豐富物理學(xué)史內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)教材，在課堂上直接講解或者展示物理學(xué)史背景等方法.

參考文獻(xiàn)

1 付靜，梁路光，姜廣軍.把物理學(xué)史引入大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2009(1):114～116

2 張曉變，陳曉武.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的物理學(xué)史教育.電大理工，2009(3):51～52

3 郭奕玲.物理學(xué)史.北京：清華大學(xué)出版社，2006

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5 李艷平.物理學(xué)史與科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng).物理通報(bào)，1998(10):9～11

6 范金豹.蘇霍姆林斯基的三個(gè)“書籍世界”.中國教育報(bào)，2004-9-30(8)

7 呂增建.物理學(xué)史融入《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》教材的嘗試.焦作大學(xué)學(xué)報(bào)，2007(4):50～51