物理學(xué)史在物理教學(xué)中的作用

何曉宇

摘要：物理學(xué)史和物理知識(shí)是物理學(xué)內(nèi)容的重要組成部分，在物理教學(xué)中適度引入物理學(xué)史，有助于提高學(xué)生的物理素養(yǎng)。本人結(jié)合物理教學(xué)的實(shí)際情況出發(fā)，全面論述了物理學(xué)史在物理教學(xué)中的地位與作用，以促進(jìn)二者的有效結(jié)合，更充分地發(fā)揮其教學(xué)功能。

關(guān)鍵詞：物理教學(xué)物理學(xué)史

物理學(xué)史對(duì)物理教學(xué)的重要性，是物理教學(xué)改革中引人注目的話題。物理學(xué)史含有的極為豐富的科學(xué)思想和人文精神，是培養(yǎng)學(xué)生的物理思維和科研創(chuàng)新能力的好教材，在物理教學(xué)中起著十分重要的作用。雖然物理學(xué)史對(duì)物理專業(yè)的學(xué)生非常重要，但專門開設(shè)這樣一門課程的大學(xué)卻不多。在物理教學(xué)中恰當(dāng)?shù)娜谌胛锢韺W(xué)史，可以開闊學(xué)生眼界，豐富學(xué)生知識(shí)，同時(shí)還能讓學(xué)生從根本上掌握物理問題。許多優(yōu)秀的物理教師都會(huì)去關(guān)注甚至深入研究物理學(xué)史，且在課堂上將物理學(xué)史和教學(xué)內(nèi)容巧妙的結(jié)合起來，收到了很好的教學(xué)效果。物理學(xué)史和物理教學(xué)的結(jié)合是當(dāng)前物理教學(xué)改革的主要途徑。

一、運(yùn)用物理學(xué)史激發(fā)學(xué)生的求知欲和學(xué)習(xí)興趣

興趣是最好的老師，如果學(xué)生對(duì)物理產(chǎn)生了濃厚的興趣，那么學(xué)生將會(huì)很自覺的去探索物理問題，這樣的教學(xué)效果無疑是很好的。在課堂教學(xué)中，依據(jù)具體的教學(xué)內(nèi)容恰到好處地引用一些精彩生動(dòng)的物理學(xué)史料將有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生求知和探索欲。例如原子物理中講“玻爾的原子理論”一節(jié)，如果只按教材中的內(nèi)容去講，學(xué)生必然會(huì)覺得枯燥乏味。因此在講授原子理論時(shí)，教師應(yīng)注意介紹玻爾是怎樣在已有實(shí)驗(yàn)事實(shí)（如光譜實(shí)驗(yàn)規(guī)律）和物理理論（如原子的有核模型和量子論）的基礎(chǔ)上建立氦原子理論的[1]。再比如熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理中，講到粒子的波動(dòng)性的時(shí)候，如果只是講粒子具有波動(dòng)性，學(xué)生會(huì)覺得難以理解。這個(gè)時(shí)候老師就可以引入德布羅意那一頁多紙的博士論文，后來還因此獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。德布羅意那一頁多得博士論文提出了一個(gè)猜想：既然普朗克說光具有粒子性，光就是粒子；那反過來粒子也應(yīng)該可以具有波動(dòng)性。所以粒子的波動(dòng)性在最開始的時(shí)候只是德布羅意的一個(gè)猜想。1927年，Thomson和Davission做了電子衍射實(shí)驗(yàn)，得到了和光類似的衍射圖樣，證實(shí)了德布羅意的猜想。粒子的波動(dòng)性是首先提出的假設(shè)，然后實(shí)驗(yàn)證明，這也是物理學(xué)研究中的一種思維方法。這樣講述這個(gè)問題，學(xué)生就很容易接受。類似的粒子還有很多，在物理教學(xué)中，教師應(yīng)結(jié)合教學(xué)內(nèi)容恰當(dāng)引入物理學(xué)史，會(huì)得到事半功倍的教學(xué)效果。

二、引入物理學(xué)史提高學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)

物理學(xué)史是描述物理學(xué)理論的發(fā)展足跡，它再現(xiàn)了物理學(xué)中出現(xiàn)各個(gè)基本概念，基本定理的醞釀，產(chǎn)生和發(fā)展過程。在物理教學(xué)中引入物理學(xué)史，可以讓學(xué)生對(duì)這個(gè)基本理論有一個(gè)整體性和根本性的了解，從而更加深刻的去理解物理過程和規(guī)律。每一個(gè)物理學(xué)家都是一位哲學(xué)家，物理學(xué)發(fā)展至今，有一整套的思維方法。學(xué)生學(xué)習(xí)到了這種思維方法，有助于有提高他們的學(xué)習(xí)能力和思維能力。如牛頓提出的萬有引力定律，最初在蘋果掉在自己頭上得到的靈感，最后經(jīng)過實(shí)驗(yàn)和綜合分析得到了牛頓三大定律。牛頓定律只適合宏觀低速運(yùn)動(dòng)的物體，但對(duì)于物體速度和光速相比擬的時(shí)候并不適用。愛因斯坦解決了這個(gè)看似不兼容的問題，他發(fā)展了狹義相對(duì)論，引入了洛倫茲變換，將宏觀物體低速和高速運(yùn)動(dòng)的這個(gè)經(jīng)典力學(xué)問題進(jìn)行了完美的統(tǒng)一。在大一力學(xué)的課堂上，講到牛頓三大定律和伽利略變換的時(shí)候，我們就可以引入牛頓建立三大定律的歷史，以及愛因斯坦建立狹義相對(duì)論的歷史。這樣便與學(xué)生廣泛而深刻的理解牛頓定律。在大三講到電動(dòng)力學(xué)的時(shí)候，再具體講狹義相對(duì)論。這樣就會(huì)提高學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)，不會(huì)只知其一，不知其二。

三、運(yùn)用物理學(xué)認(rèn)識(shí)和掌握物理問題的研究方法

物理學(xué)的研究方法是物理學(xué)發(fā)展過程中，科學(xué)家在長(zhǎng)期的摸索實(shí)踐而形成和發(fā)展起來的，是人類智慧的結(jié)晶。因此教師上課的時(shí)候不僅要給學(xué)生講授物理知識(shí)，更要傳授一種思維和研究方法。很多才華出眾的科學(xué)家永遠(yuǎn)追求真理，對(duì)前人的研究成果也懷疑的看待。例如力學(xué)中講到：在“自由落體運(yùn)動(dòng)”一節(jié)的時(shí)候，教師引入伽利略對(duì)自由落體規(guī)律研究過程的思維方法。伽利略非常聰明，有很強(qiáng)的求知欲，研究過亞里士多德的著作[2]。但是亞里士多德生活在兩千多年前，在那個(gè)時(shí)候?qū)ξ锢憩F(xiàn)象的認(rèn)知會(huì)停留在感知的層面上，那么他的觀點(diǎn)的正確性也是有待驗(yàn)證的。亞里士多德認(rèn)為“重的物體比輕的物體下落快”，而且此觀點(diǎn)統(tǒng)治了2000多年，但伽利略對(duì)此大膽的持懷疑態(tài)度。伽利略說，如果亞里士多德的論斷成立，那么將一重一輕的兩個(gè)物體拴在一起，重的物體由于被輕物拖著而變慢，因此，該系統(tǒng)將比原先的重物體下落得慢。但另一方面，兩個(gè)物體（一重一輕）拴在一起，肯定比原來的物體更重，因而此時(shí)應(yīng)下落得應(yīng)該更快。如此推想，便得到兩個(gè)自相矛盾的結(jié)論，亞里斯多德的落體觀念肯定存在錯(cuò)誤。理論上的分析還需實(shí)驗(yàn)做支撐。在1589年，伽利略做了著名的比薩實(shí)驗(yàn)。10磅重和1磅重的兩個(gè)金屬球同時(shí)從同一高度下落，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩球同時(shí)落地，建立了自由落體定律。從這一例子中，可以給學(xué)生提供學(xué)習(xí)、研究和探索物體問題的寶貴經(jīng)驗(yàn)和方法。

回顧物理學(xué)的發(fā)展史，無數(shù)事例表明科學(xué)家的思維方法，創(chuàng)造思路和科研精神在他們探索物理世界的過程中體現(xiàn)了出來。因此，我們要想通過教學(xué)使學(xué)生不僅學(xué)到物理知識(shí)，還要學(xué)到對(duì)物理世界探索的方法。它極為有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲望，并提高了他們的綜合素質(zhì)特別是物理素養(yǎng)，但不能代替物理學(xué)專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)物理學(xué)史也不能只滿足于了解歷史知識(shí)、概念和規(guī)律的認(rèn)識(shí)，更重要的是從中學(xué)習(xí)物理學(xué)家的思想和解決問題的方法，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)的探知能力和創(chuàng)新能力。

總之，物理學(xué)是一座豐富的知識(shí)寶庫。在物理教學(xué)過程中，結(jié)合學(xué)科的特點(diǎn)，適時(shí)、適度、適量地運(yùn)用某些物理學(xué)史料，既有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又利于學(xué)生理解和掌握知識(shí)，還能使學(xué)生從中學(xué)到研究和探索物理問題的方法。物理學(xué)史在教學(xué)中的應(yīng)用，對(duì)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)質(zhì)量，培養(yǎng)創(chuàng)新精神，全面貫徹素質(zhì)教育有相當(dāng)大的作用和意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]潘傳增等簡(jiǎn)明物理學(xué)史教程[M]濟(jì)南：山東科技出版社，1990

[2]郭奕玲等物理學(xué)史[M]北京：清華大學(xué)出版社，1993