淺談物理學(xué)史在大學(xué)物理教學(xué)中的作用

王焱

摘 要：物理學(xué)史在大學(xué)物理教學(xué)工作中起著至關(guān)重要的作用，但是在教學(xué)工作中往往被忽視。本文基于教學(xué)實(shí)踐，從能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性﹑能夠培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神﹑能夠培養(yǎng)學(xué)生的自然科學(xué)思維方式﹑能夠提高教師的學(xué)術(shù)素養(yǎng)等幾個(gè)方面進(jìn)行了深入的闡述，對(duì)于完善大學(xué)物理課程教學(xué)內(nèi)容、培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高教師教學(xué)能力及學(xué)術(shù)素養(yǎng)具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：物理學(xué)史;大學(xué)物理;教學(xué)

在大學(xué)物理的教學(xué)工作中，教師往往忽略了對(duì)物理學(xué)史的介紹，筆者通過(guò)教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，在大學(xué)物理教學(xué)中引入物理學(xué)史能夠很好地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性﹑培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和良好的自然科學(xué)思維方式，對(duì)于提高教師自身的學(xué)術(shù)素養(yǎng)也起著積極的作用?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，筆者淺談物理學(xué)史在大學(xué)物理教學(xué)中的作用，茲述如下。

一、能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性

在大學(xué)物理教學(xué)工作中，筆者深刻體會(huì)到學(xué)生對(duì)于大學(xué)物理這門(mén)學(xué)科缺乏興趣，只是一味地記公式或者記住解題思路，而沒(méi)有真正理解其中的物理思想，這就需要教師在教學(xué)工作中，通過(guò)對(duì)物理學(xué)史的生動(dòng)介紹，更好地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性。例如：在大學(xué)物理的教學(xué)中，筆者經(jīng)常以我們所熟悉的物理學(xué)史上最杰出的物理學(xué)家牛頓（1643—1727）為例來(lái)介紹物理學(xué)史。牛頓在數(shù)學(xué)﹑物理﹑天文等領(lǐng)域都作出了卓越的貢獻(xiàn)，在光學(xué)方面，他用三棱鏡分解了太陽(yáng)光，從而證明了白光是復(fù)合光，運(yùn)用最簡(jiǎn)單的儀器揭示了偉大的物理思想，這一實(shí)驗(yàn)被評(píng)為“十大最美麗的物理實(shí)驗(yàn)”。1704年，他著成《光學(xué)》，認(rèn)為光是由微小的微粒組成的，他用光的微粒說(shuō)很好地解釋了光的折射﹑反射現(xiàn)象，對(duì)于光的微粒說(shuō)解釋曾盛極一時(shí)。真理真的是這樣嗎？牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)是薄膜干涉現(xiàn)象最有力的解釋?zhuān)瑢⒁磺拾霃胶艽蟮钠酵雇哥R的曲面與一平板玻璃接觸，其間形成一層平凹球面形的薄膜，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為薄膜厚度相同處的軌跡是以接觸點(diǎn)為中心的同心圓。牛頓本可以用這個(gè)實(shí)驗(yàn)解釋光的波動(dòng)說(shuō)，但是由于他對(duì)光的微粒學(xué)說(shuō)的推崇而蒙蔽了他的雙眼，最終難以解釋這個(gè)現(xiàn)象。直到19世紀(jì)初，英國(guó)物理學(xué)家托馬斯·楊（1773—1829）在他的《自然哲學(xué)講義》中用著名的楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)證明了光的波動(dòng)說(shuō)，他運(yùn)用這一理論解釋了牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)。在教學(xué)工作中開(kāi)始引入牛頓的微粒說(shuō)，然后再用著名的楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)引出光的波動(dòng)說(shuō)，通過(guò)這段物理學(xué)史的介紹，可以激發(fā)學(xué)生對(duì)物理學(xué)的熱情，更好地調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性，為此后學(xué)習(xí)光的衍射奠定了基礎(chǔ)。

二、能夠培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神

在大學(xué)物理的教學(xué)工作中，通過(guò)物理學(xué)史的講述，讓學(xué)生了解自然科學(xué)的發(fā)展道路以及自然科學(xué)研究并沒(méi)有想象中的一帆風(fēng)順，它需要無(wú)數(shù)科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)、執(zhí)著追求。因此，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神對(duì)于人生成長(zhǎng)、科學(xué)發(fā)展是至關(guān)重要的。如在講授電磁學(xué)時(shí)筆者經(jīng)常舉這樣個(gè)例子：電磁學(xué)起源于1819年著名的“奧斯特（1840—1898）實(shí)驗(yàn)”，他認(rèn)為位于載流導(dǎo)線附近的磁針會(huì)受到力的作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。隨后，安培等人又相繼發(fā)現(xiàn)磁鐵附近的載流導(dǎo)線也受到力的作用，兩載流導(dǎo)線之間有相互作用力，運(yùn)動(dòng)的帶電粒子會(huì)在磁鐵附近發(fā)生偏轉(zhuǎn)。為推進(jìn)電磁學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)步，邁克爾·法拉第（1791—1867）的付出無(wú)疑是功不可沒(méi)的。法拉第是19世紀(jì)最偉大的實(shí)驗(yàn)家，他出生在倫敦的紐因頓，是一個(gè)鐵匠的兒子，他說(shuō)“我所受的教育是最平常的，比在普通的日校中基本的讀﹑寫(xiě)﹑算多不了多少，我課外的時(shí)間都消耗在家里和街道上”。法拉第的童年沒(méi)有接受過(guò)正規(guī)的教育，僅僅讀過(guò)兩年小學(xué)，然而這并不能阻止他成為一名偉大的物理學(xué)家。1812年，他幸運(yùn)地聽(tīng)到偉大的化學(xué)家戴維（1778—1829）在皇家研究院的四次講演，并把戴維講演的內(nèi)容整理成文字寄給他，經(jīng)過(guò)一番努力最終成為戴維的助手。后來(lái)歷史學(xué)家評(píng)價(jià)戴維：“這一生最偉大的成就是發(fā)現(xiàn)了法拉第?！笨梢?jiàn)戴維對(duì)于法拉第的成功起著不可磨滅的作用。法拉第在戴維的培養(yǎng)下在學(xué)術(shù)上取得了很大的進(jìn)步，1831年8月，法拉第把兩個(gè)線圈繞在一個(gè)鐵環(huán)上，線圈A接直流電源，線圈B接電流表。他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)線圈A的電路接通或斷開(kāi)的瞬間，線圈B中產(chǎn)生瞬時(shí)電流，然而鐵環(huán)并不是必須的。拿走鐵環(huán)，再做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，上述現(xiàn)象仍然發(fā)生，只是線圈B中的電流弱些，他把這種現(xiàn)象稱(chēng)為“電磁感應(yīng)現(xiàn)象”。他發(fā)現(xiàn)了由磁生電現(xiàn)象和感應(yīng)電流，從而建起電磁學(xué)的大廈。由于他數(shù)學(xué)能力有限，最終由詹姆斯·麥克斯韋（1831—1879）從數(shù)學(xué)角度推導(dǎo)出了麥克斯韋方程組，成為現(xiàn)代電磁理論的基石。雖然法拉第沒(méi)有扎實(shí)的數(shù)學(xué)功底，但憑著后天的勤奮與努力成為了偉大的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家。通過(guò)一段物理學(xué)史的講述，讓學(xué)生了解每個(gè)物理學(xué)家成功的背后都凝聚著汗水與艱辛，引導(dǎo)學(xué)生向偉大的物理學(xué)家學(xué)習(xí)，這樣能夠培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神﹑樹(shù)立正確的人生觀和價(jià)值觀。

三、能夠培養(yǎng)學(xué)生的自然科學(xué)思維方式

通過(guò)物理學(xué)史的講授，使學(xué)生了解物理學(xué)的發(fā)展脈絡(luò)，對(duì)物理學(xué)科的性質(zhì)、內(nèi)容、研究思路、研究方法及手段有全面了解，以培養(yǎng)學(xué)生的自然科學(xué)思維方式及創(chuàng)新思維。教育的工作應(yīng)該是“傳道﹑授業(yè)﹑解惑”，所以說(shuō)培養(yǎng)現(xiàn)代大學(xué)生不僅要有扎實(shí)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，還要培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用自然科學(xué)的思維方式來(lái)解決問(wèn)題。在教學(xué)中筆者經(jīng)常舉這樣一個(gè)例子：法國(guó)著名物理學(xué)家安培（1775—1836），于1822年提出了有關(guān)物質(zhì)磁性本質(zhì)的假說(shuō)，他認(rèn)為一切磁現(xiàn)象的根源是電流。任何物質(zhì)中的分子都存在有回路電流，稱(chēng)為分子電流，分子電流相當(dāng)于一個(gè)基元磁鐵，就是物質(zhì)中的分子電流在外界作用下趨向于沿同一方向排列的結(jié)果。安培的分子電流假說(shuō)與現(xiàn)代對(duì)物質(zhì)磁性的理解是符合的，近代理論表明，原子核外電子繞核的運(yùn)動(dòng)和電子自旋等運(yùn)動(dòng)就構(gòu)成了等效的分子電流。安培的分子電流假說(shuō)在當(dāng)時(shí)對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的知識(shí)甚少的情況下無(wú)法證實(shí)，它帶有相當(dāng)大的猜測(cè)成分;在今天已經(jīng)了解到物質(zhì)的組成，證實(shí)了安培提出的分子電流假說(shuō)的正確性，并且它已成為認(rèn)識(shí)物質(zhì)磁性的重要依據(jù)。安培在當(dāng)時(shí)對(duì)于物質(zhì)結(jié)構(gòu)知之甚少的情況下依然可以提出假說(shuō)，這主要取決自然科學(xué)的思維方式。物理學(xué)是自然科學(xué)的重要組成部分，自然科學(xué)與物理學(xué)的知識(shí)體系和思維方法是融會(huì)貫通的，大學(xué)物理的教學(xué)工作中，引入物理學(xué)史可以讓學(xué)生了解自然科學(xué)的發(fā)展歷程﹑體會(huì)自然科學(xué)的思維方式，在這一過(guò)程中教師應(yīng)該注意培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用自然科學(xué)的思維方式解決和處理問(wèn)題，提高學(xué)生獨(dú)立思考的能力和科學(xué)創(chuàng)新的意識(shí)，這對(duì)于當(dāng)代大學(xué)生是至關(guān)重要的。

四、提高教師的學(xué)術(shù)素養(yǎng)

作為大學(xué)物理教師，不僅要對(duì)基本的公式、解題思路熟練掌握，也要對(duì)物理學(xué)史有深入的學(xué)習(xí)與研究，如此，在備課及教學(xué)中才能夠基于歷史背景及環(huán)境條件下，來(lái)講授教學(xué)內(nèi)容，將歷史與思維方式滲透在教學(xué)過(guò)程中，教師理解深刻，學(xué)生容易記住。教師通過(guò)這樣的教學(xué)過(guò)程，教學(xué)能力及學(xué)術(shù)素養(yǎng)也得到了不斷提高。

綜上，在大學(xué)物理教學(xué)中，物理學(xué)史的講授不是可有可無(wú)，它對(duì)調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性、培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神、提高教師教學(xué)能力及學(xué)術(shù)素養(yǎng)具有指導(dǎo)意義。

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