大學物理實驗教學中基于物理學史的愛國主義教育

田 赫，崔金剛，牟洪波，李景奎

(東北林業(yè)大學，黑龍江 哈爾濱 150040)

1 引入物理學史進行愛國主義教育的必要性

大學物理實驗是高等教育中基礎(chǔ)教學的重要組成部分，是理工科專業(yè)的必修基礎(chǔ)課程，對培養(yǎng)學生的科學實驗技能和數(shù)據(jù)處理方法、提高學生分析問題和解決問題能力具有不可或缺的作用，因此，也是影響學生科學素養(yǎng)及培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵課程[1,2]。

鑒于大學物理實驗課程的重要性，在教學中引入物理學史、并進行愛國主義教育一直受到重視和廣泛關(guān)注。高教司[1990]174號致有關(guān)高等學校文件中強調(diào)指出：近些年來，一部分教師自覺地將學科發(fā)展史料結(jié)合不同學科課程的特點滲入業(yè)務(wù)教學過程，無論在對學生進行思想教育方面，還是在提高課程的業(yè)務(wù)質(zhì)量方面都起了積極的作用，這是業(yè)務(wù)課程教師在業(yè)務(wù)教學中把教書與育人結(jié)合起來的有效方式之一，應(yīng)該鼓勵提倡。

同年7月，時任國家教委副主任何東昌同志在全國高等理科教育工作座談會上特別提出“如何針對理科的特點，加強對學生的思想教育”問題，要求從事理科教育的同志要重視對學生的世界觀教育，在自然科學領(lǐng)域里，總結(jié)經(jīng)驗，堅持用辯證唯物主義與歷史唯物主義世界觀武裝學生。10月，在國家教委高教司的支持下，由北京科技大學、清華大學共同承辦的“物理學史與物理教學討論班”在北京舉行，這次討論班的主要內(nèi)容是研討如何將物理學史滲入物理教學，對學生進行愛國主義、歷史唯物主義與辯證唯物主義，科學方法論教育的問題，研討物理學史在物理教學中的作用和地位。

由此可見，大學物理實驗教學中引入物理學史、并進行愛國主義教育是必要的，具有重要的時代意義和現(xiàn)實意義。

2 結(jié)合物理學史進行愛國主義教育的途徑

為了大學物理實驗教學中的愛國主義教育生動、具體、感人，最有效的途徑就是結(jié)合認知教育的情感教育[3]，使學生了解中國古代物理學的成就、中國近代物理學落后的原因、以及中國當代物理學克服重重困難取得的成績，依托史實，發(fā)揮教師的啟發(fā)引導(dǎo)作用，宣泄教師自身的愛國情感，進而感染學生，才能有效地對學生進行愛國主義教育，具體可采取以下幾種途徑。

2.1 依據(jù)中國古代物理學的成就培養(yǎng)民族自豪感

《考工記》又稱《周禮·冬官考工記》是中國現(xiàn)存最早的科技書籍之一，為春秋末年齊國人所著，盡管它是一本手工藝專著，但書中闡述了一些力學和聲學知識，例如車輪滾動的摩擦問題、斜面運動、慣性現(xiàn)象、水的浮力、以及鐘鼓馨的發(fā)音同它們的形狀的關(guān)系。再比如，其記有“凡鑄金之狀；金與錫，黑濁之氣竭，黃白次之，黃白之氣竭，青白次之。青白之氣竭，青氣次之，然后可鑄也?！?，是說在熔煉金屬時，根據(jù)金屬顏色判斷其冷熱程度，是中國文獻記載最早對溫度的認識。

與之相比，《墨經(jīng)》更被人熟知，其是戰(zhàn)國時期墨家著作總集《墨子》中的一部分?！赌?jīng)》把“力”定義為“形之所以奮”，就是力是物體(“形”)運動(“奮”)的原因，這個結(jié)論和近代物理學是一致的；還指出物體的重量也是力，物體之能下落，或被上舉，都有重力的表現(xiàn)[4]，物體在只有重力作用下，下落必是豎直的，可見，墨家對于力、重、運動之間的關(guān)系，已有一定的認識。同時，《墨經(jīng)》中還用相互聯(lián)系的八條論述了幾何光學知識[5]，其光學成就在當時是首屈一指的，記錄了全世界最早的針孔成像實驗，并對針孔成像給出了正確的分析和解釋，又處處體現(xiàn)出光的直進思想，并討論了平面鏡、凹面鏡、凸面鏡的成像，可以說《墨經(jīng)》是世界上最早的幾何光學著作，其結(jié)果在當時處于世界領(lǐng)先地位，比歐幾里德早100多年。

東漢時期的古藉《尚書緯·考靈曜》中記載地球運動時說：“地恒動不止而人不知，譬如人在大舟中，閉窗而坐，舟行而不覺也。”，描述了機械運動的相對性原理，說明中國在當時就對運動和靜止的相對性有深刻的認識，后來哥白尼、伽利略雖有類似的比喻，但比中國古代學者晚了1 400多年。張衡制造的地動儀比歐洲人制造的類似儀器早1 700多年，還提出了“近天則遲，遠天則速。”的行星運動規(guī)律，描述行星運動得快慢與行星到運轉(zhuǎn)中心的距離的關(guān)系，這一發(fā)現(xiàn)比開普勒提出的行星運動三定律早1 500年。王充在《論衡》中闡述了聲音是振動產(chǎn)生的，通過空氣傳播，把聲音在空氣中傳播比喻成水波，這些論述在世界上是最早的，又指出“頓牟掇芥”的現(xiàn)象，即摩擦過的唬珀能吸引輕小物體，是世界上最早關(guān)于電知識的記載。

《莊子》藝術(shù)記載了調(diào)瑟時發(fā)生的共振現(xiàn)象，其中基音與泛音共振現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)遠早于西方，歐洲直到15世紀才由達·芬奇首次進行共振實驗?！秹粝P談》中記載了聲學史第一個共振實驗，將一個小紙人放在弦線上，彈動發(fā)生共振的弦，紙人就跳躍顫動，彈動別的弦紙人卻不動，比英國的諾布爾所做的“紙游碼”實驗早500年。

中國古代物理學成就繁多，以上只列舉了極少數(shù)，教學中通過列舉中國古代物理學的成就，可以使學生振奮精神，增強學生對中華民族的認同感，激發(fā)學生的民族自尊心、自信心，特別是民族自豪感，進而培養(yǎng)學生的愛國主義情感。

2.2 基于中國近代物理學的落后培養(yǎng)民族責任感

中國古代物理學取得了許多輝煌的成就，中國古代文明、科技的發(fā)展均處于世界領(lǐng)先地位，然而令人遺憾的是，中國近代物理學發(fā)展非常緩慢，逐漸落后于西方世界，最終形成了巨大的差距，這是十分令人深思的問題。

首先，中國的封建社會過于漫長，是世界上最早進入封建社會的國家，但又最晚脫離封建社會。從公元前470年左右的春秋戰(zhàn)國到1840年的鴉片戰(zhàn)爭，封建社會長達2300多年，導(dǎo)致中國成為封建社會歷史最長的國家。中國的封建社會統(tǒng)治對科技發(fā)展的阻礙是中國近代物理學落后的主要原因。封建王朝的統(tǒng)治階級為了維護自己的統(tǒng)治地位，實行“八股”取仕制，不重視科技教育，利用各種手段控制民眾的思想，使得科學技術(shù)的發(fā)展受到了巨大的阻礙。近代中國封閉的環(huán)境削弱、壓制了國人的創(chuàng)新思維，長期的閉關(guān)鎖國，導(dǎo)致中國與世界科學技術(shù)失去交流的機會，固步自封，導(dǎo)致逐漸沒有了創(chuàng)新思維，又何來科技的發(fā)展，中國科學技術(shù)怎能不落后？相反地，西方在16世紀發(fā)生了資產(chǎn)階級革命，快速興起的資本主義工商業(yè)對科學技術(shù)不斷提出新的需求，從而激活了人們的創(chuàng)新思維，大大促進了科學技術(shù)的創(chuàng)新。因此，中國與西方科學技術(shù)的差距越來越大。科技、軍事的落后，最終導(dǎo)致外國列強的侵略。在此期間，列強更是利用各種侵略手段阻礙中國科學技術(shù)的發(fā)展，軍事侵略、經(jīng)濟掠奪、文化清洗，企圖使中國完全成為帝國主義的殖民地。近代中國在內(nèi)憂外患、極度困難的環(huán)境下，變得毫無生機，中國近代物理學難以得到進一步的發(fā)展。

盡管中國近代物理學史揭示了中國科學技術(shù)的落后、中華民族一度陷入危機，但不應(yīng)避而不談，通過中國近代物理學的史實教育，客觀地分析近代中國科技落后的原因，可以喚醒學生的危機意識，培養(yǎng)學生的民族責任感，讓學生發(fā)自內(nèi)心地珍惜今天的幸福生活，努力學習科學文化知識，激勵學生以振興中華為己任，為實現(xiàn)中華民族的偉大復(fù)興而拼搏。

2.3 展示中國當代物理學的成果培養(yǎng)民族自信心

中國近代物理學的落后與困境并沒有讓中國物理學一蹶不振，在當代中國，涌現(xiàn)出了許多杰出的物理學家，他們心懷祖國發(fā)展的偉業(yè)，為我國物理學的發(fā)展鞠躬盡瘁，他們的成就和愛國事跡鼓舞了全國人民，他們的愛國精神更值得學生學習。

吳有訓，江西高安人，1948年當選為中央研究院院士，1955年被聘為中國科學院學部委員(院士)，其最重要的學術(shù)成就是全面地驗證了康普頓效應(yīng)，康普頓效應(yīng)對波粒二象性的認識和量子理論的發(fā)展有重要意義，吳有訓是康普頓教授的得力助手和主要合作者，在康普頓教授指導(dǎo)下所做的博士論文，題目就為“康普頓效應(yīng)”，吳有訓以精湛的實驗和精辟的理論分析為康普頓效應(yīng)的確立和公認作出了杰出貢獻。

錢學森，是空氣動力學專家、工程控制論的創(chuàng)始人之一，在21世紀40年代就已經(jīng)成為和其恩師馮·卡門并駕齊驅(qū)的航空航天領(lǐng)域內(nèi)最為杰出的代表人物之一，是新中國愛國留學歸國人員中最具代表性的國家建設(shè)者，被譽為“中國航天之父”、“中國導(dǎo)彈之父”、“火箭之王”。被授予“國家杰出貢獻科學家”榮譽稱號、“兩彈一星”功勛獎?wù)隆?950年，錢學森同志爭取回歸祖國，而當時美國海軍次長金布爾聲稱：“錢學森無論走到哪里，都抵得上5個師的兵力，我寧可把他擊斃在美國，也不能讓他離開?！卞X學森同志由此受到美國政府迫害，遭到軟禁，失去自由。同年10月，經(jīng)過我國政府的不斷努力，通過釋放11名在朝鮮戰(zhàn)爭中俘獲的美軍高級將領(lǐng)作為交換，錢學森同志終于回到了祖國，自1958年4月起，他長期擔任火箭導(dǎo)彈和航天器研制的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)職務(wù)，為中國火箭、導(dǎo)彈和航天事業(yè)的發(fā)展作出了不可磨滅的巨大貢獻。

錢三強，中國原子能事業(yè)的開拓者和奠基人之一，1940年取得了法國國家博士學位，又繼續(xù)跟隨第二代居里夫婦當助手。錢三強夫婦在研究鈾核三裂變中取得了突破性成果，被導(dǎo)師約里奧向世界科學界推薦，被稱贊為“中國的居里夫婦發(fā)現(xiàn)了原子核新分裂法”。1948年，錢三強懷著迎接解放的心情回到戰(zhàn)亂中的祖國，50年代領(lǐng)導(dǎo)建成中國第一個重水型原子反應(yīng)堆和第一臺回旋加速器，使我國的反應(yīng)堆物理、放射性同位素制備、高能加速器技術(shù)、受控熱核聚變等工作都開展起來，在蘇聯(lián)政府停止對中國的技術(shù)援助后，直接負責原子彈研制中各個環(huán)節(jié)的攻堅任務(wù)，使許多關(guān)鍵技術(shù)得到及時解決，為第一顆原子彈和氫彈的研制成功作出重要貢獻。

楊振寧是當代中國乃至世界最偉大的物理學家，大學時期在西南聯(lián)合大學物理學系吳大猷指導(dǎo)下完成學士論文，1945年赴美留學，深受費米熏陶。楊振寧對理論物理學的貢獻范圍極廣，在粒子物理學方面最杰出的貢獻是1954年與米爾斯共同提出楊·米爾斯場理論，開辟了非阿貝耳規(guī)范場的新研究領(lǐng)域，為現(xiàn)代規(guī)范場理論(包括電弱統(tǒng)一理論、量子色動力學理論、大統(tǒng)一理論、引力場的規(guī)范理論)打下了基礎(chǔ)；1956年和李政道合作，提出了在弱相互作用中宇稱不守恒，并獲得1957年諾貝爾物理獎。在統(tǒng)計力學方面，提出二維伊辛模型的自發(fā)磁化強度，與李政道合作的關(guān)于相變的理論等。在凝聚態(tài)物理方面，與N·拜爾斯合作的對磁通量量子人的解釋，非對角長程序觀念等。楊振寧是中美關(guān)系松動后回中國探訪的第一位華裔科學家，其回中國生活后，對促進中美科學技術(shù)教育交流都做了大量工作，對我國物理學的發(fā)展做出了杰出貢獻。

類似于以上憂國憂民、一心為國的物理學家，在當代中國還有許多。他們的面對困難局面所取得的成就以及愛國事跡都是愛國主義教育的寶貴素材。教師可以利用這些素材，發(fā)揮啟發(fā)引導(dǎo)作用、宣泄愛國情感，感染學生，激發(fā)學生的愛國熱情、樹立民族自信心。

3 需要避免的問題

(1)史實準確。結(jié)合物理學史進行愛國主義教育時，史實必須準確，嚴格依據(jù)史實客觀的去評價，決不能夸張，否則給學生以嘩眾取寵的嫌疑。(2)避免生硬。遵循教學的基本規(guī)律、基本方法，把物理學史素材和教學內(nèi)容有機結(jié)合起來，在講授過程中找準切入點，順勢而為，不能把物理學史和教學內(nèi)容機械地拼湊在一起。(3)素材適量。教學過程中所采用的物理學史素材不宜過多，在完成正常的教學任務(wù)時，利用物理學史進行愛國主義教育要起到“畫龍點睛”的作用，不能把物理學史單純地作為貫徹愛國主義教育的工具，過多的素材反而會使學生產(chǎn)生逆反心理和負面效果。

4 結(jié) 語

大學物理實驗是高等教育中基礎(chǔ)教學的重要組成部分，而基礎(chǔ)教學是高校踐行“立德樹人”的重要環(huán)節(jié)，因此，在大學物理實驗教學中引入物理學史進行愛國主義教育是必要的，在教學中應(yīng)適時、適量、適度的進行愛國主義教育，并使愛國主義教育具體、感人，著力開拓教育的途徑及方式方法，利用結(jié)合認知教育的情感教育，使學生了解中國古代物理學的成就、中國近代物理學落后的原因、以及中國當代物理學克服重重困難取得的成績。依托史實，發(fā)揮教師的啟發(fā)引導(dǎo)作用，培養(yǎng)學生的民族自豪感、責任感、自信心，從而將大學物理實驗課建設(shè)成為愛國主義教育的前沿陣地。