物理學史在物理教學中的作用

摘要：物理學史和物理知識是物理學內容的重要組成部分,在物理教學中適度引入物理學史,有助于提高學生的物理素養(yǎng)。本人結合物理教學的實際情況出發(fā)，全面論述了物理學史在物理教學中的地位與作用，以促進二者的有效結合，更充分地發(fā)揮其教學功能。

關鍵詞：物理教學 物理學史

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

一、運用物理學史激發(fā)學生的求知欲和學習興趣

興趣是最好的老師，如果學生對物理產生了濃厚的興趣，那么學生將會很自覺的去探索物理問題，這樣的教學效果無疑是很好的。在課堂教學中，依據(jù)具體的教學內容恰到好處地引用一些精彩生動的物理學史料將有利于激發(fā)學生學習興趣，增強學生求知和探索欲。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容去講，學生必然會覺得枯燥乏味。因此在講授原子理論時，教師應注意介紹玻爾是怎樣在已有實驗事實(如光譜實驗規(guī)律)和物理理論(如原子的有核模型和量子論)的基礎上建立氦原子理論的[1]。再比如熱力學與統(tǒng)計物理中，講到粒子的波動性的時候，如果只是講粒子具有波動性，學生會覺得難以理解。這個時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。德布羅意那一頁多得博士論文提出了一個猜想：既然普朗克說光具有粒子性，光就是粒子；那反過來粒子也應該可以具有波動性。所以粒子的波動性在最開始的時候只是德布羅意的一個猜想。1927年，Thomson和Davission做了電子衍射實驗，得到了和光類似的衍射圖樣，證實了德布羅意的猜想。粒子的波動性是首先提出的假設，然后實驗證明，這也是物理學研究中的一種思維方法。這樣講述這個問題，學生就很容易接受。類似的粒子還有很多，在物理教學中，教師應結合教學內容恰當引入物理學史，會得到事半功倍的教學效果。

二、引入物理學史提高學生的專業(yè)素質

    物理學史是描述物理學理論的發(fā)展足跡，它再現(xiàn)了物理學中出現(xiàn)各個基本概念，基本定理的醞釀，產生和發(fā)展過程。在物理教學中引入物理學史，可以讓學生對這個基本理論有一個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。每一個物理學家都是一位哲學家，物理學發(fā)展至今，有一整套的思維方法。學生學習到了這種思維方法，有助于有提高他們的學習能力和思維能力。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，最后經過實驗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動的物體，但對于物體速度和光速相比擬的時候并不適用。愛因斯坦解決了這個看似不兼容的問題，他發(fā)展了狹義相對論，引入了洛倫茲變換，將宏觀物體低速和高速運動的這個經典力學問題進行了完美的統(tǒng)一。在大一力學的課堂上，講到牛頓三大定律和伽利略變換的時候，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論的歷史。這樣便與學生廣泛而深刻的理解牛頓定律。在大三講到電動力學的時候，再具體講狹義相對論。這樣就會提高學生的專業(yè)素養(yǎng)，不會只知其一，不知其二。

  三、運用物理學認識和掌握物理問題的研究方法

物理學的研究方法是物理學發(fā)展過程中，科學家在長期的摸索實踐而形成和發(fā)展起來的，是人類智慧的結晶。因此教師上課的時候不僅要給學生講授物理知識，更要傳授一種思維和研究方法。很多才華出眾的科學家永遠追求真理，對前人的研究成果也懷疑的看待。例如力學中講到:在“自由落體運動”一節(jié)的時候，教師引入伽利略對自由落體規(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，在那個時候對物理現(xiàn)象的認知會停留在感知的層面上，那么他的觀點的正確性也是有待驗證的。亞里士多德認為“重的物體比輕的物體下落快”，而且此觀點統(tǒng)治了2000多年，但伽利略對此大膽的持懷疑態(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，兩個物體(一重一輕)拴在一起，肯定比原來的物體更重，因而此時應下落得應該更快。如此推想，便得到兩個自相矛盾的結論，亞里斯多德的落體觀念肯定存在錯誤。理論上的分析還需實驗做支撐。在1589年，伽利略做了著名的比薩實驗。10磅重和1磅重的兩個金屬球同時從同一高度下落，結果發(fā)現(xiàn)兩球同時落地，建立了自由落體定律。從這一例子中，可以給學生提供學習、研究和探索物體問題的寶貴經驗和方法。

回顧物理學的發(fā)展史,無數(shù)事例表明科學家的思維方法，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，我們要想通過教學使學生不僅學到物理知識，還要學到對物理世界探索的方法。它極為有效地激發(fā)學生的學習興趣和求知欲望，并提高了他們的綜合素質特別是物理素養(yǎng)，但不能代替物理學專業(yè)知識的學習。學習物理學史也不能只滿足于了解歷史知識、概念和規(guī)律的認識，更重要的是從中學習物理學家的思想和解決問題的方法，培養(yǎng)學生對科學的探知能力和創(chuàng)新能力。

總之，物理學是一座豐富的知識寶庫。在物理教學過程中，結合學科的特點，適時、適度、適量地運用某些物理學史料，既有利于激發(fā)學生的學習興趣，又利于學生理解和掌握知識，還能使學生從中學到研究和探索物理問題的方法。物理學史在教學中的應用，對提高學生的學習興趣和學習質量，培養(yǎng)創(chuàng)新精神，全面貫徹素質教育有相當大的作用和意義。

參考文獻：

[1]潘傳增等.簡明物理學史教程[Ｍ].濟南:山東科技出版社,1990.

[2]郭奕玲等.物理學史[Ｍ].北京:清華大學出版社,1993.