首页 -> 2006年第4期
物理学史在物理教学中的作用
作者：郭超愚
一、培养学生科学的思维方法
美国教育家布鲁姆指出：“科学家的工作是发现，学生的学习也是一种发现，都是创造性的智力活动。”教师把叙述物理概念产生的历史发展过程（物理学史）和讲解物理概念的基本内容结合起来，让学生了解科学家发现物理规律的过程，循着科学家的思维方法和探索途径来“发现”物理规律，是使学生掌握科学的思维和研究方法的有效途径。从认识论的角度来看，物理课的学习是一种特殊的认识活动。例如：科学家如何通过质点、刚体、光滑平面、弹性碰撞、理想气体、绝热过程、点电荷、电光源等物理模型来区分物理过程中的主要和次要因素，使抽象的假说和理论形象化，进而使问题便于思考和研究。引导学生观察、分析科学家高度抽象思维方式在研究问题时所起的作用，使学生学会这样的科学思维方式是物理教学工作的核心任务。应该说，让学生掌握这些科学的思维方法，比掌握物理理论本身更加重要。分析和反思科学家进行创造性思维的过程，对学生开放性的掌握科学内在规律，具有重要的意义。同时科学家的探索精神、独创精神和丰富的想象力，也能给学生以耐人寻味、发人深省的启迪。
二、培养学生的辩证唯物主义世界观
无论是物理规律本身还是人类认识物理规律的过程都充满了辩证哲理，中学物理教学内容中，概念、定理、定律以及它们的产生过程具有极强的辩证唯物主义色彩。在用辩证唯物主义观点分析物理学史的基础上，阐明概念、规律，不仅可以加深学生对物理知识本身的理解，还可以使学生对物质第一性、物质的运动性、对立统一和量变与质变等辩证唯物主义的思想原理有更加深切的体会。如：波粒二象性理论的发展史，本身就是辩证唯物主义思想在历史上的真实演绎。光的波粒二象性同时对微粒说和波动说作了辩证的否定。它肯定了光有波动性和粒子体，否定了波动性和粒子性的根本对立。用动量和能量来描述光的粒子性，用波长和频率来描述光的波动性，而光的能量Ｅ＝ｈγ则使波动性和粒子性统一为一个客体。德布罗意的理论既肯定了波粒二象性的客观存在，又否定了过去认为只有光子才有波粒二象性的观点。波粒二象性理论正是在辩证的否定中得到了发展，其中有量的积累，质的转变，旧理论的危机孕育着新理论的诞生，科学的真理正是在辩证唯物主义的发展规律中诞生。
人们对一个重要概念、规律的认识都是逐渐发展和深入的。在教学中有意识地结合这类例子进行教学，有利于学生形成科学的、辩证发展的思维方式。物理学史的引入，可以使科学的内容和科学的思想方式有机结合，把物理知识的学习上升为对科学的世界观和方法论的学习。
三、培养学生的爱国主义精神
美国科学史家贝尔纳（Ｊ·Ｄ·Ｂｅｒｎａｌ）指出：“许多世纪以来，中国一直是人类文明和科学的巨大中心之一。”我国是世界四大文明古国之一，在物理学的理论和实践方面有着辉煌的成就。
在理论著作方面：三千年前，我国已有天象观察纪录，殷墟甲骨卜辞中记载的日食，发生在公元前一千年以前，这是世界上最早的、可靠的日食记录。公元前四世纪的《墨经》，定性地对光的现象进行了观察和说明，首次提出光是直线传播的观点。《墨经》还对力学进行了相关论述。公元１０５４年对蟹状星云超新星爆发的记载，是举世公认的重要天文资料。明末清初的《天工开物》，详细介绍了各种汲水工具和利用水能的机械，该书译成日文，在日本流传和影响甚广。清代的《物理小识》创立了“质测之学”，“质测”的含义就是观测和检验。《梦溪笔谈》有声的共振和磁偏角的实验记载。磁偏角的发现比西方要早４００年，对世界物理学是一大贡献。《论衡》中关于简单电现象的记载，《考工记》中关于工程技术、声音传播原理的论述等，在当时都遥遥领先于世界各国，就是在今天仍有参考价值。
在实用技术方面，更是不胜枚举。造纸术、印刷术、指南针、地震仪、浑天仪、船闸、石拱桥、火药等，都是我国最早发明使用的。东汉著名科学家张衡设计了世界上第一台能够准确测报地震的地震仪，发明了利用水力来推动的浑天仪。
我国近、现代物理学家的成就也有很多。例如：中国物理学家叶企孙，于１９２１年测得ｈ，这一数值与普朗克恒量现代最准确数值ｈ＝６．６２５×１０－２７尔格·秒相差甚少，他测得的这一数值，国际上引用了十年之久。吴有训于１９２４—１９２６年间在芝加哥大学以实验证实了康普顿效应。赵忠尧在二十世纪３０年代对正负电子对湮灭辐射的研究，比安德逊发现正电子还早。黄昆在晶格动力论方面的贡献，张文裕对μ介原子的研究和发现，王淦昌发现反∑超子。钱三强、何泽慧夫妇于二十世纪４０年代，发现了铀核的三分裂、四分裂现象，并对此作了初步解释。钱学森对流体力学的研究。钱伟长的“钱伟长方程”和“钱伟长方法”在国际上均享有一定声誉等等。
在课堂教学中，结合教材内容，向学生介绍我国在物理学方面对人类的杰出贡献，可以使学生了解祖国的灿烂文化和辉煌的科学成就，激发大家的民族自尊心和自豪感。
四、培养学生对自然科学的审美能力
物理教学中实施美育是国家教育方针提出的要求。物质世界的真与美从来就是统一的。物理学家常常把美学原则应用于真理的探索过程中，整部物理学发展史都体现着物理学家对简单性、对称性以及和谐性的美学追求，他们所有的发现和发明，也都无一例外地、深刻诠释着物理学美的特质。
物理学家们对宇宙规律所呈现的简单性、对称性以及和谐性，具有强烈的美学信念。爱因斯坦的教育思想之一就是要培养“和谐”的人。他认为：仅仅用专业知识教育人是不够的，一个“和谐”的人，应该是对美丑和道德善恶有着清晰辨别能力的人。他特别强调“一个和谐的人”，要有“对美的辨别力”。和谐美、简洁美一直是他衡量物理学理论是否正确的标准之一。开普勒坚信：造物主是按照完美的数学原则来创造世界的，他以数学的和谐性来探索宇宙，不忽视任何一个误差，最终发现了行星运动的统一规则——行星运动三定律。在物理学史中这样的例子很多，可以说，物理学史是对学生进行美育的优秀素材。
在教学中，培养学生对自然科学的审美能力是很重要的。审美观念的形成是以学生对科学知识的掌握和理解为基础的。学生特别是后进学生在忙于应试的情况下是无暇体会美的。但是，适当的引导还是可以使学生对自然科学的美有所体会的。例如：在讲牛顿第二定律（Ｆ＝ｍａ）时，可以告诉学生：牛顿第二定律（Ｆ＝ｍａ）是茫茫宇宙、万千复杂运动的本质规律之一。它的发现，使人类眼睛里的世界变得井然有序，这是一种怎样的美啊！仅仅四个字符，把这纷繁世界说的清清楚楚、明明白白，这简洁之美、精练之美，是用任何优美的文字都无法描述的。可谓美到极致，只可意会啊。这些话，学生听来，多少都是会有所感触的，在触动的同时，知识被自然地接受。兴趣在无声的体味中增长。
利用物理学史的人文因素对学生进行心灵美的教育。许多物理学家都是心灵美的典范，他们高尚的人格、善良的人性都应该是学生心中的楷模。例如，在讲电磁感应定律时，介绍法拉第的生平。让学生们了解：一个为人类进步做出了巨大贡献的人，具有怎样淡薄的名利观和怎样的献身精神。在讲欧姆定律时，谈谈欧姆是在怎样艰苦的环境下发现了欧姆定律，Ｉ＝Ｕ／Ｒ，这个看似简单的公式耗费了科学家多少心血。Ｉ＝Ｕ／Ｒ，多么简洁，又是那样的和谐，使人由衷的赞叹：真美！它的确是心血的结晶啊。物理学家毕一生之心血对真理、对美、对善孜孜以求的精神，将会在学生心灵深处激起最美、最圣洁的情感体验，这种情感令人终身难忘。
把物理学史引入物理教学是当前向素质教育转轨的需要，是提高物理教育教学质量的一个重要的手段。我们有必要在这方面作进一步探索。教学实践证明：教给学生单纯的物理知识，只是一个授人以“鱼”的过程。而教给学生科学的学习方法和发现、探索、研究问题的方法，才是授人以“渔”的根本。自然科学既是人类的知识体系之一，又是人们认识、发现和探索世界的过程与方式的集成，应该说知识本身很重要，而获取知识的过程和方式更重要。牛顿说：“如果说我比别人看的远一点，那是因为我站在巨人的肩上。”对于这句话，不同的人有着不同的理解。但我们更愿意这样理解：那就是，因为牛顿对“巨人”们获取知识的过程和方式，有着更深层次的把握和理解，才使他能看的更远。高中课程已将”研究性学习”纳入新的课程体系。有理由相信，通过物理学史对学生进行科学研究、探索方法的教育，将是今后物理课教学的重要手段之一。
（责任编辑孙晓雯）