劉云虎 曹海賓

(石河子大學(xué)理學(xué)院物理系 新疆 石河子 832003)

邵建新

(石河子大學(xué)師范學(xué)院課程與教學(xué)系 新疆 石河子 832003)

物理學(xué)是一門自然基礎(chǔ)學(xué)科，其研究內(nèi)容大體上可以分為兩大領(lǐng)域：探索物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)學(xué)科和研究物質(zhì)相互作用、相互轉(zhuǎn)化規(guī)律學(xué)科．按照具體研究對象又可分為力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等，內(nèi)容豐富，層面廣泛，分支繁多．物理學(xué)史則主要研究物理學(xué)產(chǎn)生和發(fā)展的基本規(guī)律；物理學(xué)概念、思想的發(fā)展和變革過程；物理學(xué)科各分支之間的相互滲透；物理學(xué)與其他學(xué)科之間的相互聯(lián)系；物理學(xué)的發(fā)展與社會背景的關(guān)系等．從這個層面來說，物理學(xué)史是一門文理滲透的課程，既具有數(shù)理學(xué)科邏輯嚴(yán)密、實事求是的特征，又具有哲學(xué)社會科學(xué)學(xué)科縝密分析、深入探索的特征．

物理學(xué)史對于物理學(xué)專業(yè)的本科生來說具有非常重要的作用．突出表現(xiàn)在以下幾個方面．

(1)闡明理論和實踐的關(guān)系．物理學(xué)是實驗學(xué)科，強(qiáng)調(diào)實驗的意義，但并不否定理論的重要性，只有在實驗的基礎(chǔ)上建立了正確的、經(jīng)過實踐檢驗的理論，才能達(dá)到對客觀事物的規(guī)律性認(rèn)識．在物理學(xué)的發(fā)展過程中，很多事例都能夠充分證明這一點，從而也就能夠使學(xué)生對實驗和理論的認(rèn)識更加深刻．

(2)掌握科學(xué)的思想方法論．縱觀整個物理學(xué)的發(fā)展過程，很多優(yōu)秀的科學(xué)家做出了巨大的成就．在取得這些成就的背后，除了科學(xué)家自身勤奮的因素外，他所具有的科學(xué)的思想方法也是非常重要的一個因素．通過講解翔實的歷史資料，總結(jié)出科學(xué)的思想方法，如果學(xué)生能夠掌握這些科學(xué)的思想方法論，這給他們今后在物理學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展提供了一盞指路明燈．

(3)培養(yǎng)學(xué)生高尚的科學(xué)素養(yǎng)．在物理學(xué)的發(fā)展過程中，無數(shù)的科學(xué)家前仆后繼，勇于奉獻(xiàn)，勤于探索．在他們身上，除了具有對科學(xué)的勤奮追求之外，更多地還體現(xiàn)出崇高的人格魅力．這對于引導(dǎo)大學(xué)生形成積極向上的人格具有很大的感染作用．

(4)加深對物理學(xué)各專業(yè)課程的認(rèn)識．對于物理學(xué)專業(yè)的學(xué)生來說，專業(yè)課程非常重要，如理論力學(xué)、電動力學(xué)、量子力學(xué)等．但學(xué)生對于這些課程的掌握局限于這些理論是什么樣子、有什么應(yīng)用，但對于理論是如何產(chǎn)生的、其背后有什么物理思想無從得知．物理學(xué)史的學(xué)習(xí)可以很好地彌補(bǔ)這一點，對理論產(chǎn)生的來龍去脈，其具有的物理思想等都可以詳加闡述，使學(xué)生知其然，更知其所以然．

目前在物理學(xué)史課程的教學(xué)中，或多或少出現(xiàn)了一些問題．大部分學(xué)生重視專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，認(rèn)為物理學(xué)史這類課程是可有可無的雞肋，對課程的認(rèn)識產(chǎn)生了偏差；該課程具有的文科課程性質(zhì)，使得一些學(xué)生學(xué)習(xí)起來覺得枯燥無味；對該課程的學(xué)習(xí)限于幽默、風(fēng)趣的歷史事件，缺乏對事件進(jìn)行分析、總結(jié)的能力．在擔(dān)任物理學(xué)史課程主講教師的幾年時間里，針對學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)的問題，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、教學(xué)思路、考核方式等幾個方面對該課程進(jìn)行了一些改進(jìn)和實踐，從學(xué)生的反饋效果來看，教學(xué)效果有了顯著的提升．

1 教學(xué)內(nèi)容的選取

物理學(xué)史課程的學(xué)時沒有明確的限定，那么任課教師就需要根據(jù)具體的學(xué)時數(shù)來安排授課內(nèi)容．文獻(xiàn)[1]的主要內(nèi)容包括：經(jīng)典物理學(xué)的發(fā)展，19和20世紀(jì)之交，實驗新發(fā)現(xiàn)和現(xiàn)代物理學(xué)革命、相對論和量子力學(xué)的建立與發(fā)展、20世紀(jì)物理學(xué)各個分支的發(fā)展過程等．文獻(xiàn)[2]則敘述了從古代巴比倫時期至1925年物理學(xué)發(fā)展的重要?dú)v史事實，譯者還加上了中國物理學(xué)的發(fā)展簡史，從而大大地豐富了該書的內(nèi)容．文獻(xiàn)[3]講述了中國物理學(xué)發(fā)展史、古希臘和中世紀(jì)歐洲人對物理現(xiàn)象的認(rèn)識、經(jīng)典物理學(xué)的建立過程、20世紀(jì)初期相對論和量子力學(xué)的建立過程．文獻(xiàn)[4]系統(tǒng)論述了物理學(xué)發(fā)展史，包括古代物理學(xué)、經(jīng)典物理學(xué)和現(xiàn)代物理學(xué)，書中對20世紀(jì)物理學(xué)及其思想方法的論述尤為深入．由文獻(xiàn)[5]采用三層次的結(jié)構(gòu)：第一層次，在每章的概述或引言中，對物理學(xué)的該分支學(xué)科歷史梗概作簡要介紹；第二層次，在隨后的幾節(jié)，重點講述該分支學(xué)科中主要的物理事件的發(fā)生和發(fā)展，以及物理學(xué)家的貢獻(xiàn)；第三層次則是每章最后的案例剖析或?qū)ｎ}研究．

從近幾年出版的這些教材中可以發(fā)現(xiàn)，物理學(xué)史大體上可以分為四大部分：

(1)中國及西方古代物理學(xué)發(fā)展史；

(2)經(jīng)典物理學(xué)發(fā)展史；

(3)近代物理學(xué)發(fā)展史；

(4)現(xiàn)代物理學(xué)發(fā)展史．

隨著培養(yǎng)方案的變化，筆者曾講授過32課時、36課時、48課時和54課時的物理學(xué)史．這四部分的學(xué)時比例可按照1∶6∶4∶2來分配．課時緊張時，建議精講中國物理物理學(xué)發(fā)展史里面的部分內(nèi)容，重點講解經(jīng)典物理學(xué)發(fā)展史和近代物理學(xué)發(fā)展史；課時較寬裕時，可適當(dāng)增加現(xiàn)代物理學(xué)發(fā)展史的課時，通過物理學(xué)前沿發(fā)展的介紹，激發(fā)學(xué)生的好奇心和學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生對自身發(fā)展找到一個合適的定位．

2 教學(xué)手段的改進(jìn)

從物理學(xué)史的課程性質(zhì)來看，該課程適宜多媒體與板書相結(jié)合的教學(xué)手段．相對于傳統(tǒng)的教學(xué)，多媒體教學(xué)具有形象直觀、生動便捷、教學(xué)成本低等多方面優(yōu)勢，其隨機(jī)性、靈活性、全方位和立體化的信息呈現(xiàn)方式對于優(yōu)化課堂環(huán)境，提高教學(xué)質(zhì)量能起到很好的作用．

對于物理學(xué)史課程的多媒體課件的制作既要針對物理學(xué)史的課程性質(zhì)，又要結(jié)合多媒體課件的制作原則，文字內(nèi)容要簡潔，以提綱式為宜．但是對于多媒體授課來說，一些問題也是比較常見的，要盡量注意避免．

(1)缺乏交流.不能充分發(fā)揮教師的授課積極性；

(2)互動不夠.不能充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性；

(3)追求形式，不求效果，本末倒置．就目前而言，采用多媒體與板書相結(jié)合的教學(xué)手段是最合適的一種方法．

3 教學(xué)方法的轉(zhuǎn)變

3.1歷史倒敘先入為主

如果講課的時候按照歷史發(fā)展前后來講的話，容易引起學(xué)生的疲勞感，對于學(xué)生也沒有好奇心而言．所以，必要的時候可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)整教學(xué)內(nèi)容的順序，從后向前，由淺入深．

在這里建議采用文獻(xiàn)[1]提出的6問題模式，提綱挈領(lǐng)，層層深入．在學(xué)習(xí)一個事件的發(fā)展過程中，先給出結(jié)果，再引導(dǎo)學(xué)生回答以下問題.

(1)為什么(WHY)？一個物理學(xué)事件的發(fā)生，必定有其歷史背景和定因．

(2)是什么(WHAT)？該事件有何意義？對物理學(xué)的發(fā)展有什么作用？

(3)什么時間(WHEN)？該事件發(fā)生在什么時代？有什么歷史背景？

(4)是誰(WHO)？為什么是這位科學(xué)家做出的這些成果？

(5)在哪里(WHERE)？為什么在這個國家，這個地方？而不是其他國家、其他地方？

(6)怎么樣(HOW)？該科學(xué)家成功的關(guān)鍵是什么？經(jīng)歷過什么樣的奮斗歷程？對我們有什么啟示？

以能量守恒定律為例，可如圖1所示設(shè)置問題．

圖1 能量守恒定律六大問題

3.2 適時取舍變換主線

對于具有歷史性的課程，一般都是按照時間主線來進(jìn)行講解，這種方式容易造成授課內(nèi)容的單一．在教學(xué)過程中，可以選取合適的教學(xué)內(nèi)容變換教學(xué)主線．

例如在經(jīng)典電磁學(xué)發(fā)展史部分，可以采用大事件為主線，該部分內(nèi)容可以分為以下幾個大的事件：對電磁的早期認(rèn)識；電荷守恒定律的建立過程；庫侖定律的建立過程；歐姆定律的建立過程；安培定律的建立過程；法拉第電磁感應(yīng)定律的建立過程；麥克斯韋電磁場理論的建立過程；實驗上的驗證過程及其應(yīng)用．該部分內(nèi)容以大事件為主線具有以下幾個優(yōu)點：教學(xué)思路清晰；科學(xué)的思想方法論貫穿其中，達(dá)到“以史帶論”的效果；全方位講解，內(nèi)容更為形象、生動，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性．

在相對論發(fā)展史部分，可以采用關(guān)鍵人物——愛因斯坦為主線，從其出生、成長到取得巨大的成功再到最后逝世的過程，將相對論的發(fā)展史融于其中．采用這種教學(xué)方法，使我們能夠追溯關(guān)鍵人物的思想轉(zhuǎn)變過程，更容易把握相對論的基本本質(zhì)；同時，關(guān)鍵人物的生平介紹使得內(nèi)容豐富、生動，富有立體感；最后，通過學(xué)習(xí)關(guān)鍵人物的奮斗過程，使學(xué)生感受大師的風(fēng)范和人格，這有助于學(xué)生完善自己的人生目標(biāo)，提高自身素質(zhì)．

4 教學(xué)模式的改變

對于該課程，如果一味采用“填鴨式”教學(xué)容易造成學(xué)生的倦怠和疲勞感．根據(jù)前期調(diào)查問卷的結(jié)果，在課堂教學(xué)中可以適當(dāng)引入學(xué)生參與的元素和專題講座的形式．

可以選擇一個有意義的歷史問題，讓學(xué)生自己搜集文獻(xiàn)資料，然后在課堂上發(fā)言表達(dá)自己的觀點或者集中討論，教師可以起輔助作用，引導(dǎo)學(xué)生的思路和話題，逐步深入，得到最終結(jié)論．一般時間控制在15～20 min為宜．在經(jīng)典力學(xué)發(fā)展史部分，可以引入“為什么伽利略沒有發(fā)現(xiàn)宇宙引力？”[6]這個問題，引導(dǎo)學(xué)生逐步分析原因，使學(xué)生能夠了解歷史的同時，也能夠掌握到物理學(xué)的發(fā)展還會受到社會因素和經(jīng)濟(jì)因素的制約，同時也能夠使學(xué)生逐步明白牛頓之所以成功與其自身的科學(xué)素質(zhì)具有很大的關(guān)系．

在學(xué)生參與探討的過程中，學(xué)生對于物理學(xué)的一些新興理論表現(xiàn)出了濃厚的興趣，像弦理論、大型強(qiáng)子對撞機(jī)、平行宇宙、宇宙大爆炸理論等．學(xué)生在準(zhǔn)備資料的同時，能夠接觸到這些理論的發(fā)展過程、預(yù)期解決的問題、理論本身尚存在的問題等，一方面能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，另一方面能夠使學(xué)生了解物理學(xué)的前沿發(fā)展趨勢，確定今后的發(fā)展方向．

專題報告可以把某一個問題集中進(jìn)行講解，由基本理論層層展開．例如,德布羅意物質(zhì)波理論非常簡單，但是它卻是量子力學(xué)和相對論形成的橋梁[7]，對于該部分知識就可以作為一個專題的形式由淺入深介紹量子力學(xué)和相對論的發(fā)展基礎(chǔ)．

而對于物理學(xué)前沿學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展史可以由相關(guān)研究領(lǐng)域的專家或者本系其他教師給學(xué)生做一場專題報告，既能夠使學(xué)生了解該理論的發(fā)展過程，更能夠使學(xué)生掌握該理論的發(fā)展趨勢．

5 考核方式的改變

由于該課程具有文科的性質(zhì)，對于物理學(xué)專業(yè)的學(xué)生來說，關(guān)鍵問題不在于學(xué)生能夠記住在什么年代發(fā)生了什么事情，而是要從基本上把握住理論發(fā)展的前因后果和科學(xué)的思想方法論．為達(dá)到這樣的目的，就需要對考核方式進(jìn)行一下改變．首先，平時作業(yè)從單純的書面作業(yè)逐步演變到一些驗證性實驗，例如,可以讓學(xué)生自己動手制作指南魚、用類比法驗證庫侖平方反比定律等．其次，多布置一些開放性的作業(yè)題目，例如,讓學(xué)生搜集著名物理學(xué)家的名言警句．這個題目看似簡單，學(xué)生能夠增長一些基礎(chǔ)知識，更深層次的則是希望學(xué)生通過搜集名言警句，能夠自發(fā)地去尋找名言背后的物理背景，蘊(yùn)含的物理思想，表現(xiàn)出的人格魅力等．

對于期末考試，從最開始的書面閉卷考試首先變化到書面開卷考試，但是效果不是很理想，現(xiàn)在采用課程論文的形式相對來說效果要好一點，學(xué)生也樂于接受．通過論文的書寫，使學(xué)生初步了解論文的寫作過程和寫作方法，為畢業(yè)論文奠定基礎(chǔ)．但是論文的難易程度要把握到位，緊扣課程目的．例如往年采用的一個題目“思想方法論在物理學(xué)發(fā)展中的作用”，從上交的論文來看，題目有些偏難，但大部分學(xué)生完成得還是相當(dāng)不錯．同時，對于課程論文的書寫一定要有明確的書寫規(guī)定、論文結(jié)構(gòu)、字?jǐn)?shù)要求和評分標(biāo)準(zhǔn)，盡量避免分?jǐn)?shù)的隨意性．

6 結(jié)語

鑒于物理學(xué)史課程目前的教學(xué)狀況及課程自身的重要性，在課程調(diào)查問卷反饋結(jié)果的基礎(chǔ)上，主要從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、教學(xué)方法、教學(xué)模式和考核方式等方面，在實際的教學(xué)過程中進(jìn)行了探索．從實施效果來看，學(xué)生評教成績從三年前的89分提高到現(xiàn)在的95分；學(xué)生的平時出勤率從90%左右上升到約99%；期末考核成績平均成績提高到80分左右，不及格率在5%以下；近兩年的畢業(yè)生中，選題和物理學(xué)史相關(guān)的學(xué)生共有5人，完成得都很出色．以上的效果能夠說明對于該課程教學(xué)方面的各項改革還是具有一定的積極意義，當(dāng)然，對于教學(xué)的探索是永無止境的，希望該文能夠起到拋磚引玉的作用，對大家的課程教學(xué)有一定的幫助．

參考文獻(xiàn)

1 郭奕玲，沈慧君.物理學(xué)史.北京：清華大學(xué)出版社，2005.2～3

2 弗·卡納里，戴念祖.物理學(xué)史.桂林：廣西師范大學(xué)出版社，2008.1～2

3 胡化凱.物理學(xué)史二十講.合肥：中國科技大學(xué)出版社，2009.1～2

4 李艷平，申先甲.物理學(xué)史教程.北京：科學(xué)出版社，2006.1～2

5 青峰.簡明物理學(xué)史.南京：南京大學(xué)出版社，2007.1～2

6 J. Needham. The Grand Titration: Science and Society in East and West. Toronto: university of Toronto Press, 1969. 235～236

7 A. Elitzur, S. Dolev. Becoming as a Bridge Between Quantum Mechanics and Relativity. London: World Scientific Publishing company, 2005. 124～125