程 會 馮 杰 湯鳳君 崔 賀

（1.上海師范大學，上海 200234；2.七寶中學，上海 201101）

1 引言

眾所周知，一個民族要興旺發(fā)達，離不開人才的培養(yǎng)，而人才的培養(yǎng)靠教育.物理教學中注重中國物理學史的滲透，讓學生在物理學習中有振興中華的使命感與責任感，有將科學服務于人類的意識，這也是要達到情感，態(tài)度，價值觀的目標之一.新課改以來，物理學史在培養(yǎng)學生情感、態(tài)度、價值觀方面的重要作用是有目共睹的.目前的傾向是在物理學史的教學內(nèi)容中，國外的物理學家多，國內(nèi)的物理學家少；經(jīng)典物理學多，古代和現(xiàn)代物理學少；對物理學家的介紹過于絕對化和神圣化等等.現(xiàn)在網(wǎng)絡很發(fā)達，但是很少有學生專門去關注物理時事和前沿，這種現(xiàn)狀值得我們反思.如果一個國家培養(yǎng)的人才對本國的文化傳統(tǒng)和科學貢獻更加了解，更加熟悉，那么，其培養(yǎng)的人才會增加更多民族自信心和自豪感.

物理課程標準中明確指出，通過展示物理學發(fā)展的大體歷程，讓學生學習一些科學方法和科學家的探索精神，關心科技發(fā)展的動態(tài)并結合國際科學教育的理論和實踐，構建具有中國特色的物理課程體系.注意不同學科間知識與研究方法的聯(lián)系與滲透，使學生關心科學技術的新進展和新思想，了解自然界事物的相互聯(lián)系，逐步樹立科學的世界觀.［1］

因此，在物理新課程中適時注重中國物理學史的教學內(nèi)容，不僅僅符合物理課程標準和當前的教育改革目標，而且對學生的樹立正確的科學觀，人生觀和價值觀有重要的作用.

2 中國物理學史的包容之廣、氣魄之大

偉大的物理學家愛因斯坦曾經(jīng)就中國古代的科學成就講到：“西方科學的發(fā)展是以兩大偉大成就為基礎，那就是：希臘哲學家發(fā)明的形式邏輯體系（在歐幾里得幾何學中），以及通過系統(tǒng)的實驗發(fā)現(xiàn)有可能找出的因果關系（在文藝復興時期）.在筆者看來，中國的賢哲沒有走出這兩步，那是用不著驚奇的.令人驚奇的倒是這些發(fā)現(xiàn)（在中國）全部做出來了.［3］”

李約瑟博士在他的不朽巨著——《中國科學技術史》中發(fā)掘出無數(shù)中國科學技術史的重要成就.中國古代物理學史內(nèi)容是相當豐富的.中國古代不僅做出了西方同時期甚至是更早的類似發(fā)現(xiàn)，而且還做出了近代科學在西方興起之初的許多發(fā)現(xiàn)，如鄭玄、賈公彥關于彈性定律的敘述，宋代魏丕與楊承信用彈性定律改造弓弩并發(fā)現(xiàn)了一種新的測定弓弩剛度的方法，漢代人創(chuàng)造冰透鏡和關于力學相對性原理的敘述，五代譚峭關于4種不同形狀的透鏡成像的實驗，朱載堉關于十二等程律的理論建樹等等.上海交通大學科學史系江曉元教授曾在《中華科學文明史》的序言中提到，“李約瑟所著的《中國科學技術史》對現(xiàn)代中西文化交流影響深遠，該著以浩瀚的史料、確鑿的證據(jù)向世界表明：‘中國文明在科學技術史上曾起過從來沒有被認識到的巨大作用，’‘在現(xiàn)代科學技術登場前10多個世紀，中國在科技和知識方面的積累遠勝于西方’.”

關于中國近現(xiàn)代的物理學史，申先甲先生寫到“在中國近現(xiàn)代物理學發(fā)展的軌跡上，留下了幾代物理學先輩的鮮明印記.他們那種獻身物理學事業(yè)的‘另一種人生’，那種東方智慧的展現(xiàn)和杰出的研究成果，那種赤城的愛國情懷和高尚的品德情操，都強烈地感染著我……”這一時期，中國物理學工作者不僅在國外進行研究、發(fā)表論文，也在國內(nèi)開展研究工作并取得令人矚目的成果.例如，吳有訓關于X射線和康普頓效應的研究，葉企孫關于普朗克常數(shù)的測定，王守競關于量子力學的研究，周培源關于相對論和流體力學的工作，趙忠堯關于硬γ射線的實驗，何增祿關于真空泵的研制，饒毓泰關于多原子分子斯塔克效應的研究，嚴濟慈關于光譜學的研究，薩本棟關于三相電路和三極管特性的研究，鐘盛標關于壓電晶體和光譜學的研究，吳大猷在光譜學、原子和原子核物理方面的工作，任之恭關于超高頻電場的研究等等.表明我國學者的物理學研究水平已經(jīng)與世界物理學的發(fā)展達到同步，中國的一些物理學家在世界學術領域已嶄露頭角，他們代表的中華民族的智慧得到了世界同行的公認.［4］總的看來，雖然引進近現(xiàn)代物理學在中國是一個曲折反復和緩慢的過程，近現(xiàn)代物理學的研究工作在中國起步較晚，但是，在辛亥革命和五四新文化運動的推動下，在中國社會普遍認識了科學的重要性之后，它的發(fā)展進度是驚人的神速.近現(xiàn)代物理學成為中國科學中最有創(chuàng)造性、內(nèi)容最為豐富和完整的學科之一.

錢三強院士曾說過，“中國物理學史是一塊蘊含著巨大精神財富的寶地.這塊寶地很值得我們?nèi)ラ_墾，這些精神財富很值得我們?nèi)グl(fā)掘.如果我們都能重視這塊寶地，把寶貴的精神財富挖掘出來，從中汲取營養(yǎng)，獲得教益，我相信對我國的教育事業(yè)和人才培養(yǎng)都會是大有益處的.”

3 中國物理學史內(nèi)容的教學策略

3.1 中國古代物理學史的教學策略

3.1.1 初中物理教學中的滲透

由于初中生的思維處于具體思維向抽象思維過渡的階段，抽象邏輯思維開始占相對優(yōu)勢，但思維尚未成型.因此教師要努力激發(fā)學生學習興趣，通過具體形象的圖片，動畫或者微視頻的展示，提高學生學習積極性，更好地提高初中物理教學效果.

下面將從力學和聲學2個方面進行案例分析.

在指導學生學習杠桿平衡的這節(jié)課時，可以提到中國古人對杠桿平衡條件的貢獻.《慎子》記載：“懸于權衡，則毫發(fā)之不可差”，說明中國古人利用杠桿裝置稱量物體可以達到很高的精確度.在這類實踐的基礎上，戰(zhàn)國時期墨家對杠桿平衡現(xiàn)象進行了理論總結.《墨經(jīng)》指出：“橫，加重于其一旁，必捶，權重相若也.相橫，則本短標長.兩加焉，重相若，則標必下，標得權也.”杠桿平衡時，在一端增加重量，桿必向加重的一端下垂.因為原來平衡時，是權重相當?shù)?；在一端增加重量，桿必向加重的一端下垂.《墨經(jīng)》對杠桿平衡現(xiàn)象的描述非常準確，道理也說得很清楚.這是中國古代關于杠桿最精彩的論述.《墨經(jīng)》的產(chǎn)生時代應不晚于古希臘的阿基米德時代，后者給出了杠桿原理的數(shù)學證明，墨家則沒有走向這一步.在講解這一課的時候，注意對學生的引導其實中國古人是很偉大的，雖然杠桿平衡條件是阿基米德發(fā)現(xiàn)的，并得到了公認.這是因為他進行了數(shù)學證明和精確的計算.而我們停留在現(xiàn)象的描述而沒有深一步的進行實驗的研究.但是正如愛因斯坦說“令人驚奇的倒是這些發(fā)現(xiàn)（在中國）全部做出來了”.桿秤就是一個很好的例子（如圖1）.幾千年來，桿秤作為商品流通的主要稱量工具，代代相傳，一樁樁交易就在秤砣與秤盤的此起彼伏間完成.現(xiàn)在電子秤已經(jīng)成為主要的稱量工具，很多學生沒有見過桿秤.而當學生學習過杠桿原理，運用杠桿原理解決以前生活中的問題，如有些黑心商家把秤砣故意磨損，這是為什么？請用杠桿原理進行分析，相信學生都會積極地投入.

圖1

在指導學生學習聲音特性這一章，如果不提到古代聲學的發(fā)展真的太可惜了.聲學，尤其是樂律學，是中國最為傳統(tǒng)而又發(fā)展得最好的學科之一.早在春秋末期人們已經(jīng)知道聲音的來源及音調(diào)的高低是由振動決定的.《考工記·鳧氏》在敘及鐘體的設計與制造時，曾寫道：“薄厚之所振動，清濁之所由出”.人們在敲鐘時，不僅可以耳辨其音調(diào)之高低，而且還可以撫摸其鐘壁而感覺到振動之強烈.關于聲波的傳播中有反射、折射、衍射等特性，古代人記下了許多相關的物理現(xiàn)象.在課程引入的時候，放一段曾侯乙編鐘（如圖2所示）的音樂，再向學生們展示我們古人的智慧，并簡要介紹編鐘.編鐘是中國古代最具民族特色的樂器之一.迄今可以論斷，中國編鐘是世界上所有鐘類樂器中具有最佳形狀和最佳結構的鐘.它在世界音樂史、樂器史和科學文化史上的價值就可想而知了.［4］伴著優(yōu)美的音樂，相信學生會在輕松愉快的課堂氛圍中獲得知識.

圖2

3.1.2 高中物理教學中的滲透

高中物理教學受高考制度的影響存在重教輕學、重知識輕能力、重結果輕過程的現(xiàn)象.這次新課程標準，強調(diào)“認識實驗在物理學中的地位和作用”，“初步了解物理學的發(fā)展歷程”，“關注物理學與其他學科之間的聯(lián)系”等.這些新的變化，對高中生物理素養(yǎng)的提高有很大的促進作用.

大家所熟知的“胡克定律”是英國物理學家胡克從1660年起實驗了螺旋彈簧、盤簧、金屬絲等彈性體，發(fā)現(xiàn)了其中的彈性變化規(guī)律.但是其彈性規(guī)律的表述形式和內(nèi)容卻比鄭玄晚了近1500年.中國人發(fā)現(xiàn)彈性定律并非在彈簧上，而是在弓箭（如圖3所示）上發(fā)現(xiàn)的.弓箭制作之后，要測量其弓力大小，以便將弓配給不同武士或士兵使用.經(jīng)過長期反復的測量，漢代鄭玄在注《考工記》時終于記載了弓的彈性規(guī)律.然而胡克的可貴之處在于他將這規(guī)律推廣到“所有帶彈性的其他物體之中，諸如金屬、木料、石塊、干土、毛發(fā)、獸角，蠶絲，骨骼、肌肉、玻璃，等等”，這種類推的思想是值得我們學習的.

圖3

然而我們在講解中國古代物理學史的時候，不是用過分夸張地介紹，而是要站在歷史的高度辯證地去看.誠然我們古代物理史相當豐富的，不過我們也要認識到自己的不足之處.中國古人對物理現(xiàn)象滿足于經(jīng)驗性總結，進行嚴格地邏輯證明較少；定性描述多，定量分析少，所以得出一般性的結論和規(guī)律較少，大多是一個個孤立的經(jīng)驗性總結，尚未形成理論體系.

3.2 中國近現(xiàn)代物理學史的教學策略

也許有些教師會提到，中學學習的物理基本上是經(jīng)典物理學的范疇，而經(jīng)典物理學的大廈在19世紀末已經(jīng)幾近建成，而直到20世紀初，中國才真正打開了引進近代物理學的大門.那我們該怎么引入中國物理學史和物理學家呢？這確實是客觀存在的.但是我們可以換一個角度看這個問題.筆者淺見是西方科學發(fā)展的早，這是值得我們借鑒和學習的.而我們?nèi)糇屑氶喿x物理學史會發(fā)現(xiàn)，中國的物理學先輩們在物理學的發(fā)展中發(fā)揮很大的作用.物理學的發(fā)展是曲折的，充滿艱辛的，不是一帆風順的.不是我們簡單地認為的“牛頓因蘋果砸在他頭上就發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律”那樣，這需要很多物理學家的付出.筆者略舉如下.

胡剛復圖4

在指導學生學習物質(zhì)的放射性時，提到倫琴發(fā)現(xiàn)X射線，此時也不要忘了中國的物理學先輩胡剛復（圖4）.胡剛復先生是中國第一位從事X射線研究的科學家，他在X射線領域做了極其廣泛的重要工作.胡剛復先生在哈佛大學攻讀博士，師從杜安教授，研究X射線，他的博士論文的題目《X射 線 的 研 究 》.F· 洪 德（Hund）在他所著的《量子理論中》一書中論及粒子流與波動過程之間的實驗唯象聯(lián)系時曾對胡剛復先生及其導師杜安的研究工作給予高度評價.胡剛復先生在X射線研究中取得的一些學術價值很高的實驗數(shù)據(jù)，也曾被著名的實驗物理學者M·德布羅意（de Broglie）（L·V·德布羅意的胞兄）引進其專著《X射線》一書中；1954年A·H·康普頓與S·K·艾里森（Allison）的《X射線的理論與實驗》一書中引用了3次.［5］他和20年代在康普頓效應中做出重要工作的吳有訓先生相輝映，為中國物理學史增添了光輝的一頁.

在學習密立根油滴實驗，作為密立根教授的學生，李耀邦（中國近代物理學的創(chuàng)始者之一，圖5）在密立根教授的指導下，自然就選取導師所研究的工作作為自己的研究課題.李耀邦的博士論文《以密立根的方法利用固體球粒測定e值》，實際上就是他從1913年夏開始的為期7個月工作的綜述.李耀邦精心設計好自己的實驗，對58個紫膠球粒子進行觀測計算，得到e的平均值為e＝4.764×10－10靜電系單位電荷量，這個數(shù)值與密立根用油滴法測得的e值之差在0.2%以內(nèi)，而與后來的公認的e只少0.8%.［5］李耀邦不僅將油滴實驗發(fā)展到球粒極大地支持了密立根油滴實驗的結果，而且對測定并證實基本電荷做出了貢獻.值得一提的是，密立根油滴實驗再次證實了電子的存在，并在絕對意義下測定了電子的電荷值，但是這一工作只限于氣體和液體，還不能證實基本電荷的普遍性.而李耀邦出色的工作表明在固體中基本電荷也不例外，電子的普遍存在從此得到了令人信服的證明.

李耀邦圖5

錢學森圖6

在學習萬有引力定律的過程中，會涉及很多近地衛(wèi)星，宇宙速度，環(huán)繞速度等問題.高中物理教師在引入新課的時候，可以向學生們展示我們航天大國的風范.回顧一下我們的航天史.當蘇聯(lián)和美國拉開了人類挺進太空、角逐宇宙的序幕時，毛主席提出“我們也要搞人造衛(wèi)星”，而衛(wèi)星，導彈和火箭是緊密相關的，甚至可以說是“三位一體”的東西.在航天史的初期，錢學森（圖6）、趙九章、錢三強、陳方允等等科學家的貢獻不可磨滅.特別是錢學森——中國導彈之父，為了回國，辭去了在美國空軍和海軍中的科學顧問職務，可是美國是不會放過這位導彈專家的.當時任美國海軍次長的D.金布爾說：“我寧可把這家伙斃了，也不讓他離開美國！，那些對我們來說至為寶貴的情況，他知道的太多了.無論在哪里，他都值5個師.［6］”錢學森一動身回國就遭到拘留.雖然后來被保釋出來，但卻受到美國當局的監(jiān)視長達5年之久.最后在祖國的幫助下，迫使美國政府不得不允許錢學森離美回國.錢學森后來回顧在美國的經(jīng)歷時說“我是1935年去美國，1955年回國，在美國待了20年.20年中，前三四年是學習，后十幾年是工作，所有這一切都是在做準備，為了回到祖國能為人民做點事……因為我是中國人，根本不打算在美國住一輩子.”錢老這些話，讓我們這些后輩們?yōu)橹袆?，為之汗?筆者想起2007年感動中國10大人物的頒獎詞，對錢老的評價再恰當不過：民族的脊梁——在他心里，國為重，家為輕，科學最重，名利最輕.5年歸國路，10年兩彈成.開創(chuàng)祖國航天，他是先行人，劈荊斬棘，把智慧鍛造成階梯，留給后來的攀登者.他是知識的寶藏，是科學的旗幟，是中華民族知識分子的典范.

中國近現(xiàn)代物理學史可以說是充滿艱辛和曲折.它記載了一代代科學大師不畏戰(zhàn)爭、疾病以及艱辛的生活條件，在資金匱乏，信息封閉，儀器簡陋的情形下，以堅韌不拔的精神、鞠躬盡瘁地從事教育和科研的感人事跡.而這些對于現(xiàn)在衣食無憂的中學生來說，感覺難以想象，這么艱苦的條件竟然有這么多的成果，內(nèi)心會升起崇敬之情，對學生個人的學習和生活有正確的引導作用.

3.3 中國物理時事和前沿的教學策略

現(xiàn)今中國的發(fā)展是舉世矚目的，當然物理學的發(fā)展也是振奮人心的.在物理課堂上注重物理時事和前沿問題的探討，其作用是不可估量的.針對當前物理應用方面的時事以及物理前沿方面的突破和進展，有針對性的引導學生去關注.當然很多前沿問題對中學生來說是艱澀難懂，這就靠教師們選擇的技巧和用心程度.在物理時事和前沿的引入過程中要讓學生產(chǎn)生學習的興趣，求知的欲望和前進的責任心.

例如在指導學生學習牛頓第三定律、作用力與反作用力時，結合嫦娥3號探測器在發(fā)射升空和“軟著陸”（如圖7所示）時的過程中，發(fā)動機分別向后噴氣（與速度方向相反）和向前噴氣（與速度方向相同），那么獲得的反作用力的方向分別使嫦娥3號探測器加速和減速，以達到加速升空和減速降落的目的.而且“嫦娥3號”在月球虹灣地區(qū)成功實施軟著陸，使我國成為世界上除美蘇以外第3個實現(xiàn)月面軟著陸的國家.相信學生通過觀看播放的發(fā)射和著陸的視頻，再加上教師的積極引導，不僅提高了對牛頓第三定律的理解而且對中國的航天事業(yè)的發(fā)展內(nèi)心充滿了民族自豪感.

圖7

在指導學生學習α、β、γ射線的時候，此時不忘提到我國的羊八井觀測站（如圖8所示）.現(xiàn)在的羊八井觀測站的優(yōu)異成果不斷涌現(xiàn)，知名度不斷提高，成為國際上常年運行的，海拔最高的現(xiàn)代化宇宙線觀測平臺.中國科學院高能物理研究所譚有恒教授曾在慶祝宇宙線發(fā)現(xiàn)100年以及本土宇宙線研究60年的時候說了感人至深的一席話“我們可以告慰張文裕等前輩科學家，后輩們沒有忘記您們的遺愿，如今再也沒有人說中國宇宙線的研究是零了；大師們早年在國內(nèi)播下的種子，也已在雪域高原生根開花；跋涉在念青唐古拉峰下的腳步，定會永遠向前.［7］”相信大家聽了這段發(fā)自肺腑的話，內(nèi)心那種感激、喜悅、自豪之感油然而生.

圖8

對于學生來說，關于物理時事和前沿，了解其中運用的物理原理或者對物理前沿的研究成果感到新奇、驚嘆，這才是我們教學中要達到的重點.雖然當下，他們可能看不懂那些物理數(shù)學的推導，聽不懂一些高深的研究，但至少他們能夠了解到中國物理學的發(fā)展在不斷向前，中國物理的發(fā)展為世界物理的發(fā)展做出了不可估量的貢獻，從而激發(fā)他們學習物理的興趣和動力.

4 結論

總之，在物理教學中，通過再現(xiàn)一些物理定律的發(fā)現(xiàn)過程，讓學生感受和認識科學發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造是一個長期和艱辛的過程，以及讓學生認識到物理學家的天才思想不僅僅是被欣賞的，而且是可以學習和運用的.注重中國物理學史講解，加深對中國物理學的理解，從中得到教益，開闊眼界，從前人的經(jīng)驗中得到啟示，中國物理學家的貢獻以及中國物理學的發(fā)展引導學生樹立正確的科學觀和人生觀.在國家富強，盛名遠播的當今，我們也要對歷史尊重和知曉，從中可以總結經(jīng)驗教訓，汲取精神力量，激發(fā)傳承和發(fā)展的歷史使命感.中國物理學史是需要物理教師和學生們共同學習探討，這也是我們學習物理必備的法寶之一.

1 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（實驗）［S］.北京：人民教育出版社，2003.

2 物理·高中一年級第一學期［M］.上海：上?？茖W技術出版社，2007.

3 許良英等編譯.愛因斯坦文集第1卷［M］.北京：商務印書館，1977：574.

4 戴念祖，劉樹勇著.中國物理學史·古代卷［M］.南寧：廣西教育出版社，2006：2.

5 凌瑞良，張國清，陸軍.物理學史話與知識專題選講［M］.南京：南京師范大學出版社，2010：78.

6 文洋著.錢學森在美國［M］.北京：人民出版社，1984：59－63.

7 譚有恒.從烏蒙山到念青唐古拉100年宇宙線研究的中國故事［J］.物理，2013（1）：13－22.