田 赫,崔金剛,牟洪波,李景奎
(東北林業(yè)大學(xué),黑龍江 哈爾濱 150040)
大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是高等教育中基礎(chǔ)教學(xué)的重要組成部分,是理工科專業(yè)的必修基礎(chǔ)課程,對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)實(shí)驗(yàn)技能和數(shù)據(jù)處理方法、提高學(xué)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(xué)生科學(xué)素養(yǎng)及培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵課程[1,2]。
鑒于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的重要性,在教學(xué)中引入物理學(xué)史、并進(jìn)行愛國(guó)主義教育一直受到重視和廣泛關(guān)注。高教司[1990]174號(hào)致有關(guān)高等學(xué)校文件中強(qiáng)調(diào)指出:近些年來,一部分教師自覺地將學(xué)科發(fā)展史料結(jié)合不同學(xué)科課程的特點(diǎn)滲入業(yè)務(wù)教學(xué)過程,無論在對(duì)學(xué)生進(jìn)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(xué)中把教書與育人結(jié)合起來的有效方式之一,應(yīng)該鼓勵(lì)提倡。
同年7月,時(shí)任國(guó)家教委副主任何東昌同志在全國(guó)高等理科教育工作座談會(huì)上特別提出“如何針對(duì)理科的特點(diǎn),加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的思想教育”問題,要求從事理科教育的同志要重視對(duì)學(xué)生的世界觀教育,在自然科學(xué)領(lǐng)域里,總結(jié)經(jīng)驗(yàn),堅(jiān)持用辯證唯物主義與歷史唯物主義世界觀武裝學(xué)生。10月,在國(guó)家教委高教司的支持下,由北京科技大學(xué)、清華大學(xué)共同承辦的“物理學(xué)史與物理教學(xué)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(xué)史滲入物理教學(xué),對(duì)學(xué)生進(jìn)行愛國(guó)主義、歷史唯物主義與辯證唯物主義,科學(xué)方法論教育的問題,研討物理學(xué)史在物理教學(xué)中的作用和地位。
由此可見,大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入物理學(xué)史、并進(jìn)行愛國(guó)主義教育是必要的,具有重要的時(shí)代意義和現(xiàn)實(shí)意義。
為了大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的愛國(guó)主義教育生動(dòng)、具體、感人,最有效的途徑就是結(jié)合認(rèn)知教育的情感教育[3],使學(xué)生了解中國(guó)古代物理學(xué)的成就、中國(guó)近代物理學(xué)落后的原因、以及中國(guó)當(dāng)代物理學(xué)克服重重困難取得的成績(jī),依托史實(shí),發(fā)揮教師的啟發(fā)引導(dǎo)作用,宣泄教師自身的愛國(guó)情感,進(jìn)而感染學(xué)生,才能有效地對(duì)學(xué)生進(jìn)行愛國(guó)主義教育,具體可采取以下幾種途徑。
《考工記》又稱《周禮·冬官考工記》是中國(guó)現(xiàn)存最早的科技書籍之一,為春秋末年齊國(guó)人所著,盡管它是一本手工藝專著,但書中闡述了一些力學(xué)和聲學(xué)知識(shí),例如車輪滾動(dòng)的摩擦問題、斜面運(yùn)動(dòng)、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?!保钦f在熔煉金屬時(shí),根據(jù)金屬顏色判斷其冷熱程度,是中國(guó)文獻(xiàn)記載最早對(duì)溫度的認(rèn)識(shí)。
與之相比,《墨經(jīng)》更被人熟知,其是戰(zhàn)國(guó)時(shí)期墨家著作總集《墨子》中的一部分。《墨經(jīng)》把“力”定義為“形之所以奮”,就是力是物體(“形”)運(yùn)動(dòng)(“奮”)的原因,這個(gè)結(jié)論和近代物理學(xué)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(duì)于力、重、運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系,已有一定的認(rèn)識(shí)。同時(shí),《墨經(jīng)》中還用相互聯(lián)系的八條論述了幾何光學(xué)知識(shí)[5],其光學(xué)成就在當(dāng)時(shí)是首屈一指的,記錄了全世界最早的針孔成像實(shí)驗(yàn),并對(duì)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(jìn)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(xué)著作,其結(jié)果在當(dāng)時(shí)處于世界領(lǐng)先地位,比歐幾里德早100多年。
東漢時(shí)期的古藉《尚書緯·考靈曜》中記載地球運(yùn)動(dòng)時(shí)說:“地恒動(dòng)不止而人不知,譬如人在大舟中,閉窗而坐,舟行而不覺也?!保枋隽藱C(jī)械運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性原理,說明中國(guó)在當(dāng)時(shí)就對(duì)運(yùn)動(dòng)和靜止的相對(duì)性有深刻的認(rèn)識(shí),后來哥白尼、伽利略雖有類似的比喻,但比中國(guó)古代學(xué)者晚了1 400多年。張衡制造的地動(dòng)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(yuǎn)天則速?!钡男行沁\(yùn)動(dòng)規(guī)律,描述行星運(yùn)動(dòng)得快慢與行星到運(yùn)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(yùn)動(dòng)三定律早1 500年。王充在《論衡》中闡述了聲音是振動(dòng)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(shí)的記載。
《莊子》藝術(shù)記載了調(diào)瑟時(shí)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(yuǎn)早于西方,歐洲直到15世紀(jì)才由達(dá)·芬奇首次進(jìn)行共振實(shí)驗(yàn)?!秹?mèng)溪筆談》中記載了聲學(xué)史第一個(gè)共振實(shí)驗(yàn),將一個(gè)小紙人放在弦線上,彈動(dòng)發(fā)生共振的弦,紙人就跳躍顫動(dòng),彈動(dòng)別的弦紙人卻不動(dòng),比英國(guó)的諾布爾所做的“紙游碼”實(shí)驗(yàn)早500年。
中國(guó)古代物理學(xué)成就繁多,以上只列舉了極少數(shù),教學(xué)中通過列舉中國(guó)古代物理學(xué)的成就,可以使學(xué)生振奮精神,增強(qiáng)學(xué)生對(duì)中華民族的認(rèn)同感,激發(fā)學(xué)生的民族自尊心、自信心,特別是民族自豪感,進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的愛國(guó)主義情感。
中國(guó)古代物理學(xué)取得了許多輝煌的成就,中國(guó)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(guó)近代物理學(xué)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(guó)的封建社會(huì)過于漫長(zhǎng),是世界上最早進(jìn)入封建社會(huì)的國(guó)家,但又最晚脫離封建社會(huì)。從公元前470年左右的春秋戰(zhàn)國(guó)到1840年的鴉片戰(zhàn)爭(zhēng),封建社會(huì)長(zhǎng)達(dá)2300多年,導(dǎo)致中國(guó)成為封建社會(huì)歷史最長(zhǎng)的國(guó)家。中國(guó)的封建社會(huì)統(tǒng)治對(duì)科技發(fā)展的阻礙是中國(guó)近代物理學(xué)落后的主要原因。封建王朝的統(tǒng)治階級(jí)為了維護(hù)自己的統(tǒng)治地位,實(shí)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(xué)技術(shù)的發(fā)展受到了巨大的阻礙。近代中國(guó)封閉的環(huán)境削弱、壓制了國(guó)人的創(chuàng)新思維,長(zhǎng)期的閉關(guān)鎖國(guó),導(dǎo)致中國(guó)與世界科學(xué)技術(shù)失去交流的機(jī)會(huì),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(guó)科學(xué)技術(shù)怎能不落后?相反地,西方在16世紀(jì)發(fā)生了資產(chǎn)階級(jí)革命,快速興起的資本主義工商業(yè)對(duì)科學(xué)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(jìn)了科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新。因此,中國(guó)與西方科學(xué)技術(shù)的差距越來越大。科技、軍事的落后,最終導(dǎo)致外國(guó)列強(qiáng)的侵略。在此期間,列強(qiáng)更是利用各種侵略手段阻礙中國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,軍事侵略、經(jīng)濟(jì)掠奪、文化清洗,企圖使中國(guó)完全成為帝國(guó)主義的殖民地。近代中國(guó)在內(nèi)憂外患、極度困難的環(huán)境下,變得毫無生機(jī),中國(guó)近代物理學(xué)難以得到進(jìn)一步的發(fā)展。
盡管中國(guó)近代物理學(xué)史揭示了中國(guó)科學(xué)技術(shù)的落后、中華民族一度陷入危機(jī),但不應(yīng)避而不談,通過中國(guó)近代物理學(xué)的史實(shí)教育,客觀地分析近代中國(guó)科技落后的原因,可以喚醒學(xué)生的危機(jī)意識(shí),培養(yǎng)學(xué)生的民族責(zé)任感,讓學(xué)生發(fā)自內(nèi)心地珍惜今天的幸福生活,努力學(xué)習(xí)科學(xué)文化知識(shí),激勵(lì)學(xué)生以振興中華為己任,為實(shí)現(xiàn)中華民族的偉大復(fù)興而拼搏。
中國(guó)近代物理學(xué)的落后與困境并沒有讓中國(guó)物理學(xué)一蹶不振,在當(dāng)代中國(guó),涌現(xiàn)出了許多杰出的物理學(xué)家,他們心懷祖國(guó)發(fā)展的偉業(yè),為我國(guó)物理學(xué)的發(fā)展鞠躬盡瘁,他們的成就和愛國(guó)事跡鼓舞了全國(guó)人民,他們的愛國(guó)精神更值得學(xué)生學(xué)習(xí)。
吳有訓(xùn),江西高安人,1948年當(dāng)選為中央研究院院士,1955年被聘為中國(guó)科學(xué)院學(xué)部委員(院士),其最重要的學(xué)術(shù)成就是全面地驗(yàn)證了康普頓效應(yīng),康普頓效應(yīng)對(duì)波粒二象性的認(rèn)識(shí)和量子理論的發(fā)展有重要意義,吳有訓(xùn)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(xùn)以精湛的實(shí)驗(yàn)和精辟的理論分析為康普頓效應(yīng)的確立和公認(rèn)作出了杰出貢獻(xiàn)。
錢學(xué)森,是空氣動(dòng)力學(xué)專家、工程控制論的創(chuàng)始人之一,在21世紀(jì)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(guó)愛國(guó)留學(xué)歸國(guó)人員中最具代表性的國(guó)家建設(shè)者,被譽(yù)為“中國(guó)航天之父”、“中國(guó)導(dǎo)彈之父”、“火箭之王”。被授予“國(guó)家杰出貢獻(xiàn)科學(xué)家”榮譽(yù)稱號(hào)、“兩彈一星”功勛獎(jiǎng)?wù)隆?950年,錢學(xué)森同志爭(zhēng)取回歸祖國(guó),而當(dāng)時(shí)美國(guó)海軍次長(zhǎng)金布爾聲稱:“錢學(xué)森無論走到哪里,都抵得上5個(gè)師的兵力,我寧可把他擊斃在美國(guó),也不能讓他離開?!卞X學(xué)森同志由此受到美國(guó)政府迫害,遭到軟禁,失去自由。同年10月,經(jīng)過我國(guó)政府的不斷努力,通過釋放11名在朝鮮戰(zhàn)爭(zhēng)中俘獲的美軍高級(jí)將領(lǐng)作為交換,錢學(xué)森同志終于回到了祖國(guó),自1958年4月起,他長(zhǎng)期擔(dān)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(guó)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(xiàn)。
錢三強(qiáng),中國(guó)原子能事業(yè)的開拓者和奠基人之一,1940年取得了法國(guó)國(guó)家博士學(xué)位,又繼續(xù)跟隨第二代居里夫婦當(dāng)助手。錢三強(qiáng)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(xué)界推薦,被稱贊為“中國(guó)的居里夫婦發(fā)現(xiàn)了原子核新分裂法”。1948年,錢三強(qiáng)懷著迎接解放的心情回到戰(zhàn)亂中的祖國(guó),50年代領(lǐng)導(dǎo)建成中國(guó)第一個(gè)重水型原子反應(yīng)堆和第一臺(tái)回旋加速器,使我國(guó)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?zé)岷司圩兊裙ぷ鞫奸_展起來,在蘇聯(lián)政府停止對(duì)中國(guó)的技術(shù)援助后,直接負(fù)責(zé)原子彈研制中各個(gè)環(huán)節(jié)的攻堅(jiān)任務(wù),使許多關(guān)鍵技術(shù)得到及時(shí)解決,為第一顆原子彈和氫彈的研制成功作出重要貢獻(xiàn)。
楊振寧是當(dāng)代中國(guó)乃至世界最偉大的物理學(xué)家,大學(xué)時(shí)期在西南聯(lián)合大學(xué)物理學(xué)系吳大猷指導(dǎo)下完成學(xué)士論文,1945年赴美留學(xué),深受費(fèi)米熏陶。楊振寧對(duì)理論物理學(xué)的貢獻(xiàn)范圍極廣,在粒子物理學(xué)方面最杰出的貢獻(xiàn)是1954年與米爾斯共同提出楊·米爾斯場(chǎng)理論,開辟了非阿貝耳規(guī)范場(chǎng)的新研究領(lǐng)域,為現(xiàn)代規(guī)范場(chǎng)理論(包括電弱統(tǒng)一理論、量子色動(dòng)力學(xué)理論、大統(tǒng)一理論、引力場(chǎng)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(jiǎng)。在統(tǒng)計(jì)力學(xué)方面,提出二維伊辛模型的自發(fā)磁化強(qiáng)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(duì)磁通量量子人的解釋,非對(duì)角長(zhǎng)程序觀念等。楊振寧是中美關(guān)系松動(dòng)后回中國(guó)探訪的第一位華裔科學(xué)家,其回中國(guó)生活后,對(duì)促進(jìn)中美科學(xué)技術(shù)教育交流都做了大量工作,對(duì)我國(guó)物理學(xué)的發(fā)展做出了杰出貢獻(xiàn)。
類似于以上憂國(guó)憂民、一心為國(guó)的物理學(xué)家,在當(dāng)代中國(guó)還有許多。他們的面對(duì)困難局面所取得的成就以及愛國(guó)事跡都是愛國(guó)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(guó)情感,感染學(xué)生,激發(fā)學(xué)生的愛國(guó)熱情、樹立民族自信心。
(1)史實(shí)準(zhǔn)確。結(jié)合物理學(xué)史進(jìn)行愛國(guó)主義教育時(shí),史實(shí)必須準(zhǔn)確,嚴(yán)格依據(jù)史實(shí)客觀的去評(píng)價(jià),決不能夸張,否則給學(xué)生以嘩眾取寵的嫌疑。(2)避免生硬。遵循教學(xué)的基本規(guī)律、基本方法,把物理學(xué)史素材和教學(xué)內(nèi)容有機(jī)結(jié)合起來,在講授過程中找準(zhǔn)切入點(diǎn),順勢(shì)而為,不能把物理學(xué)史和教學(xué)內(nèi)容機(jī)械地拼湊在一起。(3)素材適量。教學(xué)過程中所采用的物理學(xué)史素材不宜過多,在完成正常的教學(xué)任務(wù)時(shí),利用物理學(xué)史進(jìn)行愛國(guó)主義教育要起到“畫龍點(diǎn)睛”的作用,不能把物理學(xué)史單純地作為貫徹愛國(guó)主義教育的工具,過多的素材反而會(huì)使學(xué)生產(chǎn)生逆反心理和負(fù)面效果。
大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是高等教育中基礎(chǔ)教學(xué)的重要組成部分,而基礎(chǔ)教學(xué)是高校踐行“立德樹人”的重要環(huán)節(jié),因此,在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入物理學(xué)史進(jìn)行愛國(guó)主義教育是必要的,在教學(xué)中應(yīng)適時(shí)、適量、適度的進(jìn)行愛國(guó)主義教育,并使愛國(guó)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(rèn)知教育的情感教育,使學(xué)生了解中國(guó)古代物理學(xué)的成就、中國(guó)近代物理學(xué)落后的原因、以及中國(guó)當(dāng)代物理學(xué)克服重重困難取得的成績(jī)。依托史實(shí),發(fā)揮教師的啟發(fā)引導(dǎo)作用,培養(yǎng)學(xué)生的民族自豪感、責(zé)任感、自信心,從而將大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課建設(shè)成為愛國(guó)主義教育的前沿陣地。