摘" "要：物理學(xué)史有助于學(xué)生理解物理概念的形成和發(fā)展過程，理解其中蘊(yùn)含的思想方法。在“光的波粒二象性”教學(xué)中，通過深度融合物理學(xué)史，讓學(xué)生思考人類在探索光的本性過程中遇見的一個(gè)個(gè)歷史之問，從而幫助學(xué)生深化對(duì)概念的理解，發(fā)展科學(xué)思維，樹立正確的人生觀和價(jià)值觀。

關(guān)鍵詞：物理學(xué)史；物理教學(xué)；立德樹人

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A " " 文章編號(hào)：1003-6148（2025）1-0088-3

物理學(xué)史揭示了物理學(xué)發(fā)展的規(guī)律及其內(nèi)在邏輯，體現(xiàn)了人類逐步探索與認(rèn)識(shí)物理世界的歷程［1］。在物理教學(xué)中，物理學(xué)史不僅有助于學(xué)生理解概念的形成和發(fā)展過程，還能闡明其中所蘊(yùn)含的思想方法，從而增強(qiáng)學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的理解和科學(xué)方法的掌握。通過重溫物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)歷程，學(xué)生能體會(huì)到實(shí)事求是、不畏權(quán)威、勇于探索的科學(xué)精神［2］。因此，將物理學(xué)史融入物理教學(xué)顯得尤為重要。

在對(duì)光的本性探索中，從“波動(dòng)說(shuō)”與“粒子說(shuō)”之爭(zhēng)，到麥克斯韋提出光的電磁波理論，再到愛因斯坦建立光量子理論，都是科學(xué)進(jìn)程中辯證性質(zhì)的例證［2］。光的本性探索蘊(yùn)含了豐富的科學(xué)思想與方法，也滲透著科學(xué)家們勇于追求真理的科學(xué)信念與精神。因此，在“光的波粒二象性”教學(xué)中，通過清晰展示光的本性認(rèn)識(shí)所經(jīng)歷的科學(xué)研究過程，可以有效促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展，以及正確人生觀和價(jià)值觀的形成。

1" " 融合物理學(xué)史的“光的波粒二象性”教學(xué)

1.1" " 創(chuàng)設(shè)生動(dòng)情境，巧妙設(shè)置問題

關(guān)于光的本性，人類很早就開始了研究，并引發(fā)了光學(xué)發(fā)展史上持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)且最為激烈的一場(chǎng)論戰(zhàn)。教師可以通過展示日常生活中光現(xiàn)象的圖片，提問學(xué)生“光是什么”，以引出這場(chǎng)長(zhǎng)達(dá)三百年的光的“波動(dòng)說(shuō)”與“粒子說(shuō)”的爭(zhēng)論。

設(shè)計(jì)意圖：以問題為引導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情與探索欲，并引出物理學(xué)史上關(guān)于光的本性的爭(zhēng)論。

1.2" " 回顧歷史脈絡(luò)，激蕩思維火花

1.2.1" " 早期的“粒子說(shuō)”

教師講述早期的“粒子說(shuō)”是一種“微粒說(shuō)”。當(dāng)時(shí)，人們認(rèn)為光是由一粒粒非常小的“光原子”組成的高速粒子流。隨著1704年牛頓《光學(xué)》的出版，光的“微粒說(shuō)”在接下來(lái)的100年中占據(jù)了主導(dǎo)地位，強(qiáng)力壓制了“波動(dòng)說(shuō)”。在此背景下，教師可以提問學(xué)生：“當(dāng)沒有新的現(xiàn)象被觀測(cè)到之前，用‘微粒說(shuō)’分析光的直線傳播、折射與反射現(xiàn)象是否適用？”

設(shè)計(jì)意圖：運(yùn)用歷史重演教學(xué)法幫助學(xué)生體驗(yàn)理論真實(shí)的建立過程，讓學(xué)生在認(rèn)識(shí)光的本質(zhì)的探索過程中，深化概念理解，發(fā)展科學(xué)思維。

1.2.2" " “波動(dòng)說(shuō)”的發(fā)展

教師在講述“波動(dòng)說(shuō)”的發(fā)展時(shí)，首先介紹胡克于1665年提出的觀點(diǎn)，即“光是以太的一種縱向波”，并認(rèn)為光的顏色由頻率決定。1690年，惠更斯原理提出，利用波動(dòng)理論成功解釋了光的傳播規(guī)律。1801年，托馬斯·楊的楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)則有力地支持了光的“波動(dòng)說(shuō)”。教師可以使用簡(jiǎn)單的生活化器材進(jìn)行演示。實(shí)驗(yàn)器材包括鋼化膜、激光筆、蠟燭和刀片（圖1）。首先，將鋼化膜用蠟燭熏黑，然后用刀片平行劃兩條痕跡，最后將激光筆對(duì)準(zhǔn)劃痕照射，便可得到明暗相間的干涉圖樣（圖2）。教師可以提問學(xué)生：“為什么會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象？‘微粒說(shuō)’是否能解釋此現(xiàn)象？”接著，教師介紹托馬斯·楊的分析方法。他將光類比于水波和聲波，分析光屏上產(chǎn)生明暗交替條紋的原因，即光波的相干疊加。盡管楊的理論能夠很好地解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，但由于與當(dāng)時(shí)盛行的“微粒說(shuō)”相悖，因此遭到了許多物理學(xué)家的抵制。楊在演講中提到：“盡管我仰慕牛頓的大名，但我并不因此而認(rèn)為他是百無(wú)一失的。我看到牛頓也會(huì)犯錯(cuò)，這并沒有讓我得意，而是感到遺憾。有時(shí)候他的權(quán)威甚至延緩了科學(xué)的進(jìn)步?！闭怯捎跅畹拇竽戀|(zhì)疑和不畏權(quán)威，使得光的“波動(dòng)說(shuō)”得以進(jìn)一步發(fā)展。

設(shè)計(jì)意圖：介紹物理學(xué)家的思維方式、困惑和解決問題的靈感與科學(xué)方法，幫助學(xué)生掌握科學(xué)方法，培養(yǎng)他們不畏權(quán)威、敢于質(zhì)疑的科學(xué)精神。同時(shí)，利用生活中的簡(jiǎn)單材料演示經(jīng)典的楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生感受物理實(shí)驗(yàn)的魅力，增強(qiáng)對(duì)原理探索的興趣，學(xué)會(huì)通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和理論分析來(lái)驗(yàn)證和質(zhì)疑科學(xué)觀點(diǎn)以增強(qiáng)科學(xué)思維。

1.2.3" " “波動(dòng)說(shuō)”的挑戰(zhàn)

此時(shí)，人們依舊將光波看作縱波，但隨著馬呂斯的發(fā)現(xiàn)，“波動(dòng)說(shuō)”也受到挑戰(zhàn)。馬呂斯利用一塊冰洲石去觀察落日從玻璃窗反射的像時(shí)，意外發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)像。并且，當(dāng)冰洲石被轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，兩個(gè)像會(huì)明亮交替變化，這種光強(qiáng)度隨方向發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為光的偏振化。教師可以利用偏振光演示儀向?qū)W生展示這一偏振現(xiàn)象。該演示儀由手電筒、兩片偏振片、泡沫板、長(zhǎng)筒和支架組成（圖3）。隨著演示儀中偏振片的轉(zhuǎn)動(dòng)，屏上的光強(qiáng)會(huì)發(fā)生變化，甚至?xí)耆?。此時(shí)，教師可以提問學(xué)生：“為什么光是縱波無(wú)法解釋偏振現(xiàn)象？那么，該如何解釋偏振呢？”

設(shè)計(jì)意圖：光的偏振現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，使得“波動(dòng)說(shuō)”處境更加嚴(yán)峻。這一矛盾無(wú)疑引發(fā)了物理學(xué)家們的深入思考，促使他們重新審視光的本性及其傳播特性。通過引入這些真實(shí)的歷史問題，教師可以有效地點(diǎn)燃學(xué)生的好奇心，進(jìn)一步激發(fā)他們的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。

1.2.4" " “波動(dòng)說(shuō)”的勝利

為了解釋偏振現(xiàn)象，托馬斯·楊提出了光是橫波的假設(shè)。隨后，菲涅爾進(jìn)一步補(bǔ)充了惠更斯原理，從橫波的角度解釋了光的偏振，并發(fā)現(xiàn)了著名的泊松亮斑，建立了光的橫向傳播理論。之后，麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，而赫茲則通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了光是一種電磁波。在這一過程中，教師可以著重講解“泊松亮斑”的故事，讓學(xué)生學(xué)有所悟。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生親身體會(huì)波動(dòng)理論的完善過程，感悟科學(xué)家精神，形成良好的人生觀與價(jià)值觀。

1.2.5" " “波粒二象性”的確立

赫茲在研究光的波動(dòng)性時(shí)首次發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)，即金屬表面在光輻照下會(huì)發(fā)射出電子。教師可以提問學(xué)生：“能否用光的波動(dòng)理論來(lái)解釋光電效應(yīng)？如果不能，該如何解釋這一現(xiàn)象？”在學(xué)生討論結(jié)束后，教師引導(dǎo)他們利用愛因斯坦提出的光量子假說(shuō)來(lái)解釋這一現(xiàn)象。此外，教師還需介紹康普頓通過散射實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證光的粒子性。最終，學(xué)生將得出結(jié)論：光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，即光的波粒二象性。

設(shè)計(jì)意圖：物理學(xué)家對(duì)光的本性的探索，是一個(gè)否定之否定的發(fā)展過程，是科學(xué)發(fā)展過程中辯證性質(zhì)的例證，能夠培養(yǎng)學(xué)生的辯證思維能力。

1.3" " 切入前沿應(yīng)用，提升科技自信

與學(xué)生分享基于光的量子性的前沿科技，教師可以播放我國(guó)的光量子計(jì)算機(jī)與量子衛(wèi)星的科普短視頻。特別介紹我國(guó)的光量子計(jì)算原型機(jī)“九章”（圖4）和量子衛(wèi)星“墨子號(hào)”名稱的由來(lái)。從《九章算術(shù)》到自主創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)越性的光量子計(jì)算原型機(jī)，從首次發(fā)現(xiàn)小孔成像的墨子到首顆空間量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”，都體現(xiàn)了中華民族的智慧。

設(shè)計(jì)意圖：由古及今，聯(lián)系我國(guó)光學(xué)史上的偉大成就，增強(qiáng)學(xué)生的科技文化自信，培養(yǎng)學(xué)生科技報(bào)國(guó)的責(zé)任擔(dān)當(dāng)。

1.4" " 應(yīng)用課本短劇，鞏固課堂內(nèi)容

教師將學(xué)生進(jìn)行分組，讓學(xué)生分別模擬不同的物理學(xué)家開展光的本性的論戰(zhàn)，以簡(jiǎn)短的課本劇形式讓學(xué)生梳理人類對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)過程，從而幫助學(xué)生鞏固學(xué)習(xí)內(nèi)容。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生通過模擬物理學(xué)家進(jìn)行爭(zhēng)論，既能對(duì)物理學(xué)家有更深入的認(rèn)識(shí)，還能進(jìn)一步鍛煉學(xué)生的思維與表達(dá)，增強(qiáng)合作意識(shí)與能力。

2" " 結(jié)" 論

將物理學(xué)史融入物理教學(xué)，能夠充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，幫助其理解物理概念。此外，這種融合在培育學(xué)生的科學(xué)思維與科學(xué)態(tài)度方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。因此，教師應(yīng)通過物理教學(xué)促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展，將物理學(xué)史與物理教學(xué)充分結(jié)合，為學(xué)生建構(gòu)一個(gè)更加豐富、立體的物理學(xué)習(xí)環(huán)境［4］。

參考文獻(xiàn)：

［1］蘆星月，熊建文.科學(xué)探究視角下的物理學(xué)史教育功能分析［J］.物理教學(xué)，2021，43（8）：69-71，43.

［2］王高.融入物理學(xué)史 培育核心素養(yǎng)［J］.物理教師， 2017，38（11）：26-30.

［3］竇華.從光的本質(zhì)的探索看物理學(xué)發(fā)展的辯證本性［J］. 內(nèi)蒙古電大學(xué)刊，2004（4）：49-50.

［4］陳小敏，李海濤.物理學(xué)史和物理教學(xué)融合的實(shí)踐與思考［J］.教育與職業(yè)，2008（20）：109-111.

（欄目編輯" " 賈偉堯）