物理学史的教育功能

物理学史的教育功能

上海市朱家角中学 俞成

摘要 本文认为物理学史有如下教育功能：（1）加深学生对物理知识本质的理解，（2）培养学生的科学方法，（3）培养学生的创新精神，（4）培养学生的人文精神，（5）对学生进行科学美学教育，（6）对学生进行思想品德教育，（7）对学生进行爱国主义教育，（8）培养学生的学习兴趣。

关键词：物理学史 物理教学 教育功能

物理学史是科学史的重要分支，是一门关于历史的科学。物理学史融合了与物理学有关的自然科学以及与人类思想、社会历史发展有关的文史哲的多学科知识，是一门自然科学、人文科学、社会科学、思维科学紧密交叉渗透的综合学科。物理学史集中体现了人类探索和逐步认识物理世界的现象、结构、特性、规律和本质的历程。它包含了丰富的认识论和方法论因素，包含了深刻的物理思想和观念的变革，包含着探索者的思索、创造、艰辛与悲欢，人类对物理知识的认识发展历程，比起教科书上知识的编排的逻辑体系有着更多的矛盾，更为丰富多彩，复杂曲折，因而包含着丰富的教育功能。

一、加深学生对物理知识本质的理解

在物理教学中引人物理学史可以帮助学生理解科学发现的本质。科学知识是不断继承发展而得以扩充深化的。现有的物理知识都是人类从与物理世界的长期对话中，经过无数的曲折与反复，抽象、概括而获得的。在物理学习时，对于物理学中的各个基本概念、定律和理论，只有了解它的产生、形成和发展的过程，即具体了解它们是根据什么科学问题和实际原型被提出来的，又由于哪些矛盾和发现而得到修正和发展，经历了哪些重要发展阶段，为什么呈现出目前的状态，才能真正懂得它们的本质，理解它们丰富的内涵。比如，物理学中非常重要的两个概念“动量”和“动能”，它们都与质量和速度有关，都能对机械运动进行量度，各自都有相关的定理和守恒定律。如果只从定义和罗列二者的适用条件对它们进行区分，学生还是难以理解它们的本质区别。如果能对物理学史上长达二百年的关于“运动的量度”的争论做出介绍，并说明恩格斯从运动转化的高度上对两种量度的本质区别所做的剖析，必然会帮助学生深

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刻理解这两个概念及有关原理的实质，提高这部分内容教学的科学性和思想性。

在物理教学中引人物理学史可以帮助学生理解物理理论的相对真理性。任何一个科学理论都包含着对与错、真与假、优与劣的双重因素，包含大量未知因素，不可能完美无缺。任何一个科学理论都是变化发展的，具有相对真理性。比如，关于光的本性的认识就经历了牛顿微粒说与惠更斯波动说之争—菲列耳的波动理论—麦克斯威的光的电磁说—光的波粒二相性的认识历程。如果在教学中不做历史回顾，很容易使学生对物理知识的来源和理论体系的形成感到深奥莫测，很容易对物理知识进行僵化的绝对化的理解。因此，在物理教学中应该结合物理学史既要讲清理论的由来和发展，讲述理论的成功，解决了哪些问题；也要讲清理论的缺陷和局限，讲清理论存在的矛盾和发展前景。

在物理教学中引人物理学史可以帮助学生了解物理学基本观念的变革。爱因斯坦曾指出“在建立一个物理学理论时，基本观念起作最主要的作用。”1物理学理论的发展，最集中、最本质地表现在物理学基本观念和相应的物理世界图景的演变上。不同的物理学基本观念，描绘出不同的物理世界图景。每一次物理学理论的变革，都使人们面对一个崭新的世界。物理学的发展总是以物理观念、物理思想的突破为先导的。比如，中心力的传统观念，使奥斯特寻找电流对磁针作用的实验屡遭失败，当他从通电导线发热乃至发光的现象受到启示，考虑电流对磁针的作用可能是一种“横向力”，他才获得成功，并第一次发现了非中心力，产生了场的初步观念。再比如，马赫对牛顿绝对时空观的批评，深刻地影响了爱因斯坦，使他终于迈出了创立狭义相对论的步伐。

二、培养学生的科学方法

物理学的发展历史表明，物理学的发展与科学方法的产生、发展和完善密切相关。伽利略正是借助于实验方法、理想化方法和数学方法通过推理才得出落体运动定律的。牛顿用实验观察方法和归纳法研究了光的色散问题，应用数学方法和综合方法得到了万有引力定律和力学三大定律。科学家在探索物理规律时的独特的思维方法非常值得我们研究、借鉴和学习，是我们的宝贵的精神财富。在物理教学中把物理规律的基本内容与历史发展过程结合起来，让学生

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了解科学家发现物理规律的历史过程，循着科学家的思维方法和探索途径来“发现”物理概念和规律，可以使学生受到科学研究方法的熏陶。

但是，需要指出的是，科学创造绝没有一种“放置四海而皆准”方法，科学创造本身就是一个再创造的过程。因此，学习前人的方法，与其说是为了掌握具体的方法本身，倒不如说是为了积累前人科学思维的经验，是为了科学思维训练。对学生进行科学方法的教育最有效的方式是在物理教学中精心选择物理学史上的一些重要“案例”进行剖析。在教学中除了对学生进行逻辑方法的培养外，还应对学生进行非逻辑方法的训练。因为在实际的科学发现过程中，科学家们的创造工作往往带有浓厚的非理性、非逻辑的色彩，敢于突破前人的传统观念，离开坦途，另辟途径，往往是科学发现的关键因素。特别是由于现代物理学的研究对象和理论体系脱离直观经验和高度抽象化的特征日益增强，通常的思维方式越来越无能为力，科学想象、理想实验、试探猜测、大胆假设以及直觉、灵感等思维方式在建立新理论过程中的作用越来越重要。

三、培养学生的创新精神

科学的本质在于探索，科学的生命在于创新。整个一部物理学史就是一部突破和创新的历史。物理学发展史上的创新精神主要体现在以下两个方面。1、物理学观念和思想的创新。例如，1900年普朗克在热辐射的研究中，面对经典物理学的困境，大胆突破了经典物理学长期信奉的自然过程不做跃变，一切都是连续的传统观念，提出了能量量子化的思想，引发了认识领域的一场深刻的革命。2、物理学研究方法和手段的创新。科学方法和研究手段的创新往往促成科学与技术的重大发现和发展。比如，伽利略借助于小球在斜面上运动的研究，利用理想实验的方法得到了惯性定律，冲破了自亚里士多德以来人们一直信奉的受力运动的物体当外力停止作用时便归于静止的错误观点，正确地指出力不是运动的原因，而是运动变化的原因。

在物理教学中培养学生的创新精神，最重要的一点就是培养学生的怀疑和批评精神。科学史上的大量事例表明，不迷信传统理论和观念，不迷信权威和书本，是科学创新的思想前提。在科学本身的矛盾已经显现出来时，谁能首先同束缚科学发展的传统观念决裂，勇于提出新思想、新见解，谁就可能抢占科

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学发现的前沿阵地，做出突破性的发现。比如，1956年，当精确的实验结果把粒子物理学中的“τ-θ”疑难尖锐地摆到物理学家面前时，李政道和杨振宁敏锐地审查了从未被怀疑的宇称守恒定律的适用范围，大胆提出了弱相互作用中宇称不守恒的假说，从而导致了物理学理论的一个突破性进展。

怀疑精神的具体表现就是敢于和善于提出科学问题。爱因斯坦说：“提出一个问题往往比解决一个问题重要。因为解决问题也许仅是一个数学上或实验上的技能而已。而提出新的问题、新的可能性，从新的角度看旧的问题，却需要有创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步。”2在物理教学中，为了培养学生提出科学问题的能力，必须从真实的物理学认识发展的历史进程中，展示物理学探索过程中问题背景的演化，阐明重大物理学问题产生的历史条件及其所导致的深远后果。

四、培养学生的人文精神

人类教育在经历了古典人文教育、近代科学教育之后，正在进入一个更加成熟的人文教育和科学教育并重的时代。人文学科再度受到重视，反映了现代人类从物质追求到重视精神追求的时代趋势，反映了教育从人文化到科学化再走上科学化与人文化兼容互补的历史发展轨迹。关于人文精神的定义虽然目前尚未统一，但学术界和公众对其基本内涵已有共识。人文精神是人类以人为对象，在追问人存在的合理性的理性探索中提升出的一种价值观念体系。人文精神强调人的本质，注重人的存在和发展，关注人的权利、价值和人类的命运。人文精神对人的关照体现在个性和人类两个方面，前者可概括为对个体的人格完善的追求与对个体的社会地位和命运的关怀，后者主要指对人类生存前景的关怀。从操作层面上看，人文精神在宏观上常常表现为人对自身、他人、人类及社会的求真求善求美的态度。例如，培养自己独立的、批判的、求索的、创造的健康人格，尊重、理解、宽容他人并肯于和善于与他人合作，关心社会的公正、平等、民主以及科学、技术与社会间相互促进和制约的关系与它们的健康发展，关心人类与自然、环境之间的可持续的和谐发展，等等。

综观物理学的发展，物理学史中含有丰富的人文精神因素，它们可以作为在物理教学中进行人文精神培养的素材。首先，物理学概念和规律的建立体现

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着物理学家对真善美的追求。对寻求自然界物质、物质的组成及其运动规律的物理学来说，首要的任务就是追求自然界的真，许多物理概念、规律从最初提出到最终的确立都经历了科学化不断提高的过程。比如，从牛顿的光粒子到光的波粒二相性。科学的物理概念和规律在建立之后将被应用于社会，即用来行善。美，在物理学领域一直作为一种重要的物理思想和物理方法而起作用。其次，物理学的发展体现了人类对终极性真理的渴望。“人之处，性本善”，关心人类应有的健康天性以及它在个体身上的发展是人文精神的典型宏观表现，对物理学的发展来说，当物理学的发展的主要推动力由物理学家个人的好奇，经过受生产力直接推动阶段，逐渐转入对物理学理论自身内在逻辑自恰性的思考时，物理学的发展就已超越直接的社会功利性而表现为人类（通过物理学家群体）对自然的本源，宇宙的形成、发展与演化，物质运动的最普遍规律等终极性真理的探索。比如，对物质运动形式的研究，人们一直存在用一个统一规律描述各种运动的统一理论之梦。物理学家对自然科学终极性真理的追求与人类探索自身生存意义一样，实质都反映了人类追求未知的天性。因此，在物理教学中应注意让学生从物理学的发展体会物理学家追求终极性真理的精神，就可以使学习者受到人文精神的熏陶并努力保持自己的人生境界。第三，物理学思想和方法对人类精神境界有着深远的影响。科学及其思想的发展不断改变着人们的精神境界。就物理学来说，日心说粉碎了宗教神学存在的基础，从而使人们摆脱了“神”的束缚而为尽情展现多彩多姿的人性提供了科学基础。伽利略和牛顿奠基的经典物理，使人类充分认识到大自然的变幻是有规律的、可认识的。到了18世纪末，人类对宇宙体系的研究已使人们认识到太阳并不是宇宙的中心，使“权威象征中心”的思想受到挑战；人类的精神世界开始挣脱传统意识的桎梏，萌生宇宙万物平权且有秩序、有组织的观念。于是，在人与人、人与社会的关系上，人人生而平等的民主思潮开始发展，民主的国家体制与法制的社会秩序也开始逐渐建立。在人类与自然界的关系上，人类作为万物之灵统治世界或人类应该征服自然、改造自然的认识已被放弃，代之的是，人类的智慧表现在人类能设法保持人类社会与自然界的平衡与和谐发展。第四，物理学家的事迹闪烁着人文精神的光辉。纵观物理学的发展可以发现大多数物理学

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