浅谈物理学史对培养学生素质的作用
曹晓虹
（重庆文理学院电子电气工程学院，重庆永川 402160）
摘要：物理学史是在物理学发展的过程中形成的，是关于物理学本身发展规律的一门学问。通过论述物理学史在培养教育对象情感、知识、技能等方面的作用,揭示物理学史对培养学生的辩证唯物主义世界观、科学素质、创新意识、人文素质和情感态度、价值观方面的功能，分析了物理学史对培养学生的世界观、价值观、品德修养和文化素质方面的作用。
关键字：物理学史；物理教学；素质
引言
随着我国科教兴国战略的实施，肩负培养知识经济时代人才的学校，对于如何培养适应社会发展和需要的高素质人才，是每个教育工作者必须面对、思考和解决的问题。作为整个自然科学基础的物理学，在培养学生的辩证唯物主义世界观，培养学生的科学素质，掌握科学的工作方法，培养学生的思维能力，培养学生的创新能力，培养学生的人文素质以及情感态度价值观等发挥重要的作用。下面我从以下几个方面阐述。
1 物理学史的内涵和物理学史教学
物理学是研究物理现象及其规律的一门自然科学。物理学史研究物理学发展过程、描述物理学发展历史,包括物理思想、物理概念、物理规律的发展过程,记载和反映了物理学逐步创新和完善、融合了与物理学有关的自然科学及科学社会知识,是一门自然科学、人文科学、思维科学等多门科学渗透、交叉有机结合的综合学科,具有知识传授和创新能力培养的双重功能。[1](P1)
以往物理教学过分偏重物理知识的传授,忽视物理学史教学及其对学生创新能力的培养。但自20世纪50年代以来,物理学史引入物理教育已成为物理教学改革的一大趋势。由于物理学史蕴藏着丰富的教育教学素材,重视物理学史教学,分析讨论物理科学学术争鸣的原因和科学家的思想、研究方法,既可以激发学生学习、掌握前人在物理学研究发展创新中已获得和积累的知识、技能方法、物理思想,又能培养学生的创新精神和创新能力。[2]
2 物理学史对培养学生素质的分析
2.1 培养学生辩证唯物主义世界观
物理学是辩证唯物主义的重要基础，物理学史对其进行了概括总结。物理学所揭示出来的能量守恒和转化定律等众多定律，都充分体现了世界的物质性和物质世界的统一性。
物理学既研究正电和负电、吸引和排斥、膨胀和压缩等这些互相矛盾的方面，也研究它们的对立统一和转化。物理学中有临界温度、临界质量、临界压力、临界电流等多种多样临界点，它们不仅反映了量变到质变这一基本规律，而且常常是两个对立因素所处地位发生转变的反映，是对立统一规律的生动体现。例如，原子核中有质子和中子，中子数和质子数比例恰当，原子核就处于稳定状态；如果质子过多，质子之间的库仑斥力处于支配地位，就决
定了原子核是不稳定的，要发生+衰变，使质子变成中子；如果中子过多，原子核就要发生-衰变，使中子变成质子。像这样的处于支配地位的矛盾的主要方面发生转化，事物的质也随之转化的例子在物理中是很多的。[3]
我们都知道物理学是一门以实验为基础的科学，是认识论的真实反映，充分体现了实践—认识—再实践—再认识。伟大的物理学家大多是站在巨人的肩膀上看问题的，例如，对原子结构的认识，首先是发现电子，然后汤姆逊模型散射实验提出，卢瑟福发现汤姆逊模型不符合实验事实的要求，继而提出原子核式模型。玻尔在以上基础上，1913年发展了氢原子理论，提出玻尔模型，直到后来建立了量子力学才对原子结构有了基本正确的认识。即使目前对高激发电离态的原子结构及粒子和原子碰撞时的行为仍然存在很多不清楚的问题，有待进一步的实验来解决，同时也是真理相对性的生动体现。在物理学中，我们不仅要用文字表述和数学语言表述，而且要用哲学的语言来阐述，目的是让学生学习用辩证唯物主义的观点思想和方法来分析和解决问题，树立辩证唯物主义的世界观。
2.2 培养学生的科学素质
科学是关于客观事物的本质和运动规律，经过实践验证的体系。一切科学都有它的存在形式，不可能有一成不变的科学，这正是科学知识的发展性和变动性在物理学上的表现，物理学史正是研究发展变动的历史过程,因此更能培养学生的科学素质。
物理学史能以成功和失败的历史事实教育、培养教育学生的科学精神和科学态度，而且物理学史能以自己独特的功能培养学生的物理学认知能力。现代教育理论认为,教育包括认知和情感两个范畴。情感是指教育对象对客观事物所持态度的体验。在物理学发展史上，我们通过学习物理学史了解到许许多多科学家刻苦钻研、求实创新的科学态度和无私无畏献身科学事业的大无畏精神,他们的成果不仅是物理学界的骄傲,他们的精神也是人类精神宝库中不可或缺的财富。他们一丝不苟,严谨治学的科学态度成了我们学习的楷模。物理学发展史上成功与失败的范例,客观的成为了教育对象的经验与教训,促使其树立科学精神和良好的科学品德。
教育认知包括知识和能力两方面。传统的封闭式物理学教育模式中,“科学素质”仅仅被理解为科学知识本身,只要求教育对象掌握科学的理论事实、定义、结论、公式、计算方法等。这既不利于其科学态度的培养,也不利激发其创新意识。[4]有资料表明,上世纪末,我国国民掌握科学知识的水平与发达国家相近,但具有较全面科学素养的人仅为0.3%是美国的1/23[5]。这个数字令人震惊。科学素质离不开科学知识，更是对知识的理解深化，我们不仅要学习好的科学态度，还要掌握好的科学方法，不断探索发现新知识。歌德说过：“科学史就是科学本身”。科学结论“几乎总是以完成的形式出现在读者面前。读者体验不到探索和发现的喜悦，感觉不到思想的形成的生动过程,也很难达到清楚地理解全部情况。”[6]物理学史把物理学中的基本概念、定律和理论的产生、形成和发展的历史,具体到了它们究竟是由哪些科学问题和实际原型被提出来的,又是由于哪些矛盾和发现而得到修正和发展,经历了
哪些重要阶段,为什么呈现目前的状态,等等,这些内容都帮助学生理解物理教育内容，特别是物理学概念、数据、定律和公式变迁的历史过程中,创造性的灵感、思想方法、逻辑推演、实验论证及其推广运用都能够激发学生的创新欲望和学习兴趣。
2.3 培养学生的创新的能力
伽利略曾说：“我们可以说，大门已经向新方法打开，这种将带来大量奇妙成果的新方法，在未来的年代里定会博得许多人的重视。”[7]要想创新就必须要有创新的意识,而创新意识是从人对事物的疑问开始形成的,因为只有对事物有疑问才能提出问题,形成创新意识,才有创新的基础。孔子曾说过：“学贵有疑,小疑则小进,大疑则大进”,比如在讲牛顿第一定律时，首先是伽利略提出观点：物体不受力时，运动的物体一直做匀速直线运动。接着笛卡儿通过实验补充和完善后得出自己的观点：物体不受力时，物体将永远保持静止或运动状态，永远不会使自己沿曲线运动，而只保持在直线上运动。最后牛顿根据他们的观点，提出疑问，进行实验，最后得出：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。这就是我们通常所说的惯性。综上，牛顿第一定律更全面、更完善。无数事实表明物理学的创新、发展都是始于对已有知识、规律的怀疑。在物理学习过程中我们要敢于对已有的观点、理论提出疑问，并寻求解决方法。如果我们没有对已有的观点、理论提出怀疑，一味认为其就是正确的，然后默默接受，就无从谈起物理学的发展创新。所以说善于疑问是创新的基础，是具有创新意识和创新能力的人必须具备的品质。
除了置疑外，我们还要养成独立思考的能力。要创新就要学会独立思考，不要人云亦云，受别人的观点影响。事物是发展的，继承是必要的，但不可能局限于已有的科学知识，独立思考问题的习惯也是发展和提高学生的创新能力所必需的.爱因斯坦关于狭义相对论的建立便是有力的例证：1904年洛仑兹提出了洛仑兹变换式，但其思考的是在传统的绝对时间框架内解决“以太”漂移问题,没能摆脱绝对时空独立地进行思考问题,把变换出来的时间坐标称谓“地方时”,认为它是数学的辅助量,而不是真正的物理量——时间。爱因斯坦的思考并没有受其影响,他思考的原则是如何使电磁学规律满足相对性原理。[8] (P79)洛伦兹变换不完善是因其受时空观的束缚，而爱因斯坦的成功是因其有独立思考问题的能力，他利用发散性思维来考虑问题，打破了传统思维的局限。使学生养成独立思考的良好习惯,为创新提供更有利的条件。
2.4 培养学生的人文素质
“只有把科学和人文科学融合为一体,我们才能期望达到与我们的时代和我们这一代人相称的智慧的顶点。”[9] 我国目前正处于应试教育的局面，虽然考试制度和课程在改革，国家也在实施措施为学生减负，但对大多数教师和学生来说，应付考试是一个不争的事实，它造成的后果之一，就是学生在人文素质上的欠缺。培养学生的人文素质就是提高学生的文化修养、理论修养、道德修养。在物理教学中，为了使学生学得轻松，就应该加强对物理学史的学习。俗话说：“兴趣是最好的老师。”让学生通读有关物理学史的书，如《简明物理学史》，
