第２６卷第４期 ２００９年１２月 阜阳师范学院学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｆｕｙａｎｇ Ｔｅａｃｈｅｒｓ Ｃｏｌｌｅｇｅ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ） Ｖｏ１．２６。ＮＯ．４ Ｄｅｅ．２００９ 通过物理学史教学培养大学生的创新精神 张丙开，倪致祥 （阜阳师范学院物理与电子科学学院，安徽阜阳 ２３６０４１） 摘要：物理学史包含了丰富的教育素材，充分挖掘和发挥这些素材对培养大学生的创新精神具有十分重要的意义． 在物理学史的教学中，通过梳理和归纳物理学的发展历程、挖掘物理学史的内涵，能够逐步培养大学生的批判精神、理论创 新精神、实验创新精神和善于提出问题的精神． 关键词：物理学史；创新精神；批判精神；理论创新；实验创新 中图分类号：Ｇ６４２．０ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００４—１０６９（２００９）０４—００８５—０３ Ｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｕｄｅｎｔ’Ｓ ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ ｓｐｉｒｉｔ ｂｙ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｈｉｓｔｏｒｙ ｔｅａｃｈｉｎｇ ＺＨＡＮＧ Ｂｉｎｇ—ｋａｉ，ＮＩ Ｚｈｉ—ｘｉａｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ（１ Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｆｕｙａｎｇ Ｔｅａｃｈｅｒｓ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｆｕｙａｎｇ Ａｎｈｕｉ ２３６０４１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｈｉｓｔｏｒｙ ｏｆ ｐｈｙｓｉｃｓ ｃｏｎｔａｉｎｓ ｐｌｅｎｔｙ ｏｆ ｅｄｕｃａｔｉｏｎａｌ ｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｉｔ ｉｓ ｏｆ ｇｒｅａｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｕｈｉｖａ— ｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐｉｒｉｔ ｏｆ ｉｎｎｏｖａｄｏｎ ｔｏ ｍａｋｅ ｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｂｙ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｃｌａｓｓｉｃａｌ ｅｘａｍｐｌｅｓ，ｓｕｍｍａｒｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｐｈｙｓｉｃｓ，ｄｉｇｇｉｎｇ ｏｕｔ ｔｈｅ ｐｒｏｆｏｕｎｄ ｍｅａｎｉｎｇ，ｓｔｕｄｅｎｔｓ’ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ ｓｐｉｒｉｔ ｃａｎ ｂｅ ｃｕｌｔｉｖａｔｅｄ，ｓｕｃｈ ａｓ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｓｐｉｒｉｔ，ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｓｐｉｒｉｔ，ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｓｐｉｒｉｔ ａｎｄ ｑｕｅｓｔｉｏｎｉｎｇ ｓｐｉｒｉｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｓｔｏｒｙ ｏｆ ｐｈｙｓｉｃｓ；ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ ｓｐｉｒｉｔ）ｃｒｉｔｉｃａｌ ｓｐｉｒｉｔ；ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ；ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ０引言 随着社会的发展、科学技术的进步，国际竞争 日趋激烈．在２００６年，我国提出了建设创新型国家 的目标，把增强自主创新能力作为国家战略．这就 要求激发全民族的创新精神，培养高水平的创新人 才．高校作为培养人才的主要渠道，必须不断地加 大培养和提高大学生的创新能力． 物理学是研究物质运动的最普遍形式的规律 发展和变革．物理学史集中体现了人类探索和逐步 认识物理世界的历程．这一历程中，包含着无数的 物理学家及他们的故事、包含着他们探索物理世界 的艰辛和喜悦，以及科学家的思维方法、物理难题 突破的背景，体现着认识过程中理论和实践、继承 与突破、理性与非理性的辩证统一． 物理学的发展史是一部创新史，它蕴含着丰富 的创新教育素材，这些教育素材是物理学史教学中 不可或缺的一个重要方面．通过物理学史的教学， 不仅能够加深学生对物理学规律的理解，更重要的 以及物质基本结构的科学［１３．物理学的每一次新发 现、新突破都蕴含着科学家的创新活动．物理学史 是能够培养学生的创新精神．本文主要探讨通过物 同物理学不同，它是研究物理学产生和发展规律的 理学史的教学逐步培养大学生的创新精神，其中包 科学，它是研究人类对自然界各种物理现象的认识 括培养大学生的批判精神、理论创新精神、实验创 史，包括物理学基本规律、基本概念、及基本思想的 收稿日期：２００９一Ｉｉ一０３ 基金项目：安徽省教育科学规划项目（ＪＧＯ９１５８）资助． ・作者简介：张丙开（１９７６～），男，博士，讲师．研究方向：高能天体物理、高能宇宙线物理、物理学史 ８６ 阜阳师范学院学报（自然科学版） 第２６卷 新精神和善于提出问题的精神． 论发展．例如，在２Ｏ世纪初，经典物理遇到重重困 １培养大学生的批判精神 难的时候，很多人都试图在经典理论的框架内找出 解决办法，但都没有成功．普朗克为了克服经典理 科学中没有永恒的定律和理论，科学在不断进 论解释黑体辐射规律的困难，大胆地、创造性地引 步、不断发展．随着人们对物质世界认识的不断深 入了能量子概念，为量子理论奠定了基石．但在２０ 入、不断拓宽，相应的科学理论也在不断的发展和 世纪的最初５年内，普朗克的工作几乎无人问津， 完善．纵观物理学的发展历史，可以看到永恒的、绝 而爱因斯坦最早接受了普朗克能量量子化的理论， 对的真理是不存在的．真理只是某个特定的条件 并明确地认识到，普朗克的发现标志了物理学的新 下、特定的范围、特定的时期成立．亚里士多德、阿 纪元．随后，爱因斯坦针对光电效应实验与经典理 基米德等从最原始朴素的观察得到了一些理论，但 论的矛盾，发展了普朗克的量子假说，创造性地提 随着生产力的发展，认识的深入，逐渐暴露了一些 出了光量子假说，并应用到光的发射和转化上，很 弊端甚至错误，伽利略、牛顿等创立了绝对时空观， 好地解释了光电效应等现象．１９０７年爱因斯坦进 一奠定了经典物理学的基础．到了近代，人们的认识 步成功地把普朗克的能量子假说用于固体比热， 更加深入，绝对时空观又暴露了一些局限，爱因斯 克服了经典理论的又一困难，第一次用量子理论解 坦创立了相对论。由此，经典力学理论就成了相对 释了固体比热的温度特性并且得到定量结果．１９１３ 论下的一个近似．再如对于质量和能量，分别有质 年，玻尔在卢瑟福有核模型的基础上运用量子化概 引．物理学史中这 量守恒和能量守恒，它们之间没有关系，但随着发 念，对氢光谱作出了满意的解释ｒ导学生 展，人们认识到物质湮灭的时候，质量不守恒，能量 种例子非常丰富，通过物理学史的教学，弓ｆ也不守恒，而是质能守恒［２］．地心说在古代一直没 的观测水平下，只能凭肉眼观测，看到其它天体均 是围绕地球运动，地心说的理论符合当时的观测事 术的发展，人类的认识范围越来越远，从而否定了 充分意识到理论创新的重要意义．鼓励学生利用各 了解科技前沿知识与发展动态，近距离地了解他们 有人怀疑，可以说是那个时代的真理，因为在当时 种机会，聆听一些研究者的前沿性学术报告，更多 的科研活动、感受他们的创新思想等．同时鼓励学 的科技论文．通过上述系列的理论创新引导和一些 实，因此在当时看来地球就是宇宙中心．但随着技 生积极参与各种课外科技活动，要求撰写一些简短 原来的真理，地球仅仅是地月系的中心，认为太阳 实践活动．能够培养学生敢于理论创新、勇于理论 才是宇宙的中心，即日心说．但日心说也只是人类 创新的意志品质．认识宇宙过程中的一个节点，很快人类就发现了银 河系，河外星系等，太阳只是太阳系的中心．原子不 可再分也一直是个颠扑不破的真理，然而近代物理 ３培养大学生的实验创新精神 在物理学的发展过程中，实验起到了无与伦比 的作用．实验是研究物理问题最基本、最重要的方 的发展证明原子并不是最小的微粒单元，仍然可以 再分为质子、中子、电子等．这些都说明了理论是在 法．很多实验方法上的创新，同样对物理学的发展 不断发展完善的，任何科学的结论都可能存在着局 起到了重大的推进作用．它们在发现新事实、探索 限性．因此通过讲授物理学发展的脉络和一些物理 新规律，在检验理论、判定理论的适用范围，在测定 定律的演化历史，可以培养学生的批判精神，在课 物理常数等方面发挥了不可替代的作用．然而各种 堂上，组织学生讨论各种实例，深化对批判精神的 认识和理解，从而让学生不要墨守成规，不要被已 物理量的测量又经常受到条件的制约，科学家必须 创造性地设计、改进实验来完成科学目标．例如，在 １６０９年，著名的物理学家伽利略创造性的把望远 镜对准天空，开始观测天体，从而终结了肉眼天文 学时代，开启了望远镜天文时代，迅速打开了人类 有的知识约束，遇到问题敢于怀疑，敢于突破． ２培养大学生的理论创新精神 每当新的实验事实或生产实践与现有理论发 认识宇宙的大门．国际天文联合会把２００９年定为 生冲突的时候，一般都预示着新理论必将诞生，这 国际天文年，正是为了纪念伽利略的这一伟大创 就需要理论的创新．只有具备了理论创新精神，当 举［４］．再如迈克尔逊一莫雷实验暴露了以太理论的 科学处在变革中时，才有可能跟上科学发展的步 缺陷，动摇了经典物理学的基础，为狭义相对论的 伐，才有可能突破原有理论的框架，实现巨大的理 建立铺平了道路；密立根油滴实验说明了电荷具有 第４期 张丙开等：通过物理学史教学培养大学生的创新精神 ８７ 基本的固有单元，奠定了原子物理学的基础；库仑 扭秤实验则得出了电力的平方反比定律．在物理学 作，要求每个学生或小组都尝试撰写课题申请，并 择优推荐申请学校的课题，极大提高学生的创新精 史的教学中，通过展示创新性实验对物理学的巨大 神，训练他们提出问题、分析问题的能力．另外选拔 推动作用，可以使学生意识到每一实验上、方法上 和推荐一些学生进入老师的科研课题，大学生通过 的突破都带来物理认识的巨大进步，切身感受创新 承担其中的部分任务，身临其境参与科研过程．这 的意义．物理学是一门实验科学，要进行大量实验， 样不仅培养学生的分析问题、解决问题的能力，还 能培养学生提出科学问题的能力． 鼓励学生充分利用现有的实验器材和实验室条件， 开展一些设计性、创新性实验，提高自身的实际动 手能力、操作能力和实验创新能力．鼓励学生积极 参实验室建设，自己设计、制作和维修部分简单实 验器材，积极参加科技作品的设计与制作、家电维 修等，真正融入创新活动．另外鼓励学生积极参加 学院、学校主办的各种竞赛以及具有挑战性的全国 大学生竞赛，如全国大学生数学建模竞赛、大学生 电子设计竞赛、大学生智能汽车竞赛等，从而树立 起主动创新的科学精神． ４培养大学生善于提出问题的精神 分析问题需要创新、解决问题需要创新、提出 问题本身就是创新．从物理学史可以看出，很多重 大的实验发现和理论突破，都是从敢于和善于提出 科学问题开始的，正是随着问题的解决，物理学才 获得了重大突破．例如，在电与磁之间被认为没有 任何联系的年代，丹麦物理学家奥斯特首先提出问 题，开始寻找电与磁之间的联系，终于在１８２０年发 现了电流的磁效应．随后，英国实验物理学家法拉 第提出了由磁能否产生电的问题，并开始了长达十 年的探索，经过艰苦的实验最终发现了电磁感应现 象，总结出电磁感应定律．由此开辟了物理学的新 领域——电磁学［５］．对于培养学生的创新能力来 说，提出问题的能力甚至要比分析问题和解决问题 的能力更重要．在物理学史的教学中，可以借助精 彩的实例，积极引导学生善于提出科学问题．课堂 教学中，结合学校开展的大学生科研课题立项工 ５结语 物理学发展史蕴藏着巨大精神财富．在物理学 史的教学中，只要能积极地进行探索，充分挖掘、运 用物理学史的知识资料，不仅可以使物理学史的教 学过程成为一个生动、活泼的过程，还可以开阔学 生的眼界，培养学生的创新精神．正如我国著名物 理学家钱三强所说：“物理学发展史是一块蕴藏着 巨大精神财富的宝地．这块宝地很值得我们去开 垦，这些精神财富很值得我们去发掘．如果我们都 能重视这块宝地，把宝贵的精神财富发掘出来，从 中吸取营养，获得教益，我相信对我国的教育事业 和人才培养都会是大有益处的［６］．” 参考文献： ［１］刘筱莉，仲扣庄，张桂英，等．物理学史［Ｍ３．南京： 南京大学出版社，２００１． 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