学习物理学史对科学精神与人文精神培养的作用

1、学习物理学史对科学精神与人文精神培养的作用10 物本（ 1）班 2010405281 李木江提纲摘要关键词引言1. 物理学的发展历程 摘要 文章回顾了人类物理学的发展历史 , 简要评述了物理学史所蕴涵的丰富资源，阐述 了物理学史的学习对科学精神和人文精神培养的作用。关键词: 物理学；科学精神；人文精神 引言科学的每一次重大发现都必将引起社会的变革。人类经 历了蒸汽机时代、电力时 代、计算机时代 ,开始实现产业的信 息化和网络化 ,即将进入纳米科技时代 1 。19世纪 前,人们对电的认识是极为有限的。 随着电磁学理论的巨大发展 , 工程技术专家敏锐地意 识到电力技术对人类生活的意义 , 纷纷投身

2、于电力开发、 传输和利用的研究 ,推出了一个 前人从未想过的电气时代 2 。当今世界 ,发达国家和新型工业化国家都在大力发展计算机 信息技术 , 竞相规划和建设本国的信息基础设施 , 加速信息化进程 , 力争在这场世纪之交 的大竞争、大发展中立于不败之地。 信息化浪潮还冲击着传统社会生活的每一个角落 3 纳米科技是在 20 世纪 80 年代末、90年末初才逐步发展起来的前沿、 交叉性新兴学科领 域,它的迅猛发展将在 21 世纪促使几乎所有工业领域产生一场革命性的变化。 目前所有 发达国家的政府和企业都在对纳米科技的研发进行大量的投入 , 试图抢占 21世纪科技战 略制高点。关注纳米科技的发展

3、, 尽快组织和部署我国纳米科技的发展规划 ,对于我国新 世纪的发展有深远影响 4 。在物理学史中 , 蕴含着丰富的创造性思维方式的资源。因此， 物理学史的学习对科学精神和人文精神的培养有重要作用。1. 物理学的发展历程1.1 中国物理学发展历程 战国时期墨经中提出用“久”和“宇”表示时间和空间。中国古代采用漏刻、 圭表和日冕等工具测量时间，用圭臬、指南车、记里鼓车和指南针测量空间。在力学方 面，墨经指出，“衡，加重于其一旁，必捶，权重相若也。 ”热学方面，管子. 轻重 篇：“燧人作钻燧取火，以熟荤臊。 ”声学方面，战国时期礼记 . 乐记：“声，从耳， 由人心生也。 人心之动， 物使之然也。”光

4、学方面，墨经中记载了小孔成像。 以及淮 南万毕术中镜面成像的记载。 电磁现象，指南针以及沈括 梦溪笔谈记载雷电现象。 到晚清时期，西方物理学知识开始传入中国 51.2 西方物理学发展简史1638 年，意大利物理学家伽利略论证重物体不会比轻物体下落得快。 1683年英国 科学家牛顿提出了牛顿运动三定律， 1687年，牛顿发表万有引力定律。 17 世纪，伽利 略理想实验法指出： 在水平面上运动的物体若没有摩擦， 将保持这个速度一直运动下去。 17 世纪德国天文学家开普勒提出开普勒三定律。 1752 年，富兰克林通过过风筝实验验 证闪电是电的一种形式， 把天电与地电统一起来， 并发明避雷针。 178

5、5 年法国物理学家 库仑利用扭秤实验发现了电荷之间的相互作用规律库仑定律。 1798 年英国物理学家 卡文迪许利用扭秤装置比较准确地测出了引力常量。奥地利物理学家多普勒 1803 到 1853 年发现由于波源和观察者之间有相对运动， 使观察者感到频率发生变化的现象 多普勒效应。1827年英国植物学家布朗利用悬浮在水中的花粉微粒不停地做无规则运动 的现象提出布朗运动。 1785年法国物理学家库仑利用扭秤实验发现了电荷之间的相互作 用规律库仑定律。 1826 年德国物理学家欧姆通过实验得出欧姆定律。 1911年荷兰 科学家昂尼斯发现“大多数金属在温度降到某一值时，都会出现电阻突然降为零的现象 超导

6、现象”。18411842年焦耳和楞次先后各自独立发现电流通过导体时产生热效 应的规律，称为焦耳 楞次定律。 1 820年，丹麦物理学家奥斯特提出电流可以使周围 的磁针偏转的效应，称为电流的磁效应。 1831年英国物理学家法拉第发现了由磁场产生 电流的条件和规律电磁感应现象。 1 834年，楞次确定感应电流方向的定律。 1832 年，亨利发现自感现象。 1864年英国物理学家麦克斯韦预言了电磁波的存在， 指出光是 一种电磁波，为光的电磁理论奠定了基础。 1887年德国物理学家赫兹用实验证实了电磁 波的存在并测定了电磁波的传播速度等于光速。 1621年荷兰数学家斯涅耳提出入射角与 折射角之间的规律

7、一一折射定律。关于光的本质有两种学说：一种是牛顿主张的微粒说 认为光是光源发出的一种物质微粒； 一种是荷兰物理学家惠更斯提出的波动说认为光是 在空间传播的某种波。1801年，英国物理学家托马斯杨观察到了光的干涉现象1818年，法国科学家泊松观察到光的圆板衍射一一泊松亮斑。 1887年由赫兹证实了电磁理的 存在。1895年，德国物理学家伦琴发现 X射线（伦琴射线）。20世纪，爱因斯坦提出狭 义相对论 ：经典力学不适用于微观粒子和高速运动物体。1900年，德国物理学家普朗克解释物体热辐射规律提出电磁波的发射和吸收不是连续的，而是一份一份的，把物理 学带进了量子世界。 1905年爱因斯坦提出光子说，

8、成功地解释了光电效应规律。1913年，丹麦物理学家玻尔提出了原子结构假说，成功地解释和预言了氢原子的辐射电磁波 谱。 1924年，法国物理学家德布罗意预言了实物粒子的波动性。1897年，汤姆生利用阴极射线管发现了电子，说明原子可分，有复杂内部结构，并提出原子的枣糕模型。1909年-1911年，英国物理学家卢瑟福进行了 a粒子散射实验，并提出了原子的核式结 构模型。由实验结果估计原子核直径数量级为 10 -15 米。 1896年，法国物理学家贝克 勒尔发现天然放射现象，说明原子核也有复杂的内部结构。1919年，卢瑟福用a粒子轰 击氮核，第一次实现了原子核的人工转变， 并发现了质子。1932年查德

9、威在a粒子轰击 铍核时发现中子，由此人们认识到原子核的组成。1932年发现了正电子， 1964年提出夸克模型，粒子分为三大类：媒介子，传递各种相互作用的粒子如光子；轻子，不参与 强相互作用的粒子如电子、中微子；强子，参与强相互作用的粒子如质子、中子；强子 由更基本的粒子夸克组成，夸克带电量可能为元电荷的。2. 学习物理学史对科学精神的培养2.1 物理学史对学生思维方法的作用 在物理学史中，蕴含着丰富的创造性思维方式的资源。法拉第在电磁学发展史中的贡献为例。法拉第的电磁感应规律 , 就是在奥斯特发现电流的磁效应的启发下 , 运用逆向思维,提出问题,结合实验探索而发现的。 1821年,法拉第了解到

10、奥斯特关于电流的磁效 应的研究成果 ,引起他极大的兴趣。 他马上放下了正在研究的化学问题 ,全身心投人到电 磁现象的研究之中。很快,法拉第完成了电磁运动向机械运动的转换的研究。 在 1822年, 他在日记里写下了“由电产生磁 , 由磁 产生电”的大胆设想。法拉第的这种大胆猜想、 敢于提问以及他研究问题的方法使我们知道“学习物理学史，不应该只学习物理概念、 规律和解题方法 , 还应当深入地理解物理知识， 了解物理学的思想方法特点 ,了解物理学 发展的规律性 , 提高知识素养。阿基米德从浴桶洗澡中得到启示，找到了鉴别金质王冠是否掺假的方法。通过实验 发现浮力定律和杠杆原理等，是古代世界的第一位也是

11、最伟大的近代型物理学家。阿基 米德有时候被称作第一个伟大的发明家，但是他不愿人们因他的发明，而宁愿人们因他 在数学方面的发现而把他铭记在心。他被公认是杠杆定律和滑轮原理的发现者。这一发 现足以使他享有不朽的声誉，但他的贡献远不止此。当他发现杠杆定律时他自豪的说 : “给我一个立足点和一个支点，我就能够移动地球。 ”这就给我们学习物理一个启示， 那就是我们要善于观察自然， 并且留心我们周围的世界， 我们的生活中伴随着物理知识。2.2 物理学史对学生科学精神的培养物理学史的学习对提升学生的科学素质方面的作用有着科学的客观依据， 总结出科 学素质包括有 : 科学思想、科学方法、科学精神、科学态度、科

12、学意识等 , 物理学史教育 在每一个方面对大学生科学素质的提升都具有独特的作用。伽利略是意大利物理学家、天文学家，近代动力学的奠基人。他主张观察和实验是 科学的源泉、是检验真理的标准。他发现了落体定律、惯性定律、摆的等时性、抛体运 动规律，并确定了伽利略相对性原理， 推翻了被社会奉为经典的亚里士多德的运动理论。 伽利略一生致力于天文学和力学的研究， 将物理学的研究方法建立在实验与数学分析相 结合之上，被称之为“现代科学之父” 。爱因斯坦评价伽利略 : “伽利略的发现以及他所 用的科学推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一， 而且标志着物理学的真正开端。 科学发展到今天 , 它是一种知识、方法、

13、活动和社会建制，科学精神贯穿于科学的 全过程。但掌握了科学知识、懂得了科学方法，并不意味着具备了科学精神。虽然科学 在社会中的功能日益强大，但主张“科学万能论”的科学主义是违背科学精神的。科学 精神是伴随着科学发展的历程而萌生和丰富发展起来的， 它是经历了一个漫长的历史过 程而积淀下来的 , 是永恒且具有活力的 6 。物理学发展史是一块蕴藏巨大精神财富的宝地 物理学是研究自然界的物质结构 ,大到宇宙的结构， 小到微小的粒子的结构 ,以及物质运 动的最普遍最基本的规律的自然科学。3. 学习物理学史对人文精神的培养人文精神是民族精神的一个重要方面 ,其要旨在于尊重人的价值 , 肯定人的作用，关 注

14、人的生存和发展 7 。物理学是以研究人类认识物理世界的过程为研究对象 ,包括与物理 学有关的自然科学和人类思想、社会历史发展有关的文史哲等多学科的知识复合体，它 虽然是一门自然科学，却与人文科学、社会科学、思维科学紧密相连，相互渗透。物理 学史通过描述物理学家探索科学的成功与失败、分歧与争论，展示科学发展的艰辛以及 物理学家不畏艰难的品质 , 具有系统的人文精神。3.1 以尊重自然规律的科学态度挑战权威的精神科学发展的历程说明 , 在科学本身的矛盾已经显著的时候，谁能首先同束缚科学发 展的传统观念决裂，提出新的见解和理论，谁就能站在科学发展的前列，对推动科学的 发展作出创造性的贡献。 波兰天文

15、学家哥白尼以其所创立的日心说 , 向教会的权威提出 了挑战8 。绝大多数的人对哥白尼及其革命的印象是 : 哥白尼生前始终不敢发表其历经几 十年的著作天体运行论 , 只是到了在他临终时 （1543 年）, 他的书才出版 , 当时他激动 地抚摸着自己一本刚刚出版的书 ,1 个小时后他死去了。 天体运行论的出版引起宗教 当局和社会的巨大震动，它不仅动摇了以托勒密地心说为核心的教会统治阶层，同时标 志着从此科学与宗教冲突的开始， 这场冲突到今天是以科学代替宗教成为大多数人的信 仰为结局。布鲁诺这位坚定捍卫哥白尼学说的学者是这场冲突中最早和最著名的牺牲 者，他在 1600 年被残忍的教会烧死在罗马的鲜花

16、广场上 9 。伽利略挑战从观察和实验出 发，提出假说，对于假说，通过实验直接验证或通过逻辑推理和数学分析，演绎出一些 结论，再由实验验证。伽利略创造了实验、假说和数学演绎相结合的科学方法，为物理 学新纪元的开始奠定了坚实的基础。伽利略公开抨击亚里士多德的物理学观点，同样遭 到宗教裁判所的警告甚至监禁。然而，伽利略通过对自由落体运动的研究发现了惯性运 动和在重力作用下的匀加速运动，奠定了牛顿运动第一、第二定律的基本思想。伽利略 为建立自然科学真理标准在近代科学产生的变革中 , 确立科学实验是自然 科学的最终 标准,这一变革是最伟大的变革 10 。在爱因斯坦创立相对论之前 , 洛伦兹已经提出了“洛

17、 伦兹变换”, 彭加莱提出了绝对运动在原则上观察不到 , 他们已经走到了相对论的大门口 只是由于他们没有从根本上摆脱牛顿绝对的时空观 , 才没有敲开相对论的大门。爱因斯 坦敢于创新，冲破机械论的束缚 , 屏弃了绝对空间和绝对时间概念，代之以唯物主义自 然观, 终于创立了相对论。爱因斯坦的“相对论”改变了人们对质量、时间和空间这些 最基本的物理概念的认识 ,影响并推动了整个 20 世纪的物理学革命 , 爱因斯坦也因此成 为现代物理学的创始人和奠基人。 中国新华通讯社在 2000 年年底发表了 20 世纪世界风 云的十件大事 , 其中第一件就是爱因斯坦引发的物理学革命。 爱因斯坦创立的狭义相 对

18、论, 宣告了现代时空观的到来 11。3.2 用发展的眼光看问题的开放精神到 19 世纪末 , 经典物理学已经建立了完整的理论。 不少物理学家认为今后的工作只 不过是扩大这些理论的应用范围以及提高实验的精确度。 经典物理学总结了人类有史以 来对现实世界中物质、运动等客观事物及现象的观察、实验等结果，确立了坚实的理论 框架,经受了长时间的检验 ,虽然还有局限性 ,但其基础是牢固的 ,观念也是明确的。 经典 物理学认为时间、空间与物质并立 , 物质存在、运动于时间空间中，构成 现实世界即宇 宙12 。普朗克提出能量量子化的假说，从理论上得出了与实验相一致的黑体辐射频谱分 布，但是对于自己提出的能量量

19、子化概念使得和谐的经典物理学一团糟感到忐忑不安， 甚至企图将能量量子化纳入经典物理学的轨道之内。持有类似态度的物理学家，不止普 朗克一人 ,他们还想从经典物理学中寻找出路。 1905年爱因斯坦否定了牛顿的绝对时空 观,在普朗克能量量子化的启发下 , 提出光量子概念，成功地解释了光电效应实验。然而 普朗克的观点仍无改变。 1913年玻尔发展了量子化观念 , 正确地解释了氢原子光谱的规 律。 1915年后普朗克才逐渐认识到量子化的重要作用。在此基础上 , 科学家进一步的探 索导致量子理论和相对论的建立。3.3 坚持推行改革和解放思想的创新精神牛顿在加利略和开普勒等人研究的成果上 , 通过苹果落地的

20、启发 , 而直觉地提出“地 球作用于苹果的力可能也作用于月亮” 的猜想, 从地球对月球的引力入手 , 根据向心力公 式和行星三定律出发，运用数学推理，推证了平方反比定律，并把引力与磁力相比较， 运用牛顿三定律得出物体之间的引力与两个物体的质量成正比 , 与它们之间的距离成反 比。而后, 牛顿又提出“引力平方反比定律不仅适用于太阳与行星、地球与月亮 , 而且也 适用于任何两个物体”的假设 ;1687 年, 牛顿出版了被后世誉为“震撼世界的十六本书” 之一的关于自然哲学的数学原理 , 书中公布了牛顿三定律和万有引力定律 , 将天上和 地面上物体的的运动统一起来 , 完成了物理学史上的第一次大综合。

21、迈克尔 . 法拉第是科学史上罕见的高产科学家，而仅受过两年正规学校教育的法拉 第，为什么会取得如此辉煌的成就呢 ?由于家境贫寒，他 7 岁上学， 9岁退学， 13岁到 里波书店当送报童 ,1 年后因勤快、爱动脑筋而被老板里波先生收为书籍装订学徒工 , 此 后他便住在书店上面的一间小阁楼里。对法拉第来说 , 与家里仅有一本圣经相比 ,这 里简直就是书的世界。看到不会念的字就虚心请教，读到理解不了的内容就反复琢磨 他利用工余时间阅读了大英百科全书 、化学漫谈等大量著作 13 。法拉第具有不同 凡响的想象力和创新精神。他虽然没有受过正规教育，但对科学充满了兴趣。在奥斯特 发现“电产生磁”后，法拉第通

22、过逆向思维大胆地作出磁能否生电的设想，并为此付出 10年的艰苦探索。经过反复实验、无数次失败,最终于 1831年发现电磁感应现象， 这是 科学史上最重要的发现之一。他反对当时盛行的“超距作用”概念 , 提出了场的概念 ,并 借助磁力线、电力线模型对场的物理图象作出了直观的描述。 “场”的概念现在已成为 现代物理学中最基本的概念之一。结论物理学史的科学精神科学的发展不仅是科学知识的积累、科学方法的创新, 更是科学精神的塑造。因为科学知识和科学方法是不断更新的 , 科学精神却是永恒的。科学精 神是指科学与科学活动的内在精神和灵魂 ,它是科学主体 (科学家 ) 的内在精神气质、品 质和科学活动的内在性质、特质在求真创新基础上的统一。人文精神和