物理学史与素质教育――物理学史的教育作用

1、物理学史与素质教育物理学史的教育作用常常有学生问我们：什么是物理学？物理学有什么特点？物理学是从哪里来的？怎 样才能把物理学懂弄通？学了物理有什么用处？我们对他们说：知道一些物理学史有助于理解这些问题。什么是物理学？物理学是这样一门基础科学，它研究的是物质及其运动最基本的规律。如果我们懂得一点物理学史，我们就可以认识到：人类是怎样一步一个台阶，上 至宇宙、下至夸克，在认识自然的过程中向深度和广度前进的。物理学有什么特点？物理学的特点也许可以概括为实验事实与数学抽象的统一。如果我们懂得一点物理学史，我们就可以认识到： 实验是物理学的认知基础， 而数学抽象 是形成理论的必经之路。物理学是从哪里来的

2、？物理学既不是从简单地堆积实验事实得到的，也不是凭拍脑袋想出来的。如果我们懂得一点物理学史，我们就可以认识到：实验和理论是相辅相成 的，两者紧密结合，不可或缺。怎样才能把物理学懂弄通？我们可以回答：不要把物理学看成死的知识，它还在发展之中。如果我们懂得一点物理学史，我们就可以认识到：不同的物理分支实际上是在不同的层次上，以不同的模型和不同的方法，研究同一个对象的不同组成部分；我们就能在掌握知识的逻辑结构之外，还形成立体的知识框架。学了物理有什么用处？物理学是基础科学，是许多科学技术的发源地， 也是发展高科技的源泉。如果我们懂得一点物理学史，我们就可以真正认识到：物理学既是科学技术的基础，也得到

3、生产技术的大力支持和推动。没有物理学就没有我们今天的文明，世界就不会像现在这样发达。半导体研究和电子技术的发展就是一个最生动的例子。学习物理学史还可以： 了解做学问的方法；开阔眼界，正确地看待世界（世界观）； 增进对科学的认识，增进对科学家的认识；陶冶情操（人生观）；培养对科学的兴趣；鼓舞征服自然的勇气； 增强对社会和历史的责任感； 起到提高科学素质和人文素质的作 用。指导思想和具体做法素质是一个既抽象、又具体；既涉及整体，又涉及个体的概念。它指的是某一特定 的水平，某一特定的综合品质。什么是科学素质？科学素质指的是掌握一定科学知识、 有一定能力、有创新意识、有科学头脑，能以科学的眼光看待世界

4、。什么是人文素质？人文素质指的是有一定文化知识、具有社会责任感，以高尚的精神对待社会，与自然、 人和社会和谐相处的文化修养。科学史教育有助于科学素质和人文素质的提高，有助于理解科学的本质，有助于认识科学技术是从哪里来的，有助于增强社会责任感。老一辈科学家对此有深切的感受。例如，我们的老师钱三强教授就曾经多次发表过这类见解。1980年他在给物理教学的一封信中写道：科学上没有平坦的大道。我们要通过物理学史的介绍，向学生讲清楚，科学经 历的是一条非常曲折、 非常艰难的道路。 然而，我们的教师在对学生进行教育的时 候往往是应用经过几次消化了的材料来讲授，或者经过抽象的理论体系，这当然是 必要的，但是这

5、样的教学方法，往往会使学生对概念的产生和发展引起误解，以为 什么结论都可用数学推导出来，失去了对观察和实验的兴趣。这样的结果使学生们 不了解科学是怎样来的，时间长了，等到他自己从事教学时就很容易把科学当作一 门死学科来教。今天我们科学界有一个弱点，这就是思想不够活泼，这也许跟大家 过去受的教育有一定关系。我们从信中深受教益，二十多年来我们一直以之作为我们工作的扌旨导思想。1991年钱三强教授在为我们编著的物理学史作序时引用了这段话，并且写道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，

6、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。*就是在这一思想指导下，我们尝试把科学研究和教学工作结合。我们的做法是:1 资料先行几十年来我们在收集资料方面狠下功夫。收集资料很重要，有资料才能进行案例研究，当案例做多了，认识就发生了飞跃。2 有的放矢一一从教学需要出发，针对教学中的问题逐个研究。3刨根问底-抓住问题就绝不放过，一定要找到满意的答案。4注重发掘一一对“发现”进行“第二次发现”，发掘前人作出发现或发明的关 键所在。6个W给了我们很大的帮助。所谓 6个W，指的就是：(1) Why ?为什么会发生？ 一个物理事件之所以发生，必定有其历史背景和动因。(2)

7、What ?事件的性质，有何特点？有何意义？在历史上起了什么作用？(3) When ?有什么时代特点？为什么在这个时候出现？有没有历史的必然性？(4) Where ?为什么在这个地方？是什么社会因素决定的？(5) Who ?分析人物的特点，他的成功要素。他为什么会作出这个成果？(6) How ?他是怎样作出成果的。我们力求全面回答这些问题，从而尽可能深入地了解事件的历史背景和科学家取得 成功的经验。当然，具体提出哪几个问题应视课题而异。5及时收获一一把自己学习的心得体会写成论文和书。这些年来，我们出版了二十多本有关物理学史的书。6,播撒种子-我们受清华大学教务处的委托，从1980年代起，一直为

8、全校开出两门物理学史选修课，一门叫物理学史的启示，一门叫科学家成功之路。两 门选修课都列为人文社科限选课，分属历史与文化类和哲学政治思想道德类。这两门课一开就是一二十年，学生逾万人。两门选修课这两门课互相补充和呼应，组成一个整体，在课程中力求做到：讲清楚科学发展的 曲折性；抓住理论和实验的关系；阐明偶然和必然的联系；加强人生观和世界观教育； 采取新的课程结构和讲授方式一一广泛运用历史图片、文献资料、录音录象，动之以情，使听众有身临其境之感； 讲课生动活泼，有如演员进入角色，让听众受到心灵震撼；课 程内容精选。这样做到一箭多雕，力图在几个方面都有所收获。这些收获综合起来就是九个字，即：找观点，学

9、方法，树榜样。什么叫找观点？找观点就是学习前辈科学家的看法和见解。他们在推动科学前进时是受什么思想支配的。他们怎样处理理论与实验之间的分歧？他们怎样分析事物的矛 盾？他们奋斗的目标是什么？等等。什么叫学方法？这里有三层意思。一是要注意学会用历史的方法。历史方法是科学研究的重要方法之一。收集和分析历史资料，是科学研究的一项基本功。再一层意思就是从科学家的创新活动学习他们处理问题的方法。还有一层意思就是学习具体的研究方法。例如：对比方法是探索新现象的规律常用的方法；人们用移植的方法可以大大加 快新兴领域的发展速度；理想实验是科学思维的重要手段，反证法也是逻辑推理的有力工具；佯谬（悖论）法在暴露矛盾

10、上有惊人的魔力， 往往由此取得重大突破； 实验方法和 数学方法更是物理学研究的精髓。科学方法多种多样，不同性质的问题，不同的研究对象，要用不同的方法，因势利导，辩证下药。通过物理学史的学习， 对各种方法在历史上的具体应用进行比较， 层次分明，对比强烈。科学先辈们往往因为方法得当，难题迎 刃而解，了解这些可以进一步体会到先辈们智慧之所在。在课堂上，每当我们讲到精彩之处，常听到发自学生内心的叹服声。 整部科学方法论贯穿在我们的物理学史的启示中， 虽然没有花专门的时间，没有设专门的课程进行讲授，却比单开一门课还有效，因为引起了同学们的浓厚兴趣，有的同学课余找参考书，认真思考，有的认为这些内容好比猎枪

11、，对今后的学习和工作大有益处；也有同学说，这类的课程对自己来说似乎太晚了， 为什么不在中学开设？什么叫树榜样？当然包括从各种典型案例中找典型人物，树为自己的学习楷模。 我们这里指的既包括科学家的治学创业，也涉及他的为人处世。大科学家也是人，从小长大，各有其成长的过程。他们的成长道路对学生和教师有特殊的参考价值。科学家也有自己的喜怒哀乐。他对待困难和逆境的态度，他对名誉地位的看法， 他坚持不懈，顽强 拼搏的毅力，他灵活机动的风格和严谨踏实的作风， 他敏锐的观察和一针见血的洞察力, 他对祖国对人民的热爱，他的献身精神等等，都值得我们学习和借鉴。总之，在我们的课上，遵循几条原则：从历史到未来，要有前

12、瞻性；从理论到实验， 要有全面性；从史实到启示，要有哲理性；从社会背景到人物介绍，要有真切性。引而不发，启而不塞，给听众留有思考的余地。几点看法通过多年实践，我们有如下几点认识：1 物理学史是载体，不只是传授知识，更重要是传达科学前辈的思想、方法、情 趣和经验，借以教育后人。2.既要有形象资料，也要介绍思想的精华。3既要博古，也要厚今，对于大专院校，重点应该是20世纪物理学的发展。4既要讲理论的发展，也要讲实验的发现和验证，才可以说清楚物理学的来龙去 脉。5. 史料的运用不是简单的堆积，而要显示其历史价值。打个比方说，不仅要给出 信息的振幅，还要给出信息的相位，做到图像是三维的、全息的。6. 学一点