利用物理学史明晰大学物理中的物理概念

　　摘要：本文研究如何在课堂上通过引入物理学史明晰物理思想和概念。以讲授波动光学这一章为例，可以发现适当地引入物理学史上的小故事不仅可以丰富课堂教学内容，拓宽学生的视野，而且对于强调其中的物理思想和提高学生创造力有积极的作用。

　　关键词：大学物理教学物理学史物理概念

　　1.引言

　　《大学物理》这门课程是目前中国大学所有工科专业学生必修的一门物理基础学科，它的许多物理概念和基本公式对学生后期的工科专业学习至关重要，所以大学物理教学的成效将会直接影响到工科学生的数理修养。经过几年的教学实践，笔者发现学生普遍缺乏学习兴趣，对于关键的物理概念模糊，厌倦习题的求解。之所以出现这样的情况，笔者认为主要是因为高中阶段大规模的应试教育使学生产生了倦怠学习的心理，而目前的大学物理课程无论是内容还是形式都与高中课程类似，缺乏能够激发学生学习兴趣的新颖形式。

　　对于这种情况，大多数教学者是通过强调物理知识在工程实践中的应用及和实际生活的联系，丰富大学物理教学内容，提高学生学习兴趣。而物理学史的渗透却常常被忽略。值得注意的是，大学物理中的物理概念和公式是物理学家长期以来研究的结果，所有的理论是经过无数次实践和实验验证后，被教育者或研究者抽象出来用于教学的。这些理论在当时的研究过程中，实际上并不像教科书上描述得那样抽象，顺利，以及自然而然，有些理论的建立甚至掺入了很多人为的因素。所以将当时理论建立的过程正确地还原给学生，有助于学生正确地理解知识的建立，拓宽学生的视野，同时引发学生的探究欲望。

　　2.以波动光学为例

　　2.1教科书中内容的安排

　　波动光学是主要讲授光的波动性。东南大学马文蔚教授等编著的《物理学》下册中关于波动光学的内容是这样安排的：首先干涉的必要条件是两束光相干，接着干涉实验包括杨氏双缝干涉、劈尖干涉和牛顿环，之后是单缝衍射和光栅衍射，最后是光的偏振。

　　2.2光学发展史

　　牛顿（1642—1727）在1672年做了一个很出名的实验——色散实验。牛顿待在一个小屋里，只有一束亮光从一个特意留的小孔中射进来，他不时地将棱镜片插入小孔中。这时候原来的白光不见了，在墙上映射出一条长长的彩色宽带。牛顿认为光是不同颜色的微粒的合成。注意同一时期英国皇家学会主席胡克是波动学说的倡导者。所以胡克反对牛顿观点，认为仅仅是个假说而已，想给年轻的牛顿一个下马威。这让牛顿勃然大怒，花了四个月的时间写了一篇洋洋洒洒的长文，进行反驳。

　　杨氏（1773—1829）受到当医生的叔父的影响开始学习医学，后来研究人体上眼睛的构造，接触到光学上的一些基本问题，并形成了光是波动的想法，他的这个认识来源于前面我们讲到的波的干涉现象。于是做了一系列实验。1807年杨氏总结出版了他的《自然哲学讲义》，里面综合了他在光学方面的工作，并第一次描述了他名震四海的实验：光的双缝实验，还第一次成功测定了光的波长。

　　微粒说和波动理论的决胜时刻在1818年，当时法国科学院开展了一个悬赏的征文竞赛，竞赛的题目是利用精密的实验确定光的衍射效应及推导光线通过物体附近时的运动情况。当时的本意是希望通过微粒说来解释光的衍射和运动打击波动理论。戏剧性的情况出现了：一个不知名的法国年轻工程师菲涅尔菲涅耳（1788—1827）向组委会提交了一篇论文，论文中他采用了光是一种波动的观点，并以严密的数学推理很好地解释了光的衍射问题。无疑，菲涅耳的工作给微粒论的支持者以致命的一击。

　　2.3渗透物理学史的优点

　　从上面的发展史可以发现，这些故事中不仅涵盖了教科书中的知识点，而且强调了物理概念，如学生也许不会明白为什么杨氏双缝实验是历史上排名第五的重要实验，从上述发展史中可以强调双缝实验是第一个证明光是波动的实验。因为插入了许多有趣的故事，如牛顿和胡克的个人恩怨，杨氏的家庭背景等，相比于教科书教授的方式更加有趣和真实。

　　3.结语

　　以波动光学这章为例，我们可以发现在大学物理教学中科学渗透物理学史，能收到画龙点睛的教学效果。

　　参考文献：

　　[1]马文蔚，解希顺，周雨青.物理学（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

　　[2]顾琪敏，文文.通过“一题多解”习题培养学生的创新意识[J].物理教学探讨，2005，5：16-18.