将来从事其他科研工作都是非常有意义的。
3.引入物理学史有助于培养学生的科学态度
科学态度是指人对自然、对科学本身的基本看法,包括科学的自然观、世界观、价值观与审美观等。科学态度对人的认识与实践活动有决定性的导向作用,是科学素质的核心要素。如果只是通过单纯的说教或灌输的方式将很难达到培养学生正确的科学态度的目的,而通过物理学史中大量的科学家们的生动事例来启发、感染学生将是一个良策。
例如,开普勒尽管十分喜爱哥白尼的圆运动模型的美,但他还是抓住哥白尼关于火星偏心圆轨道理论与第谷观测数据8弧分的误差不放,以科学家一丝不苟的态度,宁可痛苦地放弃天体运动一定是匀速圆周运动这一古已有之的美学原则,也不允许自己用一些无根据的假设去掩盖这个矛盾,最终正确勾画出天体运行的宏伟蓝图。若给学生介绍开普勒所处的时代,在所谓的“理论”中根本没有测量的地位,测量只不过是三教九流之间流传的“技艺”而已,是不能入“理论”大雅之堂的,学生就会更加佩服开普勒,认识到他相信测量事实的科学态度是何等的难能可贵了。
4.引入物理学史有助于学生学习科学方法
科学素质的核心是学习能力,而能力与方法是密不可分的。掌握科学方法的过程往往也是培养能力的过程,解决问题的过程也正是能力外显的过程。比起任何特殊的科学理论来,科学的方法论对人类的价值观影响极大。英国物理学家波恩在获诺贝尔奖时曾说:“我荣获1954年的诺贝尔奖与其说是我工作里包括了一个自然现象的发现,倒不如说是那里面包括了一个自然现象的新的思想方法基础的发现”。科学技术的发展充分证明了物理学的方法与理论形式一直是其他学科效仿的榜样。物理教材涉及到几十位物理学家,他们在取得伟大成就的过程中,所运用的科学研究方法和实验构思精巧绝伦,为我们提供了取之不尽的科学方法教育素材。结合教学内容介绍物理学史上科学家研究物理学的科学方法,作为学生学习的范例,无疑是实施科学方法教育的一条重要途径。物理学中的方法丰富多彩,除了观察和实验以外,还涉及到科学的抽象、理想实验的方法、基本的一些逻辑方法、假说和模型方法、数学方法,当然也少不了理论思维的方法。
比如,伽利略对落体的研究,是用逻辑推理与理想实验的研究方法得到落体运动规律,从而否定了统治人们上千年的亚里士多德的观念。库仑定律是在借鉴了万有引力定律,事先有了平方反比的概念后采用类比方法得以建立的;欧姆用水流和电流进行类比的方法总结出欧姆定律。富兰克林电的同一性的实验论证是比较性推理和实验性比较的一个典型例子。普朗克量子假说的提出采用了溯因推理法即他从一个正确的推论出发,一步步寻求得出这个结论最初的理论依据。海王星的发现则是理论预言在前,观察实践在后,演绎推理指导观察实践所取得的辉煌成果。能量守恒和转化定律的确立,是从个别的理论和实验,通过个性(即特殊性)揭示出自然界最一般规律(即共性)的,是归纳推理的具体应用。中微子的发现又是泡利成功地应用演绎推理的结果。开普勒行星运动三大定律的发现,是和谐的思想加数学方程的结果,也正是他开创了用数学方法表达物理定律的数学物理时代。我们将这些方法灵活机动地在教学中适时引入,可以使学生在掌握知识的同时掌握科学方法,提高学生的科学素养。
5.引入物理学史有利于培养学生的创新素质
物理学的发展史,就是一部创新史,它的每一个新发现,新理论的形成,都蕴涵着科学家的创新活动。教学中引入物理学史,可以使学生领略科学家们的一系列创造性活动,对培养他们的创新素质将起到重要作用。
人类对原子结构的认识可以很好地说明这个问题。1897年,汤姆生发现了电子。这一重大发现使人们认识到原子是有结构的,它不是最小的终极粒子。因此人们创造性地提出了各种原子模型,其中较有影响的是汤姆生的蛋糕模型。这一模型被卢瑟福的α粒子散射实验所否定,于是出现了卢瑟福的核式结构模型,该模型虽然解释了一些现象,但在对原子的稳定性进行解释时却发生了与经典电磁理论的矛盾。为此,玻尔又创造性地将普朗克的量子概念引入原子结构理论,提出了著名的玻尔原子模型。但由于这一模型是半经典,半量子化的,所以在解释比氢原子稍复杂的原子行为时遇到了很大困难。是索末菲创新性地将经典理论完全抛弃提出了完全量子化的原子结构理论才使这一问题得到解决。可见,人们对原子结构的认识经过了不少人的创新活动,才使问题的认识一步步接近真理,离开了任何前人的创新成果都是行不通的。
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