试论物理学史对培养大学生科学素养的重要性

张 瑶 ，徐 楠 ，单长吉 ， 党兴菊

（1.昭通学院 a.物理与信息工程学院；b.人事处，云南 昭通 657000）

试论物理学史对培养大学生科学素养的重要性

张 瑶a，徐 楠b，单长吉a， 党兴菊a

（1.昭通学院 a.物理与信息工程学院；b.人事处，云南 昭通 657000）

科学知识为大学生提供扎实的理论基础，科学思想为大学生在学习中把握方向，科学态度是大学生学习中的有力保证，科学精神是大学生学习的动力支撑，科学方法是大学生学习的基本保障，在这五个方面，作为科学技术史主要组成部分的物理学史对培养大学生科学素养显示出重要作用.

科学素养； 物理学史； 科学知识； 科学思想； 科学态度； 科学精神；科学方法

科学素养从广义上包括科学知识、科学思想，科学态度，科学精神和科学方法.[1]18科技史料足以说明科学家具有广博的科学知识，实事求是、谦虚谨慎的科学态度，化繁为简、追求统一、推陈出新的科学思想，愿意为科学献身的精神，以及在科学研究中采用的科学思维方法，这些都是值得大学生学习的宝贵素材.一部物理学史就是一部科技发展史，[2]95是科技史的重要组成部分.本文主要以物理学史料为支撑，具体论述物理学史对培养大学生科学素养的重要性.

1 科学知识为大学生提供扎实的理论基础

物理学家进行物理学研究应该具备渊博的科学知识.科学知识能开阔物理学家的视野，帮助其在探索过程中，准确地获得科学证据，迅速捕捉到真理.物理史料有实例说明，科学知识对物理发现的重要作用，例如伦琴在赫兹和勒纳德对阴极射线性质研究的基础上进行深入研究.1895年11月8日在暗室里，为防止可见光线漏出管外，他把克鲁克斯管用黑纸严实包裹，当接通感应圈，高压加在管上，他意外发现1米以外的荧光屏上发出微弱的闪光.伦琴依据其广博的学识，敏锐地意识到，这绝不是阴极射线，经过反复实验，终于发现了一种新射线即X射线.在伦琴之前，克鲁克斯也曾碰到过阴极射线管附近的照片底片感光，他误认为是底片出问题；勒纳德也碰到类似现象，却准备以后进一步深入研究.即使勒纳德及时研究，也难于做出正确结论，因为他在理论上把X射线看做是一种速度无限大的阴极射线.这说明科学家做科学研究时，具有渊博的知识，正确的判断力，才能做出重大物理发现.

再如：1932年1月约里奥—居里夫妇在观察铍辐射时，由于受玻特已有的错误思想的束缚失去了发现中子的机会.约里奥—居里夫妇后来讲，如果他们读过并领会1920年卢瑟福的演讲，肯定会对实验有正确的理解.[3]2601932年安德森在云室观察中看到了正电子的轨迹，在广博知识的基础上，他果断地判断这就是1928年狄拉克预言的正电子，而在此之前，约里奥—居里夫妇也在实验中观察到正电子的轨迹，但是他们又一次做出了错误的解释，再次失去了重大物理发现的机会.可见，物理学家对某一物理现象进行研究时，如果没有相关的科学知识，往往会导致观察到的现象，无法做出正确的科学解释，从而与物理发现失之交臂.大学生通过学习这些史料，了解相关的科学知识并拓展知识面，为将来从事科研工作或是教学工作奠定坚实的理论基础，从而养成不断获取新知的习惯.正如杨振宁教授曾谈到的：“在念书的时候学习的面比较广一些；后来通过自己比较广泛的接触向各个方面发展，这方法对出研究成果的效率是比较高的.”[4]416

2 科学思想为大学生在学习中把握方向

科技史发展的过程中，科学思想分为两个层次，第一层次体现为在科学认识和研究方法的基础上提炼出来，形成能够发现和解释事物现象的合理观念和推断法则，对科学研究和社会实践具有导向作用.第二层次体现为科学家在科学活动中的建树，逐步形成了科学家共有的科学意识和科学精神.1942年美国科学社会学家默顿把科学的思想气质归纳为：普遍性、公有性、无私利性和有条理的怀疑性，作为一种普遍的标准来衡量科学家的行为规范.众多物理学家的科学思想贯穿于物理学史中，学生通过对物理学史的学习，明白了物理学家的敬业精神和对科学事业的热爱，专注和奉献精神；正是这种对科学普遍性、公有性、无私利性的思想推动着物理学家献身于物理研究中，并不断推动着物理学的发展.

例如：伦琴发现了X射线以后，有人提议把其定义为“伦琴射线”，伦琴却坚持称这种新射线为“X射线”.柏林通电协会想以高价换取新发现的专利权利时，遭到了伦琴的坚决拒绝，他主动放弃专利权，X射线广泛运用于医学，为世人受益，而伦琴却在贫困中度过了一生.遵照伦琴的遗嘱，他得到的诺贝尔奖金也交给维尔茨堡大学作为科研经费.再如1902年约里奥—居里夫妇发现了放射性物质“镭”，由于放射性对癌症有一定治疗作用，为减轻癌症患者的痛苦，约里奥—居里拒绝申请专利，公开了提取镭的方法.他们认为镭是属于全人类的，不应该因此而致富.可是约里奥—居里夫人却连自己研究需要的一克镭也买不起，是众多美国大众捐赠的钱买了镭，才使得研究得于继续.约里奥—居里夫人把自己美好的一生献给放射性发现和研究.由于长期受放射性照射而未加以防护，约里奥—居里夫人染上了白血病，1934年7月4日在法国去世.还有贝克勒尔发现天然放射性，打开了原子核物理的大门，然而，由于研究中长期接受放射性的伤害，他成为第一位被放射性物质夺去生命的物理学家.伦琴和约里奥—居里夫人等物理学家的这种无私奉献的行为，正是莫顿科学思想中的普遍性、公有性和无私利的体现.他们的科学思想感染着一批批物理学家为物理发现而无私奉献着，而大学生通过对这些史料的学习，也会被伦琴、约里奥—居里夫人等物理学家的科学思想所感染，从而励志努力学习，将来为科研工作无私奉献.

物理学家的有条理的怀疑性帮助他们在科学发现中敢于与宗教迷信、伪科学和旧科学做斗争，最终探索到科学的本质.例如：哥白尼的太阳中心说推翻了天文学中占统治地位的托勒密的地球中心说，向宗教神学发起了攻击，改变了人们的宇宙观，甚至世界观，推动了物理学的发展.伽利略在力学方面推翻了亚里士多德力学问题上的错误理论，为牛顿完成经典力学的综合工作奠定了基础.1905年爱因斯坦提出“狭义相对论”将伽利略和牛顿以来的动力学时空观发展到相对论的时空观，引起了人类时空观的重大变革等等.在物理学史的学习过程中，学生通过了解物理学家的科学思想，培养他们刻苦钻研，勇于质疑，善于提出问题和努力学习好物理学和其他学科的决心，为他们的学习把握了方向.

3 科学态度是大学生学习中的有力保证

物理学是以客观事物为研究对象.物理学所研究的客观事物并不完全是自然界本身，而是认识主体和自然客体相互作用的产物.科学家在对自然客体进行研究，好奇心、尊重实证，判断性思考等科学态度必不可少.物理学的科学态度，贯穿于物理学史料中，学生通过学习，培养他们尊重实证，重视科学实验，提高他们对物理学的认知能力，学会判断性思考，增强学习中的好奇心，提高学习的积极性.

例如在粒子物理世界，人们通常认为粒子运动都遵行对称性的规律.1956年，华裔美籍物理学家李政道和杨振宁在全面研究考察和判断性思考基础上，提出在弱作用下宇称可以不守恒的科学论断，并提出了可以通过ß衰变等实验验证的设想，设置两组含弱相互作用而互为镜像的实验来考察是否得出相同的实验结果，如果结果不一致，就可以判定宇称不守恒.这是一项难度极大，精密度要求极高的实验，需要有探索的好奇心和坚定的毅力.李政道和杨振宁的观点遭到了大多数物理学家的质疑，其中也包括华裔物理学家吴健雄.但是吴健雄本着尊重实证的科学态度，率先用60Co实验对宇称守恒做了一次精密度极高的实验，证明了在ß衰变过程中，宇称是不守恒的，从而证明了弱相互作用下宇称不守恒.正如吴健雄曾回忆说：“虽然我觉得宇称守恒定律不正确的可能性极微，我还是渴望进行一个水落石出的检验.”[5]203

4 科学精神是大学生学习的动力支撑

科学精神内涵十分丰富，包含探索求真的理性精神、实事求是的严谨精神和批判进取的创新精神.[6]103物理学大量事例表明，在旧的科学理论出现矛盾时，需要科学家具有探索求真的理性精神，批判进取的创新精神，敢于同束缚科学发展的传统观念决裂，才能提出新思想、新见解，并能本着实事求是的严谨精神，对新理论进行实证，最终才能做出突破性的发现.

例如 ：爱因斯坦“相对论”的建立；玻尔提出“互补定律”，李政道和杨振宁提出弱作用下宇称不守恒的理论等等，都是物理学家们敢于打破传统观念，勇于创新的精神，从而导致物理学理论的突破性进展.再如：伽利略为了对亚里士多德的运动理论进行检验和批判，重复做了几百次斜面实验，最终得出了惯性原理，正确说明了力是改变物体运动的原因，推翻了亚里士多德提出的力是产生运动的原因的观念，这一物理发现把动力学研究引上正确道路.又如，1820年，奥斯特发现电流磁效应以后，物理学家们都开始磁生电的实验研究，一次次的实验失败以后，很多物理学家包括当时处于电磁研究最前沿的物理学家如菲涅尔、安培、阿拉果等都开始怀疑磁能产生电，并退出了这方面的研究，只有法拉第本着实事求是的严谨精神，坚持不懈，花了十年的时间进行了无数次实验验证，最终做出了重大发现.正如他在日记中写下“把磁转化为电”的光辉誓言后，就从未怀疑过实现这一誓言的可能性.[4]286结合这些史料的学习，使学生意识到面对今天竞争日益激烈的社会，批判进取的创新精神为科技人才所不可缺少，在学习中必须提高创新意识和创新能力.

5 科学方法是大学生学习的基本保障

“工欲善其事，必先利其器”，物理学发展史也是一部科学方法的演变史.英国科学史家霍尔顿说过：“科学发现没有唯一的方法.”每一位科学家都在运用自己的方法进行科学探索，而在科学发现中有建树的科学家们使用的研究方法，往往为更多的科学工作者所效仿.学生在学习物理学史的过程中通过不断效仿，形成自己特有的科学方法，这些科学方法，有助于学生在学习和生活中，抓住事物和现象的主要矛盾和矛盾的主要方面.例如：伽利略被誉为近代实验科学的创始人，是近代实验科学的鼻祖.他运用的实验与数学的研究方法，开创了经验和理性的相结合，定性和定量相结合的先河，对物理学以及自然科学的产生了深远影响.美国当代数学家M·克莱因是这样评价伽利略的科学方法的：“伽利略的科学方法是历来关于科学方法论的最深刻、最有成效的思想.”[7]126牛顿在物理学上取得的成就和他的分析-综合方法分不开，他强调实验在科学理论中的重要性，科学定律的建立也必须在实验的基础上.爱因斯坦提倡利用世界的统一性的观点，通过直觉方式洞察事物本质，并用逻辑思维和数学工具的方法构造理论体系[7]250

学生通过学习物理学史，还能意识到科学方法能帮助他们在学习科学知识的道路上，事半功倍，成为他们学习的基本保障.例如：1931年约里奥—居里夫妇在玻特和贝克尔铍辐射实验的基础上，利用新的方法，他们把多种物质放在放射源和测量仪器之间，结果惊异发现了在铍射线照射下，石蜡能发射出大量质子.由于他们的实验采用与其他物理学家不同的新方法，推进了发现中子的进程.正如物理学家笛卡尔曾说：“我的脑子并不比别人好，但我却幸运地碰到了些门路，这些门路引导我发现了一些方法，利用这些方法，我似乎可以就我平庸的智慧和短促的生命在能达到的范围内，逐步增广我的知识.”[4]450

综上所述，学习物理学史，培养良好的科学素养，为大学生在学习中提供各方面的有力保证.可见，物理学史对培养大学生科学素养具有不可低估的重要性.

[1]李艳平，申先甲．物理学史教程[M]．北京：科学出版社，2009.

[2]佘浩云.物理教育在提高国民科学素养中的作用[J].怀化师院学报(自然科学),2003,(02):95-96.

[3]仲扣庄.物理学史教程 [M].南京：南京大学出版社，2015.

[4]程九标.张宪魁.物理发现的艺术[M].北京：中国海洋大学出版社，2003.

[5]沙振舜.简明物理学史（第二版）[M].南京：南京大学出版社，2015.

[6]陈雅娟.略论科技史在教育中的科学、人文和哲学价值[J].文教资料,2009,(20):103-105.

[7]刘金玉，黄理稳.科学技术发展简史[M].广州：华南理工大学出版社[M].2009.

On the Importance of the History of Physics to the Cultivation of College students' s Cientific Literacy

ZHANG Yaoa, XU Nanb, SAN Chang-jia, DANG Xing-jua

(a.School of Physics and Information Engineering，b.Personnel Office, Zhaotong University，Zhaotong 657000，China)

College students have a solid theoretical basis by scientific knowledge and grasp the direction of learning by scientific thinking.College students obtain strong guarantee of their learning by grasping the direction of science and have the driving force in learning by scientific spirit.Alao ,they get the basic guarantee of their learning by scientific method.In this five aspects, the history of physics which is the main component of the history of science and technology shows an important role in cultivating college students' scientific literacy.

Scientific literacy; History of physics; Scientific knowledge, scientific thinking, scientific attitude, scientific spirit; Scientific method

04-09,G642.0

A

2095-7408（2017）05-0028-04

2017-03-28

云南省教育厅教学研究基金项目（2015Y486）.

张瑶（1975- ），女，云南昭阳人，副教授，硕士，主要从事物理学史的研究．