深度融合物理学史 构建物理魅力课堂

摘" "要：物理学史有助于学生理解物理概念的形成和发展过程，理解其中蕴含的思想方法。在“光的波粒二象性”教学中，通过深度融合物理学史，让学生思考人类在探索光的本性过程中遇见的一个个历史之问，从而帮助学生深化对概念的理解，发展科学思维，树立正确的人生观和价值观。

关键词：物理学史；物理教学；立德树人

中图分类号：G633.7 文献标识码：A " " 文章编号：1003-6148（2025）1-0088-3

物理学史揭示了物理学发展的规律及其内在逻辑，体现了人类逐步探索与认识物理世界的历程［1］。在物理教学中，物理学史不仅有助于学生理解概念的形成和发展过程，还能阐明其中所蕴含的思想方法，从而增强学生对物理知识的理解和科学方法的掌握。通过重温物理规律的发现历程，学生能体会到实事求是、不畏权威、勇于探索的科学精神［2］。因此，将物理学史融入物理教学显得尤为重要。

在对光的本性探索中，从“波动说”与“粒子说”之争，到麦克斯韦提出光的电磁波理论，再到爱因斯坦建立光量子理论，都是科学进程中辩证性质的例证［2］。光的本性探索蕴含了丰富的科学思想与方法，也渗透着科学家们勇于追求真理的科学信念与精神。因此，在“光的波粒二象性”教学中，通过清晰展示光的本性认识所经历的科学研究过程，可以有效促进学生科学思维的发展，以及正确人生观和价值观的形成。

1" " 融合物理学史的“光的波粒二象性”教学

1.1" " 创设生动情境，巧妙设置问题

关于光的本性，人类很早就开始了研究，并引发了光学发展史上持续时间最长且最为激烈的一场论战。教师可以通过展示日常生活中光现象的图片，提问学生“光是什么”，以引出这场长达三百年的光的“波动说”与“粒子说”的争论。

设计意图：以问题为引导，激发学生的学习热情与探索欲，并引出物理学史上关于光的本性的争论。

1.2" " 回顾历史脉络，激荡思维火花

1.2.1" " 早期的“粒子说”

教师讲述早期的“粒子说”是一种“微粒说”。当时，人们认为光是由一粒粒非常小的“光原子”组成的高速粒子流。随着1704年牛顿《光学》的出版，光的“微粒说”在接下来的100年中占据了主导地位，强力压制了“波动说”。在此背景下，教师可以提问学生：“当没有新的现象被观测到之前，用‘微粒说’分析光的直线传播、折射与反射现象是否适用？”

设计意图：运用历史重演教学法帮助学生体验理论真实的建立过程，让学生在认识光的本质的探索过程中，深化概念理解，发展科学思维。

1.2.2" " “波动说”的发展

教师在讲述“波动说”的发展时，首先介绍胡克于1665年提出的观点，即“光是以太的一种纵向波”，并认为光的颜色由频率决定。1690年，惠更斯原理提出，利用波动理论成功解释了光的传播规律。1801年，托马斯·杨的杨氏双缝干涉实验则有力地支持了光的“波动说”。教师可以使用简单的生活化器材进行演示。实验器材包括钢化膜、激光笔、蜡烛和刀片（图1）。首先，将钢化膜用蜡烛熏黑，然后用刀片平行划两条痕迹，最后将激光笔对准划痕照射，便可得到明暗相间的干涉图样（图2）。教师可以提问学生：“为什么会出现这种现象？‘微粒说’是否能解释此现象？”接着，教师介绍托马斯·杨的分析方法。他将光类比于水波和声波，分析光屏上产生明暗交替条纹的原因，即光波的相干叠加。尽管杨的理论能够很好地解释实验现象，但由于与当时盛行的“微粒说”相悖，因此遭到了许多物理学家的抵制。杨在演讲中提到：“尽管我仰慕牛顿的大名，但我并不因此而认为他是百无一失的。我看到牛顿也会犯错，这并没有让我得意，而是感到遗憾。有时候他的权威甚至延缓了科学的进步。”正是由于杨的大胆质疑和不畏权威，使得光的“波动说”得以进一步发展。

设计意图：介绍物理学家的思维方式、困惑和解决问题的灵感与科学方法，帮助学生掌握科学方法，培养他们不畏权威、敢于质疑的科学精神。同时，利用生活中的简单材料演示经典的杨氏双缝干涉实验，让学生感受物理实验的魅力，增强对原理探索的兴趣，学会通过实验现象和理论分析来验证和质疑科学观点以增强科学思维。

1.2.3" " “波动说”的挑战

此时，人们依旧将光波看作纵波，但随着马吕斯的发现，“波动说”也受到挑战。马吕斯利用一块冰洲石去观察落日从玻璃窗反射的像时，意外发现了两个像。并且，当冰洲石被转动时，两个像会明亮交替变化，这种光强度随方向发生变化的现象称为光的偏振化。教师可以利用偏振光演示仪向学生展示这一偏振现象。该演示仪由手电筒、两片偏振片、泡沫板、长筒和支架组成（图3）。随着演示仪中偏振片的转动，屏上的光强会发生变化，甚至会完全消失。此时，教师可以提问学生：“为什么光是纵波无法解释偏振现象？那么，该如何解释偏振呢？”

设计意图：光的偏振现象的发现，使得“波动说”处境更加严峻。这一矛盾无疑引发了物理学家们的深入思考，促使他们重新审视光的本性及其传播特性。通过引入这些真实的历史问题，教师可以有效地点燃学生的好奇心，进一步激发他们的学习动机。

1.2.4" " “波动说”的胜利

为了解释偏振现象，托马斯·杨提出了光是横波的假设。随后，菲涅尔进一步补充了惠更斯原理，从横波的角度解释了光的偏振，并发现了著名的泊松亮斑，建立了光的横向传播理论。之后，麦克斯韦预言了电磁波的存在，而赫兹则通过实验验证了光是一种电磁波。在这一过程中，教师可以着重讲解“泊松亮斑”的故事，让学生学有所悟。

设计意图：让学生亲身体会波动理论的完善过程，感悟科学家精神，形成良好的人生观与价值观。

1.2.5" " “波粒二象性”的确立

赫兹在研究光的波动性时首次发现了光电效应，即金属表面在光辐照下会发射出电子。教师可以提问学生：“能否用光的波动理论来解释光电效应？如果不能，该如何解释这一现象？”在学生讨论结束后，教师引导他们利用爱因斯坦提出的光量子假说来解释这一现象。此外，教师还需介绍康普顿通过散射实验验证光的粒子性。最终，学生将得出结论：光既具有波动性，又具有粒子性，即光的波粒二象性。

设计意图：物理学家对光的本性的探索，是一个否定之否定的发展过程，是科学发展过程中辩证性质的例证，能够培养学生的辩证思维能力。

1.3" " 切入前沿应用，提升科技自信

与学生分享基于光的量子性的前沿科技，教师可以播放我国的光量子计算机与量子卫星的科普短视频。特别介绍我国的光量子计算原型机“九章”（图4）和量子卫星“墨子号”名称的由来。从《九章算术》到自主创新实现量子优越性的光量子计算原型机，从首次发现小孔成像的墨子到首颗空间量子科学实验卫星“墨子号”，都体现了中华民族的智慧。

设计意图：由古及今，联系我国光学史上的伟大成就，增强学生的科技文化自信，培养学生科技报国的责任担当。

1.4" " 应用课本短剧，巩固课堂内容

教师将学生进行分组，让学生分别模拟不同的物理学家开展光的本性的论战，以简短的课本剧形式让学生梳理人类对光的本性的认识过程，从而帮助学生巩固学习内容。

设计意图：学生通过模拟物理学家进行争论，既能对物理学家有更深入的认识，还能进一步锻炼学生的思维与表达，增强合作意识与能力。

2" " 结" 论

将物理学史融入物理教学，能够充分激发学生的学习热情，帮助其理解物理概念。此外，这种融合在培育学生的科学思维与科学态度方面具有独特的优势。因此，教师应通过物理教学促进学生的全面发展，将物理学史与物理教学充分结合，为学生建构一个更加丰富、立体的物理学习环境［4］。

参考文献：

［1］芦星月，熊建文.科学探究视角下的物理学史教育功能分析［J］.物理教学，2021，43（8）：69-71，43.

［2］王高.融入物理学史 培育核心素养［J］.物理教师， 2017，38（11）：26-30.

［3］窦华.从光的本质的探索看物理学发展的辩证本性［J］. 内蒙古电大学刊，2004（4）：49-50.

［4］陈小敏，李海涛.物理学史和物理教学融合的实践与思考［J］.教育与职业，2008（20）：109-111.

（栏目编辑" " 贾伟尧）