大学物理学史物理实验论文

［摘要］文章阐述了物理学史融入物理教学的客观依据，并结合教学实践总结了物理学史融入物理教学的原则、方法以及需要特别关注的问题。［关键词］物理学史物理教学融合［作者简介］陈小敏（1976-），女，焦作大学基础部讲师，从事物理教学及研究工作；李海涛（1977-），男，焦作大学基础部讲师，从事物理教学及研究工作。下面是小编为大家整理的《大学物理学史物理实验论文(精选3篇)》的相关内容，希望能给你带来帮助!

大学物理学史物理实验论文 篇1：

导论贵在导字

摘  要 以物理学导论的教学为例，探讨导论课程在教学内容安排、教学方法选择以及教学组织形式等方面的问题，阐明物理学导论教学要想达到课程开设的目的，必须从“导”字入手，重在知识的趣味性、系统性和实用性，逐步引导学生走上物理科学之路。

关键词 物理学导论;通识课程;混合式课程

Guiding is Key to INTRODUCTION//GAO Shoubao， MENG Qingtian

Key words INTRODUCTION TO PHYSICS; general courses; blen-ded curriculum

0  引言

物理学导论是为高校物理专业新生开设的一门通识课程，主要介绍物理学的基本概念、基本理论和基本发展脉络，简要介绍物理学知识与科技前沿领域的联系。通过本课程的教学，一方面可以帮助学生了解物理学的基本知识，为进一步开展学习和研究奠定基础;另一方面是为帮助学生了解物理学在现代科技中的应用，培养他们对科学研究的兴趣，领悟科学研究中的思想和方法，提高分析和解决问题的能力，进而热爱科学并投身到物理科学的工作中。

考虑到目前全国基础物理教学形势，为适应大学物理教学需要，不少高校先后开设了物理学导论或类似课程，也有了一些值得借鉴的做法。比如，吉林大学物理学院一直重视物理学导论的教学工作，摸索出一套行之有效的教学方法，使学生对学习物理、从事物理科学充满信心，特别是张汉壮教授总结多年的教学经验后编写的《物理学导论》教材，被全国多所高校使用[1];长江大学物理与光电工程学院为新生开设的物理学概论也是一门导论性质的课程，该课程结合物理学史的介绍，帮助学生了解物理学的内容和方法，认识物理学的重要地位和应用前景，激发他们对物理的学习兴趣[2];东南大学在文科专业中开设的物理学概论课程，虽然与开设物理学导论的目的不完全相同，但其中的一些做法，比如重视和强化学科间的相互渗透、提高人才的自然科学素养等，都值得在物理学导论的教学中参考[3]。

由于所处的教育环境不同，国外高校历来重视在大学物理新生中开展物理学导论类似课程的教学。特别是既有理论也有实验的美国华盛顿大学物理学导论课程，无论是教学内容还是教学模式，都很有特色。该课程的实验项目内容紧扣理论教学环节并尽可能澄清课堂学习的一些问题。实验讲义以物理史实或以身边易于实践的自编故事为引子，切入原理并让学生继续展开实验。以物理系和网络上可寻的与实验相关的科技前沿发展背景为延伸，注重学生兴趣导向[4] 。美国塔夫茨大学罗纳德教授研究团队基于交互式教学的物理学导论课程改革也取得很好的效果，他们的研究表明，交互式教学法在班级授课的形式下，针对不同教学内容，对于中学与大学的所选样本都具有良好的适用性。特别是对于大学生，他们学习的主动性更强，教学效果更加显著[5]。可以这么说，为了搭建好中学物理和大学物理学习的桥梁，让更多的学生走上物理之路，物理学导论课程的开设已成为国外知名大学物理学教学的趋势[6-7] 。

通过以上介绍和分析可以发现，国内外在大学物理教学中非常重视对物理学知识的入门和引导，无论是以导论的形式，还是以概论的形式，“导”很重要。在这方面，笔者也深有体会。为了适应大学物理教学的新形势，最近几年，学校也在物理学各专业开设了物理学导论课程。教学实践表明，该课程的开设确实提高了学生学习物理的兴趣，增强了学生立志投身物理科学的信心。对于这种通识性质的课程，教学内容涉及多個学科部分，为了“导”好这门课，相关任课教师还是进行了一些探索和尝试，也摸索出一套引导学生走上物理之路的做法。本文将从教学内容的组织、教学方法的选择及教学过程的控制等几个方面，简要介绍物理学导论课程教学需要注意的一些问题，特别强调在教学中对“导”的理解和实施，供读者参考。

1  教学之导

物理学导论课程的开设旨在引导学生把握物理学的知识结构，提高他们学习物理的兴趣，进而走上物理科学之路。然而作为一门知识性和逻辑性较强的学科，物理学在高中阶段就被学生认为是一门较难的学科，选考学生相对较少。考上物理专业的大学生，虽然这方面的问题没有那么突出，但受到的影响也不容忽视，因此，在大一阶段开设导论课程就显得尤为重要。这里以这几年物理学导论课程的教学为例，介绍导论教学中的一些做法。

1.1  做好铺垫

物理知识具有其自身的逻辑性。这是物理教学的优势，但也给导论教学提出挑战。不像美国华盛顿大学等开设的物理学导论课程，既有各专业理论部分，也有相应的实验课程配套[4]，因而实际上是将其开设为一门综合课程。而如前所述，我国高校开设的物理学导论课程是一门通识课程，更加注重物理学的入门，强调对物理学重要性的认识，而不是全面系统地介绍物理学知识，因而在介绍相关物理学内容时做好铺垫尤为重要。

1.1.1  介绍物理学史，明史方能明智  与其他物理课程教学有所不同，物理学导论的教学有其特殊性，这种特殊性主要体现在相关物理知识群的导入上。特别是对于一些概念和规律难以深入理解的知识群，了解其发现（提出）和发展的过程，是激发学生学习兴趣、把握相关物理思想的关键。而结合不同的物理内容，适当介绍相关的物理事件以及为物理规律的发现作出贡献的物理学家的事迹，不失为吸引学生注意力，培养学生科学思维、科学态度及社会责任感的有效途径。

众所周知，相对论的教学是大学物理教学的难点之一。为了克服这个难点，在进行物理学导论教学时，就是借助物理学史来帮助学生理解爱因斯坦当时建立相对论的思想历程。人们认识运动物体是从认识参考系出发，逐渐形成相应的时空观的。为了描述物质及其运动，古希腊哲学家亚里士多德提出“以太”的概念，并为之后的诸多物理学家（包括牛顿）所推崇，然而迈克尔逊—莫雷实验的“零”结果实际上对“以太”概念予以否定，特别是使其失去了作为绝对参考系的特质。正是爱因斯坦通过对时间概念的重新分析，在两条基本假设的基础上，推导出物体的“动尺收缩”、时间的“动钟变慢”及同时的相对性等，才形成一套新的时空观，建立了狭义相对论[8]。

狭义相对论的建立过程告诉人们，一个强大理论的建立，并不是某一个物理学家的功劳，而是一代代物理学家共同努力的结果;不仅需要严格的逻辑推理，有时候还需要一定的挑战性思维和批判精神。对于刚步入大学校门的学生来说，这种导入方式对于培养他们的科学态度和创新精神显得那么重要！

需要指出的是，按照高师院校的要求，在大学二年级会开设物理学史选修课，因而对物理学史的讲解并不是物理学导论教学的中心任务，这里介绍物理学史的主要目的在于引导学生了解和认识物理规律的发现过程。

1.1.2  利用知识结构  开设物理学导论课程，教学内容是按照力学（包括理论力学及量子力学）、热学（包括热力学和统计物理学）、电磁学（包括电动力学）、光学、原子物理（包括分子物理及凝聚态物理）和相对论等的次序来安排的。显然由于学生的知识储备不足，一些内容的介绍会给学生的接受带来一定的难度。把握知识脉络、理解各个知识点在知识群中的相对地位，是进行导论教学的关键。为方便学生了解和把握物理规律的发现过程和物理本质，结合学生的认知规律和知识结构，从以下两个方面开展教学工作。

1）由易到难：以理论力学部分的教学为例。物理学导论一开始介绍的是力学部分的内容，相对来说，学生在中学阶段有了较为坚实的质点力学知识基础。在导论教学中充分利用这个基础，参照质点运动的规律来处理刚体的运动。比如在介绍刚体的定轴转动时，将其规律与质点的运动规律作类比（力/力矩，位移/角位移，速度/角速度，加速度/角加速度等），然后将刚体的运动分为质心的平动以及刚体绕质心的转动，前者利用质点运动规律来处理，后者则利用刚体的定轴转动来处理。其他比如分析力学中的虚功原理、哈密顿正则方程等，相关部分也采取了类似的教学方式。这种由易到难的类比教学方式，不仅减少了教学难度，也对学生将来系统学习理论力学树立了信心。

2）由浅入深：以量子力学的教学为例。大家知道，从薛定谔方程的建立到其用来处理微观体系的量子力学问题，波函数的概念贯穿教学始终。因而波函数概念的建立是引导学生认识量子力学的出发点，也是量子力学教学的立足点。区别于理论力学内容的引入方式，在物理学导论中对量子力学内容的介绍采用的是紧扣切入点、由浅入深的教学方式。首先从电子的狭缝衍射出发，通过对一个电子和多个电子衍射图纹的比较，给出微观粒子的波粒二象性，進而引出描述这种性质的波函数，并进一步介绍该波函数所满足的薛定谔方程。当然，薛定谔方程的求解不是的教学目的，在引入薛定谔方程后，可以简单介绍薛定谔方程的求解在实际中的应用，让学生了解量子力学所解决的主要问题。这样就达到了介绍量子力学基本知识、引导学生认识量子力学重要性的教学目的。

1.1.3  突出知识应用  物理学导论的主要目的就是认识物理、激发学习物理的兴趣。为达到此目的，介绍物理知识的应用不失为一个好方法。物理学作为一门应用性比较强的学科，知识的应用理所当然可以在每一相关内容的引入中发挥作用。以“原子分子物理及凝聚态物理”部分的引入为例，介绍相应的做法。

众所周知，新材料是未来经济的主要增长点之一[9]，而新材料的研发离不开原子分子物理学、特别是凝聚态物理学知识。结构决定功能，作为分子生物学的一个经典理论，也是新材料研发所遵循的一个基本准则。科技和社会发展所需要的新材料，其功能的实现肯定与一定结构的原子及分子团簇相关，寻找这种原子及分子团簇正是原子分子物理和凝聚态物理研究的内容。在“原子分子物理及凝聚态物理”教学中，正是按照这个思路导入相关内容的。特别是目前人们比较感兴趣的石墨烯纳米材料，也是基于对碳原子及其团簇性质的充分认识而研发出来的，其优良的光学、电学、力学和热学性质在未来科技发展中必将发挥重要的作用。这种教学方式无疑会激发学生学习物理的兴趣，从而坚定他们从事物理的志向。

同样，肆虐全球的COVID-19疫情，从发生、传播到最终控制和战胜疫情，其过程学生历历在目。在未来介绍原子分子物理内容时，可以利用这个事件，让学生充分认识在疾病的早期发现、疫苗研制、药物设计与及时治疗等过程中，原子与分子物理学所能发挥的作用，这对于学生加强专业知识的学习也是大有裨益的。

1.2  提供学法

同其他一些具体学科不同，物理学导论课程涉及大学物理的诸多学科，但由于学时和学习基础的限制，不可能对每部分内容都做系统介绍，要求学生在短时间内系统地掌握这些知识也是不现实的。为了达到物理学导论的教学目的，在教学中也有意识地指导学生如何学好这门课程。具体要求包括以下几个方面。

1.2.1  珍惜课堂时间  课堂教学也是大学教学的主要形式。在大一阶段，由于多门公共课和专业课同时开设，学生学业任务繁重。在这种情况下，物理学导论的学习就必须充分利用课堂教学时间。然而一个不能回避的问题是，由于导论课程是非主干课程，加之考虑到学生的基础，教学内容深度要求不高，学生对这门课难以高度重视，不易达到理想的课堂教学效果。为了调动学生的积极性并将课堂时间充分利用起来，在集体备课时要求任课教师灵活运用各种教学手段，向课堂要质量，并结合第一节课的“绪论”教学，给学生介绍该课程的学习方略。比如，可以结合具体教学内容，通过讲述相应的物理故事吸引学生的注意力，以激发他们学习的兴趣;在介绍学生较为关切的内容时，可以设计一些问题供学生回答，并增加课堂表现分，调动他们的思维积极性，让他们听课有成就感。

事实上，为了以后更好地开展导论课程的教学，每年都在期末考试的最后一题，要求学生对该课程的教学提出建议。就如何充分利用课堂教学时间等问题，汇总分析学生提供的意见发现，绝大多数学生的建议是多提开放性问题，增加有趣互动——这无疑是广大师生的共识。总之，调动学生学习的积极性是提高课堂教学效率的主要手段，也对教师备课提出更高的要求。

1.2.2  重视课后复习  大学一年级是大学学习的起步阶段，也是培养良好学研习惯的关键阶段。从中学到大学，学习内容发生很大变化，学习方式和方法也必然要发生相应改变。物理学导论课程的学习在这方面显得尤为突出。从教学内容上看，该课程一次课至少要学习一个知识群（比如几何光学知识群、统计物理知识群等），虽然各知识群内容不要求那么深，但涉及知识面较宽，要系统地了解和把握这么多知识点，难度可想而知，此时加强课后复习对学生来说显得那么重要！

区别于其他课程的课后复习，导论课程的复习更注重知识群之间的联系，比如，力学部分质点的运动学和动力学之间的联系，质心的平动规律和刚体转动规律的联系，经典物理和量子物理研究对象与研究方法之间的联系，等等。这些联系都需要任课教师在教学中结合具体教学内容予以正确引导，帮助学生把握知识脉络。另外，在导论教学中除了提供必要的教学参考书以外，还会将课件传给学生，供他们课下复习巩固用。通过课后复习把握这些联系，不仅对于学生整体认识物理的知识结构有重要意义，更为重要的是可以由此养成一个良好的学研习惯，为后续学习和工作形成良好的行为定式。

1.2.3  密切联系实际  知识的运用是学习的有效方法。如前所述，我国所开设的物理学导论课程是一门集普通物理学与理论物理学于一体的通识性课程，物理学的特点也决定了该课程与日常生活及科技实践具有紧密的联系。因此，引导学生主动联系生活实际，是导论课程学习的出发点，也是导论课程学习的落脚点。

在进行统计物理中有关统计分布内容的教学时，先从最简单的物理测量开始，课前让每一个学生提供自己身高，最后统计人数按照身高的分布。结果会发现，身材较矮和较高的人数都较少，而中等身高的人数较多。然后通过视频介绍新中国成立以来我国青少年平均身高变化的情况，并与欧美国家进行比较。通过这种纵横向比较可以发现，身高的分布不仅反映了群体的年龄特征，也反映了群体所在社会的经济发展水平，当然也能反映人种的不同。因此，不仅物理量（比如身高）本身能反映物理特点，物理量的统计分布也能反映物理规律。通过这个例子可以使学生认识学习统计物理的意义。如果课后作业中要求学生再列举几个有关统计物理量的例子，他们必然会对统计物理的学习有更进一步的认识，特别是这种学习方法可以培养良好的思维习惯。

1.3  促进互动

建构主义认为，学习不单是知识由外到内的转移和传递，更应该是学习者主动地建构自己的知识经验的过程，这种建构离不开教师的指导[10]。与这一观点相适应，教学也必须把焦点从教师转到学生，从教师中心转到师生互动。在物理学导论教学过程中，为了提高教学效率，通过加强师生互动环节，把学生的注意力集中引导到教学内容上，提高了课堂教学效率。

寻找互动契合点，了解学生的认知基础，寻找学生的兴趣点是加强师生互动的关键。考虑到学生已经有了高中物理基础，尽管还不是很系统，但足以为物理学导论教学过程中师生契合点的寻找提供有利的条件。在进行导论教学时，一开始学生对这门课到底要学习哪些内容、学到什么程度并不是很清楚。从大家熟知的距离概念出发，通过播放视频，让大家从距离地球几十亿光年的宇宙天体出发，“旅行”到地球，再从肉眼能看到的宏观世界深入原子分子的内部世界，整个过程涉及宇观、宏观、介观和微观，包括了物理学研究的所有对象。用这种方法呈现教学内容，学生倍感兴趣，他们能够结合已知的物理学知识，指出在各个距离范围上所对应的物理学知识范畴，为后续物理学导论相关内容的教学打下较好的基础。

对于当今的年轻人来说，对未知世界的认识是他们的共同渴望，时空隧道就是大家比较感兴趣的话题。然而，时空隧道到底是怎么回事？有没有这种客观存在？大家都渴望了解。正是基于这种考虑，在进行广义相对论教学时，充分发挥学生的主观能动性，让大家先寻找站在迎新晚会三维空间舞台上的感觉，然后引导大家在狭义相对论的基础上，结合四维时空的概念，逐渐认识引力场所导致的时空表演舞台弯曲，而超强的引力会使这种舞台虫洞化，从而成为时空隧道。这种教学方式会使广义相对论的内容显得没有那么深奥，从而让学生感觉更加有趣。

1.3.1  更新教学手段  目前随着科技的进步，特别是教育技术的发展，一些新的教学手段和教学形式应运而生，比如慕课（MOOC，大规模开放在线课程）、混合式课程（将线上教学与传统课堂教学有机结合起来的一种新的教学模式）等。物理学导论作为一门专业通识课程，占有学时较少，基本上采用的是传统教学模式，并逐步向混合式课程过渡。同时推荐吉林大学张汉壮教授的物理学导论在线课程供学生學习。这些课程都要求学生有学习的主动性，将线上内容和线下学习有机结合起来，并主动与任课教师沟通，增强互动，提高学习效率。

另外一个不容忽视的现象是，不少学生在上课时经常看手机。不能否认这种行为可能与教学活动无关，但教师如果能充分利用手机作为教学互动的工具，则可能化羁绊为力量。对于这个问题，采用限制+引导的方式予以解决，即利用所开发的软件，上课时用手机扫码考勤兼锁屏，并在课堂教学的不同阶段对手机解锁，利用软件中开设的各学习专区，让学生提交问题、反馈答案。教师对学生的回答实时展示分析，也可以通过问卷星等工具收集学生听课中存在的问题，由教师课后分别作答，等等。

这种限制+引导的方式，使手机变成课堂辅助教学手段，不仅提高了课堂学习效率，而且提升了学生的参与度。总之，对手机问题的解决要面对现实，正面引导、疏而不堵，这样才有可能让其在课堂上发挥正面作用，成为教学的辅助手段。

1.3.2  鼓励学生参与  物理学导论作为一门专业基础课，学生还是有一定知识积淀的。在课堂教学过程中，可以利用这个条件并结合需要分配学生担任一定的角色，这是促进师生互动的一个良好手段。比如，在进行导论光学部分的教学时，教师先介绍几何光学与物理光学概念的区别，然后请几个学生各给出一个物理光学现象的例子。这种随机提问的方式无疑会促进学生的主动参与，避免教师的单向活动以及学生上课走神现象的发生。

另一个值得提倡的做法是课下分组讨论、课上展示结果，这样既能让学生主动参与教学，也能提高教学效率。电磁学部分是高中阶段的主要教学内容之一，也是与日常生活联系较为密切、大家比较感兴趣的学习内容。在导论有关场的这部分内容介绍前，首先通过微信群给学生布置学习任务，让大家回忆一下在高中阶段所学习的电和磁的关系;然后在正式上课时，各学习小组组长通过微信提交答案。教师教学则是在展示和分析这些答案的基础上，先介绍人们对静电场的认识过程，再介绍恒磁场的理论发展，而对电磁感应定律的介绍使人们对电磁场的认识达到新的高度，为之后电磁波部分内容的介绍打下基础。

总之，学生的主动参与会让他们由被动学习变为主动学习，认识到自己在学习中的中心角色，从而通过问题解决获得一种学习上的成就感。这对于通过导论课程的学习培养学生的参与意识并树立学习物理的信心是非常重要的。

2  教学启示

通过这几年的物理学导论教学发现，从整体上看，学生对这门课还是比较感兴趣的，然而由于学生的基础不同，接力任课教师的教学方式和教学内容也不一样，学生对这门课的认识程度也不一样，特别是在教学过程中所暴露出的一些问题也引起诸多思考。具体来说，要搞好导论课程的教学，笔者认为应该从以下几个方面入手。

2.1  把握学生基础

物理学导论实际上是大学一年级学生的物理导向课程。要达到这个导向的目的，在教学内容的组织和教学方法的选择上必须结合学生的基础。通过与学生的互动来看，虽然学生已经有了一定的高中物理基础，但对知识来龙去脉的认识和灵活运用还欠火候。比如对场的概念的认识，有的学生并不清楚势、场和力之间的联系，缺乏知识的系统性。又比如，当介绍用力学知识去分析一些球类运动的规律时，不少学生缺乏必要的体育常识，反映了他们在高中阶段少得可怜的体育运动基础。从另一个方面来讲，为保证教学过程的顺利进行，教师应利用各种方法和手段（分析学生特点、关注课堂反馈等）切实了解学生身心发展和知识基础，讲解应该从学生的实际出发，选择恰当的教学内容作为导学的切入点，着眼于学生学习的最近发展区，努力达到教学目的。

2.2  规范教学内容

同各门具体物理学科不一样，物理学导论的教学内容突出物理知识的系统性、趣味性和应用性的结合，因而在内容选择上要纵览物理知识全局，注意知识点、线、面和群的关系，在知识的导入、串联和应用上多下功夫。毫无疑问，教师对物理学史的把握是讲好物理学导论的前提。然而，物理学导论毕竟不是物理学史，况且对于大多数师范院校来说，有单开的物理学史课。如果说前者注重物理知识系统性的话，后者则更注重物理学发展的系统性，因而并不赞成用讲物理学史的方法来介绍物理学导论。这里推荐吉林大学张汉壮教授主编的《物理学导论》作为教学参考书，该书注意了基本知识的逻辑性、历史性和实用性的有机结合[1] 。

另外，出于教学内容的考虑，不少高校在物理学导论教学中采用接力上课的形式，但这也可能带来一些问题，比如不同教师执教风格的不一样、内容组织形式的不一致等，从而给学生听课带来不适应。在历次期末考试的最后一题对该课程提出的教学建议中，不少学生也指出这个问题，并建议由一个教师来讲。这个问题的关键在于，任课教师可以通过集体备课来统一教学组织形式，尽量减少给学生带来的不适应。虽然方法可以灵活多样，但应服务于导论教学，以达到良好的教学效果为目的。

2.3  突出联系实际

知识应用于实践是教学的出发点，也是教学的落脚点，无论是课题的引入，还是知识的运用，联系实际是一个非常有效的途径，对于物理学导论这门课的教学尤其如此。在教学中发现，每当介绍与物理学相关的日常生活和科技发展成就时，也是学生全神贯注的时候。这启示教师在备课时应该通过各种方式收集相关物理知识应用的例子，并在教学中灵活运用，这是搞好导论教学一个不可缺少的环节。

另外，理论联系实际也是学生应该具有的优良学风，在日常学习中就应该注意培养。除了在课堂教学中要通过联系实际来引入课题、巩固知识外，在课下也要通过完成作业、课外活动等形式，引导学生主动联系实际、参与科研实践，在实践中认识知识的价值。特别是将课外活动实践与课堂教学结合起来，更能引导学生产生共鸣，提高教学效率。学生在期末考试答题中所给的另一个建议，即多联系生活实践，也印证了这一点。

虽然演示实验是理论和实践相结合的一种重要方式，而且在一定情况下完全可以在教学中使用，特别是对于单节课教学内容较少的课题，但对于物理学导论教学来说，由于单元课堂涵盖教学内容较多，知识范围较宽，除了个别课题可以用之来引入教学外，大多数内容不宜采用这种形式，虽然有学生建议增加一些演示实验内容。

3  结语

本文以物理学导论的教学为例，探讨导论教学过程中必须注意的一些问题，而在这些问题中，“导”字最为关键。从教学过程的每一个环节出发，立足于学生的认知基础，从教学内容组织安排、教学方法设计应用以及教学效果检查反馈等几个方面，帮助学生认识物理学的重要性，提高他们学习物理的兴趣。相信经过广大物理教师的共同努力，一定能引导学生踏实走上物理科学之路，并化对物理科学的敬畏态度为学习物理的动力，为我国的基础科学研究提供雄厚的人才储备！■

参考文献

[1]缪可可，忻蓓.《物理学导论》推荐[J].大学物理，2016（11）：62.

[2]程庆华，张静，徐大海.新生研讨示范课《物理学概论》教学方案设计[J].长江大学学报（自科科学版），2015（34）：66-68，72.

[3]陆明德，南冲.开文科大学物理教学新篇章：《物理学概论》评介[J].江苏高教，2002（4）：126-127.

[4]何焰蓝，黎双，杨筱，等.美国华盛顿大学的物理实验教学：以华盛顿大学“物理学导论”的教学为例[J].大学物理，2016（1）：45-48，56.

[5]Ronald T，魏昕.基于“交互式教学”的物理学导论课程教学改革[J].物理教师，2011（7）：1-2.

[6]张立彬，张功，杨祖念.美国大学物理学分层次教学研究[J].大学物理，2012（6）：50-56.

[7]张静，郭玉英.国外大学物理教育研究的现状和发展动向：基于AJP、PRST中大学物理教育研究论文（2001—2011）的内容分析[J].大学物理，2013（4）：41-45.

[8]赵峥.爱因斯坦与狭义相对论的诞生[J].大学物理，2015（9）：4-8.

[9]邱梦欣.中国新材料产业政策综述：以纳米材料为例[J].经济研究導刊，2018（7）：50-52.

[10]文萍.基于建构主义的师生互动教学实践[J].广西大学学报（哲学社会科学版），2003（3）：90-95.

作者：高守宝 孟庆田

大学物理学史物理实验论文 篇2：

物理学史和物理教学融合的实践与思考

［摘要］文章阐述了物理学史融入物理教学的客观依据，并结合教学实践总结了物理学史融入物理教学的原则、方法以及需要特别关注的问题。

［关键词］物理学史 物理教学 融合

［作者简介］陈小敏（1976- ），女，焦作大学基础部讲师，从事物理教学及研究工作；李海涛（1977- ），男，焦作大学基础部讲师，从事物理教学及研究工作。（河南 焦作 454000）

［基金项目］本文系河南省教育科学“十一五”规划重点课题“物理学、物理学史与大学生科学素质培养研究”的阶段性研究成果。（课题编号：2006-JKGHAZ-107）

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物理学史作为阐述物理学发展历程的学科，蕴涵着丰富的素质教育资源。正如我国著名物理学家钱三强曾经说过的：“物理学发展史是一块蕴藏着巨大精神财富的宝地，这块宝地值得我们去开垦，这些精神财富值得我们去发掘。如果我们都能重视这块宝地，把宝贵的精神财富发掘出来，从中吸取营养，获得效益，我相信对我国的教育事业和人才培养都会大有益处的。”如今，随着物理学史知识和教学普及工作的深入发展，物理学史的教育功能已越来越受到国内外教育工作者的关注，将物理学史引入物理教学中也成为物理教育改革的重要举措之一。但与此同时，物理学史教学也存在不少的困难和问题，在实践层面上探索物理学史融入物理教学的行之有效的途径仍是一个亟待解决的问题。

一、物理学史和物理教育融合的客观依据

（一）传统课程的弊端

现代认知理论认为，知识是价值负载的（value-laden）。施瓦布（J.J.Schwab）曾写道：“任何给定时期的科学知识都并非建立在一切事实的基础之上，而是建立在经过选择的事实的基础之上——而这种选择是建立在探究的概念原则的基础之上的。”因此，“科学知识的教学要跟产生该知识的研究过程联系起来。”传统的物理教学往往过于强调学科体系，过于专注于专业知识的系统传授，不注重知识由此获得的探究过程。这种课程严重阻碍了学生对学科实质结构的理解，更背离了科学教育面向真实科学的初衷。

物理学史集中体现了人类探索和逐步认识物理世界的现象、规律和本质的历程。任何一个具体的物理知识或理论体系都是在众多研究成果的基础上建立起来的，常常需要科学研究者们几十年甚至上百年的努力才能迈出有意义的一步。因此，物理学的发展史包含着丰富的认识论和方法论因素，以及物理思想和物理观念深刻的变革。同时，物理学的发展过程还包含着丰富的情感体验，体现着认识过程中理论与实践、继承与突破、理性与非理性的辩证统一，具有丰富的“教书育人”的教育因素。通过物理学史教学，让学生不仅可以学到具体的科学知识，而且可以学到“科学的方法”，开拓学生的视野，使学生能更准确地理解科学概念，更好地理解科学的发展，更全面地认识到科学的整体性。从这个角度上看，物理学史应成为物理教学中不可缺少的组成部分。

（二）物理学史融入物理教学符合学生的认知规律

建构主义认为，学习是主体对知识主动建构的过程，学生是认知信息的加工者、认知结构的建构者，而不是外部刺激的被动接受者和知识的灌输对象。教育重演论（Recapitulation theory of education）中也指出：“现代学生的学习过程是对人类文化发展过程的一种认知意义上的重演，即现代人的认知发展是对其祖先认知水平长期演化过程的浓缩。”教师是学生自主建构的帮助者、促进者和引导者，教师的主要作用是为学生的探索提供桥梁和阶梯，诱导学生自己去分析问题、探究问题并获取知识。

物理教师安排教学活动要从学生已有的认知结构出发，教学过程要力图适应这一要求。物理学的发展规律与人的认知规律具有一致性，因而物理学史可以为教师把握好学生的认知规律提供很好的借鉴作用。“教学中的难点常常是科学发展史上难以攻克的科学难题；教学中的重点，也正是科学发展史上关键性的突破和物理学大师们伟大贡献的精华之点。”物理教学从物理学史的角度入手，可以把文化的传授和学习转化成历史上文化创造者与今天文化学习者之间的对话，让学生在相应的文化背景中“身临其境”，从而构建合理的知识体系，主动学习和建构知识。

二、促进物理学史和物理教学融合的教学原则

（一）适度的原则

物理教学的主要任务是使学生系统地掌握物理学知识，发展智力，培养能力，提高品德修养。物理学史引入教学是由于物理学史具有丰富的教育功能，引入时必须围绕物理教学任务展开。目前的物理教材大多是按照逻辑体系编排的，侧重于物理理论的知识结构；物理学史则主要是按照历史发展的顺序编排的，二者有一定区别。我们要把历史的发展过程融入教学中，但不能用对物理学史的学习来代替对物理学本身理论的学习，不能在物理课堂上夸夸其谈，舍本求末，走入本末倒置的歧途。物理学史引入教学一定要坚持适度的原则，这样才能有效地发挥它的教育功能。

（二）贴近的原则

引入史料是为了更好地使学生理解物理知识，教学中要从学生的学习基础出发，引入的史料必须深入浅出，尽量不含学生尚未掌握的概念和原理。将一些物理学史中学生无法理解的、深奥的推理过程灌输给学生。这不仅起不到好的效果，反而会加重学生的学习负担，无法真正发挥物理学史的教育功能。

（三）充分的原则

引入史料时不应只是仅仅把它作为活跃课堂气氛的“糖衣”，将知识简单地“故事化”“庸俗化”处理，这是对物理学史不负责任、没有意义地滥用。一定要清楚引入的目标，有针对性地展开阐述，充分利用好引入的知识。

（四）灵活的原则

将物理学史引入教学中形式要灵活。灵活不仅包括引入的内容，也包括引入的时机和方式等。既可系统引入，也可分散引入；既可以在课堂上引入，也可以让学生在课外查找资料；既可以围绕知识点进行演绎，也可以针对知识面进行总结。总之，只有在有限的时间内做到重点突出、点面结合、详略得当，才能达到最佳的效果。

（五）延伸的原则

在教学中引入史料时不应单纯追求服务于课堂教学的某一知识点或面，而要将课堂上引入的史料作为一个切入点，营造一种“意味无穷”的教学心理境界，使学生带着更多、更新的内容兴趣盎然地进入新一轮的探索，把问题带到课外，有利于学生养成“终身学习”的好习惯。

三、物理学史融入物理教学的具体方法

（一）利用物理学史引入新课，激发学生兴趣

“兴趣是最好的老师”，引入物理学史可以增强学生的学习兴趣。上新课之前，可根据教学内容搜集有关史料作为预习材料，以图文并茂、形象生动的表现手法展示给学生。在课堂上应尽快地把学生学习的积极性调动起来，吸引学生的注意力，形成探究的愿望，潜移默化地使其学习动力得到加强。

（二）初学阶段教学中穿插史料，帮助学生理解物理知识

学生学习新知识时引入的重点应放在帮助学生理解规律、降低学习难度上。可采取“演绎—对比”的方式将物理学史内容引入到理论的讲解中来，即适时地从概念、规律中引出假说，然后演绎其发展体系，将历史融汇到概念、思想或理论的提出和发展中，通过对各种假说异同的分析和比较，帮助学生理解规律。例如，在学习牛顿运动定律时，学生虽然在中学里学过也用过，但由于他们在中学里要应付考试，学习的重点一般都在做习题上，教学中一定要将学生的注意力吸引到理论本身上来。例如，可从惯性定律出发，引出其建立的曲折过程。从亚里士多德的“推动论”到中世纪时布里丹、阿尔伯特、奥里斯姆等人的“冲力理论”，到伽利略类似惯性原理的说法，到笛卡尔的惯性定律，再到牛顿将惯性定律以第一原理的形式正式确立下来。并在其间穿插介绍各种假说提出的历史背景、存在的困难、新旧理论之间的矛盾等，通过比较它们之间的异同，可以帮助学生理解三大定律的内涵以及其作为力学体系基础的重要作用，这样客观上可以起到帮助学生理解物理规律、减轻学习难度的作用。

（三）理解加深阶段深化史料，抓住关键环节重点剖析

此时学生头脑中对内容已有一定认识和理解，因此，重点可放在加强科学思维、方法教育方面。即对隐含在物理知识中的科学方法进行点拨、渗透，充分发挥物理学研究过程动态知识体系的价值。以毕奥—萨伐尔定律为例。18世纪牛顿力学的知识基础使得人们开始猜测电力和磁力是否也像万有引力一样遵守平方反比定律。在磁力研究方面，英国科学家米切尔明确提出了“磁力按磁极距离的平方的增加而减少”的观点。之后，毕奥和萨伐尔通过长直电流对磁极作用的实验，得出电流对磁极的作用力与磁极到长直电流导线的垂直距离成反比的结果，后在法国数学家拉普拉斯的帮助下，通过数学运算，分析得出了电流元激发磁场的准确公式，即毕奥—萨伐尔定律。以上研究过程中恰当的类比、巧妙设计的实验、适时引入的数学工具对规律的建立无不起着至关重要的作用。

（四）知识升华阶段补充材料，启发学生

此时重点应放在物理原理、思想和其在知识、哲学、世界观等方面的应用上。一段知识的学习结束后，可以以历史为线索，将内容梳理一遍，让学生对知识体系及其发展史有个整体的认识，带领学生从经典物理学的概念、思想方法、观念等逐步过渡到现代物理学，这样客观上可以起到促进教学内容现代化的作用。让学生充分了解到物理学作为自然科学基础的意义所在，增强学习的兴趣和信心；另外，将物理学大师们在探索世界奥秘道路上表现出的怀疑、求实、进取、创新、严谨、思辨、自强、爱国等优秀品质和科学素养对学生进行有效的强化和渗透，使学生从中受到熏陶和领悟，引导学生用物理学思想去指导学习、工作和以后的人生，培养创造性人才，这些从某种意义上讲比学生学到知识本身更加重要。

比如电磁部分知识讲完后，可以以电磁学的发展史为线索将内容概括总结一下。从公元前基本电、磁现象的发现，到1600年吉尔伯特将它们转变为科学，到1750年米切尔、1785年库仑分别提出电力、磁力服从平方反比定律将电、磁学带入定量研究阶段，到1800年伏打发明电堆使电学由静电走向动电，再到1820年奥斯特发现电流的磁效应，打破了电、磁之间的界限。电磁相似性的发现带动了19世纪二三十年代电磁学突飞猛进的发展。后来，安培对电磁作用力的研究、1831年法拉第发现电磁感应现象进一步证实了电磁现象的统一。到最后1865年麦克斯韦将法拉第的电磁近距作用和安培的电动力学规律结合在一起，概括出描述电磁规律的方程组，建立了电磁场理论，并预测了光的电磁性质，实现了物理学史上第二次大综合。电磁理论为相对论的建立奠定了坚实的基础。它为光速不变性提供了理论依据，爱因斯坦也正是在研究麦克斯韦电动力学的不对称性时发现问题，进而建立狭义相对论的。相对论是现代物理学的基石，对物理学、天文学、哲学等的发展都起到了不可估量的作用。这样带领学生回顾之后，整个电磁学内容在学生头脑中会成为一个脉络清晰的整体，其间从经典知识到现代物理的过渡在历史的引导下也显得非常自然。科学家们工作的价值值得后人景仰，同时，科学家追求真理时表现出的坚忍不拔的意志、百折不回的决心、吃苦耐劳的品格和无所畏惧的献身精神等也让人为之赞叹。这些会潜移默化地影响到他们科学的世界观和人生观的建立，使他们终生受益。

（五）充分发挥学生的积极能动作用，鼓励学生自觉投身物理学史学习，丰富精神生活

物理课堂时间是有限的，教学内容也有一定的局限性。我们可以利用课外时间采取多种形式加强对学生的引导，激发他们的学习热情。传统教学中近现代物理知识涉及不多，但其中的革命性成果，如相对论打破了经典力学的时空观，量子力学打破了可控测量过程的梦想等对于开阔学生思维是极其有益的，可以开设专题讲座的形式介绍给学生。另外，开展专题讨论活动，如我们在学校2006级计算机系班级中开展了“引入物理学史加强大学生科学素质培养教育”的活动。由教师为学生提供研究题目、参考内容和指导，要求学生撰写相关的小论文。这样既培养了学生搜集和整理资料的能力，也在一定程度上提高了他们研究问题的能力。

四、物理学史融入物理教学应特别关注的问题

（一）物理教师应把物理学史素养提高到基本素养高度上来

物理学史中整合了物理学科的知识体系，为教学提供了宏观、中观、微观的背景。通过对物理学史的学习，可以帮助教师发现物理学发生、发展和演化的规律，揭示相应认识论、方法论的变革，并对物理学发展的基本趋势产生一定的预测。教师只有对物理学有了整体的把握并用历史的眼光去看待、组织教学内容，才能避免教学中知识的“片段化”。“学史可以明智”，对学生如此，对教师亦是如此。

（二）进一步探索适合二者结合的教学模式

我们现在采取的教学模式相对比较传统，影响了物理学史教育功能发挥的效率。近年来，西方一些科学教育专家以建构主义为指导思想，倡导将科学史、科学哲学和科学社会学引入科学教育，形成所谓的HPS教育模式，将学生的观念与科学史中科学家的观念相互交融，建构科学观念。为此，必须重构知识体系，将科学史、科学社会等知识引入课堂，从而实事求是地反映人们对自然科学活动和自然科学知识性质的新认识，呈现自然科学知识发展中的矛盾、竞争和斗争，使学生对自然科学知识与社会的关系能有全面而深刻的认识。我们要借鉴国外这些先进的教育理念，进一步探索适合我国学生具体情况的教学模式。

物理学史应该成为物理教学不可分割的一部分，它可以极为有效地激发学生的学习兴趣，使学生更好地掌握知识、发展能力和养成德行。

［参考文献］

［1］胡丽，殷高方.物理学史教育功能的再认识［J］.贵州教育学院学报（自然科学），2005（8）：70-71.

［2］张庆华，张逢.在物理学中引入物理学史的原则和方法［J］.教育与职业，2004（9）：70-71.

［3］陈世鸥.新课程理念下物理学史再认识［J］.集宁师专学报，2004（7）：22-26.

［4］袁维新.科学史教育的教学价值与教学模式［J］.教育科学研究，2004（7）：38-40.

作者：陈小敏　李海涛

大学物理学史物理实验论文 篇3：

物理学史在素质教育中的作用

[摘要] 在医学物理学教学中引入物理学史,对学生进行素质教育具有非常重要的意义。在此,笔者结合多年的医学物理学教学实践,阐述物理学史和素质教育的关系。

[关键词] 物理学史 素质教育 作用

素质教育的提出,乃是解决学校教育所面临的问题的根本,它要求学校教育必须重视对学生进行素质教育。学生在学校不仅要学到应有的知识和技能,还更应形成良好的人生观和价值观。物理学史是以提高人的素质为目标的教育,其中包含有丰富的素质教育的素材,因此,在医学物理学教学中运用物理学史对学生进行素质教育具有非常重要的意义。

1.引入物理学史,有助于学生辩证唯物主义的世界观的建立和形成医学物理学的发展充分说明了医学物理学概念和规律是对辩证唯物主义的具体反映。医学物理学的发展无处不包含着辩证唯物主义思想。在用辩证唯物主义观点分析物理学史的基础上,阐述医学物理学概念、规律,可以加深学生对医学物理学知识本身的理解。结合医学物理学教学对学生进行辩证唯物主义教育,在潜移默化之中,学生更易于接受和消化。所以,把物理学史引入医学物理学教学是当前向素质教育转轨的需要,是提高医学物理学教学质量的一个重要的手段。

2.引入物理学史,有助于对学生进行爱国主义教育物理学史含有丰富的爱国主义教育内容。如果我们能结合教材内容,根据物理学史中详尽的、不失时机地对学生进行爱国主义教育;培养学生热爱祖国的情感,激励学生为祖国刻苦学习的精神,能够达到其它教育无法比拟的效果。这样不仅使学生产生了民族自豪感,而且激发了他们强烈的使命感,激励他们学好医学物理学知识,力争有一技之长,为将来更好地建设祖国贡献自己应有的力量。

3.引入物理学史,有助于培养学生的思想品德在素质教育中,加强学生思想品德教育是一项重要任务。在我们以往的教育中,不善于寓德育于教学实践中,不善于运用典范和榜样对学生进行熏陶。医学物理学教学中引入物理学史就可以克服这些不足,以物理学家的形象为楷模,为学生树立起实现人生价值的目标。

4.引入物理学史,有助于培养学生的创新精神纵观医学物理学的发展史,它本身就是一部科技创新史,它的每一项新发现、每一条新理论的形成都蕴涵着科学家的创新活动。医学物理学中几乎每一个重大发现都是围绕着解决问题展开的。在医学物理学教学中引入物理学史,可以使学生了解物理学家们的一系列创新活动,对培养学生的创新精神将起到重要作用,也对学生今后的发展有积极作用。创新精神的另一个重要方面就是要具有怀疑精神。物理学史上大量事例表明,不限于传统理论和观念,不迷信权威和书本,是科学创造的思想前提。作为教师,就应该不断地改进和创新教育思想、教学方法和手段,把培养学生的创新精神和创新意识放到重要的位置上。

5.引入物理学史,有助于培养学生的观察能力医学物理学是一门以实验为基础的学科,观察和实验是分析医学物理学的基本方法。一些重大的发现看似偶然,其实这正是物理学家们具有敏锐观察力的表现。物理学家假若忽视了这些细枝末节,就会与这些物理发现失之交臂。让学生了解物理学史,便可以认识到观察和认真进行实验是学好医学物理学的关键。

6.引入物理学史,有助于培养学生科学的思维方法在讲解医学物理学理论的同时,穿插一些理论形成的过程,叙述物理学家如何抓住事物的关键,如何找到解决问题的突破口,有助于学生抓住医学物理学发展的脉络,培养学生科学的思维方法。结合物理学史给学生展示物理学家在医学物理学实验中的思想和方法,对学生进行具体的科学思想和方法教育,可以促进学生的实践和创新能力的培养。对学生开展物理学史教育,既可以让学生深刻理解到运用科学思想和方法去发现理论的重要性,又能让他们用掌握的实验思想和方法去解决实际问题。教师在分析医学物理学的概念和规律时,不但要注重其教学过程,还要深刻理解其独特的医学物理学思维过程,从而培养学生的科学思维能力,提高学生的科学素养,领悟正确的医学物理学思想在医学物理学发展中的作用。总之,引导学生进行科学思维,使其终身受益是我们当老师的职责。

7.引入物理学史,有助于培养学生的科学学习方法科学素质的核心是培养学习能力,而能力与方法又是密不可分的。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,相对任何特殊的科学理论而言,科学的方法无疑对人类的价值影响极大。物理教师必须熟悉物理学史和科学方法论,挖掘出教材中科学方法的丰富蕴藏,并将其贯穿于医学物理学教学的过程之中,从而让学生学习到科学学习的方法,养成学生善于提出问题的能力。

8.引入物理学史,有助于培养学生的人文素质现在大学都倡导对学生进行素质教育,而素质教育中的人文修养方面更是所有德育工作者和教师都在探讨的一个主要问题。由于现在的大学生大多是独生子女,且家庭生活比较富裕,缺少艰苦生活的磨练,缺少与人合作的精神,因此,学生在人文修养方面有待完善和提高。物理学史中有众多成功的物理学家,他们在人格、人品、人文素质方面都有着很高的修养。在传授医学物理学知识时,把人文素质教育浸润和渗透到医学物理学的教学中,无形之中可以陶冶学生的人生观、价值观和道德观。

9.引入物理学史,有助于培养学生的团结协作精神物理学史中的许多重大医学物理学成就是不少物理学家之间相互团结协作、相互帮助共同取得的。在医学物理学教学中,要善于运用一些典型事例对学生进行团结协作的教育,教育学生学会与人相处,学会善于共事,学会互相帮助,这对于学医的大学生来说尤为重要。

10.引入物理学史,有助于提高学生的审美观物理学史中包含有医学物理学美学。医学物理学美学是从美学角度来观察医学物理学,发现和研究医学物理学中具有的美学因素及其在医学物理学发展中的作用。医学物理学美学既有科学方法论的意义,也具有美学教育的功能。美学教育的目的是使学生形成正确的审美观,热爱科学,陶冶情操。从物理学史中能提高学生的审美意识、审美经验和审美情趣,培养学生的审美思维能力。

综上所述,素质教育是21世纪学校教育的核心理念之一,物理学史蕴含有丰富的素质教育素材和内容。把医学物理学的史料引入医学物理学教学是当前向素质教育转轨的需要,是提高医学物理学教学质量的一个重要手段。因此,我们有必要在这方面做进一步探索,把物理学史贯穿到整个医学物理学的教学中去,为培养出一批又一批有理想、有道德的新型卫生人才做出积极的努力。

参考文献:

[1]陈毓芳,邹延肃.物理学史简明教程[M].北京师范大学出版社.

[2]方勇,王春华.物理教育研究方法[M].北京:首都师范大学出版社.

[3]郭奕玲,沈慧君.物理学史[M].清华大学出版社.

作者：李 丹