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［摘要］在大学物理教学过程中引入物理学史，不但能够充分发挥物理学史的科学素质教育功能，也是大学物理课程实施素质教育的重要手段和方法，将会非常有效地培养大学生的科学素质。
［关键词］物理学史 物理教学 素质教育 科学素质
［作者简介］李海涛（1977- ），男，河南焦作人，焦作大学基础科学系讲师，主要研究方向为大学物理教学和物理学史；吕增建（1959- ），男，河南中牟人，焦作大学基础科学系副教授，主要研究方向为大学物理教学和物理学史。（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”的研究成果。（项目编号：2006-JKGHAZ-107）
［中图分类号］G642［文献标识码］A［文章编号］1004-3985（2008）17-0098-02
一、引言
人类的教育思想在20世纪末发生了重大转变。三百多年前，培根提出“知识就是力量”，强调“知识教育”。20世纪初，一些著名的科学家则提出“重要的不是获得知识，而是发展思维能力”（劳厄）“想象比知识更重要”（爱因斯坦），强调“能力教育”到20世纪中叶成为教育思想的主流，尽管有的人还停留在知识教育上，但有的人则已经转向探索新的思想——素质教育了。进入20世纪80年代，世界各国的教育都面临着新技术革命的挑战，1985年美国提出旨在提高国人科学素质的“2061”计划后，美国科学教育界又着手研究设计全美的科学教育标准并于1996年正式出版了《美国科学教育标准》。①在我国，1995年5月，中共中央、国务院发布了《关于加强科学素质教育的决定》并召开了全国科学技术大会，号召全党、全国人民坚定不移地实施科教兴国战略。可见，全面提高人才的科学素质是当前我国现代化建设的一项紧迫任务，大学生科学素质的提高尤为重要。在教育思想向素质教育全面转轨的今天，充分发挥物理学史的教育功能、提高大学生的科学素质是在物理教学过程中实施素质教育的重要手段和方法。
二、物理学史融入物理教学的依据
（一）伍兹霍尔会议对传统课程的批判
1959年9月在美国召开的伍兹霍尔会议一致认为传统课程的最大弊端是充斥着“中间语言”。所谓“中间语言”是指只谈结论，而不注重知识获得的探究过程。对学习者来说，这种课程只需被动接受与记忆，而不需要心理的探究与发现。充斥着“中间语言”的传统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。对传统课程的批判建立在现代认知理论的基础上，认为知识不再是固有的、一成不变的，而是在主体作用于客体的过程中主动获得或建构的。施瓦布曾这样写道：“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——而这种选择则是建立在探究的概念原则的基础之上的。”②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”。③
（二）物理学史融入物理教学的直接理论依据——教育重演论
教育重演论为物理学史融入物理教学提供了直接的理论依据。该理论认为，“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。”④因此，只有在相应的文化背景中“身临其境”地学习，才可能构建合理的知识体系。从这个角度来看，物理学史已成为物理教学中必不可少的组成部分，物理教学不仅要教授物理知识，还要把相关的历史背景介绍给学生。例如，在“惯性定律”的教学中，由于日常生活中不存在不受力的状态，学生难以在脑海里构建相应的物理情境，但若能在教学中呈现历史上关于这个问题的不同观点，通过从亚里士多德到伽利略再到牛顿这根主线，让学生“重演”这段物理思想的形成过程，学生就会自然而然地排除对这个问题的错误认识。
三、物理学史融入物理教学，提高大学生的科学素质
科学教育的最终目标是提高学生的科学素质。所谓科学素质是指包括科学知识、科学思想、科学态度、科学方法以及科学精神等多方面的素养，物理学史的引入将对提高学生科学素质起到卓有成效的作用。
（一）帮助学生理解和掌握物理学知识
科学的任务是探索未知，科学素质终将在获取知识的能力上反映出来。掌握了相关内容的理论、事实、结论、公式和计算方法，并不等于真正理解了知识的深刻本质和丰富的内涵。物理学史整合了物理学科的知识体系，能够为教学提供宏观、中观、微观的背景，将其融入物理教学中，不但能够克服“知识片断化”的现象，加深学生对知识结构的理解，还可以帮助学生澄清疑难问题。事实证明，教学中的难点往往是在物理学史上有过争论的问题，如果在相应教学中融入物理学史，让学生进行心理上的“重演”，则可以促进学生对这些问题的理解。
物理学史的引入还可以提高学生“建模”的能力。合理的“建模”不但能够对问题的解决起到决定性的作用，对思维的发展也大有裨益。比如，“质点”虽然是一个简单的理想化模型，但这个模型的建立能够帮助学生透过现象看到事物的本质，帮助学生树立“微元”思想，而“微元”思想的树立又进一步加强了学生的“建模”能力。
（二）培养学生的科学思想
物理学理论的发展突出表现在物理学基本观念的演变上，物理学基本观念的变更集中地反映着物理学思想的根本变革，物理学发展的历史就是物理学思想演变的历史。正如海森伯指出的：“从根本上说，每一个概念体系的发现，实际上等于是发现了一个新的思想方法。”⑤汤姆逊也曾在卢瑟福获得诺贝尔奖的庆祝会上说：“能够对科学做出的一切贡献中，思想的突破是最伟大的。”历史发展也表明，物理学上每一个重大的发展，总是以物理观念、物理思想的突破为先导和基底的。因此，通过物理学史的学习，将会使学生深刻理解物理学理论范式的变革与物理学观念转变的一致性，认识到物理学的各个理论体系都有其相应的基本观念和思想方法；同时，还可以使学生意识到必须用一种新的思想观念和思维方法去学习新的理论。正如玻尔的告诫：“如果谁在第一次学习量子概念时不觉得糊涂,只能说明他一点儿也没懂。”
（三）培养学生的科学态度
科学态度是指人类对自然、对科学的基本看法，具体包含实事求是，客观公正；独立思考，追求新知；谦虚谨慎，善于合作等方面。将物理学史引入物理教学有助于学生科学态度的养成。
1.实事求是，客观公正。科学即不迷信、尊重事实。开普勒尽管十分喜爱哥白尼的圆运动模型的美，但是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说去掩盖这个矛盾。
2.独立思考，追求新知。物理学史上的大量事实表明,不迷信传统理论，不迷信权威，是科学创造的思想前提。在传统理论无法解释新现象时，谁能首先同束缚科学发展的传统理论决裂，谁就可能抢占科学发现的前沿阵地，最终建立新理论。
3.谦虚谨慎，善于合作。在如今的“大科学”时代，任何一项科学技术的进步都不可能由一个人单独完成，它常需要一个科研集体或几个科研群体协作完成。因此，与人合作是跨世纪人才必须具备的基本素质。正像英国物理学家卢瑟福所说的：“科学家不是依赖于个人的思想，而是综合了几个人的智慧，所有人想一个问题，并且每人做他的部分工作，添加到正在建立起来的伟大知识大厦之中。”⑥
（四）培养学生的科学精神
科学精神是指科学主体在长期的科学活动中所陶冶和积淀的价值观念、思维方式和行为准则等的总和。⑦科学精神是与科学工作相联系的一种精神，科学精神充分体现了科学的优良传统和人类的自主意识、价值取向、精神气质、认知模式、道德律令和行为准则，它是体现在人们身上，形成于科学活动之中并适应科学发展内在要求的一种精神状态。从本质上讲，科学精神是一种勇于探索和唯实、求真、创新的精神，它具体体现在不迷信权威、不盲从传统，对已有的理论、观念及其代表人物的言论敢于进行怀疑和批判，敢于打破思想上的僵化，用求实、求真、创新的意识和观念指导自身的行为。创新精神是科学精神的核心内容。科学发展本身就是不断创新的过程,没有科学家的创新精神就没有科学发展的今天。物理学的发展史也是一部创新史，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。例如，著名物理学家杨振宁和李政道正是因为敏锐地觉察到了从未被人怀疑过的宇称守恒定律的适用范围，大胆地提出了弱相互作用中宇称不守恒的假说，才使物理学理论有了一个突破性的进展。
（五）帮助学生掌握科学方法
教育理论强调在对学生进行基础知识和基本技能教育的同时，还要进行科学方法的教育。物理学并不仅仅等于物理学知识，它还包括物理学长期发展过程中形成的科学方法。物理学方法不仅能对学生学习物理知识起到指导作用，而且是从事各项工作的重要方法。纵观物理学发展史，凡在物理学中卓有成就的物理学家，大都有独特的研究方法。掌握科学方法要比单纯地掌握科学知识重要得多，这里的科学方法不是指如何解题的“解题方法”，而是指科学家们在完成他们的研究工作中所运用的“程序”或“法则”。物理学家费曼曾说过：“科学是一种方法，它教导人们：一些事物是怎样被了解的，什么事情是已知的，现在了解到什么程度（因为没有事情是绝对已知的），如何对待疑问和不确定性，证据服从什么法则，如何去思考事物，做出判断，如何区别真伪和表面现象。”⑧物理学家在取得伟大成就的过程中所运用的精妙绝伦的研究方法和实验构思为我们提供了取之不尽的科学方法教育的素材。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，无疑是实施科学方法教育的一条重要途径。例如，伽利略的落体运动规律是在逻辑推理与科学实验的研究方法之上获得的；库仑定律也是事先有了平方反比的概念，然后采用类比方法得以建立的。这样的例子不胜枚举。
四、结语
钱三强先生曾指出：“物理学史里面有大量人类智慧的结晶，这不但是知识的宝库，而且是智慧的结晶，里面有着很多知识的养分，很值得我们开发和利用。”物理学史对于当代大学生来说除了具有知识价值之外，还具有很强的教育功能。教学实践证明：教给学生单纯的物理知识，只是一个“授人以鱼”的过程，而教给学生科学的学习方法和发现、探索、研究问题的能力，才是“授人以渔”的根本。知识本身很重要，而获取知识的过程和方式更重要。我们相信，把物理学史教育纳入学校科学教育之中并赋予其应有的重要地位将非常有利于高素质创新型人才的培养。
［注释］
①魏冰.美国“国家科学教育标准”中的科学素养探微［J］.化学教育，2001（7/8）：17.
②③张华，石伟平，马庆发.课程流派研究［M］.济南：山东教育出版社，2000：116-133.
④张红霞，聂克.福斯克特.教育重演论与中国教育改革［J］.教育研究，1998（2）：60.
⑤程民治.物理学史教学的作用与改革［J］.现代物理知识，1997（6）：36-38.
⑥沈亦红.物理学史教育对大学生科学素质的影响［J］.陕西师范大学学报（自然科学版），2004（6）：286.
⑦罗长青.试论科学精神及其培养［EB/OL］.http://www.gmw.cn/01/gmrb/2001208/
04/1623COAF7589BA3374A48256A9D007010F2.htm，2001-08-04.
⑧申先甲，等.谈谈物理学史在素质教育中的作用（续）［J］.大学物理，2000（12）：37-39.
［关键词］物理学史 物理教学 素质教育 科学素质
［作者简介］李海涛（1977- ），男，河南焦作人，焦作大学基础科学系讲师，主要研究方向为大学物理教学和物理学史；吕增建（1959- ），男，河南中牟人，焦作大学基础科学系副教授，主要研究方向为大学物理教学和物理学史。（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”的研究成果。（项目编号：2006-JKGHAZ-107）
［中图分类号］G642［文献标识码］A［文章编号］1004-3985（2008）17-0098-02
一、引言
人类的教育思想在20世纪末发生了重大转变。三百多年前，培根提出“知识就是力量”，强调“知识教育”。20世纪初，一些著名的科学家则提出“重要的不是获得知识，而是发展思维能力”（劳厄）“想象比知识更重要”（爱因斯坦），强调“能力教育”到20世纪中叶成为教育思想的主流，尽管有的人还停留在知识教育上，但有的人则已经转向探索新的思想——素质教育了。进入20世纪80年代，世界各国的教育都面临着新技术革命的挑战，1985年美国提出旨在提高国人科学素质的“2061”计划后，美国科学教育界又着手研究设计全美的科学教育标准并于1996年正式出版了《美国科学教育标准》。①在我国，1995年5月，中共中央、国务院发布了《关于加强科学素质教育的决定》并召开了全国科学技术大会，号召全党、全国人民坚定不移地实施科教兴国战略。可见，全面提高人才的科学素质是当前我国现代化建设的一项紧迫任务，大学生科学素质的提高尤为重要。在教育思想向素质教育全面转轨的今天，充分发挥物理学史的教育功能、提高大学生的科学素质是在物理教学过程中实施素质教育的重要手段和方法。
二、物理学史融入物理教学的依据
（一）伍兹霍尔会议对传统课程的批判
1959年9月在美国召开的伍兹霍尔会议一致认为传统课程的最大弊端是充斥着“中间语言”。所谓“中间语言”是指只谈结论，而不注重知识获得的探究过程。对学习者来说，这种课程只需被动接受与记忆，而不需要心理的探究与发现。充斥着“中间语言”的传统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。对传统课程的批判建立在现代认知理论的基础上，认为知识不再是固有的、一成不变的，而是在主体作用于客体的过程中主动获得或建构的。施瓦布曾这样写道：“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——而这种选择则是建立在探究的概念原则的基础之上的。”②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”。③
（二）物理学史融入物理教学的直接理论依据——教育重演论
教育重演论为物理学史融入物理教学提供了直接的理论依据。该理论认为，“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。”④因此，只有在相应的文化背景中“身临其境”地学习，才可能构建合理的知识体系。从这个角度来看，物理学史已成为物理教学中必不可少的组成部分，物理教学不仅要教授物理知识，还要把相关的历史背景介绍给学生。例如，在“惯性定律”的教学中，由于日常生活中不存在不受力的状态，学生难以在脑海里构建相应的物理情境，但若能在教学中呈现历史上关于这个问题的不同观点，通过从亚里士多德到伽利略再到牛顿这根主线，让学生“重演”这段物理思想的形成过程，学生就会自然而然地排除对这个问题的错误认识。
三、物理学史融入物理教学，提高大学生的科学素质
科学教育的最终目标是提高学生的科学素质。所谓科学素质是指包括科学知识、科学思想、科学态度、科学方法以及科学精神等多方面的素养，物理学史的引入将对提高学生科学素质起到卓有成效的作用。
（一）帮助学生理解和掌握物理学知识
科学的任务是探索未知，科学素质终将在获取知识的能力上反映出来。掌握了相关内容的理论、事实、结论、公式和计算方法，并不等于真正理解了知识的深刻本质和丰富的内涵。物理学史整合了物理学科的知识体系，能够为教学提供宏观、中观、微观的背景，将其融入物理教学中，不但能够克服“知识片断化”的现象，加深学生对知识结构的理解，还可以帮助学生澄清疑难问题。事实证明，教学中的难点往往是在物理学史上有过争论的问题，如果在相应教学中融入物理学史，让学生进行心理上的“重演”，则可以促进学生对这些问题的理解。
物理学史的引入还可以提高学生“建模”的能力。合理的“建模”不但能够对问题的解决起到决定性的作用，对思维的发展也大有裨益。比如，“质点”虽然是一个简单的理想化模型，但这个模型的建立能够帮助学生透过现象看到事物的本质，帮助学生树立“微元”思想，而“微元”思想的树立又进一步加强了学生的“建模”能力。
（二）培养学生的科学思想
物理学理论的发展突出表现在物理学基本观念的演变上，物理学基本观念的变更集中地反映着物理学思想的根本变革，物理学发展的历史就是物理学思想演变的历史。正如海森伯指出的：“从根本上说，每一个概念体系的发现，实际上等于是发现了一个新的思想方法。”⑤汤姆逊也曾在卢瑟福获得诺贝尔奖的庆祝会上说：“能够对科学做出的一切贡献中，思想的突破是最伟大的。”历史发展也表明，物理学上每一个重大的发展，总是以物理观念、物理思想的突破为先导和基底的。因此，通过物理学史的学习，将会使学生深刻理解物理学理论范式的变革与物理学观念转变的一致性，认识到物理学的各个理论体系都有其相应的基本观念和思想方法；同时，还可以使学生意识到必须用一种新的思想观念和思维方法去学习新的理论。正如玻尔的告诫：“如果谁在第一次学习量子概念时不觉得糊涂,只能说明他一点儿也没懂。”
（三）培养学生的科学态度
科学态度是指人类对自然、对科学的基本看法，具体包含实事求是，客观公正；独立思考，追求新知；谦虚谨慎，善于合作等方面。将物理学史引入物理教学有助于学生科学态度的养成。
1.实事求是，客观公正。科学即不迷信、尊重事实。开普勒尽管十分喜爱哥白尼的圆运动模型的美，但是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说去掩盖这个矛盾。
2.独立思考，追求新知。物理学史上的大量事实表明,不迷信传统理论，不迷信权威，是科学创造的思想前提。在传统理论无法解释新现象时，谁能首先同束缚科学发展的传统理论决裂，谁就可能抢占科学发现的前沿阵地，最终建立新理论。
3.谦虚谨慎，善于合作。在如今的“大科学”时代，任何一项科学技术的进步都不可能由一个人单独完成，它常需要一个科研集体或几个科研群体协作完成。因此，与人合作是跨世纪人才必须具备的基本素质。正像英国物理学家卢瑟福所说的：“科学家不是依赖于个人的思想，而是综合了几个人的智慧，所有人想一个问题，并且每人做他的部分工作，添加到正在建立起来的伟大知识大厦之中。”⑥
（四）培养学生的科学精神
科学精神是指科学主体在长期的科学活动中所陶冶和积淀的价值观念、思维方式和行为准则等的总和。⑦科学精神是与科学工作相联系的一种精神，科学精神充分体现了科学的优良传统和人类的自主意识、价值取向、精神气质、认知模式、道德律令和行为准则，它是体现在人们身上，形成于科学活动之中并适应科学发展内在要求的一种精神状态。从本质上讲，科学精神是一种勇于探索和唯实、求真、创新的精神，它具体体现在不迷信权威、不盲从传统，对已有的理论、观念及其代表人物的言论敢于进行怀疑和批判，敢于打破思想上的僵化，用求实、求真、创新的意识和观念指导自身的行为。创新精神是科学精神的核心内容。科学发展本身就是不断创新的过程,没有科学家的创新精神就没有科学发展的今天。物理学的发展史也是一部创新史，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。例如，著名物理学家杨振宁和李政道正是因为敏锐地觉察到了从未被人怀疑过的宇称守恒定律的适用范围，大胆地提出了弱相互作用中宇称不守恒的假说，才使物理学理论有了一个突破性的进展。
（五）帮助学生掌握科学方法
教育理论强调在对学生进行基础知识和基本技能教育的同时，还要进行科学方法的教育。物理学并不仅仅等于物理学知识，它还包括物理学长期发展过程中形成的科学方法。物理学方法不仅能对学生学习物理知识起到指导作用，而且是从事各项工作的重要方法。纵观物理学发展史，凡在物理学中卓有成就的物理学家，大都有独特的研究方法。掌握科学方法要比单纯地掌握科学知识重要得多，这里的科学方法不是指如何解题的“解题方法”，而是指科学家们在完成他们的研究工作中所运用的“程序”或“法则”。物理学家费曼曾说过：“科学是一种方法，它教导人们：一些事物是怎样被了解的，什么事情是已知的，现在了解到什么程度（因为没有事情是绝对已知的），如何对待疑问和不确定性，证据服从什么法则，如何去思考事物，做出判断，如何区别真伪和表面现象。”⑧物理学家在取得伟大成就的过程中所运用的精妙绝伦的研究方法和实验构思为我们提供了取之不尽的科学方法教育的素材。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，无疑是实施科学方法教育的一条重要途径。例如，伽利略的落体运动规律是在逻辑推理与科学实验的研究方法之上获得的；库仑定律也是事先有了平方反比的概念，然后采用类比方法得以建立的。这样的例子不胜枚举。
四、结语
钱三强先生曾指出：“物理学史里面有大量人类智慧的结晶，这不但是知识的宝库，而且是智慧的结晶，里面有着很多知识的养分，很值得我们开发和利用。”物理学史对于当代大学生来说除了具有知识价值之外，还具有很强的教育功能。教学实践证明：教给学生单纯的物理知识，只是一个“授人以鱼”的过程，而教给学生科学的学习方法和发现、探索、研究问题的能力，才是“授人以渔”的根本。知识本身很重要，而获取知识的过程和方式更重要。我们相信，把物理学史教育纳入学校科学教育之中并赋予其应有的重要地位将非常有利于高素质创新型人才的培养。
［注释］
①魏冰.美国“国家科学教育标准”中的科学素养探微［J］.化学教育，2001（7/8）：17.
②③张华，石伟平，马庆发.课程流派研究［M］.济南：山东教育出版社，2000：116-133.
④张红霞，聂克.福斯克特.教育重演论与中国教育改革［J］.教育研究，1998（2）：60.
⑤程民治.物理学史教学的作用与改革［J］.现代物理知识，1997（6）：36-38.
⑥沈亦红.物理学史教育对大学生科学素质的影响［J］.陕西师范大学学报（自然科学版），2004（6）：286.
⑦罗长青.试论科学精神及其培养［EB/OL］.http://www.gmw.cn/01/gmrb/2001208/
04/1623COAF7589BA3374A48256A9D007010F2.htm，2001-08-04.
⑧申先甲，等.谈谈物理学史在素质教育中的作用（续）［J］.大学物理，2000（12）：37-39.