張 瑤 ，徐 楠 ，單長吉 ， 黨興菊

（1.昭通學(xué)院 a.物理與信息工程學(xué)院；b.人事處，云南 昭通 657000）

試論物理學(xué)史對培養(yǎng)大學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要性

張 瑤a，徐 楠b，單長吉a， 黨興菊a

（1.昭通學(xué)院 a.物理與信息工程學(xué)院；b.人事處，云南 昭通 657000）

科學(xué)知識為大學(xué)生提供扎實的理論基礎(chǔ)，科學(xué)思想為大學(xué)生在學(xué)習(xí)中把握方向，科學(xué)態(tài)度是大學(xué)生學(xué)習(xí)中的有力保證，科學(xué)精神是大學(xué)生學(xué)習(xí)的動力支撐，科學(xué)方法是大學(xué)生學(xué)習(xí)的基本保障，在這五個方面，作為科學(xué)技術(shù)史主要組成部分的物理學(xué)史對培養(yǎng)大學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)顯示出重要作用.

科學(xué)素養(yǎng)； 物理學(xué)史； 科學(xué)知識； 科學(xué)思想； 科學(xué)態(tài)度； 科學(xué)精神；科學(xué)方法

科學(xué)素養(yǎng)從廣義上包括科學(xué)知識、科學(xué)思想，科學(xué)態(tài)度，科學(xué)精神和科學(xué)方法.[1]18科技史料足以說明科學(xué)家具有廣博的科學(xué)知識，實事求是、謙虛謹慎的科學(xué)態(tài)度，化繁為簡、追求統(tǒng)一、推陳出新的科學(xué)思想，愿意為科學(xué)獻身的精神，以及在科學(xué)研究中采用的科學(xué)思維方法，這些都是值得大學(xué)生學(xué)習(xí)的寶貴素材.一部物理學(xué)史就是一部科技發(fā)展史，[2]95是科技史的重要組成部分.本文主要以物理學(xué)史料為支撐，具體論述物理學(xué)史對培養(yǎng)大學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要性.

1 科學(xué)知識為大學(xué)生提供扎實的理論基礎(chǔ)

物理學(xué)家進行物理學(xué)研究應(yīng)該具備淵博的科學(xué)知識.科學(xué)知識能開闊物理學(xué)家的視野，幫助其在探索過程中，準(zhǔn)確地獲得科學(xué)證據(jù)，迅速捕捉到真理.物理史料有實例說明，科學(xué)知識對物理發(fā)現(xiàn)的重要作用，例如倫琴在赫茲和勒納德對陰極射線性質(zhì)研究的基礎(chǔ)上進行深入研究.1895年11月8日在暗室里，為防止可見光線漏出管外，他把克魯克斯管用黑紙嚴實包裹，當(dāng)接通感應(yīng)圈，高壓加在管上，他意外發(fā)現(xiàn)1米以外的熒光屏上發(fā)出微弱的閃光.倫琴依據(jù)其廣博的學(xué)識，敏銳地意識到，這絕不是陰極射線，經(jīng)過反復(fù)實驗，終于發(fā)現(xiàn)了一種新射線即X射線.在倫琴之前，克魯克斯也曾碰到過陰極射線管附近的照片底片感光，他誤認為是底片出問題；勒納德也碰到類似現(xiàn)象，卻準(zhǔn)備以后進一步深入研究.即使勒納德及時研究，也難于做出正確結(jié)論，因為他在理論上把X射線看做是一種速度無限大的陰極射線.這說明科學(xué)家做科學(xué)研究時，具有淵博的知識，正確的判斷力，才能做出重大物理發(fā)現(xiàn).

再如：1932年1月約里奧—居里夫婦在觀察鈹輻射時，由于受玻特已有的錯誤思想的束縛失去了發(fā)現(xiàn)中子的機會.約里奧—居里夫婦后來講，如果他們讀過并領(lǐng)會1920年盧瑟福的演講，肯定會對實驗有正確的理解.[3]2601932年安德森在云室觀察中看到了正電子的軌跡，在廣博知識的基礎(chǔ)上，他果斷地判斷這就是1928年狄拉克預(yù)言的正電子，而在此之前，約里奧—居里夫婦也在實驗中觀察到正電子的軌跡，但是他們又一次做出了錯誤的解釋，再次失去了重大物理發(fā)現(xiàn)的機會.可見，物理學(xué)家對某一物理現(xiàn)象進行研究時，如果沒有相關(guān)的科學(xué)知識，往往會導(dǎo)致觀察到的現(xiàn)象，無法做出正確的科學(xué)解釋，從而與物理發(fā)現(xiàn)失之交臂.大學(xué)生通過學(xué)習(xí)這些史料，了解相關(guān)的科學(xué)知識并拓展知識面，為將來從事科研工作或是教學(xué)工作奠定堅實的理論基礎(chǔ)，從而養(yǎng)成不斷獲取新知的習(xí)慣.正如楊振寧教授曾談到的：“在念書的時候?qū)W習(xí)的面比較廣一些；后來通過自己比較廣泛的接觸向各個方面發(fā)展，這方法對出研究成果的效率是比較高的.”[4]416

2 科學(xué)思想為大學(xué)生在學(xué)習(xí)中把握方向

科技史發(fā)展的過程中，科學(xué)思想分為兩個層次，第一層次體現(xiàn)為在科學(xué)認識和研究方法的基礎(chǔ)上提煉出來，形成能夠發(fā)現(xiàn)和解釋事物現(xiàn)象的合理觀念和推斷法則，對科學(xué)研究和社會實踐具有導(dǎo)向作用.第二層次體現(xiàn)為科學(xué)家在科學(xué)活動中的建樹，逐步形成了科學(xué)家共有的科學(xué)意識和科學(xué)精神.1942年美國科學(xué)社會學(xué)家默頓把科學(xué)的思想氣質(zhì)歸納為：普遍性、公有性、無私利性和有條理的懷疑性，作為一種普遍的標(biāo)準(zhǔn)來衡量科學(xué)家的行為規(guī)范.眾多物理學(xué)家的科學(xué)思想貫穿于物理學(xué)史中，學(xué)生通過對物理學(xué)史的學(xué)習(xí)，明白了物理學(xué)家的敬業(yè)精神和對科學(xué)事業(yè)的熱愛，專注和奉獻精神；正是這種對科學(xué)普遍性、公有性、無私利性的思想推動著物理學(xué)家獻身于物理研究中，并不斷推動著物理學(xué)的發(fā)展.

例如：倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線以后，有人提議把其定義為“倫琴射線”，倫琴卻堅持稱這種新射線為“X射線”.柏林通電協(xié)會想以高價換取新發(fā)現(xiàn)的專利權(quán)利時，遭到了倫琴的堅決拒絕，他主動放棄專利權(quán)，X射線廣泛運用于醫(yī)學(xué)，為世人受益，而倫琴卻在貧困中度過了一生.遵照倫琴的遺囑，他得到的諾貝爾獎金也交給維爾茨堡大學(xué)作為科研經(jīng)費.再如1902年約里奧—居里夫婦發(fā)現(xiàn)了放射性物質(zhì)“鐳”，由于放射性對癌癥有一定治療作用，為減輕癌癥患者的痛苦，約里奧—居里拒絕申請專利，公開了提取鐳的方法.他們認為鐳是屬于全人類的，不應(yīng)該因此而致富.可是約里奧—居里夫人卻連自己研究需要的一克鐳也買不起，是眾多美國大眾捐贈的錢買了鐳，才使得研究得于繼續(xù).約里奧—居里夫人把自己美好的一生獻給放射性發(fā)現(xiàn)和研究.由于長期受放射性照射而未加以防護，約里奧—居里夫人染上了白血病，1934年7月4日在法國去世.還有貝克勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射性，打開了原子核物理的大門，然而，由于研究中長期接受放射性的傷害，他成為第一位被放射性物質(zhì)奪去生命的物理學(xué)家.倫琴和約里奧—居里夫人等物理學(xué)家的這種無私奉獻的行為，正是莫頓科學(xué)思想中的普遍性、公有性和無私利的體現(xiàn).他們的科學(xué)思想感染著一批批物理學(xué)家為物理發(fā)現(xiàn)而無私奉獻著，而大學(xué)生通過對這些史料的學(xué)習(xí)，也會被倫琴、約里奧—居里夫人等物理學(xué)家的科學(xué)思想所感染，從而勵志努力學(xué)習(xí)，將來為科研工作無私奉獻.

物理學(xué)家的有條理的懷疑性幫助他們在科學(xué)發(fā)現(xiàn)中敢于與宗教迷信、偽科學(xué)和舊科學(xué)做斗爭，最終探索到科學(xué)的本質(zhì).例如：哥白尼的太陽中心說推翻了天文學(xué)中占統(tǒng)治地位的托勒密的地球中心說，向宗教神學(xué)發(fā)起了攻擊，改變了人們的宇宙觀，甚至世界觀，推動了物理學(xué)的發(fā)展.伽利略在力學(xué)方面推翻了亞里士多德力學(xué)問題上的錯誤理論，為牛頓完成經(jīng)典力學(xué)的綜合工作奠定了基礎(chǔ).1905年愛因斯坦提出“狹義相對論”將伽利略和牛頓以來的動力學(xué)時空觀發(fā)展到相對論的時空觀，引起了人類時空觀的重大變革等等.在物理學(xué)史的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生通過了解物理學(xué)家的科學(xué)思想，培養(yǎng)他們刻苦鉆研，勇于質(zhì)疑，善于提出問題和努力學(xué)習(xí)好物理學(xué)和其他學(xué)科的決心，為他們的學(xué)習(xí)把握了方向.

3 科學(xué)態(tài)度是大學(xué)生學(xué)習(xí)中的有力保證

物理學(xué)是以客觀事物為研究對象.物理學(xué)所研究的客觀事物并不完全是自然界本身，而是認識主體和自然客體相互作用的產(chǎn)物.科學(xué)家在對自然客體進行研究，好奇心、尊重實證，判斷性思考等科學(xué)態(tài)度必不可少.物理學(xué)的科學(xué)態(tài)度，貫穿于物理學(xué)史料中，學(xué)生通過學(xué)習(xí)，培養(yǎng)他們尊重實證，重視科學(xué)實驗，提高他們對物理學(xué)的認知能力，學(xué)會判斷性思考，增強學(xué)習(xí)中的好奇心，提高學(xué)習(xí)的積極性.

例如在粒子物理世界，人們通常認為粒子運動都遵行對稱性的規(guī)律.1956年，華裔美籍物理學(xué)家李政道和楊振寧在全面研究考察和判斷性思考基礎(chǔ)上，提出在弱作用下宇稱可以不守恒的科學(xué)論斷，并提出了可以通過?衰變等實驗驗證的設(shè)想，設(shè)置兩組含弱相互作用而互為鏡像的實驗來考察是否得出相同的實驗結(jié)果，如果結(jié)果不一致，就可以判定宇稱不守恒.這是一項難度極大，精密度要求極高的實驗，需要有探索的好奇心和堅定的毅力.李政道和楊振寧的觀點遭到了大多數(shù)物理學(xué)家的質(zhì)疑，其中也包括華裔物理學(xué)家吳健雄.但是吳健雄本著尊重實證的科學(xué)態(tài)度，率先用60Co實驗對宇稱守恒做了一次精密度極高的實驗，證明了在?衰變過程中，宇稱是不守恒的，從而證明了弱相互作用下宇稱不守恒.正如吳健雄曾回憶說：“雖然我覺得宇稱守恒定律不正確的可能性極微，我還是渴望進行一個水落石出的檢驗.”[5]203

4 科學(xué)精神是大學(xué)生學(xué)習(xí)的動力支撐

科學(xué)精神內(nèi)涵十分豐富，包含探索求真的理性精神、實事求是的嚴謹精神和批判進取的創(chuàng)新精神.[6]103物理學(xué)大量事例表明，在舊的科學(xué)理論出現(xiàn)矛盾時，需要科學(xué)家具有探索求真的理性精神，批判進取的創(chuàng)新精神，敢于同束縛科學(xué)發(fā)展的傳統(tǒng)觀念決裂，才能提出新思想、新見解，并能本著實事求是的嚴謹精神，對新理論進行實證，最終才能做出突破性的發(fā)現(xiàn).

例如 ：愛因斯坦“相對論”的建立；玻爾提出“互補定律”，李政道和楊振寧提出弱作用下宇稱不守恒的理論等等，都是物理學(xué)家們敢于打破傳統(tǒng)觀念，勇于創(chuàng)新的精神，從而導(dǎo)致物理學(xué)理論的突破性進展.再如：伽利略為了對亞里士多德的運動理論進行檢驗和批判，重復(fù)做了幾百次斜面實驗，最終得出了慣性原理，正確說明了力是改變物體運動的原因，推翻了亞里士多德提出的力是產(chǎn)生運動的原因的觀念，這一物理發(fā)現(xiàn)把動力學(xué)研究引上正確道路.又如，1820年，奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)以后，物理學(xué)家們都開始磁生電的實驗研究，一次次的實驗失敗以后，很多物理學(xué)家包括當(dāng)時處于電磁研究最前沿的物理學(xué)家如菲涅爾、安培、阿拉果等都開始懷疑磁能產(chǎn)生電，并退出了這方面的研究，只有法拉第本著實事求是的嚴謹精神，堅持不懈，花了十年的時間進行了無數(shù)次實驗驗證，最終做出了重大發(fā)現(xiàn).正如他在日記中寫下“把磁轉(zhuǎn)化為電”的光輝誓言后，就從未懷疑過實現(xiàn)這一誓言的可能性.[4]286結(jié)合這些史料的學(xué)習(xí)，使學(xué)生意識到面對今天競爭日益激烈的社會，批判進取的創(chuàng)新精神為科技人才所不可缺少，在學(xué)習(xí)中必須提高創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力.

5 科學(xué)方法是大學(xué)生學(xué)習(xí)的基本保障

“工欲善其事，必先利其器”，物理學(xué)發(fā)展史也是一部科學(xué)方法的演變史.英國科學(xué)史家霍爾頓說過：“科學(xué)發(fā)現(xiàn)沒有唯一的方法.”每一位科學(xué)家都在運用自己的方法進行科學(xué)探索，而在科學(xué)發(fā)現(xiàn)中有建樹的科學(xué)家們使用的研究方法，往往為更多的科學(xué)工作者所效仿.學(xué)生在學(xué)習(xí)物理學(xué)史的過程中通過不斷效仿，形成自己特有的科學(xué)方法，這些科學(xué)方法，有助于學(xué)生在學(xué)習(xí)和生活中，抓住事物和現(xiàn)象的主要矛盾和矛盾的主要方面.例如：伽利略被譽為近代實驗科學(xué)的創(chuàng)始人，是近代實驗科學(xué)的鼻祖.他運用的實驗與數(shù)學(xué)的研究方法，開創(chuàng)了經(jīng)驗和理性的相結(jié)合，定性和定量相結(jié)合的先河，對物理學(xué)以及自然科學(xué)的產(chǎn)生了深遠影響.美國當(dāng)代數(shù)學(xué)家M·克萊因是這樣評價伽利略的科學(xué)方法的：“伽利略的科學(xué)方法是歷來關(guān)于科學(xué)方法論的最深刻、最有成效的思想.”[7]126牛頓在物理學(xué)上取得的成就和他的分析-綜合方法分不開，他強調(diào)實驗在科學(xué)理論中的重要性，科學(xué)定律的建立也必須在實驗的基礎(chǔ)上.愛因斯坦提倡利用世界的統(tǒng)一性的觀點，通過直覺方式洞察事物本質(zhì)，并用邏輯思維和數(shù)學(xué)工具的方法構(gòu)造理論體系[7]250

學(xué)生通過學(xué)習(xí)物理學(xué)史，還能意識到科學(xué)方法能幫助他們在學(xué)習(xí)科學(xué)知識的道路上，事半功倍，成為他們學(xué)習(xí)的基本保障.例如：1931年約里奧—居里夫婦在玻特和貝克爾鈹輻射實驗的基礎(chǔ)上，利用新的方法，他們把多種物質(zhì)放在放射源和測量儀器之間，結(jié)果驚異發(fā)現(xiàn)了在鈹射線照射下，石蠟?zāi)馨l(fā)射出大量質(zhì)子.由于他們的實驗采用與其他物理學(xué)家不同的新方法，推進了發(fā)現(xiàn)中子的進程.正如物理學(xué)家笛卡爾曾說：“我的腦子并不比別人好，但我卻幸運地碰到了些門路，這些門路引導(dǎo)我發(fā)現(xiàn)了一些方法，利用這些方法，我似乎可以就我平庸的智慧和短促的生命在能達到的范圍內(nèi)，逐步增廣我的知識.”[4]450

綜上所述，學(xué)習(xí)物理學(xué)史，培養(yǎng)良好的科學(xué)素養(yǎng)，為大學(xué)生在學(xué)習(xí)中提供各方面的有力保證.可見，物理學(xué)史對培養(yǎng)大學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)具有不可低估的重要性.

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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

云南省教育廳教學(xué)研究基金項目（2015Y486）.

張瑤（1975- ），女，云南昭陽人，副教授，碩士，主要從事物理學(xué)史的研究．