物理学史课程教学改革论文

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1注重课程内容和专业必修课(理论、实验)的接轨

1.1与专业必修理论课的接轨

本课程所采用的教材很多章节中展示了当年科学家理论推演的部分原始过程(与专业课书本上所讲内容道理虽同，所采用的方法却复杂很多)。比如在第六章第三节《狭义相对论体系的建立》当中多处使用爱因斯坦《论动体的电动力学》原文中的表述内容虽然汁原味，但太过抽象，对于专业课基础较为薄弱的物理系大学二年级学生来说很难接受。而相对论理论的系统学习是大学四年级开设的《电动力学》专业必修课的任务。笔者在讲授本节课程时新课导入采用“钟慢尺缩”、“双生子佯谬”和“天上一日，地上一年”等生动有趣的课题引入，淡化和删除了课本上多处原文中的理论推导。因为这时学生的认知水平所处的阶段正是英国教育家怀特海所说的浪漫阶段(新奇而生动，浪漫的遐想)，通过这样的例子和问题激发学生思维的火花，在同学们感知到狭义相对论的有趣事例之后，画龙点睛一语中的般地指出这些只是狭义相对论的表面现象，而相对性原理———物理定律对于一切惯性系都应具有相同的形式(协变要求)，才是它的本质。学生的认知水平进入了精确阶段。爱因斯坦本人在提出狭义相对论时是从电磁学入手的。学生刚刚在大学一年级学习过《电磁学》专业课，并不陌生。为了深化这一点认识，笔者举出了如下例子，引导学生掌握:一个点电荷所带电荷量为q，静止放置在如图所示的位置，问学生在图中的静止的A点处，有无电场和磁场?学生通过电磁学课上所学的“静止电荷只能产生电场”和“运动电荷既产生电场又产生磁场”的知识很容易判断A点有电场无磁场。笔者随即将题设改为，点电荷q依然静止不动，A点以速率v向右运动，再问同样的问题，组织学生讨论、探究，在笔者的启发下学生终于认识到若以点电荷q为参考系，A点依然是有电场无磁场，但若以A点自身为参考系，由于电荷q相对于A点向左运动，那就变成了运动的电荷，所以A点既有电场，又有磁场。通过这样一个简单的例子使学生感知到专业必修课《电磁学》上所学的经典理论对于不同的参考系竟然得出不同的结果，在此基础上直接给学生展示相对论电动力学的结果。这样学生的认知水平便进入了怀特海所说的教育三阶段中的综合应用阶段。

1.2与专业实验课的接轨

本课程所采用的教材中详细描述了许多当年的科学家所做的实验。学院开设的普通物理实验课程中的大部分内容正是对这些实验的重现。笔者结合相关专业基础课和实验课的内容，发掘出《物理学史》课程中与普通物理实验相关的问题(特别侧重于科学方法的渗透)，既能激发学生探究问题的热情，促使其反思实验课当中处理问题所采用各种方法的深刻含义，又能加强师生互动，提高课堂效率和学生分析问题、解决问题的能力。

2对教材内容顺序进行了调整

本课程教学所采用的教材是郭奕玲、沈慧君编著的由清华大学出版社出版的《物理学史》第二版。此教材体系完整，见解独到，科学家实验情景描写细致入微。但仅限于每周两课时的情况，教师讲解不可能面面俱到。为此笔者根据学生专业发展需要，对教材内容进行整合、提炼，不合理的地方加以剔除，必要的知识点加以拓展，以更好地服务教学。本门课程的教学重点内容是前九章，后面几章属于介绍、略讲范畴。笔者在教学过程中将第十一章《现代光学兴起》内容与第三章《经典光学的发展》部分整合，题名《光学的发展》，将第十二章《天体物理学的发展》与第六章最后一节《广义相对论的建立》内容整合，使学生将前后知识融为一体。例如现阶段就学生考研而言，光学专业无论从就业、考研两个方面来说均属于相对热门专业。如此教学法有利于学生深刻认识到光学学科的重要性，不仅促进了《光学》专业课教学，对学生将来的综合发展也有益处。

3将学科前沿知识和大学生顶岗实习支教教学案例融入课堂教学

笔者在攻读硕士学位时所学专业是理论物理，具体方向是量子信息和量子光学，毕业以来一直从事这个研究方向。第八章第九节《关于量子力学完备性的争论》和第十节《量子电动力学》等内容正好与笔者的科研方向相关。故而笔者在讲到这里时利用自己的专业优势补充了大量的前沿知识如“薛定谔猫态”、“压缩相干光场”、“量子计算”、“量子纠缠”、“EPR佯缪”等等，充实了课堂内容，使学生的视野从课本转向前沿，做到“搞好科研促教学”。由于物理系属于师范专业，绝大多数学生无论考研与否终将登临三尺讲台。中学物理教学中若以物理学故事的形式引入，可以使教学过程更加生动活泼，激发学生的学习兴趣。物理学史课堂正好提供了这种资源。另外，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、特性、规律和本质的历程，丰富的物理学史素材可以使中学课堂凸显科学精神，对学生以后从事教学工作带来益处。近年中考、高考对物理学史相关知识考察日趋增多。科学家思考研究问题的很多方法对于即将登台讲课的物理专业师范生来说具有重要意义。例如类比法是最重要的科学研究方法和教学方法之一。科学家拿库仑定律类比万有引力定律(平方反比)，拿电力线、磁力线类比流体，拿以太类比弹性介质等等，至为深刻。讲到这里笔者结合自己的扶贫顶岗实习支教工作经历，列举出实习支教大学生讲课的真实案例中“类比”方法使用的例子，使得学生感知到正确使用类比方法可以将抽象的概念和生活中的实际现象联系起来。这样的方法不仅是新课导入的关键，也是促使中小学生的认知过程由形象到抽象，由浪漫阶段转入到精确阶段的重要教学手段之一。

4结语

笔者自本学期从事《物理学史》专业选修课教学工作以来，就以上三个方面进行了课堂教学改革，效果显著。就本门课程而言，在学生课前预习、课后意见反馈、成绩考核等方面即将进行的教学改革还在进一步研究当中。

作者:张晋华岳保旺单位:忻州师范学院