将物理学史引入大学物理量子力学章节的方法研究

在教育改革的新形势下，物理学史的引入，对于大学物理的教学，尤其是近代物理学章节、（包括狭义相对论章节、以及量子力学章节）、是至关重要的。在教学过程中引入物理学史，引入近现代物理学家的思维方法和治学精神，对于同学专业治学态度的培养有潜移默化的帮助作用，同时还帮助同学更好的理解科学发展的规律，帮助他们了解科学与社会、与技术、哲学的关系，开阔了他们的视野；这些都对于他们学习有关量子理论，狭义相对论概念等知识，以及进一步认识整个物理学学科都是非常有利的。

1、物理学史在量子力学概念理解方面的应用

量子力学的引入，可以以小见大，首先引入费曼的名言：“如果文明将毁灭，只能留给后人一条物理学的知识，那么这条知识应该是——世界是由原子构成的。”随着我们对于“世界是由原子构成的”展开讲解，可以从最早1897年汤姆逊发现电子开始——电子的发现，证明了原子的内部是有确切数目的电子的。而原子结构模型的真正建立对于光谱的发射等终于给出了合理的解释。随后1898年卢瑟福研究放射性时发现了α，β射线，并在随后不久的实验中发现了α射线的大角度散射实验。这些研究内容发表在1911年《哲学杂志》上《物质对α、β粒子的散射和原子结构》一文中，证明了电子的直径小于原子。虽然理论的提出还存在很多问题，比如原子稳定性等要求，但是随着科学家的不断探索，波尔氢原子模型建立起来，终于揭开了量子力学发展的序幕。

随着知识的深入，谈及电子自旋的概念。这便可以从索莫非的空间量子化引入。在索莫非看来，电子绕原子运动，不仅轨道量子化，角动量量子化，轨道的空间位置也只能在空间取某些分立的方向。针对这一假设，迫切需要一个实验去给予验证。验证了麦克斯韦气体分子速率分布律的斯特恩与另外一位科学家盖拉赫一起，完成了大名鼎鼎的斯特恩-盖拉赫实验，他们认为银原子之所以可以在磁场中偏转，恰恰是因为电子的轨道角动量，而这便证明了空间量子化。直到1925年，乌伦贝克和古德斯密特提出了电子自旋的假设，证明斯特恩-盖拉赫实验中银原子在磁场中分裂本质上是源于电子的自旋。

所以通过以上相关物理学史的内容在教学过程中的引入，可以让学生在更广大的格局下更清楚的理解本章节的整体知识结构和知识背景的逻辑性，这无疑会对他们更好的理解量子力学相关概念起到积极的作用。

2、物理学史在量子力学科学思想培养方面的应用

辩证唯物主义告诉我们，物质是运动的，运动还是转化的。量子力学的建立过程充分体现了唯物辨证地认识世界的科学思想，充分证明了“科学方法的核心是实践探索与理论思维两条腿走路”。旧的量子论是在解释经典物理学理论无法解释的几个实验事实的基础上建立起来的，并且为弥补其认识的不足，又发展出了新量子论。通过学习，学生们会学到量子论中包含诸多假说，在这里引入物理学史的讲解，为其解释了这些假说的提出，不是毫无根据的臆想，而是经历了实验的验证的。在物理学史上，无论是人们对于光本质的认识，还是量子力学的建立过程，都需要理论和实践两方面的共同努力。正是普朗克、德布罗意、波尔、海森堡、薛定谔、狄拉克等量子力学大师们敢于突破经典理论束缚，建立全新的物理图像，才使得量子力学在实践中发展和完善起来。

3、物理学史在学生人文教育方面的应用

著名美籍华裔物理学家杨振宁教授在一次讲话中说到：“常常有同学问我做物理工作成功的要素是什么？我想要素可以归纳为三个P：Perception, Persistence, and Power。

“Perception”——眼光，看准了什么东西，就要抓住不放；

“Persistence”——坚持，看对了要坚持；

“Power”——力量，有了力量能够闯过关，遇到困难你要闯过去”。

这与爱因斯坦的一句名言、不谋而合：有人问爱因斯坦成功的“秘诀”，他写了一个公式：

A=X+Y+Z。A代表成功，X代表艰苦的劳动，Y代表正确的方法，Z代表少说空话。这个公式不仅概括了爱因斯坦的科学生涯，也代表了一代代创新实践的物理人的人生观。

通过引入物理学史，可以从科学的发展背景去理解科学家的一生，他们或传奇、或平凡、或倔强、或亲和。他们严谨的治学态度和对真理的不懈追求，都是我们要引导学生学习的重点内容，虽然学生未必会有他们那样的机会做出那些伟大的成果和贡献，但是他们的精神却是可以运用到各行各业的任何岗位，帮助同学在自己的人生中绽放光彩。

通过引入物理学史中一个个历史故事，让学生有了身临其境的参与感，引发其思考，如果遇到相同的苹果坠落，是否会像牛顿引发有关万有引力的思考；如果遇到黑洞问题，是否可以像普朗克一样跳出常规，提出量子的概念；如果在实验中发现了光的粒子性和波动性，是否可以像爱因斯坦打破传统，提出光的波粒二象性。

如今，我国的量子力学领域研究成果已经走在的世界的前列，例如，众所周知，潘建伟院士所带领的团队，已经成功将“墨子号”量子卫星发射升空。这些发生在身边的大事，可以大大激发学生们的民族自豪感和献身科学研究的热情，只有具有历史的眼光和家园情怀，才能从中汲取智慧的源泉，浇灌自己知识的田园，为祖国的科学事业储备能量、贡献力量。