回首页 


把物理学史引入大学物理实验的有益尝试
——《大学物理实验》序

关增建

 

  2005年秋,中国科技史学会在安徽歙县召开一个全国性的科技史会议,我在会上认识了来自河南焦作大学的吕增建老师。因为彼此名字相同,又都是在中原文化熏陶下成长的,都有受过物理学教育的知识背景,都在高校任教,因而晤谈颇觉投缘,一见如故。也正因为这个缘故,我有幸在吕先生主持编撰的《大学物理实验》正式出版之前,就成了这部大学物理实验课程教材的读者,也就因此有了一些感受。
  物理实验课程是大学理工科学生必修的一门基础课程,其开设目的是加深学生对其所学物理知识的理解,帮助学生把握物理学的内涵和精髓,同时也培养学生的动手能力、思维能力和科学创新能力。正因为如此,各高校对此都比较重视,相关教材甚多,实验指导书更是比比皆是。在这种情况下,本书的特色何在?其出版价值何在?
  在一般高校中,普通物理学课程由力学、热学、光学、电磁学、近代物理等分支组成,与之配套的物理实验课程若按此顺序编排,也顺理成章。但物理实验课程又是一门独立的实验基础课,它有自己的规律,因而在实验顺序的编排上,就应该遵循物理实验课程本身所具有的规律,而不是左顾右盼,依据普通物理课程的进展情况来安排自己的先后顺序。本书在实验内容的编排上,就充分考虑了实验课自身的特点,比如作者根据学生的实验技能只能逐步得到提高,因此在实验顺序的编排上应该遵循由浅入深、由简单到复杂的原则,打破了传统的按照力、热、光、电到近代物理的排列顺序,按照前导实验、基础实验、提高实验和综合、设计及近代物理实验的次序排列实验内容,这就使得前后内容呈现出了阶梯状的分布,既便于教师采取循环式教学,也有利于学生更好地提高实验技能和水平。此外,考虑到物理实验课程既然是一门独立的实验基础课,有其自身的基本理论和基本方法,出于使学生更好地掌握这些基本理论和方法的目的,作者在书的“绪论”之后,又将测量误差与数据处理基础知识、常用实验方法和基本测量方法、物理实验中的常用仪器和操作规程独立设章,分别编排,以使这些内容更为醒目和明晰,使学生对本课程的基础理论有更清楚的了解。这些做法,颇为可取。
  本书的写作充分考虑到了学生学习的方便。作者在每一章和每个实验前都写有引言,以引导学生的学习,还对每一个实验内容专门设置了“预习检测题”,以帮助学生做好实验前的预习工作。在课程教学活动中,学生是学习的主体,我们应该树立以学生为本的教学指导思想,并把这种思想贯彻到教学活动的各个环节,其中也包括教材的编写。本书的上述编写方式,就是高校教学实践中贯彻以人为本思想的具体体现。
  本书最显著的特点是将科学史的相关内容引入到了物理实验教材之中,这在国内同类教材中,尚属首创。对此,我们要稍微多说几句。
  科学史是上个世纪发展起来的一门交叉学科,它会通文理,融贯中西,是人类文明发展的具体体现。人类的生存活动已经有了五千多年的历史。五千年的文明史说到底是由两部分组成的,一部分是人类处理人与人之间关系的曲折历程,另一部分是人类处理人与自然关系的不朽经过。就前一部分而言,人类的文明史其实并不那么文明,这里面既有和平,也有战争;既有发展,也有毁灭。诚然,人类社会是在一步一步地走向光明,但这中间也付出了沉重的代价。二十世纪在我们驻身于其中的这个星球上爆发了两次世界大战,尽管每一次大战结束之后,人类社会都向前发展了一步,可那是以成千万成千万的人的死亡为代价的。相比之下,人类处理人与自然关系的历程,却以史诗般的形式永载史册,尽管这中间也曾有过失误。随着时光的流逝,昔日的城堡、宫殿变成一片废墟,将军们的赫赫战功也已烟消云散,但是支撑着人们物质生活方式的技艺却一代一代传了下来,显示着人类对自然界的理解的科学知识也一代一代传了下来并得到不断的发展。正因为如此,科学史学科的创始人乔治·萨顿才不无骄傲地宣称,科学史虽然只是人类历史的一小部分,但却是本质的一部分,是唯一能够解释人类社会的进步的那一部分。
  诚然,把科学的发展视为线性的、视为一步一个台阶只有前进没有后退的观点,已经被证明是不正确的。但无论如何,在科学史的身上,更能体现出社会的进步,这一点是没有疑义的。
  既然如此,我们就要充分重视科学史这一人类珍贵遗产。体现在高等教育中,就要把科学史教育引入到大学的课堂里,把科学史知识引入到相关课程中。这种引入,既是实施素质教育、培养全面发展新型人才的需要,也有助于学生对相关课程的学习。科学史有利于学生理解科学,这已经成为教育界的共识。
  但是,由于过去的大学长期以来所形成的分门别类的教育制度,人们在进行科学教育时对科学史并未给予足够的重视。早在上个世纪四十年代,有识之士就指出了大学教育中的这一缺陷。1945年,哈佛大学出版社出版了一部题为《自由社会中的基础教育》(General Education in a Free Society, Harvard University Press, 1945, pp. 220-222)的调查报告,报告指出:
  从基础教育的观点来看,对目前大学的教学状况的主要批评是:整个教学是由各专业的课程组成的,旨在培训未来的专家,而很少考虑一般学生的需要。这类课程花费大部分时间去培养学生掌握专门词汇和专业技术并系统地介绍科学从古到今积累下来的事实和理论。至于对基本概念的考察、科学事业的本质、本学科的历史发展及重要文献,以及本学科与其他有关领域和活动的相互关系,此类课程则很少予以认真的注意。这类课程给予学生的,往往只是科学大厦的一些砖瓦。进一步学习高深课程的学生会利用这些砖瓦盖起某种建筑物。但是,这些砖瓦在一般学生手中很可能永远只是砖瓦。一般的学生最终只好用其他材料在别的地方建造他们的教育大厦了……
  科学本身不仅包括专业知识和技能,而且包括概念的相互关系、世界观、对人类和知识的本性的看法。这一切综合在一起,组成了科学哲学,形成了整个人类史上一段连续的、重要的历史,而且包括这样一些著作,就它们对于所有知识的贡献而言是最有意义、最深入人心的一部分。科学的这些方面,在大学的科学教学中往往几乎被完全忽略了……1
  正是由于认识到了高等教育教学实践中的不足,人们很快行动起来,弥补这一不足。1952年,哈佛大学的科学史教授霍尔顿(G. Holton)出版了一部名为《物理科学的概念和理论导论》的著作,成功地把科学史引入到了物理科学的教程之中。霍尔顿的著作是世界上第一部关于物理学的新型教材,它充分而有效地利用科学史和科学哲学,向一般大学生和理工科大学生阐释物理科学的本质。该书出版以后,很快引起人们的重视,被多次重印,在世界各地拥有大量的忠实读者。在霍尔顿著作的影响和霍尔顿本人的促成之下,1962年,美国开始了一项名为“哈佛物理教学改革计划”(Harvard Project Physics)的工作,该项工作的成果是1970年出版的全国性中学物理教材《改革物理教程》2(The Project Physics Course)。这套教材大量利用科学史内容,具有明显的人文取向,成为美国最具影响的物理教材之一,被广泛使用。
  美国教育界的做法,对中国学界产生了某种示范作用。中国教育界有关学者一方面不断地把美国此类教材引入国内,一方面也着手自己撰写融会有科学史内容的科学教材。清华大学出版社1999年出版的向义和先生的《大学物理导论》,就是这样一部将科学史与物理学相结合而形成的物理学教材。
  虽然国内已有学者认识到了将科学史与科学教育相结合的重要性,并动手撰写教材,但整体来说,中国人自己撰写的此类教材仍然是凤毛麟角,至为罕见。在物理实验领域,至今还没有一部成功地将科学史与物理实验内容有机地相结合的教科书。这种局面,虽然不为人们所乐见,但它确实是物理实验课程教学的实际情况。现在,吕增建先生主持撰写的《大学物理实验》这部教材,开了将科学史引入物理实验教学的先河。这一举措,理所当然值得为之鼓与呼。我们祝愿大学物理实验课程能够以此为开端,积极探索,努力实现科学史与课程教学更加有机地结合,以造福于学习这门课程的莘莘学子。
  本书是集体力量的结晶。长期以来,我对集体著书总有畏惧之感,虽然是众人拾柴火焰高,但要把大家组织起来,既要合理分配任务,分工协作,各展所长,又要保持体例一致,风格统一,内容正确,还要相互兼顾而不重复,工作难度之大,非亲历者不能体会其艰辛。现在,本书已经完成,就书的内容来看,作者充分发挥了集体的智慧,有效地避免了合作著书容易出现的缺陷,这是不容易的。总体而论,本书是一部成功的大学物理实验教材,我们有理由为这样一部教材的出版而感到欣慰。


2006年4月
于上海交通大学


1 此处的译文引自(美)G. Holton著,S. G. Brush增订,张大卫等译《物理科学的概念与理论导论》,北京:高等教育出版社,1987年2月第2次印刷,上册,viii页。
2 此套教材共12册,已由文化教育出版社出版。中译本更名为《中学物理教程》。

 

 

20060902加入