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高中物理必修本的最后两章“光的本性”及“原子和原子核”在高考中所占分数比例不大，对知识掌握程度的要求绝大部分属于A级。显然，这两章的内容不是高中物理的重点。如果教师从应试教育的角度出发，就可能对这两章的教学缺乏足够的重视，在教学目标要求中，则侧重于某些知识的识记。这样做，就埋没了这两章内容在高中物理教学中本应具有的价值和功能。
我们仔细研究一下这两章内容的编排就会发现，这两章教材的内容决不是简单地罗列一些相关知识和结论，而是始终紧扣物理学对光的本性及对原子的结构、原子核组成的认识历史，并以此为线索，一步步引导学生去认识自然的奥秘。通过这两章知识的学习，不仅要使学生获得有关的科学知识，更重要的是使学生获得科学思想、科学精神、科学态度以及科学方法的熏陶和培养，提高学生的科学素质和思想素质。笔者认为，如果我们能充分利用教材丰富的内涵，发挥其内在的功能，这两章的内容正是我们对学生进行素质教育的好教材。本文试从以下5个方面加以阐述：
一、辩证唯物主义的教育
康德说过：“没有科学史的科学哲学是空洞的；没有科学哲学的科学史则是盲目的。”哲学是人们对整个世界（自然、社会和思维）的根本观点的体系。哲学的智慧之光往往引导科学家们对问题进行更深入的思考。当人类求知的航船驶向微观世界这茫茫的未知海洋时，正确的哲学思想就像罗盘一样必不可少。
在这两章课文中，前后提到物理学史上的重要实验近20余个，对其中的双缝干涉实验、α粒子散射实验等还有较详细的分析和介绍。通过实验，物理学家探索各种物理现象的规律，发现新的物理事实，通过实验检验或验证某一理论，或借以提出新的理论。正是由于托马斯·杨巧妙设计的双缝干涉实验，使人们真正认识了光的波动性质，使差不多停滞了一百多年的对光的认识获得了突破。正是由于卢瑟福的α粒子散射实验，使物理学家发现了原子核的存在，为原子结构提供了正确的基础模型。物理学是实验的科学，一个正确理论的建立，离不开观察和实验。物理学研究的基本方法就是：实验（事实）——理论假设——实验（提供新的事实）——修正理论。一个正确的理论，不仅要能够解释已知的物理事实，还要能对新的物理规律和事实作出预见。正如毛泽东在《实践论》中指出的：“许多自然科学理论之所以被称为真理，不但在于自然科学家创立这些学说的时候，而且在于为尔后的科学实践所证实的时候。”
在光的本性的认识史中，我们还可以学到关于辩证法的丰富思想。光既有波动性，又有粒子性，而这两个看似矛盾对立的性质却同处一体。这用形而上学的观点是不可能理解的，用对宏观世界的经验体验也是不可理解的。而爱因斯坦却以敏锐的洞察力看到波动性和粒子性在对立中存在统一，意识到这正是光的本质所在。善于从矛盾的对立和统一中认识和把握事物的本质，正是这种哲学家的素质使爱因斯坦在理论物理的许多领域都作出了伟大的贡献。
从经典力学、经典电磁学到相对论力学、量子力学，物理学取得的这些重大发展，不仅有赖于物理观察手段、实验能力的进步和提高，更是与思想观念的变革、思维方式的更新有直接的关系。
二、美学教育
在日常生活中，我们对美的感受是依赖于心理、文化、社会甚至常常是生理等因素的。那么，在物理学中，物理学家们理解的美是什么？我们人类繁衍生息在宇宙的一颗星球上，这宇宙是那么广袤浩翰，组成宇宙万物的物质处于永恒的运动变化中，世界是那样的美丽而又奥秘无穷，支配物质运动的自然规律是什么？这个宇宙和组成宇宙的物质有着什么样的结构？自然的基本设计是怎样的？物理学家就是自然奥秘的孜孜不倦的探求者。
物理学家发现，自然界在各个层次上都向我们展示了它的简单美、和谐美、对称美。力学中的作用力和反作用力，电学中电荷的正和负、磁极的N极和S极，电荷产生电场、电流产生磁场，变化的电场产生磁场、变化的磁场产生电场等等。以变化的电磁场为存在形式的光的行为表现出波粒二象性，法国年轻的物理学家德波罗意运用对称性概念把光的波粒二象性对映到实物粒子的行为上，从而提出了物质波的概念，为量子力学的建立作出了重大贡献。狄拉克1929年关于反物质的预言提供了对称性如何指导物理学家探索自然秘密的又一著名例子。狄拉克正是将对称性不变的原理运用到支配原子中电子行为的薛定谔方程中，使修改后的方程具有比原方程多一倍的解，经过一段时间的困惑后，狄拉克意识到附加的那些解是描述一个与电子性质相反的粒子的，这就是反电子，即正电子。3年后这种粒子便被发现了。此后，科学家们还发现每一种粒子都存在它的反粒子。在基本粒子的研究领域，对称性原理已成为一种最重要的思想方法。物理学家把对称性的概念发展成了一个判断自然设计的客观判据。给出两个理论，物理学家一般会觉得对称性更高的那一个更美一些，而美学价值高的理论，往往也更接近客观真理。毫无疑问，科学之美来源于自然之美，自然的简单与复杂的统一美、和谐美、对称美和对称中的破缺美。
科学美能够供人欣赏，当人们学习科学知识、运用科学知识时，内心中会体验到高尚的科学之美。只有真正体验到奇妙的科学之美的人们，才能把毕生精力献给科学。但是，当我们欣赏科学之美的时候，不要忘记，美，不仅是科学的本性之一，同时，也是进行科学研究的方法。掌握了科学研究的美学方法，将会帮助人们在科学研究中获得成功。而我们作为一名物理教师，是最有资格也最有机会向学生阐述这种自然本质中的美，让学生在学习中得到科学美的熏陶。
三、科学研究方法的教育
科学史表明，一些自然科学家在科学上做出重大贡献，除当时的生产和科学技术发展水平等条件外，也和他们所运用的正确方法分不开，研究方法是否正确，直接影响到科学研究的成效和科学技术发展的速度。
玻尔原子模型的建立，是一项极为复杂和困难的工作，需要对当时物理学的最新理论和实验成果进行详细分析和系统的综合。波尔在研究的过程中以广博的学识，深邃的洞察力系统地运用了分析、综合、模型、假说、演绎等一系列科学方法。爱因斯坦在20年代曾这样评论道：……作为一位科学思想家，他具有大胆和谨慎这两种品质的难得的融合。很少有谁对隐秘的事物具有这样一种直觉的理解力，同时又兼有这样强有力的批判能力。他不但具有关于细节的全部知识，而且还始终坚定地注视着基本原理。他无疑是我们时代科学领域中最伟大的发现者之一。”
我们将玻尔建立原子结构理论的过程加以考察，可以大致归纳出玻尔在研究方法上的一些特点：
1.模型化方法的成功运用 当时物理学界提出过多个原子结构的模型，选择一个最科学的模型作为研究基础，这是取得成功的关键。玻尔发现卢瑟福模型将电子和原子核分离，使电子具有更大的活动范围，这就使得可以从电子的运动状态来考虑原子光谱问题，而且也有了将放射现象与化学现象分离的可能性。尽管卢瑟福模型在经典解释上遇到了困难，但玻尔已经看出经典理论的局限性。
2.善于综合各家之长 玻尔选取卢瑟福模型作为研究基础，但他并没有对其它模型简单地不屑一顾，而是从其它模型，主要是汤姆生模型中得到启发，将它们的优点成功地综合到自己新的原子模型之中。汤姆生模型中关于电子排列的思想给玻尔很大的启发，他由此想到在每种原子的各层轨道上运行的电子应有固定的数目，这个数目与元素在周期表上的位置相对应，并且最外层轨道上的电子数目决定了元素的化学性质。这就为当时物理学和化学中的一个难题即元素为什么各自具有不同的性质提供了一种解答。在如何处理原子结构与线状谱之间的关系问题上，他从英国科学家尼科尔逊写的一组讨论太阳结构和能量辐射的论文中得到启示，并把他的某些构想运用到原子光谱的解释上。从客观上来说，当时已出现的各种科学假说为玻尔提供了综合的坚实基础；从主观上来说，玻尔那种博采众家之长，兼容并蓄的综合方法，确是科学研究取得成功的重要因素。
3.大胆运用假说 假说是科学理论发展的思维形式，是人们根据已经掌握的科学原理和科学事实，对未知的自然现象及其规律性作出的假定性解释和预测。假说本身是理论知识的一种形态，可以说是一种“前理论”，它一旦经过检验而成立，便上升为科学定律或理论。显然，假说方法是科学认识从经验水平向理论水平上升所必需的工具。玻尔不囿于传统理论的束缚，敢于接受新的科学思想。他把普朗克的量子观念引入到原子结构中，提出了3条假说即能量状态的量子化假说、轨道量子化假说和能级跃迁假说。从这3条假说出发，他对氢原子模型作了理论上的定量计算，在氢原子线状谱的解释上取得了极大的成功。玻尔的研究使原子结构理论获得了突破性的进展。
四、科学精神的教育
科学活动，特别是自然科学活动，和其它人类活动相比较其基本的特征就是不断进步。哪怕在其它方面倒退的时候，科学却总是进步着！在人类认识自然、改造自然的艰难跋涉中，那些为科学而孜孜不倦的科学家都做出了巨大的贡献，他们的科学精神也给我们以深深的启迪和激励。
科学就是求真，就是探索事物的本来面目。我们从那些杰出的科学家身上都可以看到这样一种精神：敢于探索、不怕挫折、孜孜以求、追求真理、坚持真理、服从真理。托马斯·杨进行了双缝干涉的开拓性实验，在此基础上提出了他的干涉原理，却被保守势力指责为“荒唐”和“不合逻辑”。菲涅尔发展了光的波动理论，受到泊松的挑战，菲涅尔接受了这一挑战，用实验验证了这个理论结构。实验成了波动理论的精彩实证。美国物理学家密立根对爱因斯坦的光量子假说曾长期持怀疑态度，但学术上严谨的工作态度促使他用实验方法对光电效应规律作了深入的研究，最终以他精湛的实验技术得出精确结果，使他深信并宣布爱因斯坦光电效应方程“完全得到证实”。他在事实面前服从真理的精神是值得我们学习的。卢瑟福为提出核式结构模型、查德威克在发现中子的过程中，都做了大量的实验，进行了艰苦的工作。
另一方面，这些物理学大师们之所以在科学研究中作出前所未有的发现，创立出新的理论，更重要的是因为他们不被传统观念所束缚，不墨守成规，敢于开拓，敢于创新。科学思维的最可贵品质就是它的创新精神，它的生命力就在于科学思维的批判性。
1900年，普朗克为了解释黑体辐射实验提出了量子的概念，但他基本上还是一个保守型的物理学家，经典理论的束缚使他看不出量子概念具有更深远的革命意义。他为了把量子概念纳入经典理论的框架，进行了十多年徒劳无功的努力。正当普朗克站在他敲开的量子世界的大门口犹豫徘徊时，一个名不见经传的年轻人却毫无畏惧地闯入了量子论的神圣殿堂。1905年，26岁的爱因斯坦在德国权威杂志《物理年鉴》上发表了一篇题为《关于光的产生和转化的一个启发性观点》的论文。他在论文中明确提出了光（量）子的概念，不仅成功地解释了包括光电效应在内的一系列有关光的产生和转化的问题，从而大大推广了普朗克量子概念的应用范围，而且暗示着光既有波动性，又有粒子性，把两个看起来完全矛盾的概念统一在一个整体之中。用密立根的话来说，这确实是一个“大胆得不可思议”的设想。同样，玻尔的原子结构理论的成功之处也正是由于它突破了经典电磁学的理论框架，将量子概念引进到原子的运动中，而玻尔理论的局限性也正是在于它过多地保留了经典电磁学的概念。
科学的发展史表明，科学革命不仅仅是概念的变更，而且也应当是思维方式的变更。科学家只有具备一种崭新的思维方式，才能引导新理论不断突破旧传统的束缚而得到发展和完善。
还需要提到的是，许多杰出的物理学家，不仅在科学上贡献卓著，而且在他们身上还闪耀着优秀的人格品质的光辉。爱因斯坦是科学史上除牛顿之外无人可以比肩的一代巨星，他同时还是一位伟大的民主战士。他一生谦逊纯真、淡泊名利。他锲而不舍的探索精神、严谨务实的治学态度、鲜明公正的政治倾向和富于艺术家气质的风度，赢得了人们对他的爱戴，居里夫人在没有防护的条件下，从事了35年的放射性研究，健康受到严重的损害而死于白血病，但她开拓的放射医学却拯救了千万个癌症患者的生命，她崇高的献身精神为后人永远铭记。
每当我在课堂上结合教学内容向学生讲述这些科学史上的动人故事时，学生们总是听得聚精会神、为之动容，他们在为物理世界景象的瑰丽奇妙而惊叹的同时，也为物理大师的光辉业绩而心驰神往。
五、爱国主义教育
结合课文，向学生介绍我国科技工作者及华人科学家在物理基础理论方面所做的贡献，介绍我国在有关领域的科技成就，对学生进行爱国主义教育，激发他们的民族自豪感和爱国热忱，这方面的例子有：
我国物理学家钱三强、何泽慧夫妇，1946年在巴黎发现铀的三分裂和四分裂。
1957年在美的华人科学家杨振宁和李政道因否定宇称守恒定律，而获得1957年诺贝尔物理学奖。
1964年，我国成功地爆炸了第一颗原子弹，1966年成功地进行了核导弹试验，1967年，我国第一颗氢弹爆炸成功。
1966年以后，我国开始迅速发展核电站，在近十多年间相继建造了秦山、大亚湾两座大型核发电站。
1974年，华人科学家于肇中等发现了J/Ψ粒子。
1984年，“中国环流一号”（受控核聚变实验装置）顺利启动。
1988年10月，北京正负电子对撞机首次对撞成功，等等。
几千年前，我们的祖先就已经创造了灿烂的华夏文明，今天，在邓小平改革开放路线的指引下，科技兴国，教育兴国已成为人们的共识，为即将到来的21世纪的中国培养高素质的人才，是我们每个教育工作者的光荣职责，让我们重视素质教育，把素质教育落实到学校教育的每一环节中去。