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一堂物理实验课的收获与启示

2021-01-29李芷辛吴颖华李新梅

实验室研究与探索 2021年10期
关键词:玻尔弗兰克赫兹

李芷辛,吴颖华,何 彪,李新梅

(中南大学a.湘雅医学院,b.物理与电子学院,湖南长沙 410083)

0 引言

2019 年下学期,我们班有一门必修基础课程——大学物理实验。上课之前,大家对该门课程并没有太多的了解,对课程目标、教学要求之类的问题更缺乏深入的思考。但是,在学习的过程中,有一堂实验给我们留下了深刻的印象,让我们获益匪浅,该实验就是“弗兰克-赫兹实验”。实验的学习内容主要是原子激发电位的测量方法、测定氩原子的第一激发电位,并证明原子能级的存在。然而,让我们印象深刻、最受启发的并不是实验本身,而是实验之外几个插曲深深地引发了我们的思考。

对于实验教学,通常情况下老师都会直入主题,介绍实验原理、操作步骤、数据处理方法等相关的内容,但此堂课老师却一反常态,在大致介绍了该实验的设计思想之后,花了相当的时间介绍实验的历史背景,还在教学过程中穿插介绍了纪伯伦先生的一首小诗——“我的心曾经悲伤过七次”[1]。最后,考虑到我们是医学专业的学生,还提及到了医学伦理方面的问题,让我们去查阅经典的“希波克拉提斯誓言”[2]。对于这些实验之外的内容,我们原来都认为是无关紧要的,最初还觉得有些茫然和反感,然而,正如那句古诗所说的——“功夫在诗外”,在对这些内容做了深入的了解之后发觉,正是这些“无关紧要”的内容引发了我们更深入的思考,对我们的影响远远超过了实验本身。

1 听一个故事,了解一段历史

在实验课开始之前,我们照例进行了预习,通过阅读教材[3]和文献[4-5],了解到玻尔在1913 年提出了关于氢原子理论的几个假设[6],弗兰克和赫兹是1914 年完成他们的实验[7],并且弗兰克-赫兹实验是第一个证实玻尔假设中关于原子存在能级的实验,所以我们就自然地认为弗兰克和赫兹是为了证明玻尔的假设而设计了该实验,实验结果证明了玻尔的假设是正确。初一看去,玻尔提出其假设是那样的轻而易举,好像是天才的灵光一现,弗兰克和赫兹的实验又是那么的顺理成章,仿佛是探囊取物般的信手拈来。事实果真如此吗?答案是否定的,在上课之时,老师特意问了“弗兰克和赫兹是不是为了证明玻尔的假设而设计了该实验呢?”全班同学没有一个可以给出确切的答案,只有部分同学一脸茫然的回答“是”。接下来老师花了相当的时间讲了一个故事,介绍了玻尔提出氢原子理论假设的过程[6-9]以及弗兰克和赫兹设计该实验的初衷,并且要我们去查阅相关的物理学史文献[10],还特意推荐了戈革先生的文章“伟大的三部曲”[11]。通过老师的介绍,我们了解到玻尔提出假设时所做出的艰苦卓绝的努力以及他大海般宽阔的胸襟、独特的人格魅力、高尚的家国情怀,并且进一步了解到一代物理学宗师是如何带领一帮年轻人在物理学的荒原披荆斩棘,开拓出了一片沃土,创建了著名的哥本哈根学派;同时我们也了解到弗兰克和赫兹并非为了证明玻尔的假设而设计了该实验,他们的目的很单纯,只是为了测量汞原子的电离电势。对于弗兰克和赫兹的实验结果,玻尔慧眼识珠,重新诠释了其实验结果。有趣的是,弗兰克和赫兹并不认可玻尔的解释,他们之间就此展开了一场长达5 年的争论[12],直到1919 年,改进的弗兰克-赫兹实验获得的实验结果支持了玻尔的解释,弗兰克和赫兹才重新审查自己当年的论文。

通过听一个故事,我们了解了一段科学历史,而这是我们常常在学习时容易忽视的。通过对科学发展历史的了解[10,13],我们认识到科学的进展并不总是一帆风顺的,而是充满了艰辛和曲折,这为我们加深知识的理解,培养思维能力是不无裨益的。

2 读一首小诗,点亮一盏心灯

在本次实验课上,老师给我们每个同学布置了一个与实验有关的课外探索任务。一开始,大家都表现出畏难的情绪,甚至还有部分同学发出了“嘘声”。但老师好像是有备而来,立即在屏幕上打开一个文档,同时说道:“我这里有一首小诗,把她推荐给大家,读完之后,你们再决定是否接受该任务。”随后我们看到屏幕上出现了黎巴嫩诗人卡里·纪伯伦的诗歌——“我的心曾经悲伤过七次”。“第1 次,当它本可进取时,却故作谦卑;第2 次,当它在空虚时,用爱欲来填充;第3次,在困难和容易之间,它选择了容易;……”。我们原来对纪伯伦了解甚少,更没有读过这首诗,当我们第一次读完该诗歌时,尽管还没有完全领悟其深刻的内涵,但心灵似乎有所触动,原本喧哗的教室一下安静了下来,大家都不再讨价还价,愉快地接受了任务。

课后,我们反复朗读该诗,品味其中意蕴,并进一步去了解诗人的人生经历[14]。渐渐地,我们觉得这不仅是一首诗,而是一盏可以点亮心灵的明灯,是漫漫人生路上的灯塔,指引着人们前进的方向。人生没有回头路,有些人一生追求卓越,历经艰险,生命之花开得如此绚丽;有些人不停地回避与退缩,留下太多的遗憾。生命尽头,蓦然回首,成功也好,失败也罢,往往都只取决于我们心灵一刹那间的抉择。“悲伤”一词包涵了太多的失望与遗憾、追悔与痛惜,单看每一次悲伤都只是外界对内心的一次撼动,引发的不过是短暂的波澜,而当7 次悲伤陈列于一起,彼此之间藏有太多的放弃和无奈,悲伤愈演愈烈,像是一把刺入心灵的刀。于是,中年人或老年人读这首诗,会觉着这是一面镜子,勾连起人生的种种经历,串联起曾经的希望与梦想、努力与放弃。而青年学子品读该诗,似是一种指引与激励,在宇宙之间生命如此渺小,但因为有一颗坚韧的心,人类才变得伟大。生命旅途中,追求真、善、美的道路总是苍茫而迢迢,老师希冀我们永怀进取之心;希冀我们耐得住寒窗苦读,懂得自律;希冀我们迎难而上,在困难面前不当逃兵;希冀我们敢于承认错误、磨砺坚毅内心、保持纯洁善良,不因浮名浮利而忘却初心。

作为刚入大学不久的学生,有幸能在一次实验课上读上这首小诗,这不仅是老师的期待与希望,更是今后人生之路的一盏心灯,让我们始终砥砺自身,学会从容平静,心藏温柔却不失坚毅,不会在陷入生活的泥沼时再畏首畏尾,彷徨无计。

3 宣读一个誓言,彰显人间大爱

在实验即将结束时,老师提到:“作为医学专业的学生,未来的白衣天使,在未来的职业生涯中,有一个问题是你们必须时刻考虑的,那就是医学伦理。对于此问题,也许有专门的课程来探讨,在这里,我给你们介绍一则宣言——《希波克拉提斯誓言》,希望你们课后仔细去读一下该誓言,并且去了解一下其发展的历史。”我们当时觉得既新奇又诧异,新奇的是我们第一次听说此誓言,诧异的是在一次物理实验课上居然会提及医学伦理问题。课后,我们了解到《希波克拉提斯誓言》已经有两千多年的历史,作为医学伦理的鼻祖,尽管历经多次修改,但其精华至今未变。作为一个医学专业的学生,第一次读到该誓言时,心中顿感热血沸腾,深切地感受到该宣言不仅仅是停留在纸上的口号,更是饱含着医生对解除病人痛苦、造福全人类的责任与担当,彰显了医生无私奉献的人间大爱之情。

在写作此文之际,正值新冠病毒肆虐之时,大量的医护人员从全国各地紧急驰援湖北。他们是勇敢的逆行者,面对病人,他们是天使;面对疫情,他们是战士。此时,作为医学院的学生,再一次重温《希波克拉提斯誓言》,除了心潮澎湃、热血沸腾,更多了一份感动和感恩。大灾大难面前,人的生命如此脆弱,面对危险,没有人生而无畏,但我们可爱的白衣天使们是那样的勇敢和坚毅,“不计报酬,无论生死”是他们临行前的誓言。是什么力量让他们的逆行如此坚定?想必肯定是医神“阿波罗·埃斯克雷彼斯”给了他们勇气和力量,是他们在跨入医学职业生涯时曾经宣誓过的《希波克拉提斯誓言》。

4 掩卷沉思,收获与感悟

课后,我们还在思索,一堂物理实验课,老师既讲历史故事,又读诗歌,还讲医学伦理问题,到底是老师一时兴起还是早有“预谋”呢?这些看似与课程不相关的内容有何深意呢?对此,思绪再三,略有启发。入学之初,我们以为在大学就是为了学习科学知识与技能,为今后的职业生涯做准备。现在看来,知识之外,还有一些无形之物比知识本身更重要,她将永远流淌在我们的血液中,使我们终生受益。爱因斯坦曾经说过:“当你把学过的知识都忘掉了,剩下的就是教育。[15]”是的,若干年后,我们会忘记大学阶段学过的许多知识,但大学的经历将镌刻于心。就如这次实验课,我们迟早会忘记具体的内容,但是,有一种精神与情怀已融入我们生活中,终生不忘。我们不会忘记玻尔的睿智、谦逊与伟大的爱国情怀,不会忘记弗兰克和赫兹追求真理的科学精神,不会忘记诗人平淡的文字间流露出的人生哲理与智慧之光,不会忘记希波克拉提斯悬壶济世、致力于解除人间痛苦的铮铮誓言。这些鲜活的历史人物,他们的精神,宛如一股股涓涓细流,沁人心脾,让人心旷神怡。

对于大学本科教育,德雷克·博克先生在《回归大学之道》[16]一书中列举了8 个目标,包括表达能力、思维能力、道德推理能力、公民意识、适应多元文化的素养、全球化素养、广泛的兴趣、为就业做准备。培根曾经说过:“读史使人明智,读诗使人灵秀,数学使人周密,物理使人深刻,伦理学使人庄重,逻辑修辞使人善辩。[17]”在一次物理实验课上,老师将历史、诗歌、物理、伦理通过讲故事的方式呈现在我们面前,让我们在一种轻松愉悦的氛围中探索自然奥妙、品味人生哲理、感悟人间大爱,更让我们思索大学教育的目标与真谛,这对我们今后的学习与生活都是不无裨益的。

5 结语

曾经听湖南师范大学前校长张楚廷先生说过,在大学,一切皆为课程,校园的花草树木、人文景观、名家讲座等都可以说是课程或课程的一部分。一次实验课上的几个花絮,毫无疑问成为了这堂实验课让人最受启发的部分,不仅让课堂气氛轻松活跃,还能引导我们思考一些更深层次的问题。作为在校的大学生将一堂实验课的体会与感悟在此与大家分享,以便与老师和同学们交流,同时,我们也希望这样的集知识传授、人文教育、能力培养于一体的课堂越来越多。

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