用物理文化潤澤學生的心靈

劉維寧

(江蘇省泗陽致遠中學 江蘇 宿遷 223700)

物理文化是以物理學工作者為中心、為創(chuàng)造源泉、為實踐者而向人類輻射的一種文化．是物理學在發(fā)展過程中，人與物理學的相互作用、社會與物理學的相互作用、技術與物理學的相互作用形成的．物理學史、物理思想、物理精神，以及人們對于物理學與社會、物理學與人類命運關系的認識等，均屬于物理文化．國家《基礎教育課程改革綱要》明確規(guī)定了課程的三維目標，即知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀．這表明物理教學不僅是物理知識技能的認知，更是心靈的喚醒，是物理文化對人之心靈深處的教育潤澤．所以，傳播物理文化是物理教師必不可少的責任．長期以來，中學物理教學過程過分偏重基礎知識和基本技能，忽視物理的歷史性、整體性、思想性以及人文性，造成物理課堂脫離豐富的文化基礎，被簡化成一系列單調(diào)的知識和技巧，完全扭曲了物理學原有的形象．因此，發(fā)掘物理文化潛在的教育價值，改善中學物理教學的面貌，是物理教育的一項重要使命．

物理文化教育應在學生學習知識與提高技能的過程中，引導他們深入領會物理學的科學方法與原則，感悟物理學思想與相應的科學理念，從而將物理內(nèi)容轉(zhuǎn)化為自身的智慧，在獨立、靈活地運用物理知識的同時，不斷豐富自己的精神世界．

1 物理學史——在教學過程中適時切入

物理學史主要包括物理知識產(chǎn)生的歷史背景和具體過程，物理思想發(fā)展的脈絡，物理學家的思想和成就等．在物理教學過程中適時切入有關內(nèi)容，能使學生更加全面和深入地理解當前所學的知識，領略物理學前輩的研究方法、物理思想和精神．切入時機的選擇可以在以下幾個階段.

(1)教學內(nèi)容的引入階段，沿著歷程介紹成果．如,講授“行星的運動”(人教版《物理·必修2》第六章第1節(jié))之前，可以先介紹古代關于天體運動的兩種不同觀念——“日心說”和“地心說”的產(chǎn)生背景，然后介紹哥白尼、第谷所做的努力，再介紹開普勒的研究成果——行星運動定律．

(2)教學內(nèi)容的結(jié)尾之處，通過回顧體會意義．如，講授“自由落體運動”(人教版《物理·必修1》第二章第5節(jié))之后，可簡要介紹人類對物體下落快慢問題的認識歷程，介紹亞里士多德的錯誤論斷及其產(chǎn)生背景、伽利略的猜想和實驗驗證．

(3)教學內(nèi)容的延伸和發(fā)展階段，營造環(huán)境幫助理解．如，講授“能量量子化”(人教版《物理·選修3-5》第十七章第1節(jié))，在講到黑體輻射的實驗規(guī)律時，可對黑體研究的背景資料和重要人物普朗克做簡單介紹，為量子化觀點的誕生做有助學生理解的鋪墊．

(4)某一單元開始前，以學生搜集有關歷史資料的方式切入．如，在“磁場”(人教版《物理·選修3-1》第三章)講授前，讓學生搜集與磁場知識有關的物理學家信息，有王充、奧斯特、特斯拉、安培、洛倫茲、阿斯頓等，讓學生與這些物理學家在思想上近距離接觸．

(5)某一單元結(jié)束以后，以搞專題活動的方式切入．如，在“電磁感應”(人教版《物理·選修3-2》第四章)講授結(jié)束后，以“偉大的法拉第”為題開一次研討會，讓法拉第積極進取、專注奮斗的工作態(tài)度，傾心科學、遠離名利的高尚品格，更加深刻地影響和感染學生的心靈．

這樣，不僅可以使學生了解到物理知識的產(chǎn)生與發(fā)展是源于人類對自然現(xiàn)象的觀察和自然規(guī)律的探究，體會一個物理結(jié)論誕生所經(jīng)歷的艱辛和曲折，還能使學生產(chǎn)生一種身臨其境的感覺，有效激發(fā)學生學習物理的興趣，引導他們逐步走進科學的大門，走上探究真理的道路．

2 物理思想——在教學過程中不斷滲透

物理思想是人類在創(chuàng)立和發(fā)展物理學理論的過程中，對物理學的科學知識、方法和原則進行概括而形成的科學認識．教學過程中如何滲透物理思想，可以從3個方面考慮.

(1)結(jié)合物理學形成和發(fā)展的過程傳輸積極的創(chuàng)新觀

物理思想在物理學理論創(chuàng)新和問題解決方面具有意識導向作用．以經(jīng)典力學為例，經(jīng)典力學的物理思想表明，力是產(chǎn)生加速度的原因，物體總有保持原來運動狀態(tài)不變的特性，力學規(guī)律在任何慣性參照系中形式具有不變性等．人們通過對經(jīng)典力學思想深入思考，進一步認識到物體的機械運動服從同一規(guī)律，從而形成規(guī)律性和統(tǒng)一性理念，即自然界的萬物運動都應存在統(tǒng)一的規(guī)律．物理學家在經(jīng)典力學思想的引導下，不斷探討物理學的其他問題，從而創(chuàng)立了熱力學、統(tǒng)計物理學和電磁理論等新的經(jīng)典物理學科．從這里可以看出，物理學形成和發(fā)展的過程，實際上就是一個探索和創(chuàng)新的過程．在物理教學中不斷傳輸這一理念，有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識．

(2)結(jié)合物理學與社會的相互作用成果傳輸正確的世界觀

物理思想深刻影響著社會的變革與發(fā)展．現(xiàn)摘取幾例.

1)哥白尼的天文觀——地球不是所有天體運動的中心，而是一個與其他天體相似的物體．“太陽在宇宙正中坐在其寶座上”．哥白尼的天文觀挑戰(zhàn)當時在西方占主宰地位的宗教觀，《天體運行論》不僅終結(jié)了地心宇宙論，更給狂妄的中世紀宗教以有力的一擊．

2)牛頓的世界觀——自然運動存在自身規(guī)律．在這種科學理念的啟示下，人們認識到人類社會也應有其自身的規(guī)律，人生來平等，人類社會的運行應以人為中心，照應個人利益是治理社會的基礎，任何政府唯一的宗旨就是保護人創(chuàng)造財富和享受自由．牛頓的世界觀引出了西方的平等觀，這一觀念對英國的光榮革命、歐洲的啟蒙運動、美國獨立宣言、美國的憲法和法國大革命均產(chǎn)生了深刻的影響．

3)熵的文化理念——熱力學理論用熵來闡述系統(tǒng)自發(fā)過程的不可逆性．熵對系統(tǒng)無序性本質(zhì)的揭示，啟發(fā)人們要慎重對待人類社會的發(fā)展與自然的和諧，應以自然和諧的方式提取生活所需的物質(zhì)能量，人不能超越于自然的自在演化規(guī)律來創(chuàng)造人類的文明，自然的法則才是人與自然和諧共存的根本，過分地強調(diào)人類社會的中心發(fā)展意識，反而會使人類社會受到更大的傷害．熵的文化理念驚醒了人們的環(huán)保意識．

對于正處于世界觀形成期的中學生來說，這些物理思想有助于他們正確認識人與宗教、人與社會、人與自然的關系，形成正確的世界觀．

(3)結(jié)合物理方法的介紹和運用傳輸科學的學習觀

物理思想是物理學理論體系的核心，是物理教育指向的根本．只有深入地領悟到物理思想的本質(zhì)，感悟到其中深厚的科學文化內(nèi)涵，才能夠較好地掌握物理知識和靈活地運用物理方法去解決實際問題．物理方法是物理思想的具體表現(xiàn)，也是開發(fā)創(chuàng)造思維的理論指導．中學物理教學中涉及很多物理方法，這里列舉幾例.

觀察法：在反復觀察大量的物理現(xiàn)象或?qū)嶒灥幕A上尋找規(guī)律．如平拋運動物體在豎直方向運動規(guī)律的確定(人教版《物理·必修2》第五章第3節(jié)“做一做”)．

實驗法：利用相關的儀器、儀表和設計的裝置，通過對現(xiàn)象的觀測，數(shù)據(jù)的采集、處理、分析后得出正確結(jié)論．如，探究加速度與力、質(zhì)量的關系(人教版《物理·必修1》第四章第2節(jié))．

極限法：利用臨界條件值作為解題思路的起點，設法求出臨界值，再進行分析、討論得出結(jié)果．如，在光滑的水平面上，一帶電小球A以速度v向一靜止的、帶同號電荷的小球B飛去，求兩球距離最近時A，B的速度(人教版《物理·選修3-5》第十六章第3節(jié)“問題與練習4”)．

類比法：通過對內(nèi)容相似、形式相似或方法相似的一類不同問題的比較來區(qū)別它們異同點的方法．如，電場和磁場的比較、動能定理和動量定理的比較．

等效法：在效果相同的前提下，把實際的、復雜的物理過程等效成理想的、簡單的過程來處理．如，研究力的合成與分解(人教版《物理·必修1》第三章第4，5節(jié))、運動的合成與分解(人教版《物理·必修2》第五章第2節(jié))．

理想化模型法：將復雜的物理過程、物理現(xiàn)象中最本質(zhì)具有共性的東西抽象出來，將其理想化、模型化，略去其次要因素和條件，研究其基本規(guī)律．如勻速直線運動、勻強電場、理想氣體等．

此外，還有分析法、控制變量法、圖表法、歸納法、逆向思維法等．

在物理教學中，物理方法的介紹過程就是物理思想的滲透過程，物理方法的運用過程就是物理思想的實踐過程．物理方法是提升學生思維能力的基礎，加強物理方法的學習和思維訓練，有助于學生思維能力的提高．因此，物理教學要把隱藏在物理學中的科學方法發(fā)掘出來，幫助學生努力掌握這些方法，引導他們盡情賞析物理思想的光輝，接受物理思想的滋潤，洞察物理學理性的奇思和感性的妙想，使學生同時獲得科學與人文的認知，達到全面提升學生文化素質(zhì)的目的．

3 物理精神——在教學過程中積極弘揚

物理精神是物理學對物質(zhì)、物質(zhì)結(jié)構(gòu)以及物質(zhì)運動的一般規(guī)律之真、善、美統(tǒng)一的執(zhí)著追求．在漫長曲折的歷史過程中，物理文化之所以能夠得以傳承和不斷發(fā)展，正是因為物理精神的內(nèi)在驅(qū)動．

物理學的形成，內(nèi)源于人類對自然界的好奇與探索，外源于人類生存和生產(chǎn)力的發(fā)展．前者是對未知世界之“真”的認識，是主觀符合客觀；后者則始終孕育著社會的“善”，是客觀符合主觀．其實這二者都是在人類的內(nèi)在精神追求和價值取向的驅(qū)使下形成的．由于物理學的研究對象決定了物理文化的最基本的功能是要實現(xiàn)對物質(zhì)、物質(zhì)結(jié)構(gòu)及物質(zhì)運動的一般規(guī)律之“真”的認識，當某種“真”的認識借助于技術并服務于社會，使廣泛的群體受益并接受，即表現(xiàn)為物理文化的“善”．而“真”與“善”在物理學體系本身以及在物理文化中實現(xiàn)統(tǒng)一時體現(xiàn)出一種獨特的“美”，即自身內(nèi)涵的和諧以及自身與外界一切相關事物的和諧與互補．

物理文化的核心因素就是追求物質(zhì)及其運動之真善美的統(tǒng)一．從古希臘先哲對物質(zhì)本原的探索到亞里士多德對力與運動關系的思考，從中國古代的“五行說”到墨家對力與運動的本質(zhì)的認識；從哥白尼的《天體運行論》的發(fā)表，到牛頓經(jīng)典力學體系得到公認；從普朗克量子論的建立，到愛因斯坦廣義相對論原理的問世；處處體現(xiàn)著這種精神，一代又一代物理學者在這種精神的激勵下不畏艱難，奮斗一生．為此，在物理教學中弘揚物理精神可以圍繞求真、向善和臻美3個方面開展.

(1)求真．在中學物理實驗教學中，學生在實驗中觀察到的現(xiàn)象、測量的數(shù)據(jù)、得出的結(jié)論，很可能跟預期不同、跟其他同學不同、跟已有的知識不同，這時教師務必要求學生遵守一個原則：實事求是，尊重事實．因為物理學是以實驗為基礎的科學，物理概念的形成、規(guī)律的實現(xiàn)、理論的建立，都有賴于實驗，其正確性要不斷受到實驗的檢驗．正如物理學家費曼所說：“不論你的想法有多美，不論你多么聰明，更不論你名氣有多大，只要與實驗不符便是錯了，簡簡單單，這就是科學．”可以這樣告訴學生,不同，可能是實驗設計問題，也可能是操作失誤，還可能導致新的發(fā)現(xiàn)，所以，要保留真實數(shù)據(jù)去認真分析，更要時刻保持一顆懷疑的心去勇敢探索，而這正是物理學“求真”精神之體現(xiàn)．

(2)向善．學習物理的根本意義在于應用，雖然中學階段的應用主要是解答一些具體問題，但從長遠來看是要為社會發(fā)展服務，為人類文明進步服務．無論是牛頓運動定律的建立使人類實現(xiàn)了遨游太空的夢想，法拉第電磁感應定律的得出讓人類進入了電氣化時代，還是麥克斯韋電磁場理論的應用使天涯變?yōu)榻彛幪師o不彰顯著物理學“向善”的精神．這一點在著名的物理學家身上尤能得到體現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)放射性元素鐳的居里夫人最終毅然將提煉所得的鐳獻給了實驗室，把它用于研究工作，并告誡女兒，“鐳必須屬于科學，不屬于個人．”后來她再次做出一項重大的決定，將諾貝爾獎金獻給法國政府，用于戰(zhàn)時動員，還親自帶著X光機上前線服務，幫助檢查傷病員．教學中如果能積極引導，會使學生不斷感悟到物理學的“向善”精神進而轉(zhuǎn)化為自身的素養(yǎng)．

(3)臻美．物理學的美需要在物理文化層次上去審視．和諧美——八大行星圍繞太陽在各自的軌道上愉快運行，開普勒認為宇宙的“數(shù)學和諧”是行星運動的根本原因；統(tǒng)一美——麥克斯韋將唯象的電磁規(guī)律統(tǒng)一為理論方程，反映了電磁運動的對稱性，揭示出電磁運動互為因果的和諧性．電、磁與光運動屬性的統(tǒng)一描述，使我們認識到自然內(nèi)在的和諧與統(tǒng)一性．“從那些看來與直接可見的真理十分不同的各種復雜的現(xiàn)象中認識到它們的統(tǒng)一性，那是一種壯麗的感覺”(愛因斯坦)；色彩美——牛頓三棱鏡實驗將白光分解成五顏六色，如同彩虹一樣艷麗；對稱美——作用力和反作用力、正電荷與負電荷、磁體的南極和北極，這些嚴格的對稱現(xiàn)象向我們展示著一種特殊的魅力；簡潔美——愛因斯坦把復雜隱秘的、以光速運動物體的質(zhì)能關系用一個簡單漂亮的數(shù)學公式E=mc2表達得質(zhì)樸無華．物理學因其內(nèi)在的和諧理論構(gòu)架與奇妙想象而具有極大的美學感召力，在物理教學過程中，我們要站在文化的視野中去審視物理學，在物理文化演進的靜態(tài)與動態(tài)交織畫面中，引導學生關注物理學的文化結(jié)構(gòu)，進行文化審美的思考與欣賞，將高雅的審美思想融入到理性思維，追求人文關懷，便可使學生感悟到物理學“臻美”的精神實質(zhì)所在，領悟到物理學的思想、方法和知識技能的美麗光輝，感受到物理學的科學精神對人生與社會的種種有益啟示，促進情感完美和諧，完善審美情操，健全人性品格．

參考文獻

1 解世雄.物理文化論.重慶：西南師大出版社，1996

2 厚宇德.物理文化與物理學史.成都：西南交通大學出版社，2004