物理教學(xué)中的哲學(xué)思考

帖運忠

【摘要】為了培養(yǎng)學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中的獨立思考能力和創(chuàng)新精神，本文通過物理學(xué)科的歷史發(fā)展和一些知識實例，給出了一些在物理教學(xué)過程中的哲學(xué)思考。

【關(guān)鍵詞】物理教學(xué)哲學(xué)問題物理研究步驟

物理，在中國的古代稱為格物致知，而在西方的古代則被稱為自然哲學(xué)。顧名思義，所謂物理學(xué)，就是研究宇宙中萬事萬物的產(chǎn)生、運動、演化以及消亡等過程中的一些道理的一門學(xué)問。由于研究者是我們?nèi)祟?，因而簡明扼要地說，物理研究的步驟應(yīng)該分為以下幾步：首先，人類通過自身的感官（比如眼睛、耳朵和鼻子等）或者通過基于一定原理所發(fā)明的探測器，來感覺或者探測周圍一些事物在運動、演化過程中所給出的信號。然后，通過人類的思維（比如根據(jù)以往的經(jīng)歷所得到的一些經(jīng)驗、理論等）來對這些信號進(jìn)行一定的抽象理解與解釋。最后，通過在一些新事物的類似的運動、演化過程中來驗證此解釋以及相應(yīng)的理論。在上述的三個物理研究步驟中，我們來談一談幾個哲學(xué)問題。

1.感性與理性

舉一個簡單的例子：古代的人無法理解海市蜃樓，或者水中的筷子為什么看上去是彎折的?，F(xiàn)在我們都知道，這是因為光在不同的介質(zhì)中運動會發(fā)生折射，折射的原因是為了最快地達(dá)到目的地（費馬原理[1]），而人類總是感觀地認(rèn)為光永遠(yuǎn)是走直線運動的。再比如說：古代人們感觀地認(rèn)為物體的質(zhì)量越大，自由下落時的速度就越大。這個觀點統(tǒng)治人類的思想長達(dá)幾百年，直到伽利略通過思想實驗和比薩斜塔的自由落體實驗才被打破[2]。由此可見，作為接受事物信息的工具之一的人類的感官，在很多時候是不可靠的。另一方面，我們知道基于一定原理的探測器等測量工具在有些時候也是不可靠的，因為任何測量都會對被測量物體產(chǎn)生影響[3]。此外，大家都知道出色的技術(shù)師都是通過各自的經(jīng)驗而非某個理論來打磨樣本（比如子彈頭等）的。那么，人們在具體研究物理問題的時候應(yīng)該怎樣取舍感觀的判斷與抽象的邏輯思維呢？

2.變與不變

眾所周知，現(xiàn)代物理學(xué)中的一個非常重要的概念就是對稱性[4]。與對稱性相對應(yīng)是守恒律，即很多物理量（質(zhì)量、能量、動量、角動量和重子數(shù)等等）在物體或者系統(tǒng)運動、演化的過程中都是不變的。而另一方面，我們又知道萬事萬物都是在運動和發(fā)展的。因為根據(jù)相對論理論，沒有物質(zhì)的運動就沒有時間和三維空間的存在[2]。世間萬物的一些屬性永遠(yuǎn)不會改變，而另外一些則無時無刻不在變化。究竟是什么在決定著這些呢？

3.表象與本質(zhì)

1687年牛頓提出力學(xué)三定律，隨后被拉格朗日、哈密爾頓等人以一種更為“本質(zhì)”的方式所代替（即分析力學(xué)）。20世紀(jì)初，量子力學(xué)的對應(yīng)原理將所有這些經(jīng)典力學(xué)放到了一個“表象”的地位，即認(rèn)為它們只不過是更基本的量子力學(xué)理論在宏觀世界的近似表示。另一方面，對于物質(zhì)結(jié)構(gòu)的問題，古往今來都是見仁見智。有人認(rèn)為物質(zhì)可無限分下去，而有人則認(rèn)為必定存在著組成物質(zhì)的基本粒子。但是事實上，從原子到原子核再到核子、夸克等，往往會出現(xiàn)“基本粒子”不基本的現(xiàn)象[5]。如此，我們應(yīng)該怎樣去判斷事物和物理規(guī)律的表象性和本質(zhì)性呢？

4.理想與現(xiàn)實

什么樣的理想才可能成為現(xiàn)實呢？很多學(xué)生在學(xué)習(xí)角動量的相關(guān)理論的時候都是通過以前所學(xué)的動量的相關(guān)知識來類比記憶和理解的。比如角動量類比動量、轉(zhuǎn)動慣量類比質(zhì)量、力矩類比力以及角速度類比速度等。然而，事實上很多東西是不能類比著去理解的。比如很多學(xué)生可能會認(rèn)為能跳一米多高的跳蚤，如果長成人那么高的話就可以跳幾十米甚至上百米高。但是通過簡單的量綱分析我們就會知道，這些都是不可能的。長人一樣高的跳蚤也只能跳一米來高[4]！另一方面，當(dāng)烏侖貝克和古茲米類比軌道角動量提出電子的自旋的時候，泡利曾以電子表面速度將大于光速而否定了此提議[6]。出人意料的是，自旋概念的提出竟然對原子物理及原子核物理的發(fā)展做出了根本性的改變。由此可見，人們將現(xiàn)有的理論進(jìn)行推廣的時候，一方面要考慮相應(yīng)的實際問題，另一方面還要敢于挑戰(zhàn)。這或許就是讓理想成為現(xiàn)實的參考？

如果我們在平時教學(xué)中經(jīng)常鼓勵學(xué)生們進(jìn)行諸如此類的思考的話，那么是不是他們就不僅可以很好地理解所學(xué)知識的本質(zhì)，還可以培養(yǎng)獨立思考和創(chuàng)新思維的精神呢？是否就可以擺脫高分低能呢？

參考文獻(xiàn)

[1]鐘錫華. 現(xiàn)代光學(xué)基礎(chǔ). 北京：北京大學(xué)出版社，2003.

[2]趙崢. 探索上帝的秘密. 北京：北京師范大學(xué)出版社，2009.

[3]朗道，栗弗席茲. 量子力學(xué)：非相對論理論. 嚴(yán)肅 譯. 北京：高等教育出版社，2008.

[4]趙凱華. 定性與半定量物理（第二版）. 北京：高等教育出版社，2008.

[5]盧希庭. 原子核物理（第二版）. 北京：原子能出版社，2000.

[6]楊福家. 原子物理學(xué)（第四版）. 北京：高等教育出版社，2008.