例析物理課堂教學與哲學思想的滲透整合*——以“萬有引力與航天”一章為例

陳長宏系甘肅省教育科學“十二五”規(guī)劃課題研究成果，課題批準號：[2014]0445

(酒泉市第一中學　甘肅 酒泉　735000)

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例析物理課堂教學與哲學思想的滲透整合*——以“萬有引力與航天”一章為例

陳長宏**系甘肅省教育科學“十二五”規(guī)劃課題研究成果，課題批準號：GS[2014]GHB0445

(酒泉市第一中學甘肅 酒泉735000)

摘 要：在“萬有引力與航天”課堂教學中滲透哲學思想，幫助學生逐步樹立正確的世界觀，掌握科學的方法論．促進學科間的滲透整合，促進學生的全面發(fā)展．

關(guān)鍵詞：物理教學哲學思想滲透整合萬有引力

物理學作為一門自然科學，是學習哲學的資源；同時，哲學又是學習物理的工具．物理教學中滲透哲學思想，引導學生理解物理中的哲學思想，不僅有助于提高學生分析物理問題的能力，而且有助于提高解決物理問題的能力．

下面以“萬有引力與航天”的教學為例，分析物理與哲學教學滲透整合的一些做法．

1人們對真理的認識是一個曲折漫長過程

人類對世界的認識是一個實踐—認識—再實踐—再認識循環(huán)辯證發(fā)展的過程，是螺旋式曲線上升的過程．認識在此過程中被不斷修正、豐富、最后逐漸逼近真理．

“地心說”統(tǒng)治西方對宇宙的認識長達1 000多年，直到16世紀，“日心說”推翻了長期以來居于宗教統(tǒng)治地位的“地心說”，實現(xiàn)了天文學的根本變革．第谷的實際觀測為哥白尼的“日心說”提供了關(guān)鍵性的支持．開普勒從“行星繞太陽做勻速圓周運動” 開始思考問題，到對火星的軌道“70余次嘗試所得結(jié)果與第谷的觀測數(shù)據(jù)至少有8′的角度偏差”．由此對“人們長期以來視為真理的天體運動遵循完美的勻速圓周運動”產(chǎn)生了懷疑，提出了著名的開普勒行星運動定律．

由人們對天體運動規(guī)律的認識這一過程可以看出，認識真理的過程并不是一帆風順的．對事物的認識常需經(jīng)歷一個不斷修正和完善的過程，是一個曲折漫長的過程．真理永遠不會停止前進的步伐，真理在發(fā)展中不斷的否定自我、超越自我．真理的追尋者應(yīng)該與時俱進、開拓創(chuàng)新，用發(fā)展的眼光在實踐中發(fā)現(xiàn)和認識真理．

2運動是物質(zhì)的固有屬性

自然界的一切事物都處在永不停息的運動和變化之中，不存在脫離運動的物體．

“地心說”最初的觀點是地球是宇宙的中心、是靜止不動的，之后“日心說”則認為太陽是宇宙的中心、是靜止不動的．開普勒行星運動定律指出太陽也并非宇宙中心，行星繞太陽的運動并遵循開普勒定律．

天體都是運動的并且遵循一定的規(guī)律，規(guī)律是客觀的、普遍的．并且人們可以認識規(guī)律、把握規(guī)律、研究規(guī)律、利用規(guī)律．比如利用開普勒第三定律，計算哈雷彗星下一次出現(xiàn)在地球附近的具體時間．

世界上的一切物體都處在運動變化之中，并且有規(guī)律可循．故而運動是物質(zhì)的固有屬性．

3世界是普遍聯(lián)系的

唯物辯證法認為世界上的一切事物都與周圍事物存在著各種聯(lián)系．聯(lián)系具有客觀性、普遍性的特點．

萬有引力定律指出：自然界中的任何兩個物體都相互吸引，引力的方向在它們的連線上，引力的大小與物體的質(zhì)量m1和m2的乘積成正比，與它們之間距離的二次方成反比．即

可見，聯(lián)系是普遍的，宇宙中的一切物體，大到天體之間、小到原子與分子之間都存在著萬有引力，萬有引力的發(fā)現(xiàn)有力地證實了事物之間都存在著普遍聯(lián)系，世界是一個普遍聯(lián)系的有機整體，沒有任何一個事物是孤立存在的．

4實踐是檢驗真理的標準

實踐不僅是檢驗真理的標準，而且是唯一的標準．萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)揭示了萬物間的普遍聯(lián)系，萬有引力定律從最初牛頓的猜想到真理也經(jīng)歷了實踐的檢驗．

“月-地檢驗”的目的是為了驗證地面上的物體所受地球的引力與地球吸引月球、太陽吸引行星的力是同一性質(zhì)的力．已知月球的環(huán)繞地球運動的周期T=2.36×106s，月地距離r=3.84×108m，從運動學角度可計算月球的向心加速度

物體放在月球軌道上，其向心加速度為an2，an2和地面上的重力加速度g的關(guān)系應(yīng)為

進而從動力學角度也可以計算出

結(jié)果表明地面上物體所受地球的引力與地球吸引月球、太陽吸引行星的力遵從相同的規(guī)律，即萬有引力定律．此外，“筆尖下”發(fā)現(xiàn)行星——海王星，也有力地證實牛頓力學和萬有引力定律的成功．

5影響事物的主要因素和次要因素

影響事物的因素可分為主要因素和次要因素．主要因素在引起結(jié)果發(fā)生的諸因素中起主導和決定作用．次要因素在引起結(jié)果發(fā)生的諸因素中起非主導和非決定作用．物理學中許多問題的處理就是突出了影響問題的主要因素而忽略了次要因素．

由開普勒行星運動定律可以得出：“行星在近日點的速率大于遠日點的速率”．但行星軌道的半長軸和半短軸之差遠遠小于其半長軸和半短軸，屬于次要因素，在實際處理天體運動時，忽略這個次要因素，將其軌道近似看成是圓，那么天體的運動則看成是“完美的勻速圓周運動”．

地球表面的物體所受重力是萬有引力的一個分力，而萬有引力的另一個分力提供了地球表面的物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心力，經(jīng)計算得赤道上物體隨地球自轉(zhuǎn)做勻速圓周運動的向心加速度an≈0.034 m/s2，遠遠小于赤道上的重力加速度，屬于次要因素，故而提供物體向心力的這個分力可以忽略，認為在地球表面，物體受到的重力就等于萬有引力．

近地衛(wèi)星在地球表面繞地球做勻速圓周運動．衛(wèi)星離地的高度h遠遠小于地球半徑R，屬于次要因素，故而可近似認為近地衛(wèi)星的軌道半徑r等于地球的半徑R．第一宇宙速度的推導也用到該近似關(guān)系，在地球表面平拋一物體，當萬有引力恰好可以提供其做勻速圓周運動的向心力時，即

可得

突出影響事物的主要因素而忽略次要因素的方法在物理學中稱為理想化方法，而這種從實際物理問題中抽象出來的被理想化了的研究對象稱為理想模型．采用理想化方法抽象出理想模型的例子在物理學中不勝枚舉．

6量變和質(zhì)變的關(guān)系

量變和質(zhì)變是事物發(fā)展過程中兩種不同的狀態(tài)．事物的發(fā)展總是從量變開始的，量變是質(zhì)變的必要準備，質(zhì)變是量變的必然結(jié)果．

在地球上發(fā)射人造天體，當其離開地球的發(fā)射速度小于第一宇宙速度v1時最終會落回地面；當發(fā)射速度達到v1時脫離地球表面做勻速圓周運動成為近地衛(wèi)星；當發(fā)射速度大于v1而小于第二宇宙速度v2時，人造天體將繞地球做橢圓形軌運動，并且發(fā)射速度越大，橢圓形軌道越扁；當發(fā)射速度大于v2時，人造天體將脫離地球成為太陽的人造行星；當發(fā)射速度超過第三宇宙速度v3時，人造天體就擺脫太陽的束縛，脫離太陽系運動到太陽系之外的宇宙空間．

量變引起質(zhì)變，發(fā)射速度的改變引起人造天體最終軌道位置的改變．任何事物量變的積累都會引起質(zhì)變，量變的積累會引起質(zhì)變的飛躍．

7真理是相對的

真理都是有條件的．任何真理都有自己適用的條件和范圍，如果超出了這個條件和范圍，只要再多走一小步，真理就會變成謬誤．物理理論也不是絕對的真理，有其適用的條件和范圍．

受時代的局限，牛頓創(chuàng)立的經(jīng)典力學的基本概念和基本原理存在著固有的局限性，主要表現(xiàn)在：經(jīng)典力學定律只適用于宏觀低速世界，對于可與光速相比的高速情況和微觀世界的適用問題，當時沒有涉及也不可能涉及．

萬有引力理論無法解釋水星進動現(xiàn)象，這表明萬有引力理論本身遇到了不可克服的困難．只有新的引力理論出現(xiàn)，才可能消除理論和實踐觀測間的矛盾．

真理的探求是一個過程，要堅持真理，但要看清真理成立的條件，任何客觀真理都是絕對性和相對性的統(tǒng)一．任何真理性的認識都是從相對真理向絕對真理轉(zhuǎn)化過程中的一個環(huán)節(jié)．

8結(jié)語

物理教材中蘊含著豐富的哲學思想，可以說，物理是學習哲學的資源，哲學是學習物理的工具．用哲學學物理，引導學生形成辯證唯物主義的世界觀、方法論．物理與哲學教學的滲透整合，有助于激發(fā)學生學習物理知識的興趣；有助于提高學生分析物理問題的能力；有助于拓寬學生解決物理問題的途徑．物理與哲學教學的滲透整合，落實了教學的三維目標；提高了學生的科學素養(yǎng)；奠定了學生終身發(fā)展的堅實基礎(chǔ)．

(收稿日期：2015-06-04)