挖掘物理教材 培育科學(xué)精神

夏小雅

【摘 要】科學(xué)精神是熱愛科學(xué)，執(zhí)著奉獻，追求真理，嚴謹求真。要在物理教材中進行理想信念、愛國情操、科學(xué)品質(zhì)、求實精神等創(chuàng)新品質(zhì)的培養(yǎng)，教師在教學(xué)過程中，就要深入挖掘教材，通過科學(xué)的教學(xué)方法，實現(xiàn)預(yù)期的教學(xué)目標。

【關(guān)鍵詞】物理教材；科學(xué)精神；科學(xué)方法

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1671-0568（2017）30-0133-02

一、利用自然學(xué)家追尋真知的奮斗歷程培育科學(xué)態(tài)度

科學(xué)之路曲折坎坷，科技史上的點滴進步都是自然科學(xué)家經(jīng)過艱苦卓絕、鍥而不舍的努力奮斗換來的?？茖W(xué)家有著不愿與眾同流的堅持和孤獨，有著對高遠理想的向往、期盼、等待和追尋，飽嘗了追尋中的風霜、冷清、蒼茫和寂寞，甚至不惜以生命為代價，正所謂“昨夜西風凋碧樹，獨上高樓，望盡天涯路”。他們的奮斗歷程、成功經(jīng)驗都是無盡的寶藏，是進行德育滲透的好教材。

恩格斯說過，自然科學(xué)“在普遍的革命中發(fā)展著，而且它本身就是徹底革命的，它還得為爭取自己存在的權(quán)利而斗爭。”在教會神學(xué)桎梏人們的思想，地心說被奉為“真理”時，哥白尼發(fā)表了《天體運行論》，發(fā)起對教會的挑戰(zhàn)，使科學(xué)從神學(xué)中解放出來，引起了人們在宇宙觀上決定性的變革。為宣傳哥白尼學(xué)說，布魯諾備受迫害，流亡囚禁都不能使他屈服，他說過，“為真理而斗爭是人生最大的樂趣”“我愿為殉道而死”。1600年他被燒死在羅馬的鮮花廣場；伽利略被宗教法庭缺席審判，終身監(jiān)禁；開普勒受盡迫害，慘死他鄉(xiāng)……但科學(xué)終將以無可阻擋之勢奮勇前行，1889年鮮花廣場樹立起了布魯諾銅像。

物理學(xué)發(fā)展史是一部記錄科學(xué)成果的歷史，是科學(xué)家的奮斗史。在教學(xué)過程中，如果用科學(xué)家的人格魅力與忘我精神、對理想和信念的執(zhí)著追求鼓舞、感染、激勵學(xué)生，將有助于培養(yǎng)他們堅強勇敢、尊重合作的人文品質(zhì)和對善良與邪惡、正義與殘暴、公正與偏狹、光榮與恥辱的價值判斷，使之相信科學(xué)、熱愛科學(xué)、崇尚科學(xué)，確立人生目標，升華理想與信仰，讓人生有追求、有夢想、有精神支柱、有力量源泉，在不斷戰(zhàn)勝自己的惰性、煩惱和痛苦中實現(xiàn)自身價值。

二、利用物理學(xué)家探求真理的成功經(jīng)歷培育科學(xué)方法

科學(xué)方法是獲得科技成果的重要條件，巴甫洛夫告訴我們：“重要的是科學(xué)方法、科學(xué)思想的總結(jié)?！蔽覀円粩嗫偨Y(jié)、提煉別人成功的方法，并將之轉(zhuǎn)化為自己的?？茖W(xué)方法的教育和訓(xùn)練是提高我們的智力水平，培養(yǎng)科學(xué)素質(zhì)、人文素養(yǎng)、創(chuàng)新品質(zhì)的重要途徑。

物理在人類發(fā)展的任何時期，從蒸汽機時代到電氣化時代，到核能時代都對推動社會發(fā)展起到了重要作用，其間形成了豐富而深奧的科學(xué)方法。從伽利略的斜槽實驗到牛頓的“天地間力學(xué)規(guī)律”的統(tǒng)一；從力的合成到并聯(lián)電路總電阻的等效思想；從奧斯特的“電生磁”到安培的分子電流假說，再到法拉第的電磁感應(yīng)現(xiàn)象；從原子結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)到量子力學(xué)的建立等，都對物理學(xué)、自然科學(xué)甚至社會科學(xué)的研究有較大影響，對我們獲得科學(xué)研究能力有一定的啟迪作用。

伽利略最先研究了慣性運動和落體運動的規(guī)律，他堅持“自然科學(xué)書籍要用數(shù)學(xué)來寫”：物理學(xué)是“被寫在一本展現(xiàn)在我們面前的大書——宇宙之中”。宇宙這本書是用數(shù)學(xué)語言寫成的，符號是三角形、圓形或其它幾何形狀。他倡導(dǎo)實驗和理論計算相結(jié)合，用實驗檢驗理論的推導(dǎo)，對科學(xué)研究具有重大的指導(dǎo)意義。

開普勒堅信宇宙的“自然秩序的簡單”“奇妙的對稱”“和諧的美”，他對數(shù)的和諧和完美的追求使其歸納出行星運動三大定律。當他歷經(jīng)坎坷相繼發(fā)表《新天文學(xué)》《世界的和諧》后，他欣喜地說：“這正是我16年來強烈希望要探求的東西……認識這一真理，超出了我最美好的愿望”。人們從中受到啟發(fā)：知識只能從理智的發(fā)明同觀察到的事實兩者的比較中得出。

麥克斯韋具有高超的數(shù)學(xué)理論水平和邏輯推理能力，他完成了對電磁現(xiàn)象及其規(guī)律的綜合，建立了電磁場理論的完整體系，發(fā)現(xiàn)電磁作用是通過電磁場以光速傳遞的。這一理論從超距作用過渡到以場為基本變量，其簡潔的數(shù)學(xué)形式中蘊藏著完美的對稱結(jié)構(gòu)：電場和磁場的對稱性、時間和空間的對稱性，構(gòu)成了新型定律的典范。

愛因斯坦創(chuàng)立了相對論，對發(fā)展量子論做出了貢獻。他不滿足于現(xiàn)成的結(jié)論，不墨守成規(guī)，“我沒有什么特別的才能，只是喜歡窮根究底地追問罷了”“保持了對自然界表示‘詫異的能力”，這可貴的創(chuàng)新品質(zhì)使他開創(chuàng)了物理學(xué)的黃金時代，并在很大程度上加速了20世紀科學(xué)前進的過程。

華裔物理學(xué)家朱棣文認為：科學(xué)的最高目標是不斷發(fā)現(xiàn)新東西，要學(xué)會用與別人不同的思維方式、別人忽略的方式來思考問題，這就需要具備創(chuàng)新品質(zhì)。成功者必然有成功的理由，實驗、數(shù)理結(jié)合、對稱、推理等方法在提出并應(yīng)用之初無不具有原創(chuàng)精神和創(chuàng)新意識。這就是不走尋常路，不迷信權(quán)威，敢于質(zhì)疑已有的結(jié)論，堅持用實驗檢驗真理，對實驗過程中的任何現(xiàn)象都要設(shè)法尋求合理的解釋，并能敏銳地從新穎、獨特、與眾不同的視角創(chuàng)造性地解決問題。我們?nèi)缒芾靡延械闹R和技能來發(fā)現(xiàn)獲取新的知識和技能，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，更多地了解科學(xué)家研究和發(fā)現(xiàn)的時代背景及艱辛過程，就必將受益匪淺，從而領(lǐng)會、領(lǐng)悟科學(xué)方法，增長智慧。

三、利用物理學(xué)事實培育辯證唯物主義觀

物理知識本身就具有很強的辯證唯物性，它清晰地體現(xiàn)了自然辯證法則。實踐證明，用辯證唯物主義的觀點和方法，能幫助學(xué)生樹立科學(xué)的世界觀、人生觀和價值觀。

1. 世界的物質(zhì)性

通過觀察、實驗，表明力是物體間的相互作用，力不能脫離物體而單獨存在，并認識力的物質(zhì)性。通過電場、磁場表現(xiàn)的物質(zhì)屬性，可以認識場的物質(zhì)性。這樣，學(xué)生在原子結(jié)構(gòu)的初步認識中，就可以直觀了解物質(zhì)是能無限分割的。

2. 物質(zhì)是運動的，運動形式是多樣的

各種運動形式相互依存、相互轉(zhuǎn)化。分子熱運動、電磁運動、光的運動及原子內(nèi)部的運動等都是物質(zhì)運動的特定形式，是絕對的，而機械運動的描述則是相對的。動量守恒定律反映了在物體動量轉(zhuǎn)移過程中，系統(tǒng)總的動量保持不變，反映了自然界中物質(zhì)運動不變的普遍規(guī)律。能量守恒和轉(zhuǎn)化定律說明，如機械能、熱能、光能、化學(xué)能等可以按一定的量度關(guān)系互相轉(zhuǎn)化，而在轉(zhuǎn)化過程中，總的能量保持不變，并且這種轉(zhuǎn)化是無限的、永恒的、永不停止的。endprint

3. 對立統(tǒng)一規(guī)律

原子是帶有正負電荷粒子的統(tǒng)一體；分子間存在著引力和斥力；力學(xué)中的作用力和反作用力既對立又統(tǒng)一；電磁波的形成是變化電場與變化磁場對立統(tǒng)一的結(jié)果；牛頓第二運動定律反映了力、質(zhì)量、加速度之間對立統(tǒng)一的辯證關(guān)系……對立統(tǒng)一規(guī)律是普遍存在的；發(fā)展是對立面的統(tǒng)一和斗爭；對立統(tǒng)一是物質(zhì)運動的屬性，事物發(fā)展的原因就是內(nèi)部矛盾的結(jié)果。

4. 質(zhì)量互變規(guī)律

事物的變化總是從量變開始，量變到一定程度一定會引起質(zhì)變。物態(tài)變化過程，說明溫度的變化是數(shù)量變化，當變化到熔點或沸點時，引起物質(zhì)發(fā)生物理性質(zhì)的變化；透鏡成像，從放大到縮小，從倒立到正立，從實像到虛像的轉(zhuǎn)化關(guān)系；不同波長的電磁波具有不同的性質(zhì)；彈性體在超過彈性限度時，發(fā)生永久形變等都是量變引起質(zhì)變的例證。

此外，我們還能逐步認識到：①認識是不斷深化的。如人類對光的本性的認識從光的微粒說、波動說、電磁說到光子說，都是通過實踐、分析研究發(fā)展起來的。②真理是相對的。物理定律都是經(jīng)過實踐檢驗過的科學(xué)結(jié)論，如牛頓第二定律、歐姆定律都是在一定的條件下才成立的，因而是相對真理，但在其適用范圍內(nèi)均具有絕對性。③事物是有共性和個性的，如直流電和交流電。④內(nèi)因和外因、具體問題具體分析、實踐是檢驗真理的唯一標準等。

四、利用物理教材結(jié)合社會現(xiàn)實進行節(jié)能環(huán)保教育

能源是關(guān)系人類生存和發(fā)展的重大社會問題，是人類生活、生產(chǎn)、發(fā)展的重要條件和基本保證。隨著社會現(xiàn)代化水平的高速發(fā)展，能源的需求和消耗量越來越大，不少資料顯示全球常規(guī)能源如煤、石油等出現(xiàn)危機，煤存儲量可供開采二三百年，石油四五十年后就將面臨枯竭，因爭奪能源導(dǎo)致的爭端戰(zhàn)亂不斷。我們需要和平，相信人類有能力解決好能源危機。我們要培養(yǎng)能源意識，增強危機感、使命感、責任感。節(jié)約現(xiàn)有資源，開發(fā)利用新資源，勢在必行。水力、風力、核力、超導(dǎo)資源等都是可用資源，它們大到取之不盡用之不竭的太陽能，小到表現(xiàn)為熱能和機械能的人體能。

利用超導(dǎo)體的基本特性可用來發(fā)電，磁流體發(fā)電就是一種高效、低污染、單機容量大，直接將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿男滦桶l(fā)電方式。太陽內(nèi)部發(fā)生的輕核聚變反應(yīng)輻射出大量能量，太陽能熱水器走入了家庭，香港匯豐銀行也利用光的反射將太陽光引入營業(yè)大廳。深海洋中富含聚變原料氘，可循環(huán)參與熱核反應(yīng)。還有人體能，大型超市、商城出入口的旋轉(zhuǎn)門可能將顧客推門的能量吸收起來，走在公共場所的踏板上，也許我們的重力勢能正帶動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動用來發(fā)電。電動玩具的舊電池還可以讓手電筒繼續(xù)發(fā)光，手電筒的廢電池還能安到石英鐘上使指針繼續(xù)走動……我們要考慮各種可能的方式充分利用能源、節(jié)約能源、開發(fā)能源，這是地球人應(yīng)盡的義務(wù)和義不容辭的責任。

環(huán)境是人類賴以生存的空間，隨著工業(yè)化進程加快，人口迅猛增長，人類文明程度越來越高，帶來的噪聲、雨水酸化、土地荒漠化、溫室效應(yīng)嚴重制約了人類經(jīng)濟的發(fā)展。污染危害生命健康，破壞生態(tài)平衡，影響全球氣候。我們周圍就存在噪聲污染、光污染、粉塵污染、熱污染、電磁污染、放射線污染，等等。大型鏡面建筑給城市帶來熱污染和光污染，核武器試驗、核工業(yè)發(fā)展都可能帶來放射性污染。二次諾貝爾獎獲得者居里夫人為研究原子核放射現(xiàn)象而受到放射線過量照射，鐳中毒引起白血病，她的日記本至今尚有放射性。血的教訓(xùn)告誡我們：人類要生存，要有好的生活環(huán)境，需要我們有意識地從可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略高度懂得保護環(huán)境、平衡生態(tài)的重要性。

五、利用物理學(xué)史實弘揚傳統(tǒng)教育

中華文明博大精深，源遠流長。無論是古代、近代還是現(xiàn)代，中華民族在物理學(xué)史上、在人類文明發(fā)展的進程中，都做出了卓越貢獻，取得了輝煌的成就。在“浮力的認識和應(yīng)用”上，比阿基米德發(fā)現(xiàn)浮力定律早200多年?！痘茨献印酚涊d的升空燈籠，就是利用了現(xiàn)代熱氣球的原理，比歐洲人發(fā)現(xiàn)早得多。《墨經(jīng)》記載了杠桿原理，對杠桿的平衡條件表述很全面。對力和運動的描述：“力，形之所以奮也”，與牛頓第一定律“力是使物體運動狀態(tài)改變的原因”異曲同工?！墩摵狻贰败囆杏陉?，船行于溝，其滿而重者行遲，空而輕者行疾”是關(guān)于慣性的描述?！渡袝暋た检`曜》“地恒動不止，而人不知，譬如人在巨舟中閉牖而坐，舟行而不覺也。”對運動的相對性作了生動而淺顯的比喻。1600年后，哥白尼論述地球運動時，運用了類似的說法。

《墨經(jīng)》堪稱世界上第一部光學(xué)著作。發(fā)生在公元前的日食，比巴比倫的日食記錄大約早600年。 東漢時期，記載有“頓牟掇芥，磁石引針”。沈括《夢溪筆談》里有磁針的方向“常偏東，不全南”的記載，清楚、準確地論述了地磁傾角，比西方哥倫布觀測到的地磁傾角早400多年。 宋代發(fā)明了由火藥噴射推進的火箭，明代制成了原始二級火箭；現(xiàn)代葉企孫測得普朗克常數(shù)；錢三強、何澤慧發(fā)現(xiàn)鈾的三分裂和四分裂；楊振寧、李政道獲諾貝爾物理學(xué)獎。

我國三大航天技術(shù)、現(xiàn)代空間技術(shù)、核能發(fā)電技術(shù)達到世界先進水平。航天之父錢學(xué)森為了報效祖國，毅然舍棄國外先進的科學(xué)實驗條件和優(yōu)厚的生活待遇，沖破重重阻礙，歷盡艱險，為國家航天科技發(fā)展做出了貢獻。在教學(xué)中，教師只要深入挖掘教材，引導(dǎo)學(xué)生深入探究，就能達成培育科學(xué)精神的目的。

（編輯：朱澤玲）endprint