結(jié)合物理實(shí)驗(yàn)講授唯物辯證法的3個(gè)典型案例

張映輝，陳寶玖，殷 燕

(大連海事大學(xué) 理學(xué)院，遼寧 大連 116026)

習(xí)近平總書記提出“必須加強(qiáng)思想政治建設(shè)，解決好世界觀、人生觀、價(jià)值觀這個(gè)‘總開關(guān)’問題”[1]. 世界觀在人的思想中具有根本性、決定性的地位和作用. 馬克思、恩格斯所創(chuàng)建的辯證唯物主義和歷史唯物主義是科學(xué)的世界觀和方法論. 物理即哲學(xué). 科學(xué)本身就是世界觀和方法論的一種自然表述. 物理學(xué)本質(zhì)上是一門“唯象”的科學(xué). 許多物理理論(定律、原理)和經(jīng)典實(shí)驗(yàn)都蘊(yùn)含著或很好地體現(xiàn)了唯物辯證法原理. 從某種意義上說，講物理，就是講唯物辯證法；教授物理實(shí)驗(yàn)，就是教授科學(xué)的世界觀和方法論. 結(jié)合物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)講授唯物辯證法，強(qiáng)化馬克思主義的指導(dǎo)地位，幫助學(xué)生樹立正確的世界觀，是解決“培養(yǎng)什么人”和“為誰培養(yǎng)人”[2]問題的良好途徑. 本文從實(shí)際案例出發(fā)，探究物理實(shí)驗(yàn)課程蘊(yùn)含的哲學(xué)思想，以及結(jié)合課程教學(xué)向?qū)W生展示和傳播這些哲學(xué)思想的策略，旨在幫助青年學(xué)生學(xué)習(xí)和理解辯證唯物主義原理，樹立馬克思主義世界觀，打牢思想政治基礎(chǔ)，培養(yǎng)具有堅(jiān)定正確政治方向的高素質(zhì)人才.

1 通過弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)講解“實(shí)踐的觀點(diǎn)”

1.1 弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)授課的一般學(xué)科要點(diǎn)

a.弗蘭克-赫茲管(F-H管)的結(jié)構(gòu).

b.電子在F-H管內(nèi)發(fā)射，加速到達(dá)板極A形成電流，并在管內(nèi)與氬原子碰撞交換能量，及相關(guān)的測(cè)定原理.

c.玻爾在1913年提出的原子結(jié)構(gòu)(能級(jí))假說.

d.弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)[3]的一般教學(xué)結(jié)論：通過電子與原子碰撞——交換能量的客觀效果(電流變化)，證明原子吸收能量的不連續(xù)性，從而證明了原子能級(jí)的存在.

1.2 弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)蘊(yùn)含的哲學(xué)觀點(diǎn)

實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn). 毛澤東強(qiáng)調(diào)，實(shí)踐的觀點(diǎn)是辯證唯物論的認(rèn)識(shí)論之第一的和基本的觀點(diǎn)[4]. 馬克思說“人的思維是否具有客觀真理性，這不是一個(gè)理論問題，而是一個(gè)實(shí)踐問題”. 人們應(yīng)當(dāng)在實(shí)踐中證明自己思維的真理性.

1.3 結(jié)合弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)講授哲學(xué)觀點(diǎn)的方法

1)在指導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)著力向?qū)W生闡述的觀點(diǎn).

a.玻爾提出的原子結(jié)構(gòu)的能級(jí)假說.

b.弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)結(jié)果(結(jié)論)的意義：該實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)原子吸收能量是不連續(xù)的，從而證明了原子能量的不連續(xù)，即原子能級(jí)的存在.

c.該實(shí)驗(yàn)同科學(xué)發(fā)展史上某些具有劃時(shí)代意義的實(shí)驗(yàn)一樣，以實(shí)際現(xiàn)象(觀測(cè)結(jié)果)證實(shí)或否定了某些猜想、假說，給出了關(guān)于客觀事物某一方面的正確結(jié)論，推進(jìn)了科學(xué)(人類認(rèn)識(shí))的發(fā)展，因而被稱之為“經(jīng)典”——實(shí)踐觀點(diǎn)的普適性.

2)實(shí)驗(yàn)后應(yīng)強(qiáng)化的哲學(xué)觀點(diǎn).

a.大膽假設(shè)是科學(xué)研究(探索未知世界)的重要方法. 科學(xué)研究無疆界，科學(xué)工作者可以大膽推論和假設(shè).

b.在科學(xué)研究(生產(chǎn)、社會(huì)實(shí)踐)中，猜想和假設(shè)，應(yīng)以一定的理論和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(數(shù)據(jù))為基礎(chǔ)——這是猜想和假設(shè)提出的原則.

c.所有的推論和假設(shè)必須經(jīng)過實(shí)驗(yàn)(實(shí)踐)證實(shí)才能成立. 假設(shè)可以大膽，求證必須嚴(yán)謹(jǐn).

d.一切理論必須經(jīng)過實(shí)踐(實(shí)驗(yàn))的檢驗(yàn)(證實(shí))才能成立. 實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn).

2 通過邁克耳孫干涉儀實(shí)驗(yàn)講解“現(xiàn)象與本質(zhì)的關(guān)系”

2.1 邁克耳孫干涉儀實(shí)驗(yàn)授課的一般學(xué)科要點(diǎn)

a.光干涉的條件及獲得相干光的方法.

b.邁克耳孫干涉儀的結(jié)構(gòu)及原理.

c.實(shí)驗(yàn)操作方法及現(xiàn)象.

d.實(shí)驗(yàn)測(cè)量(讀數(shù))及記錄要領(lǐng).

e.數(shù)據(jù)處理及分析——得出結(jié)論.

常規(guī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)到此為止. 部分教師能夠簡(jiǎn)單介紹邁克耳孫干涉實(shí)驗(yàn)的重要意義和拓展應(yīng)用.

邁克耳孫還與其合作者用此儀器進(jìn)行了“標(biāo)定米尺”與“推斷光譜線精細(xì)結(jié)構(gòu)”2個(gè)著名實(shí)驗(yàn). 利用邁克耳孫干涉儀研究各種情況下光的干涉都有不可替代的作用，邁克耳孫干涉儀及其原理還廣泛應(yīng)用于利用光(如激光)進(jìn)行精密測(cè)距、引力波的發(fā)現(xiàn)等.

2.2 邁克耳孫干涉儀實(shí)驗(yàn)蘊(yùn)含的哲學(xué)觀點(diǎn)

科學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)質(zhì)是透過現(xiàn)象看(探究、求證、了解)本質(zhì). 本質(zhì)與現(xiàn)象是揭示事物內(nèi)部聯(lián)系和外部表現(xiàn)相互關(guān)系的1對(duì)辯證法的基本范疇. 本質(zhì)是事物的內(nèi)部聯(lián)系，決定事物性質(zhì)和發(fā)展趨向. 現(xiàn)象是事物的外部聯(lián)系，是本質(zhì)在各方面的外部表現(xiàn). 辯證唯物主義認(rèn)為：本質(zhì)和現(xiàn)象是對(duì)立統(tǒng)一關(guān)系. 任何事物都有本質(zhì)和現(xiàn)象兩方面，世界上不存在不表現(xiàn)為現(xiàn)象的本質(zhì)，也沒有離開本質(zhì)而存在的現(xiàn)象. 本質(zhì)和現(xiàn)象是統(tǒng)一的，但二者又有差別和矛盾. 本質(zhì)從整體上規(guī)定事物的性質(zhì)及其基本發(fā)展方向，現(xiàn)象從各個(gè)不同側(cè)面表現(xiàn)本質(zhì). 本質(zhì)由事物內(nèi)部矛盾構(gòu)成，是比較單一、穩(wěn)定、深刻的，靠思維才能把握；現(xiàn)象是豐富、多變、表面的，用感官即能感知.

2.3 結(jié)合邁克耳孫干涉儀實(shí)驗(yàn)講授哲學(xué)觀點(diǎn)的方法

通過對(duì)事物現(xiàn)象的觀察與分析，找出事物的本質(zhì)是人類認(rèn)識(shí)世界的根本方法，也是科學(xué)研究的基本原則和依據(jù).

1)在向?qū)W生介紹“以太”假說的基礎(chǔ)上，著力講清邁克耳孫干涉儀實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其邏輯關(guān)系.

a.當(dāng)時(shí)，人們普遍認(rèn)為光的傳播必須有媒質(zhì),命名為“以太”.

b.邁克耳孫和莫雷最初設(shè)計(jì)干涉實(shí)驗(yàn)，其目的是為了證明“以太”的存在.

c.根據(jù)相關(guān)原理能夠計(jì)算出，在地球上一分為二且成90°的2列光相干涉，當(dāng)實(shí)驗(yàn)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)90°時(shí)，應(yīng)出現(xiàn)0.4個(gè)干涉條紋移動(dòng). 而實(shí)驗(yàn)的結(jié)果卻是：經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，都沒出現(xiàn)條紋移動(dòng)現(xiàn)象.

d.因?yàn)閷?shí)驗(yàn)結(jié)果與假設(shè)相矛盾，證明了原來的假設(shè)不成立. 即媒質(zhì)“以太”不存在，也就是說，光的傳播不依賴于某種物質(zhì). 即：邁克耳孫干涉實(shí)驗(yàn)沒有觀測(cè)到預(yù)想的“條紋移動(dòng)”. 科學(xué)家們根據(jù)這一現(xiàn)象，并運(yùn)用本質(zhì)與現(xiàn)象的辯證關(guān)系排除了當(dāng)初假設(shè)的“光傳播對(duì)某種媒質(zhì)的依賴性”，從而否定了“以太”的存在. 這一結(jié)論為愛因斯坦創(chuàng)建相對(duì)論奠定了基礎(chǔ).

2)分析邁克耳孫干涉儀實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象、結(jié)論及其邏輯關(guān)系，闡釋本質(zhì)與現(xiàn)象的辯證關(guān)系.

a.實(shí)驗(yàn)沒有得到“以太”假設(shè)下理應(yīng)出現(xiàn)的“0.4個(gè)干涉條紋移動(dòng)”. 這種現(xiàn)象反映光的傳播在本質(zhì)上不依賴于“以太”這種“特定物質(zhì)”.

b.本質(zhì)與現(xiàn)象辯證關(guān)系的原理，給我們認(rèn)識(shí)事物提供了科學(xué)的方法——透過現(xiàn)象看本質(zhì). 結(jié)合實(shí)驗(yàn)進(jìn)行講解會(huì)使抽象的哲學(xué)概念、范疇變得生動(dòng)、直觀. 通過邁克耳孫干涉儀實(shí)驗(yàn)教學(xué)，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生：明確本質(zhì)與現(xiàn)象的辯證關(guān)系；明確科學(xué)研究的一個(gè)基本方法——通過對(duì)現(xiàn)象(數(shù)據(jù)、圖像等)的分析得出反映事物本質(zhì)和內(nèi)在聯(lián)系的結(jié)論；科學(xué)實(shí)驗(yàn)的哲學(xué)意義就在于——現(xiàn)象[5]是事物的外部聯(lián)系，是本質(zhì)在各方面的外在表現(xiàn)；在日常生活中，必須尊重客觀事實(shí),邏輯推理必須以事實(shí)為依據(jù)；在科學(xué)研究中，要注意克服“成見”的誤導(dǎo)，勇于推翻假設(shè)，發(fā)現(xiàn)新規(guī)律，建立新理論.

3 通過鐵磁材料磁化曲線和居里點(diǎn)的測(cè)定講解“量變質(zhì)變規(guī)律”

3.1 鐵磁材料磁化曲線和居里點(diǎn)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)授課的一般學(xué)科要點(diǎn)

1)研究常溫條件下，鐵磁材料磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨磁場(chǎng)強(qiáng)度H變化的特點(diǎn).

a.通過測(cè)量，畫出B-H曲線.

b.根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，畫出磁介質(zhì)磁導(dǎo)率隨磁場(chǎng)強(qiáng)度變化(μ-H)曲線.

c.用示波器觀察B隨H變化的全過程——磁滯回線.

2)研究鐵磁材料磁性隨溫度變化情況.

a.測(cè)量并畫出鐵磁材料磁性(實(shí)際用副線圈中磁通量變化產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E代替)隨溫度變化E-T曲線.

b.用示波器觀察鐵磁質(zhì)磁滯回線隨溫度變化；

c.當(dāng)溫度升到某個(gè)點(diǎn)時(shí)，磁滯回線變?yōu)?條直線——鐵磁質(zhì)變?yōu)轫槾刨|(zhì).

d.明確居里點(diǎn)的定義，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出居里點(diǎn)溫度值.

e.對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、數(shù)據(jù)、圖像進(jìn)行綜合分析，研究討論鐵磁質(zhì)磁性隨溫度變化的特性(規(guī)律).

3.2 鐵磁材料磁化曲線和居里點(diǎn)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)蘊(yùn)含的哲學(xué)觀點(diǎn)

辯證唯物主義認(rèn)為，事物在發(fā)展變化過程中有2種基本狀態(tài)：量變和質(zhì)變. 量變[6]，是指事物量的規(guī)定性的變化，即數(shù)量的增減或者場(chǎng)所的變更. 量變是事物在原有質(zhì)的基礎(chǔ)上，在度的范圍內(nèi)的一種不太顯著的變化. 因此，量變也叫漸變、漸進(jìn). 質(zhì)變，是指事物質(zhì)的規(guī)定性的變化，即事物由一種質(zhì)的狀態(tài)轉(zhuǎn)化為另一種質(zhì)的狀態(tài)的飛躍，是突破原有度的一種顯著變化，因此質(zhì)變又叫突變、飛躍、漸進(jìn)過程的中斷.

量變和質(zhì)變是辯證統(tǒng)一的. 量變是質(zhì)變的必要準(zhǔn)備，質(zhì)變是量變的必然結(jié)果. 量變發(fā)展到一定程度，就會(huì)引起質(zhì)變. 質(zhì)變體現(xiàn)并鞏固量變的成果，質(zhì)變引起新的量變，為新的量變開辟道路. 由量變到質(zhì)變，是事物內(nèi)部矛盾(特性)所決定的.

3.3 結(jié)合鐵磁材料磁化曲線和居里點(diǎn)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)講授哲學(xué)觀點(diǎn)的方法

實(shí)驗(yàn)所展示的鐵磁材料磁性隨溫度變化情況，是較為完整的量變—質(zhì)變(相變)過程，很好地闡釋了量變質(zhì)變規(guī)律.

a.在一定范圍內(nèi)(如常溫)，鐵磁質(zhì)的磁性會(huì)隨溫度產(chǎn)生一定的變化，但這種變化不明顯，并且具有可恢復(fù)性. 但是，當(dāng)溫度升高到某一范圍時(shí)，磁性隨溫度急劇變化. 當(dāng)溫度升高到某一特定值(居里點(diǎn))時(shí)，磁性消失.材料的磁性發(fā)生了質(zhì)變，由鐵磁質(zhì)變成了順磁質(zhì).

b.實(shí)驗(yàn)過程中，當(dāng)溫度在較低范圍內(nèi)變化時(shí)，溫度的變化只能引起鐵磁質(zhì)磁能量的變化. 溫度繼續(xù)升高到某一范圍時(shí)，磁能隨溫度變化加快，甚至消失(在居里點(diǎn)). 這一過程是由量變到質(zhì)變(相變)的過程.

c.在生產(chǎn)(生活、社會(huì))實(shí)踐中，有時(shí)需要質(zhì)變(如制造新物質(zhì)、新材料)；有時(shí)則只需要量變，必須防止(控制、制止)質(zhì)變. 量變質(zhì)變規(guī)律揭示：根據(jù)需要控制量變或質(zhì)變必須把握好度. 所謂度，就是事物保持自己質(zhì)的數(shù)量限度. 事物的數(shù)量界限的2個(gè)端點(diǎn)叫關(guān)節(jié)點(diǎn)(如實(shí)驗(yàn)中的居里點(diǎn))，不超過關(guān)節(jié)點(diǎn)就不會(huì)改變事物的質(zhì). 要掌握具體事物的度，就必須找到事物由量變過渡到質(zhì)變的關(guān)節(jié)點(diǎn)(如居里點(diǎn)).

4 結(jié)束語

對(duì)自然界一切事物基本屬性和基本變化規(guī)律的認(rèn)識(shí)，是世界觀的基礎(chǔ). 在完成一般教學(xué)任務(wù)的同時(shí)，向?qū)W生講授課程(物理理論的結(jié)論、原理和定律，實(shí)驗(yàn)的過程、現(xiàn)象和結(jié)果)所蘊(yùn)含的哲學(xué)原理(規(guī)律)，有利于幫助學(xué)生樹立正確的世界觀(就本文所舉3個(gè)例子而言至少能夠包括：物質(zhì)觀、科學(xué)觀、變化觀)，進(jìn)而樹立正確的人生觀和價(jià)值觀，為學(xué)生以正確的觀念和方法投身科學(xué)研究，開展社會(huì)實(shí)踐，打下良好基礎(chǔ). 寓世界觀教育于科學(xué)教學(xué)之中，是理科教育教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，也是教書育人者(教師)的重要職責(zé).