結合物理教學傳授唯物辯證思想和科學方法初探

張映輝

(大連海事大學理學院,遼寧 大連 116026)

課程思政的關鍵是解決好“總開關”問題。習總書記強調(diào),“培養(yǎng)什么人、怎樣培養(yǎng)人、為誰培養(yǎng)人[1]”是教育教學工作的根本問題,“要把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)”。“立德”就是要引導和幫助學生確立社會主義核心價值觀,就是要以唯物辯證法為基礎,貫徹價值塑造、知識傳授和能力培養(yǎng)[2]“三位一體”的育人理念,在傳授知識、技能的同時,結合教學引導和幫助學生樹立馬克思主義世界觀、人生觀、價值觀,解決好“總開關”問題。

1 物理學是“三位一體”教育教學的良好載體

1.1 物理學充滿了唯物辯證思想

從認識論上講,物理學充滿了唯物辯證思想。經(jīng)典物理學為自然辯證法的創(chuàng)立提供了大量的科學依據(jù),近、現(xiàn)代物理學革命更是為我們帶來了科學圖景和思想觀念的巨大變革:相對論打破了經(jīng)典力學的絕對時空觀,量子力學打破了可控測量過程的夢想,混沌粉碎了拉普拉斯的機械決定論……。物理學的發(fā)展與認識論同行,很多物理定律、原理充滿哲學意味,講物理就是傳授科學的世界觀。

1.2 物理學是科學方法的集大成者

從方法論上講,物理學是科學方法的先導和集大成者。在人類追求真理、探索未知世界的過程中,物理學為我們打開了探尋自然規(guī)律、認識客觀世界的大門,引領其他自然科學和工程技術的發(fā)展,展現(xiàn)了一系列精妙絕倫的科學方法,在人才科學素質(zhì)培養(yǎng)中具有重要的地位。

1.3 把“論物窮理”作為教學的重要目標

在教學工作中,要善于就物說理,把格物致理、論物窮理作為教學的重要目標,努力講清教學內(nèi)容所蘊含(闡釋)的唯物辯證思想,引導學生學習和領會辯證唯物主義原理,確立正確的世界觀,掌握科學方法。一是結合具體教學內(nèi)容(物理定律、原理及其發(fā)現(xiàn)過程)所蘊含的哲學觀點,講清物理科學所揭示的唯物辯證思想,幫助學生打牢辯證唯物主義基礎,引導學生堅信馬克思主義,樹立辯證唯物主義世界觀。二是結合物理學發(fā)展史上的重大事件(包括重要理論的創(chuàng)建、重要實驗及其結論)講授具體的科學思想和科學方法(物理思想和物理方法),幫助學生提升科學素養(yǎng)。

2 結合教學內(nèi)容講授辯證唯物主義原理

錢學森認為:今天的科學技術不僅僅是自然科學工程技術,而是人類認識客觀世界、改造客觀世界整個的知識體系,這個知識體系的最高概括是馬克思主義哲學[3]。唯物辯證法是科學思想、科學方法的最高概括。作為自然科學之母,物理學為辯證唯物主義提供了大量的科學例證。結合物理教學講授辯證唯物主義原理,能更好地體現(xiàn)物理科學的意義和價值。

2.1 關于物質(zhì)和運動的基本觀點

辯證唯物主義闡釋了一系列觀點。其中,關于物質(zhì)和運動的觀點是唯物論的基礎。對學物理的人來說,理解這一觀點不成問題;但從課程思政的角度,還需要從哲學上闡釋清楚。比如:

通過課堂教學,綜合講清物質(zhì)(宏觀、微觀、宇觀)、場(電場、磁場、引力場)、運動(振動、波動)之間的關系,揭示“世界統(tǒng)一于物質(zhì)”,“物質(zhì)是運動的,運動是有規(guī)律的”,“物質(zhì)的運動規(guī)律是可以通過科學探索不斷認識和了解的(客觀世界是可知的)”等觀點。

2.2 關于實踐的觀點

毛主席曾經(jīng)強調(diào),實踐的觀點是辯證唯物論的認識論之第一的和基本的觀點[4]。

物理理論(假說、猜想)必須經(jīng)過實驗驗證。只有經(jīng)過實證(實驗驗證)的結論(理論)才是正確的、科學的,才能被承認。應注重結合物理學發(fā)展史上某些理論、假說(如玻爾的能級理論、德布羅意的物質(zhì)波理論等)經(jīng)實驗證實后成為引領人類認識自然重大理論突破實例的講解,以及相應經(jīng)典實驗題目的教學,引導學生深化對“實踐是檢驗真理唯一標準”的認識,牢固樹立實踐的觀點。

2.3 關于唯物辯證法的規(guī)律與范疇

唯物辯證法三大規(guī)律(對立統(tǒng)一規(guī)律、量變質(zhì)變規(guī)律、否定之否定規(guī)律)、五大范疇(內(nèi)容和形式、現(xiàn)象和本質(zhì)、原因和結果、可能和現(xiàn)實、偶然性和必然性)大多數(shù)能在物理學中找到貼切的范例。

如,通過邁克耳孫干涉實驗講授現(xiàn)象與本質(zhì)的關系;通過鐵磁材料磁化曲線及居里點測定實驗講授量變質(zhì)變規(guī)律;通過人類對原子認識的演進(從古代原子論—葡萄干面包模型—有核模型—現(xiàn)代原子論)講授否定之否定規(guī)律。具體方法:

例2.1通過邁克耳孫干涉實驗講授現(xiàn)象與本質(zhì)的關系

任何事物都有本質(zhì)和現(xiàn)象兩個方面。本質(zhì)是事物的內(nèi)部聯(lián)系,是決定事物性質(zhì)和發(fā)展趨向的東西。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)。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。

邁克耳孫干涉實驗本來是想證明“以太”的存在,但由于沒有觀察到預想(“以太”理論推導)的條紋移動,從而否定了原來的假設,即否定了“以太”的存在,證明光的傳播不需要任何介質(zhì)。

結合該課教學,我們可以向?qū)W生講解唯物辯證法關于現(xiàn)象與本質(zhì)的關系原理及其應用。引導學生:A.理解現(xiàn)象、本質(zhì)的哲學定義;B.明確本質(zhì)與現(xiàn)象的辯證關系原理;C.通過教學使學生明白科學實驗的哲學意義就在于“現(xiàn)象是事物的外部聯(lián)系,是本質(zhì)在各方面的外在表現(xiàn)”。否則,實驗就毫無意義。通過對現(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)系的結論,是科學研究的一個基本方法,用一句話概括就是透過現(xiàn)象看本質(zhì);D.在日常生活中,必須尊重客觀事實。邏輯推理必須以事實為依據(jù)。任何事物都有本質(zhì)和現(xiàn)象兩個方面。本質(zhì)和現(xiàn)象是統(tǒng)一的,但二者又有差別和矛盾;E.在科學研究中,要注意克服“成見”的誤導,勇于推翻假設,發(fā)現(xiàn)新規(guī)律,建立新理論(愛因斯坦正是這樣創(chuàng)建了相對論)。

例2.2通過鐵磁材料磁化曲線及居里點測定實驗講授量變質(zhì)變規(guī)律

事物在發(fā)展變化過程中有兩種基本狀態(tài):量變和質(zhì)變。量變質(zhì)變規(guī)律是辯證唯物主義三大基本規(guī)律之一,是辯證唯物主義世界觀的重要基礎。鐵磁材料磁性隨溫度變化情況,是一個非常典型的量變——質(zhì)變(相變)過程,很好地闡釋了量變質(zhì)變規(guī)律。

在一定范圍內(nèi)(如常溫),鐵磁質(zhì)的磁性會隨溫度產(chǎn)生一定的變化,但這種變化不明顯,且具有可恢復性。但是,當溫度升高到某一范圍時,磁性隨溫度急劇變化。當溫度升高到某一特定值(居里點)時,磁性消失。實驗標的物的磁性發(fā)生質(zhì)變(相變),由鐵磁質(zhì)變成順磁質(zhì)。

結合該課教學,我們可以向?qū)W生講解量變質(zhì)變規(guī)律及其應用。引導學生:A.理解量變、質(zhì)變的哲學定義;B.熟悉量變質(zhì)變規(guī)律;C.理解“度”的意義(及關節(jié)點);D.了解量變質(zhì)變規(guī)律的應用:在生產(chǎn)(生活、社會)實踐中,我們有時需要質(zhì)變(如制造一種新物質(zhì)、新材料),有時則只需要量變,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,不超過關節(jié)點就不會改變事物的質(zhì)。要把握具體事物的度,就必須找到事物由量變過渡到質(zhì)變的關節(jié)點(如居里點)。

3 結合教學內(nèi)容講授科學方法

哲學和科學的關系在于,科學探索規(guī)律(比如鐵磁材料磁性隨溫度變化的規(guī)律)。哲學不止于對(科學)規(guī)律的認識,還要上升到(事物及其規(guī)律)“意義和價值[5]”的認識。意義就是哲學觀點,價值就是有什么用,就是方法論。

物理學不僅為自然辯證法和辯證唯物主義的建立提供了科學基礎,推動了人類對物質(zhì)世界認識的不斷前進(即哲學上認識論的進步),而且在其發(fā)展演進過程中,科學家們創(chuàng)造了一系列高妙實用的方法(通常稱為物理方法),這些物理方法與辯證唯物主義方法論具有高度的一致性。也就是說,物理學不僅在哲學觀點上很好地體現(xiàn)了辯證唯物主義的認識論,而且在研究(解決)問題的具體實踐上很好地詮釋了辯證唯物主義的方法論。

物理學體現(xiàn)的科學方法十分豐富,能夠上升到方法論進行講解的也很多。一般的教學,只注重物理結論(原理、實驗結果),多數(shù)老師也會結合相關內(nèi)容介紹具體方法,但上升到方法論層次的還比較少。應該講清這些方法的普遍(哲學)意義和運用原則(包括注意事項)。現(xiàn)舉例說明:

例3.1理想模型法

理想模型法是科學研究(特別是物理學)最常用的方法,也是我們在教學中經(jīng)常講到的方法。比如質(zhì)點、剛體、理想氣體、點電荷、彈簧振子等等。

通常的教學是以講清物理定律、原理為目的,方法雖然不可逾越,但多數(shù)是就事論事,滿足于本課題的邏輯關系。如果站在課程思政的角度呢?其實也很簡單,就是要講清“意義和價值”,把具體的方法提升到方法論,或者叫方法的意義及其推廣應用。就理想模型法來說,可以加上這么幾點(以三線擺實驗為例):

A.理想模型的設置(設計)應遵循典型性、真實性、科學性原則:典型性,即模型應能夠代表某一(些)類型的事物(有較大的適用范圍);真實性,即模型與實際事物越接近越好(不能偏離實際情況太遠);科學性,即被忽略的因素(次要因素)與實際觀測的因素(主要因素)要有量級上的差距。

B.導出的結論(實驗結果)的科學性受模型設定條件的限制。要注意把握,不能超越限度。

C.在結論的推廣與應用上要注意:理想模型設置條件(實驗條件)不等于科學結論的適用性。

D.忽略次要因素,把研究探索的精力集中在主要因素上,就是唯物辯證法關于抓主要矛盾的思想(觀點)。

例3.2假說法

假說法也是物理學乃至各學科科學研究最常見、最有效的方法。課堂上屢見不鮮,學生們耳熟能詳(如哥白尼的日心說、原子結構的盧瑟福有核模型等),我們只要多加幾句話(將具體方法上升為方法論)就很像(思政的)樣了(以弗蘭克-赫茲實驗為例)。

A.假說的形成,需要提出基本假設,并建立相應的假說體系。假說的形成有外推、類比、演繹、想象、移植等具體方法[6]。

B.假說的提出,要根據(jù)已知科學理論對某些現(xiàn)象和結果(物理事實)進行理性加工,按照一般物理原理(定律)的通用模式(格式)做出假定性解釋和說明。

C.假說成立的前提和條件:一是必須以某些現(xiàn)象和結果(物理事實)為依據(jù);二是必須明確條件、結論(假設)及二者的邏輯關系(即假說的成立要件);三是必須經(jīng)過實驗檢驗。

其中,A、B和C中的前兩條講的都是方法,C中的第三條既是必要的方法,也是觀點(實踐是檢驗真理的唯一標準)。

進一步地,我們還應該通過這個實驗向?qū)W生闡明:

D.大膽假設是科學研究(探索未知世界)的重要方法?？茖W研究無疆界,科學工作者可以放開自己想象的翅膀,大膽推論和假設。

在科學研究(生產(chǎn)、社會實踐)中,猜想和假設,應以一定的理論和實驗現(xiàn)象(數(shù)據(jù))為基礎——這是猜想和假設提出的原則。

E.所有的推論和假設必須經(jīng)過實驗證實才能成立。假設可以大膽,求證必須小心。

一切理論必須經(jīng)過實踐(實驗)的檢驗(證實)才能成立。實踐是檢驗真理的唯一標準。這樣,在講解某個具體物理規(guī)律的同時,明確假說法在科研探索中重要意義,講清假說的提出方法和成立條件,還加深了對實踐觀點的認識。

例3.3 分解法

為了探索事物的內(nèi)在規(guī)律,人們創(chuàng)造了分解法。比如在對光的衍射進行研究(衍射光柵的研究實驗)中,就采用“先分”“后聚”的方法。

先分:就是用光柵把不同波長的光按方向區(qū)分開。

后聚:是用透鏡(在相應的角度)把同一波長(同一衍射角)的光聚焦起來,便于觀察。

結合教學,我們可以向?qū)W生說明:“分”和“聚”都是科學研究(探索奧秘)的重要(也是常用的)方法。要探索某一事物的性質(zhì),首先要把研究對象與其他事物區(qū)分開。

在本實驗中,“分”的實質(zhì)是區(qū)分,就是我們常說的“分情況討論”?！熬邸钡膶嵸|(zhì)是放大(量的聚集,就是局部密度或強度的放大)。這就是本實驗的奧妙所在。

例3.4平移法和放大法

在靜態(tài)法測定金屬絲的楊氏模量實驗中,我們將力學中的杠桿原理平移到光學平面鏡上,把不易直接測量的微小長度改變量放大,進行測量,從而提高了實驗的可行性和測量精度。這說明事物雖然千差萬別,但科學原理是通用的,它啟示我們:

A.原理、方法是非常重要的;B.學習科學原理的目的在于靈活運用,而不是“一把鑰匙只開一把鎖”(科學不是字典);C.課堂上教和學的是原理、方法及其普適性(適用范圍)。具體的知識重要不重要,當然重要,但更重要的是思想、方法?？茖W原理和科學方法具有廣泛的適用性。掌握了基本原理和方法就可以對癥下藥,解決不同的問題。

4 結語

物理學是人類創(chuàng)造的最高超、最美妙的學說。它不僅拓寬了人類的視野,幫助我們一步步打開揭穿自然奧秘的大門,為人類創(chuàng)造工具、改變生活提供基本原理、基本方法,而且推進了人類對客觀世界總體規(guī)律的認識,從學科的角度講,物理科學是自然科學之母,是現(xiàn)代科學技術的基礎;從世界觀和方法論的角度看,物理就是哲學,反映了人類對微觀、宏觀和宇觀最高層次的認識,所以,物理學不僅是科學知識的“富礦”,也是科學思想和科學方法的“富礦”。結合物理教學,傳授辯證唯物主義觀點和方法,幫助學生樹立正確的世界觀,是物理教學的題中應有之義,是更高層次的教書育人。