把文化融入物理課堂

張傳璋

（山東省聊城市第三中學(xué)，山東 聊城）

文化是土壤，孕育、滋養(yǎng)人的靈魂，陶冶情操，塑造人格，提升品德修養(yǎng)。

“文化”的本義是“以文教化”。經(jīng)天緯地曰“文”，事物形態(tài)或性質(zhì)的改變稱“化”，同時“化”又引申為教行遷善。物理課堂不應(yīng)該只有知識點的教學(xué)，更應(yīng)該有文化的一席之地。如果我們在物理教學(xué)中融入文化，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣和信心，還可以使學(xué)生在理解知識的基礎(chǔ)上提升自己的文化修養(yǎng)，培養(yǎng)物理核心素養(yǎng)，從而在生活中達(dá)到知行合一。這需要教師用智慧去發(fā)現(xiàn)并提煉物理中的文化并融入課堂。為達(dá)到這一目標(biāo)，我嘗試在物理課堂上融入文化。

我們在物理課本上通過伽利略著名的斜塔實驗認(rèn)識了古希臘哲學(xué)大師亞里士多德。那場跨越時代的交鋒，最終以伽利略的勝利收場。學(xué)生可能在心底對亞里士多德有了“認(rèn)識淺薄”的印象。教師要適時地糾正這一錯誤認(rèn)知，指出人非圣賢，孰能無過，一次失誤并不能掩蓋亞里士多德的光芒。教師同時可以指出：如果有機會深入探索古希臘文化，迎面而來的便是西方哲學(xué)的浩瀚，道德、美學(xué)、邏輯、科學(xué)、政治的精彩紛呈，而且每一個領(lǐng)域里都有亞里士多德的蹤跡。他用自己的博學(xué)使我們見識了科學(xué)最初的模樣。他用畢生的時間去思索、追求真理、探討未知，為人類盡可能清晰地揭示自然的面貌。無論時光怎樣流逝，亞里士多德都是當(dāng)之無愧的西方科學(xué)的奠基人、西方精神文化的引路人、偉大哲學(xué)家。

而對于伽利略，我們通過著名的斜塔實驗見識了他的智慧和膽識，教師更可以借此介紹伽利略。教師可以著重指出：伽利略開創(chuàng)了以實驗事實為根據(jù)，并具有嚴(yán)密邏輯體系的近代科學(xué)，對17 世紀(jì)自然科學(xué)的發(fā)展有重大作用。他深信自然之書是用數(shù)學(xué)語言書寫的，物體的形狀、大小和速度等客觀性質(zhì)應(yīng)該能概括為數(shù)量特征。他開創(chuàng)的實驗加科學(xué)推理的方法是人類科學(xué)史上最偉大的成就之一，標(biāo)志著近代物理學(xué)的開端。他敏而好學(xué)，動手能力極強，17 歲時進(jìn)入比薩大學(xué)，孜孜不倦地學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)、物理學(xué)等自然科學(xué)，對那些自古以來被人們奉為經(jīng)典的學(xué)說并不盲目相信。有一次，他發(fā)現(xiàn)教堂的燈擺動得很有規(guī)律，于是他自己制作了一個長度適中的擺球，不斷地觀察、測量它的擺動規(guī)律，最后發(fā)現(xiàn)了著名的鐘擺原理，現(xiàn)代擺鐘就是由他的理論發(fā)明而來的。也就是這一年，伽利略拿著兩個重量不等的鐵球登上了比薩斜塔，做了著名的自由落體實驗。出乎在場所有準(zhǔn)備嘲笑伽利略的人的意料，兩個鐵球竟然同時落地。誰都沒有想到人們堅信了1800 多年的真理，竟然就這樣被推翻了。這個實驗不僅揭開了自由落體運動的秘密，更為現(xiàn)代科學(xué)點燃了希望的火苗。他還廣泛閱讀了大量的天文學(xué)著作，對當(dāng)時主流的地心說提出了質(zhì)疑，當(dāng)他讀到哥白尼的《天體運行論》時，便深深地被這種假說所吸引。1609 年，經(jīng)過無數(shù)個不眠之夜的努力，伽利略終于成功研制出天文望遠(yuǎn)鏡，從此幾千年來天文學(xué)家單靠肉眼觀察日月星辰的時代結(jié)束了，近代天文學(xué)的大門被打開了。通過望遠(yuǎn)鏡的觀察，伽利略發(fā)現(xiàn)哥白尼的日心說更加接近實際觀測，他不懼權(quán)威，在《關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》一書中公開了自己的研究成果，體現(xiàn)了一位科學(xué)家的崇高精神與素養(yǎng)。

通過牛頓運動定律的學(xué)習(xí)，我們認(rèn)識了牛頓。學(xué)生對他的了解可能還停留在觀察蘋果落地、煮懷表的階段，教師在課堂上可以隆重地介紹一下這位世界歷史上最偉大的物理學(xué)家，萬有引力的發(fā)現(xiàn)者，經(jīng)典力學(xué)的開創(chuàng)者，高等數(shù)學(xué)、天文學(xué)、現(xiàn)代光學(xué)的奠基人。通過對牛頓生平的介紹，學(xué)生可以體會到數(shù)學(xué)在物理發(fā)展中的作用。牛頓18 歲那年進(jìn)入劍橋大學(xué)三一學(xué)院學(xué)習(xí)，他在這里接觸到了大量先進(jìn)的思想，包括笛卡爾等人的現(xiàn)代哲學(xué)理論，以及伽利略和開普勒等人更先進(jìn)的思想。這些思想在當(dāng)時還被排斥在主流之外，敏銳的牛頓第一時間發(fā)現(xiàn)了它們的價值，并將它們用于自己的研究。1665年，倫敦鼠疫肆虐。休學(xué)返鄉(xiāng)的兩年中，牛頓智慧的光芒開始迸發(fā)，曠世才華展露無遺。1665 年初，牛頓發(fā)現(xiàn)了廣義二項式定理。同年11 月到次年5 月，牛頓潛心于正反流數(shù)術(shù)的研究，隨后便創(chuàng)立了影響深遠(yuǎn)的微積分學(xué)。他的微積分理論被恩格斯稱為人類精神最偉大的勝利，被廣泛應(yīng)用于自然科學(xué)的各個領(lǐng)域，在今天已經(jīng)成為最基本的數(shù)學(xué)工具。接著，牛頓把研究方向轉(zhuǎn)向重力領(lǐng)域，偶然中見到蘋果落地而深受啟發(fā)，提出了震撼世界的萬有引力定律，將地球上物體的力學(xué)和天體力學(xué)統(tǒng)一成為經(jīng)典力學(xué)體系，實現(xiàn)了自然科學(xué)的第一次大統(tǒng)一，標(biāo)志著現(xiàn)代自然科學(xué)的誕生，人類科學(xué)迎來了第一次全面的解放。直到今天，火箭、人造地球衛(wèi)星、宇宙飛船的發(fā)射升空和軌道計算仍都以這些作為理論依據(jù)。牛頓把他的這些智慧結(jié)晶凝聚在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書中。在書中，牛頓總結(jié)了過去時代人類探索宇宙的哲學(xué)和物理學(xué)成果，用簡潔、優(yōu)美的語言描述了三大運動定律、萬有引力定律和其他思想，用最完美的數(shù)學(xué)直觀闡釋了深奧的科學(xué)原理。《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書出版的那一刻，人類站在了從未有過的高度。牛頓之所以偉大，不在于他發(fā)現(xiàn)了多少科學(xué)的奧秘，掌握了多少天體運行的規(guī)律，而在于他敢于挑戰(zhàn)權(quán)威，打破無人敢質(zhì)疑的神話。盡管在16、17 世紀(jì)，伽利略和波義耳等人做過不少努力，但都沒真正撼動古希臘科學(xué)的地位。直到牛頓橫空出世，用精妙絕倫的語言和嚴(yán)謹(jǐn)、優(yōu)美的邏輯提出了一套嶄新的思想，建立了新的世界觀，真正打開了古希臘先賢加在人們思想上的巨大枷鎖，現(xiàn)代科學(xué)贏得了全面的勝利。

在電磁感應(yīng)的學(xué)習(xí)中，學(xué)生會認(rèn)識法拉第?？炭嚆@研、勤奮好學(xué)、無私奉獻(xiàn)、樂于助人等許多值得我們學(xué)習(xí)的優(yōu)秀品質(zhì)都體現(xiàn)在這位自學(xué)成才的平民科學(xué)巨匠身上。法拉第出生于一個貧苦的鐵匠家庭，拮據(jù)的生活使他僅接受了兩年的小學(xué)教育便輟學(xué)回家。13 歲時，他進(jìn)入一家書報店當(dāng)起了學(xué)徒，浩瀚的書籍為他打開了一個新的世界。他僅靠自學(xué)就掌握了豐富的電學(xué)知識，甚至還對化學(xué)研究頗深。21 歲那年，他如愿以償當(dāng)上了化學(xué)家戴維的助手，大大拓寬了眼界，對以后的科學(xué)生涯產(chǎn)生了重要的影響，研究開始走上正軌。經(jīng)過十幾年艱辛的研究，1831 年，法拉第偶然發(fā)現(xiàn)當(dāng)磁鐵穿過一個閉合線圈時，線圈中就會有電流產(chǎn)生，這就是著名的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。同年，法拉第發(fā)明了人類歷史上第一臺發(fā)電機，從此開啟了人類的電器時代。1837 年，法拉第把電場和磁場的概念正式引入研究課程中，指出電和磁的周圍都有場存在，打破了牛頓力學(xué)超距作用的傳統(tǒng)觀念。隨即他又提出電場線的全新概念，奠定了現(xiàn)代電磁學(xué)的基礎(chǔ)。工作之余，法拉第還熱衷公共事業(yè)，長期為許多公司、機構(gòu)提供無償服務(wù)；他還熱心科普，舉辦過大大小小100 多次科學(xué)演講，并持續(xù)了19 年。他的演講深入淺出，為普通大眾開啟了一扇豐富、有趣的科學(xué)大門。他的一生如水般平淡卻又波瀾壯闊，生來不凡又甘于平凡，執(zhí)著一生，奉獻(xiàn)一生。他一生奔走在科學(xué)的道路上，用他的天才智慧為世界帶來光明與希望，成為人人稱贊的自學(xué)成才的平民科學(xué)巨匠。

而法拉第對麥克斯韋的幫助、提攜也是物理學(xué)史上的佳話，在我們講電磁場及電磁波時可以將其融入課堂。麥克斯韋正好出生于法拉第發(fā)表電磁感應(yīng)定律的1831 年，法拉第年長麥克斯韋四十歲。1860 年，麥克斯韋帶著四年前自己寫的論文《論法拉第力線》拜見了他，這是劃時代的一次會面，他們一見如故、志同道合，共同構(gòu)筑了電磁學(xué)理論的科學(xué)體系。在此之前，法拉第的研究成果已經(jīng)觸及了某些轉(zhuǎn)折點，但他欠缺的數(shù)學(xué)能力使他的著作多半只能以直觀的形式展現(xiàn)，未能引起科學(xué)界的注意，也正是因為麥克斯韋運用數(shù)學(xué)工具分析物理問題，并且能夠準(zhǔn)確地表達(dá)科學(xué)思想，使得法拉第的研究成果能以完美、簡潔的數(shù)學(xué)形式展現(xiàn)在世人面前。而按照法拉第本人的意愿，這個年輕人不僅能夠用數(shù)學(xué)來解釋自己的看法，更重要的是能夠突破自己的看法。麥克斯韋也沒有辜負(fù)他的殷切期望，突破了以往的禁錮，使電磁現(xiàn)象的研究進(jìn)入新的階段。1873 年，麥克斯韋的《電磁通論》問世了，這是可以和歐幾里德的《幾何原本》、牛頓的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》、達(dá)爾文的《物種起源》相提并論的又一科學(xué)巨著。而法拉第甘做麥克斯韋的指路明燈，他無私助人的精神也是我們永遠(yuǎn)的榜樣。

學(xué)生在學(xué)習(xí)物理時可能會覺得物理方面的頂尖人才都是外國人，在教學(xué)中，教師要幫學(xué)生糾正這種錯誤認(rèn)識。舊中國由于軍閥混戰(zhàn)、外敵入侵，民不聊生，科技未受到重視，但中華人民共和國成立以來，國家領(lǐng)導(dǎo)人充分認(rèn)識到科技的作用，培養(yǎng)了一批批科技人才，又吸引了大批人才回歸，組建了一個個科研團隊，科技逐漸趕上時代，并領(lǐng)先于時代。教師可以適時介紹錢學(xué)森。錢學(xué)森是世界著名科學(xué)家、空氣動力學(xué)家。他被譽為中國導(dǎo)彈之父、航天之父和火箭之王，他在工程控制論、系統(tǒng)工程、應(yīng)用力學(xué)、物理力學(xué)、思維科學(xué)等方面都取得了巨大成就。他自幼智力驚人，上海交大畢業(yè)后考取清華大學(xué)留美研究生，進(jìn)入麻省理工學(xué)院航空系學(xué)習(xí)，在美國相繼獲得麻省理工學(xué)院碩士、加州理工學(xué)院博士學(xué)位，師從超聲速時代之父馮·卡門。在美國，錢學(xué)森的事業(yè)可謂如日中天，他用他的天才智慧為世界的航天事業(yè)做出了巨大的貢獻(xiàn)。到目前為止，還沒有一個中國留學(xué)生的成就和影響力可以和他相提并論。他的老師馮·卡門甚至認(rèn)為錢學(xué)森的學(xué)術(shù)成就已經(jīng)超過了自己。如果不是特殊的歷史環(huán)境，或許錢學(xué)森一生就會這樣在無盡的贊譽與輝煌中登上科學(xué)的巔峰?！翱茖W(xué)無國界，但科學(xué)家有自己的祖國。”中華人民共和國成立后，錢學(xué)森便一心想回到偉大祖國的懷抱，用自己的所學(xué)報效國家。因為他始終沒有忘記年輕時候許下的報國誓言。然而，這位被美國人斷言無論在哪里都抵得上五個師的天才，美國人又怎么會輕易放他離去呢？這使他的歸國之路注定充滿艱難險阻。被逮捕，被軟禁，被監(jiān)視，在無數(shù)次移民局聽證會上，錢學(xué)森始終堅定地回答：“我效忠的是中國人民?！痹陂L達(dá)五年的監(jiān)禁中，他始終不忘自己的歸國夢想和報國之志，籌劃著回國后的建設(shè)方案。在國家多方面的不懈努力下，錢學(xué)森歷經(jīng)艱辛終于回到祖國?；貒螅X學(xué)森用他的愛國熱情與天才智慧書寫了更大的傳奇。他立刻投身到航天工作的第一線，與專家、戰(zhàn)士爭分奪秒排除一切困難。在他的主持下，中國成功研制出近程導(dǎo)彈、中近程導(dǎo)彈和第一顆人造地球衛(wèi)星，成功發(fā)射火箭，制定了中國第一個星際航空的發(fā)展規(guī)劃，把中國導(dǎo)彈、原子彈的發(fā)射向前推進(jìn)了至少20 年?？梢哉f，中國的航天事業(yè)始于錢學(xué)森，若非錢學(xué)森，我們的太空發(fā)展就不可能有今天的成就。1991 年，錢學(xué)森被授予“國家杰出貢獻(xiàn)科學(xué)家”榮譽稱號，他是迄今為止中國唯一獲此殊榮的科學(xué)家?？v觀錢學(xué)森的一生，他年紀(jì)輕輕就天資驚人，與當(dāng)時世界上一流的科學(xué)家一起探討學(xué)術(shù)、實驗火箭；在巔峰之時放棄一切，毅然回國報效祖國。他的世界里沒有名利，只有一顆赤子之心。他說：“我的事業(yè)在中國，我的成就在中國，我的歸宿自然在中國?！彼仁且晃唤艹龅目茖W(xué)家，更是一位偉大的愛國者。他是我國科學(xué)史上標(biāo)桿式的人物，也是國人學(xué)習(xí)的楷模。五年歸國路，十年兩彈成，浩瀚長空凌云志，此生不忘報國恩。時代造就英雄，一代又一代科技人在黨的領(lǐng)導(dǎo)下奮勇向前，義無反顧地投身到國家的建設(shè)中，奮斗在各行各業(yè)，為祖國的繁榮昌盛奉獻(xiàn)著自己的青春熱血，使我國的科技大步趕上了時代并領(lǐng)先于時代。

總之，“科學(xué)無國界，但科學(xué)家有自己的祖國”。我們頌揚為國努力奮斗的科學(xué)家，就為學(xué)子們指明了未來的方向。我們將文化融入物理，物理也就浸潤了文化的氣息。教師應(yīng)當(dāng)用智慧找尋物理與文化的節(jié)點，將文化融入物理課堂，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，從而打造更能引發(fā)學(xué)生探究的課堂，甚至將課堂打造成物理文化的殿堂。讓物理教學(xué)因融入文化而精彩，學(xué)生因融入文化的物理而更熱愛生活。