把文化融入物理課堂

張傳璋

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)或性質的改變稱“化”，同時“化”又引申為教行遷善。物理課堂不應該只有知識點的教學，更應該有文化的一席之地。如果我們在物理教學中融入文化，可以激發(fā)學生學習物理的興趣和信心，還可以使學生在理解知識的基礎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。為達到這一目標，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識了古希臘哲學大師亞里士多德。那場跨越時代的交鋒，最終以伽利略的勝利收場。學生可能在心底對亞里士多德有了“認識淺薄”的印象。教師要適時地糾正這一錯誤認知，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的浩瀚，道德、美學、邏輯、科學、政治的精彩紛呈，而且每一個領域里都有亞里士多德的蹤跡。他用自己的博學使我們見識了科學最初的模樣。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，亞里士多德都是當之無愧的西方科學的奠基人、西方精神文化的引路人、偉大哲學家。

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)，并具有嚴密邏輯體系的近代科學，對17世紀自然科學的發(fā)展有重大作用。他深信自然之書是用數(shù)學語言書寫的，物體的形狀、大小和速度等客觀性質應該能概括為數(shù)量特征。他開創(chuàng)的實驗加科學推理的方法是人類科學史上最偉大的成就之一，標志著近代物理學的開端。他敏而好學，動手能力極強，17歲時進入比薩大學，孜孜不倦地學習數(shù)學、物理學等自然科學，對那些自古以來被人們奉為經(jīng)典的學說并不盲目相信。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)代科學點燃了希望的火苗。他還廣泛閱讀了大量的天文學著作，對當時主流的地心說提出了質疑，當他讀到哥白尼的《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鏡，從此幾千年來天文學家單靠肉眼觀察日月星辰的時代結束了，近代天文學的大門被打開了。通過望遠鏡的觀察，伽利略發(fā)現(xiàn)哥白尼的日心說更加接近實際觀測，他不懼權威，在《關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)了一位科學家的崇高精神與素養(yǎng)。

通過牛頓運動定律的學習，我們認識了牛頓。學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家，萬有引力的發(fā)現(xiàn)者，經(jīng)典力學的開創(chuàng)者，高等數(shù)學、天文學、現(xiàn)代光學的奠基人。通過對牛頓生平的介紹，學生可以體會到數(shù)學在物理發(fā)展中的作用。牛頓18歲那年進入劍橋大學三一學院學習，他在這里接觸到了大量先進的思想，包括笛卡爾等人的現(xiàn)代哲學理論，以及伽利略和開普勒等人更先進的思想。這些思想在當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)術的研究，隨后便創(chuàng)立了影響深遠的微積分學。他的微積分理論被恩格斯稱為人類精神最偉大的勝利，被廣泛應用于自然科學的各個領域，在今天已經(jīng)成為最基本的數(shù)學工具。接著，牛頓把研究方向轉向重力領域，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和天體力學統(tǒng)一成為經(jīng)典力學體系，實現(xiàn)了自然科學的第一次大統(tǒng)一，標志著現(xiàn)代自然科學的誕生，人類科學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晶凝聚在《自然哲學的數(shù)學原理》一書中。在書中，牛頓總結了過去時代人類探索宇宙的哲學和物理學成果，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)學直觀闡釋了深奧的科學原理。《自然哲學的數(shù)學原理》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)權威，打破無人敢質疑的神話。盡管在16、17世紀，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的地位。直到牛頓橫空出世，用精妙絕倫的語言和嚴謹、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)代科學贏得了全面的勝利。

在電磁感應的學習中，學生會認識法拉第?？炭嚆@研、勤奮好學、無私奉獻、樂于助人等許多值得我們學習的優(yōu)秀品質都體現(xiàn)在這位自學成才的平民科學巨匠身上。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教育便輟學回家。13歲時，他進入一家書報店當起了學徒，浩瀚的書籍為他打開了一個新的世界。他僅靠自學就掌握了豐富的電學知識，甚至還對化學研究頗深。21歲那年，他如愿以償當上了化學家戴維的助手，大大拓寬了眼界，對以后的科學生涯產(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)代電磁學的基礎。工作之余，法拉第還熱衷公共事業(yè)，長期為許多公司、機構提供無償服務;他還熱心科普，舉辦過大大小小100多次科學演講，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，奉獻一生。他一生奔走在科學的道路上，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成才的平民科學巨匠。

而法拉第對麥克斯韋的幫助、提攜也是物理學史上的佳話，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，共同構筑了電磁學理論的科學體系。在此之前，法拉第的研究成果已經(jīng)觸及了某些轉折點，但他欠缺的數(shù)學能力使他的著作多半只能以直觀的形式展現(xiàn)，未能引起科學界的注意，也正是因為麥克斯韋運用數(shù)學工具分析物理問題，并且能夠準確地表達科學思想，使得法拉第的研究成果能以完美、簡潔的數(shù)學形式展現(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他的殷切期望，突破了以往的禁錮，使電磁現(xiàn)象的研究進入新的階段。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《自然哲學的數(shù)學原理》、達爾文的《物種起源》相提并論的又一科學巨著。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的榜樣。

學生在學習物理時可能會覺得物理方面的頂尖人才都是外國人，在教學中，教師要幫學生糾正這種錯誤認識。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，國家領導人充分認識到科技的作用，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，并領先于時代。教師可以適時介紹錢學森。錢學森是世界著名科學家、空氣動力學家。他被譽為中國導彈之父、航天之父和火箭之王，他在工程控制論、系統(tǒng)工程、應用力學、物理力學、思維科學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)后考取清華大學留美研究生，進入麻省理工學院航空系學習，在美國相繼獲得麻省理工學院碩士、加州理工學院博士學位，師從超聲速時代之父馮·卡門。在美國，錢學森的事業(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。到目前為止，還沒有一個中國留學生的成就和影響力可以和他相提并論。他的老師馮·卡門甚至認為錢學森的學術成就已經(jīng)超過了自己。如果不是特殊的歷史環(huán)境，或許錢學森一生就會這樣在無盡的贊譽與輝煌中登上科學的巔峰?！翱茖W無國界，但科學家有自己的祖國。”中華人民共和國成立后，錢學森便一心想回到偉大祖國的懷抱，用自己的所學報效國家。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，錢學森始終堅定地回答：“我效忠的是中國人民?！痹陂L達五年的監(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方案。在國家多方面的不懈努力下，錢學森歷經(jīng)艱辛終于回到祖國?；貒?，錢學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彈、中近程導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，把中國導彈、原子彈的發(fā)射向前推進了至少20年。可以說，中國的航天事業(yè)始于錢學森，若非錢學森，我們的太空發(fā)展就不可能有今天的成就。1991年，錢學森被授予“國家杰出貢獻科學家”榮譽稱號，他是迄今為止中國唯一獲此殊榮的科學家?？v觀錢學森的一生，他年紀輕輕就天資驚人，與當時世界上一流的科學家一起探討學術、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家，更是一位偉大的愛國者。他是我國科學史上標桿式的人物，也是國人學習的楷模。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導下奮勇向前，義無反顧地投身到國家的建設中，奮斗在各行各業(yè)，為祖國的繁榮昌盛奉獻著自己的青春熱血，使我國的科技大步趕上了時代并領先于時代。

總之，“科學無國界，但科學家有自己的祖國”。我們頌揚為國努力奮斗的科學家，就為學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。教師應當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)學生學習的興趣，從而打造更能引發(fā)學生探究的課堂，甚至將課堂打造成物理文化的殿堂。讓物理教學因融入文化而精彩，學生因融入文化的物理而更熱愛生活。

參考文獻：

[1]鄭兆昌.紀念錢學森技術科學思想實踐的體會 從工程力學研究班到探空火箭上天[A].第24屆全國振動與噪聲高技術及應用學術會議集[C]，2011.

[2]顧基發(fā).錢學森對中國系統(tǒng)科學的貢獻[J].西安交通大學學報（社會科學版），2019，39（6）.

[3]于景元.錢學森的科學思想和科學精神[J].上海交通大學學報（哲學社會科學版），2005（3）.

[4]陳鵬，彭朝陽.在中學物理教學中進行愛國主義教育[J].湖南中學物理，2021，36（8）：32-33，36.

[5]王衛(wèi)峰.文化引入策略對初中物理課堂教學的幫助分析 [J].中學生數(shù)理化（教與學），2021（2）：19.