基礎物理教學內容改革的設想

　　當代科學技術的發展，在理論和思維方式上均取得了革命性進展，其顯著特點是：從絕對走向相對；從線性走向非線性；從精確走向模糊；從因果走向偶然；從確定走向不確定；從可逆走向不可逆；從定域論走向場論；從時空分離走向時空統一；從分析方法走向系統方法。所有這些，都在20世紀的物理學中有著不同程度的體現，使人類對客觀世界的認識更加深化和全面，達到了一個嶄新的階段。
　　一、我國基礎物理教學現狀
　　現在，在多數較發達國家中，中學物理教材包括：①力學；②剛體力學；③熱力學和分子物理學；④振動和波；⑤電荷和電場電流；⑥磁場和電磁波；⑦量子物理；⑧相對論和物質等內容。除①、⑤、⑥部分外，我們與一些發達國家的差距都是很明顯的。有些國家僅是以某一個中學的優秀學生組隊參加國際奧林匹克學科競賽，而我們則是在全國范圍內選拔后再強化集訓、補課后參加的。所以，盡管我們獲得的獎牌很多，但卻不能認為我們就是教育強國了。而且，沒有教育內容的現代化，就永遠也不可能成為教育強國。十多年來，我國的基礎物理教育在教學領域中的改革是有成績的，但其弱點是往往只局限于教材的刪刪減減、修修補補，以及教學方法與手段上的一些革新。說得苛刻一點，這不過是“刪繁就簡三秋樹”，且有向阻力最小的方向前進之嫌。如果要做到“立異標新二月花”，恐怕就要動大手術，在內容現代化上“動刀”了。誠然，教學內容的現代化不可能一蹴而就，沒有十年工夫怕是不行的。正因為如此，我們才應該盡早認識并行動起來。等到下個世紀再搞，怕是太晚了。
　　二、基礎物理教學內容改革的探索
　　實際上，教學內容的現代化是基礎物理教學內容改革探索的一個重要方面。因此，新編教材在內容的廣度與深度上應該有一定程度的擴展和提高。但這并不意味著教材內容的超常膨脹和不適當的“拔高”。我們力爭做到的是教學內容的先進性與基礎性的統一。為此，編入高中學生能夠掌握的物理學的核心內容，使他們能夠學到比較系統的、相互聯系的、有生命力的知識。同時，對一些雖在高中階段不宜展開或不能完全掌握的，但又是非常根本的、重要的，對開擴學生的科學視野、樹立新的科學觀念和思維方式極有好處的內容，也要開一個頭，長一個芽。
　　基于以上的一些考慮，我認為應注意以下幾點。
　　1.在講授經典物理學內容時不回避它的局限性。例如在講牛頓力學時指出物體的質量是可變的，并給出相對論質量與運動速度的關系。在講授慣性力時，也講解引力與加速度的等效性。
　　2.在熱學中專辟一章“熱力學定律”。其中講授熱力學第零定律，以便對溫度和溫標進行再討論，使學生對溫度和溫標的概念科學化。也講授自然過程的方向和熱力學第二定律，以使學生對不可逆現象及其重要性有所了解，對于熱力學第二定律的微觀解釋及其統計意義和它所反映的偶然與必然、量變到質變的辯證唯物主義觀點加深認識。這對于破除學生頭腦中“決定論因果性”是唯一的因果律的觀念，樹立“統計意義上的因果性”的觀念大有好處。
　　又如，在講授氣體時，增加“真實氣體范德瓦耳斯方程”。這不僅能使學生認識真實氣體與理想氣體的區別，體會從理想氣體模型到較真實的模型的一種修正方法，而且正是因為范德瓦耳斯方程是非線性的，所以氣體的液化即相變才是可能的，而理想氣體無相變可言。這也就為講授物態變化“長了一個芽”。
　　3.在波動光學中，增加雙縫干涉條紋的分布規律、夫瑯和費單縫衍射條紋的分布規律的討論，以使學生通過對實例的分析，體會一下分析光的波動現象的方法，而不是僅僅停留在現象的觀察上。這也算是“開了一個頭”。
　　4.“狹義相對論初步”應作為一章編入教材之中，其目的是使學生的時空觀念有所發展，并對狹義相對論產生的物理背景、愛因斯坦的思考及其方法論內容有所了解和體會，幫助學生增加一點科學發現的“悟性”。
　　5.在講述微觀物理學時應專設“波和粒子”一章。這樣，不僅通過黑體輻射規律的分析提出能量量子化的概念和觀點，通過光電效應和康普頓效應提出和證實光子的概念和觀點，而且通過光的波粒二象性的分析引出德·布羅意關于物質波的假設，使學生認識類比方法在科學探索中的作用。同時在分析微觀粒子可能顯示波動性的條件后，以戴維遜—革末實驗為例，介紹物質波的實驗驗證，并順帶討論一下“宏觀物體是否也具有波動性”的問題。我認為這種講述與討論是非常基本的（應該指出，基本不等同于淺顯）。
　　6.粒子物理學的研究對象是粒子，其尺度范圍小于10-13cm3，質量小于10-23g。天體物理學的研究對象是星體、星系乃至整個宇宙，其尺度范圍大于1019cm3，質量大于1039g。然而，在今天這樣兩門研究對象迥異的學科卻奇跡般地融為一體，成為物理科學體系中的一門新學科。簡要介紹一下宇宙概觀和宇宙的起源與演化，這對于處于青少年來說是很有益的。
　　毋庸置疑，這樣的變化會給教與學帶來一些新的難度。事實上，任何現代化的事業都不可能是“輕松”的代名詞。這是無法回避而只能知難而上的事情。更為重要的是，教學內容的改革絕對不僅是教材編寫的技術性問題，它必然要涉及教育思想與觀念的轉變和革新。教材重視科學概念、科學思想和科學素質的培養，淡化題海式的大運動量的習題計算，這就要求師生乃至教育行政領導從“應試競爭”中解放出來。因此，可以說，教學內容的改革呼喚著教育思想、教育制度（如升學考試制度等）的整體改革的全面深化。這一改革的成功之日，就是教育強國的崛起之時。