用物理文化潤澤學生的心靈

劉維寧

(江蘇省泗陽致遠中學 江蘇 宿遷 223700)

物理文化是以物理學工作者為中心、為創造源泉、為實踐者而向人類輻射的一種文化．是物理學在發展過程中，人與物理學的相互作用、社會與物理學的相互作用、技術與物理學的相互作用形成的．物理學史、物理思想、物理精神，以及人們對于物理學與社會、物理學與人類命運關系的認識等，均屬于物理文化．國家《基礎教育課程改革綱要》明確規定了課程的三維目標，即知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀．這表明物理教學不僅是物理知識技能的認知，更是心靈的喚醒，是物理文化對人之心靈深處的教育潤澤．所以，傳播物理文化是物理教師必不可少的責任．長期以來，中學物理教學過程過分偏重基礎知識和基本技能，忽視物理的歷史性、整體性、思想性以及人文性，造成物理課堂脫離豐富的文化基礎，被簡化成一系列單調的知識和技巧，完全扭曲了物理學原有的形象．因此，發掘物理文化潛在的教育價值，改善中學物理教學的面貌，是物理教育的一項重要使命．

物理文化教育應在學生學習知識與提高技能的過程中，引導他們深入領會物理學的科學方法與原則，感悟物理學思想與相應的科學理念，從而將物理內容轉化為自身的智慧，在獨立、靈活地運用物理知識的同時，不斷豐富自己的精神世界．

1 物理學史——在教學過程中適時切入

物理學史主要包括物理知識產生的歷史背景和具體過程，物理思想發展的脈絡，物理學家的思想和成就等．在物理教學過程中適時切入有關內容，能使學生更加全面和深入地理解當前所學的知識，領略物理學前輩的研究方法、物理思想和精神．切入時機的選擇可以在以下幾個階段.

(1)教學內容的引入階段，沿著歷程介紹成果．如,講授“行星的運動”(人教版《物理·必修2》第六章第1節)之前，可以先介紹古代關于天體運動的兩種不同觀念——“日心說”和“地心說”的產生背景，然后介紹哥白尼、第谷所做的努力，再介紹開普勒的研究成果——行星運動定律．

(2)教學內容的結尾之處，通過回顧體會意義．如，講授“自由落體運動”(人教版《物理·必修1》第二章第5節)之后，可簡要介紹人類對物體下落快慢問題的認識歷程，介紹亞里士多德的錯誤論斷及其產生背景、伽利略的猜想和實驗驗證．

(3)教學內容的延伸和發展階段，營造環境幫助理解．如，講授“能量量子化”(人教版《物理·選修3-5》第十七章第1節)，在講到黑體輻射的實驗規律時，可對黑體研究的背景資料和重要人物普朗克做簡單介紹，為量子化觀點的誕生做有助學生理解的鋪墊．

(4)某一單元開始前，以學生搜集有關歷史資料的方式切入．如，在“磁場”(人教版《物理·選修3-1》第三章)講授前，讓學生搜集與磁場知識有關的物理學家信息，有王充、奧斯特、特斯拉、安培、洛倫茲、阿斯頓等，讓學生與這些物理學家在思想上近距離接觸．

(5)某一單元結束以后，以搞專題活動的方式切入．如，在“電磁感應”(人教版《物理·選修3-2》第四章)講授結束后，以“偉大的法拉第”為題開一次研討會，讓法拉第積極進取、專注奮斗的工作態度，傾心科學、遠離名利的高尚品格，更加深刻地影響和感染學生的心靈．

這樣，不僅可以使學生了解到物理知識的產生與發展是源于人類對自然現象的觀察和自然規律的探究，體會一個物理結論誕生所經歷的艱辛和曲折，還能使學生產生一種身臨其境的感覺，有效激發學生學習物理的興趣，引導他們逐步走進科學的大門，走上探究真理的道路．

2 物理思想——在教學過程中不斷滲透

物理思想是人類在創立和發展物理學理論的過程中，對物理學的科學知識、方法和原則進行概括而形成的科學認識．教學過程中如何滲透物理思想，可以從3個方面考慮.

(1)結合物理學形成和發展的過程傳輸積極的創新觀

物理思想在物理學理論創新和問題解決方面具有意識導向作用．以經典力學為例，經典力學的物理思想表明，力是產生加速度的原因，物體總有保持原來運動狀態不變的特性，力學規律在任何慣性參照系中形式具有不變性等．人們通過對經典力學思想深入思考，進一步認識到物體的機械運動服從同一規律，從而形成規律性和統一性理念，即自然界的萬物運動都應存在統一的規律．物理學家在經典力學思想的引導下，不斷探討物理學的其他問題，從而創立了熱力學、統計物理學和電磁理論等新的經典物理學科．從這里可以看出，物理學形成和發展的過程，實際上就是一個探索和創新的過程．在物理教學中不斷傳輸這一理念，有助于培養學生的創新意識．

(2)結合物理學與社會的相互作用成果傳輸正確的世界觀

物理思想深刻影響著社會的變革與發展．現摘取幾例.

1)哥白尼的天文觀——地球不是所有天體運動的中心，而是一個與其他天體相似的物體．“太陽在宇宙正中坐在其寶座上”．哥白尼的天文觀挑戰當時在西方占主宰地位的宗教觀，《天體運行論》不僅終結了地心宇宙論，更給狂妄的中世紀宗教以有力的一擊．

2)牛頓的世界觀——自然運動存在自身規律．在這種科學理念的啟示下，人們認識到人類社會也應有其自身的規律，人生來平等，人類社會的運行應以人為中心，照應個人利益是治理社會的基礎，任何政府唯一的宗旨就是保護人創造財富和享受自由．牛頓的世界觀引出了西方的平等觀，這一觀念對英國的光榮革命、歐洲的啟蒙運動、美國獨立宣言、美國的憲法和法國大革命均產生了深刻的影響．

3)熵的文化理念——熱力學理論用熵來闡述系統自發過程的不可逆性．熵對系統無序性本質的揭示，啟發人們要慎重對待人類社會的發展與自然的和諧，應以自然和諧的方式提取生活所需的物質能量，人不能超越于自然的自在演化規律來創造人類的文明，自然的法則才是人與自然和諧共存的根本，過分地強調人類社會的中心發展意識，反而會使人類社會受到更大的傷害．熵的文化理念驚醒了人們的環保意識．

對于正處于世界觀形成期的中學生來說，這些物理思想有助于他們正確認識人與宗教、人與社會、人與自然的關系，形成正確的世界觀．

(3)結合物理方法的介紹和運用傳輸科學的學習觀

物理思想是物理學理論體系的核心，是物理教育指向的根本．只有深入地領悟到物理思想的本質，感悟到其中深厚的科學文化內涵，才能夠較好地掌握物理知識和靈活地運用物理方法去解決實際問題．物理方法是物理思想的具體表現，也是開發創造思維的理論指導．中學物理教學中涉及很多物理方法，這里列舉幾例.

觀察法：在反復觀察大量的物理現象或實驗的基礎上尋找規律．如平拋運動物體在豎直方向運動規律的確定(人教版《物理·必修2》第五章第3節“做一做”)．

實驗法：利用相關的儀器、儀表和設計的裝置，通過對現象的觀測，數據的采集、處理、分析后得出正確結論．如，探究加速度與力、質量的關系(人教版《物理·必修1》第四章第2節)．

極限法：利用臨界條件值作為解題思路的起點，設法求出臨界值，再進行分析、討論得出結果．如，在光滑的水平面上，一帶電小球A以速度v向一靜止的、帶同號電荷的小球B飛去，求兩球距離最近時A，B的速度(人教版《物理·選修3-5》第十六章第3節“問題與練習4”)．

類比法：通過對內容相似、形式相似或方法相似的一類不同問題的比較來區別它們異同點的方法．如，電場和磁場的比較、動能定理和動量定理的比較．

等效法：在效果相同的前提下，把實際的、復雜的物理過程等效成理想的、簡單的過程來處理．如，研究力的合成與分解(人教版《物理·必修1》第三章第4，5節)、運動的合成與分解(人教版《物理·必修2》第五章第2節)．

理想化模型法：將復雜的物理過程、物理現象中最本質具有共性的東西抽象出來，將其理想化、模型化，略去其次要因素和條件，研究其基本規律．如勻速直線運動、勻強電場、理想氣體等．

此外，還有分析法、控制變量法、圖表法、歸納法、逆向思維法等．

在物理教學中，物理方法的介紹過程就是物理思想的滲透過程，物理方法的運用過程就是物理思想的實踐過程．物理方法是提升學生思維能力的基礎，加強物理方法的學習和思維訓練，有助于學生思維能力的提高．因此，物理教學要把隱藏在物理學中的科學方法發掘出來，幫助學生努力掌握這些方法，引導他們盡情賞析物理思想的光輝，接受物理思想的滋潤，洞察物理學理性的奇思和感性的妙想，使學生同時獲得科學與人文的認知，達到全面提升學生文化素質的目的．

3 物理精神——在教學過程中積極弘揚

物理精神是物理學對物質、物質結構以及物質運動的一般規律之真、善、美統一的執著追求．在漫長曲折的歷史過程中，物理文化之所以能夠得以傳承和不斷發展，正是因為物理精神的內在驅動．

物理學的形成，內源于人類對自然界的好奇與探索，外源于人類生存和生產力的發展．前者是對未知世界之“真”的認識，是主觀符合客觀；后者則始終孕育著社會的“善”，是客觀符合主觀．其實這二者都是在人類的內在精神追求和價值取向的驅使下形成的．由于物理學的研究對象決定了物理文化的最基本的功能是要實現對物質、物質結構及物質運動的一般規律之“真”的認識，當某種“真”的認識借助于技術并服務于社會，使廣泛的群體受益并接受，即表現為物理文化的“善”．而“真”與“善”在物理學體系本身以及在物理文化中實現統一時體現出一種獨特的“美”，即自身內涵的和諧以及自身與外界一切相關事物的和諧與互補．

物理文化的核心因素就是追求物質及其運動之真善美的統一．從古希臘先哲對物質本原的探索到亞里士多德對力與運動關系的思考，從中國古代的“五行說”到墨家對力與運動的本質的認識；從哥白尼的《天體運行論》的發表，到牛頓經典力學體系得到公認；從普朗克量子論的建立，到愛因斯坦廣義相對論原理的問世；處處體現著這種精神，一代又一代物理學者在這種精神的激勵下不畏艱難，奮斗一生．為此，在物理教學中弘揚物理精神可以圍繞求真、向善和臻美3個方面開展.

(1)求真．在中學物理實驗教學中，學生在實驗中觀察到的現象、測量的數據、得出的結論，很可能跟預期不同、跟其他同學不同、跟已有的知識不同，這時教師務必要求學生遵守一個原則：實事求是，尊重事實．因為物理學是以實驗為基礎的科學，物理概念的形成、規律的實現、理論的建立，都有賴于實驗，其正確性要不斷受到實驗的檢驗．正如物理學家費曼所說：“不論你的想法有多美，不論你多么聰明，更不論你名氣有多大，只要與實驗不符便是錯了，簡簡單單，這就是科學．”可以這樣告訴學生,不同，可能是實驗設計問題，也可能是操作失誤，還可能導致新的發現，所以，要保留真實數據去認真分析，更要時刻保持一顆懷疑的心去勇敢探索，而這正是物理學“求真”精神之體現．

(2)向善．學習物理的根本意義在于應用，雖然中學階段的應用主要是解答一些具體問題，但從長遠來看是要為社會發展服務，為人類文明進步服務．無論是牛頓運動定律的建立使人類實現了遨游太空的夢想，法拉第電磁感應定律的得出讓人類進入了電氣化時代，還是麥克斯韋電磁場理論的應用使天涯變為近鄰，處處無不彰顯著物理學“向善”的精神．這一點在著名的物理學家身上尤能得到體現，發現放射性元素鐳的居里夫人最終毅然將提煉所得的鐳獻給了實驗室，把它用于研究工作，并告誡女兒，“鐳必須屬于科學，不屬于個人．”后來她再次做出一項重大的決定，將諾貝爾獎金獻給法國政府，用于戰時動員，還親自帶著X光機上前線服務，幫助檢查傷病員．教學中如果能積極引導，會使學生不斷感悟到物理學的“向善”精神進而轉化為自身的素養．

(3)臻美．物理學的美需要在物理文化層次上去審視．和諧美——八大行星圍繞太陽在各自的軌道上愉快運行，開普勒認為宇宙的“數學和諧”是行星運動的根本原因；統一美——麥克斯韋將唯象的電磁規律統一為理論方程，反映了電磁運動的對稱性，揭示出電磁運動互為因果的和諧性．電、磁與光運動屬性的統一描述，使我們認識到自然內在的和諧與統一性．“從那些看來與直接可見的真理十分不同的各種復雜的現象中認識到它們的統一性，那是一種壯麗的感覺”(愛因斯坦)；色彩美——牛頓三棱鏡實驗將白光分解成五顏六色，如同彩虹一樣艷麗；對稱美——作用力和反作用力、正電荷與負電荷、磁體的南極和北極，這些嚴格的對稱現象向我們展示著一種特殊的魅力；簡潔美——愛因斯坦把復雜隱秘的、以光速運動物體的質能關系用一個簡單漂亮的數學公式E=mc2表達得質樸無華．物理學因其內在的和諧理論構架與奇妙想象而具有極大的美學感召力，在物理教學過程中，我們要站在文化的視野中去審視物理學，在物理文化演進的靜態與動態交織畫面中，引導學生關注物理學的文化結構，進行文化審美的思考與欣賞，將高雅的審美思想融入到理性思維，追求人文關懷，便可使學生感悟到物理學“臻美”的精神實質所在，領悟到物理學的思想、方法和知識技能的美麗光輝，感受到物理學的科學精神對人生與社會的種種有益啟示，促進情感完美和諧，完善審美情操，健全人性品格．

參考文獻

1 解世雄.物理文化論.重慶：西南師大出版社，1996

2 厚宇德.物理文化與物理學史.成都：西南交通大學出版社，2004