挖掘物理教材 培育科學(xué)精神

夏小雅

【摘 要】科學(xué)精神是熱愛(ài)科學(xué)，執(zhí)著奉獻(xiàn)，追求真理，嚴(yán)謹(jǐn)求真。要在物理教材中進(jìn)行理想信念、愛(ài)國(guó)情操、科學(xué)品質(zhì)、求實(shí)精神等創(chuàng)新品質(zhì)的培養(yǎng)，教師在教學(xué)過(guò)程中，就要深入挖掘教材，通過(guò)科學(xué)的教學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】物理教材；科學(xué)精神；科學(xué)方法

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-0568（2017）30-0133-02

一、利用自然學(xué)家追尋真知的奮斗歷程培育科學(xué)態(tài)度

科學(xué)之路曲折坎坷，科技史上的點(diǎn)滴進(jìn)步都是自然科學(xué)家經(jīng)過(guò)艱苦卓絕、鍥而不舍的努力奮斗換來(lái)的。科學(xué)家有著不愿與眾同流的堅(jiān)持和孤獨(dú)，有著對(duì)高遠(yuǎn)理想的向往、期盼、等待和追尋，飽嘗了追尋中的風(fēng)霜、冷清、蒼茫和寂寞，甚至不惜以生命為代價(jià)，正所謂“昨夜西風(fēng)凋碧樹(shù)，獨(dú)上高樓，望盡天涯路”。他們的奮斗歷程、成功經(jīng)驗(yàn)都是無(wú)盡的寶藏，是進(jìn)行德育滲透的好教材。

恩格斯說(shuō)過(guò)，自然科學(xué)“在普遍的革命中發(fā)展著，而且它本身就是徹底革命的，它還得為爭(zhēng)取自己存在的權(quán)利而斗爭(zhēng)。”在教會(huì)神學(xué)桎梏人們的思想，地心說(shuō)被奉為“真理”時(shí)，哥白尼發(fā)表了《天體運(yùn)行論》，發(fā)起對(duì)教會(huì)的挑戰(zhàn)，使科學(xué)從神學(xué)中解放出來(lái)，引起了人們?cè)谟钪嬗^(guān)上決定性的變革。為宣傳哥白尼學(xué)說(shuō)，布魯諾備受迫害，流亡囚禁都不能使他屈服，他說(shuō)過(guò)，“為真理而斗爭(zhēng)是人生最大的樂(lè)趣”“我愿為殉道而死”。1600年他被燒死在羅馬的鮮花廣場(chǎng)；伽利略被宗教法庭缺席審判，終身監(jiān)禁；開(kāi)普勒受盡迫害，慘死他鄉(xiāng)……但科學(xué)終將以無(wú)可阻擋之勢(shì)奮勇前行，1889年鮮花廣場(chǎng)樹(shù)立起了布魯諾銅像。

物理學(xué)發(fā)展史是一部記錄科學(xué)成果的歷史，是科學(xué)家的奮斗史。在教學(xué)過(guò)程中，如果用科學(xué)家的人格魅力與忘我精神、對(duì)理想和信念的執(zhí)著追求鼓舞、感染、激勵(lì)學(xué)生，將有助于培養(yǎng)他們堅(jiān)強(qiáng)勇敢、尊重合作的人文品質(zhì)和對(duì)善良與邪惡、正義與殘暴、公正與偏狹、光榮與恥辱的價(jià)值判斷，使之相信科學(xué)、熱愛(ài)科學(xué)、崇尚科學(xué)，確立人生目標(biāo)，升華理想與信仰，讓人生有追求、有夢(mèng)想、有精神支柱、有力量源泉，在不斷戰(zhàn)勝自己的惰性、煩惱和痛苦中實(shí)現(xiàn)自身價(jià)值。

二、利用物理學(xué)家探求真理的成功經(jīng)歷培育科學(xué)方法

科學(xué)方法是獲得科技成果的重要條件，巴甫洛夫告訴我們：“重要的是科學(xué)方法、科學(xué)思想的總結(jié)。”我們要不斷總結(jié)、提煉別人成功的方法，并將之轉(zhuǎn)化為自己的。科學(xué)方法的教育和訓(xùn)練是提高我們的智力水平，培養(yǎng)科學(xué)素質(zhì)、人文素養(yǎng)、創(chuàng)新品質(zhì)的重要途徑。

物理在人類(lèi)發(fā)展的任何時(shí)期，從蒸汽機(jī)時(shí)代到電氣化時(shí)代，到核能時(shí)代都對(duì)推動(dòng)社會(huì)發(fā)展起到了重要作用，其間形成了豐富而深?yuàn)W的科學(xué)方法。從伽利略的斜槽實(shí)驗(yàn)到牛頓的“天地間力學(xué)規(guī)律”的統(tǒng)一；從力的合成到并聯(lián)電路總電阻的等效思想；從奧斯特的“電生磁”到安培的分子電流假說(shuō)，再到法拉第的電磁感應(yīng)現(xiàn)象；從原子結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)到量子力學(xué)的建立等，都對(duì)物理學(xué)、自然科學(xué)甚至社會(huì)科學(xué)的研究有較大影響，對(duì)我們獲得科學(xué)研究能力有一定的啟迪作用。

伽利略最先研究了慣性運(yùn)動(dòng)和落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，他堅(jiān)持“自然科學(xué)書(shū)籍要用數(shù)學(xué)來(lái)寫(xiě)”：物理學(xué)是“被寫(xiě)在一本展現(xiàn)在我們面前的大書(shū)——宇宙之中”。宇宙這本書(shū)是用數(shù)學(xué)語(yǔ)言寫(xiě)成的，符號(hào)是三角形、圓形或其它幾何形狀。他倡導(dǎo)實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算相結(jié)合，用實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)理論的推導(dǎo)，對(duì)科學(xué)研究具有重大的指導(dǎo)意義。

開(kāi)普勒?qǐng)?jiān)信宇宙的“自然秩序的簡(jiǎn)單”“奇妙的對(duì)稱(chēng)”“和諧的美”，他對(duì)數(shù)的和諧和完美的追求使其歸納出行星運(yùn)動(dòng)三大定律。當(dāng)他歷經(jīng)坎坷相繼發(fā)表《新天文學(xué)》《世界的和諧》后，他欣喜地說(shuō)：“這正是我16年來(lái)強(qiáng)烈希望要探求的東西……認(rèn)識(shí)這一真理，超出了我最美好的愿望”。人們從中受到啟發(fā)：知識(shí)只能從理智的發(fā)明同觀(guān)察到的事實(shí)兩者的比較中得出。

麥克斯韋具有高超的數(shù)學(xué)理論水平和邏輯推理能力，他完成了對(duì)電磁現(xiàn)象及其規(guī)律的綜合，建立了電磁場(chǎng)理論的完整體系，發(fā)現(xiàn)電磁作用是通過(guò)電磁場(chǎng)以光速傳遞的。這一理論從超距作用過(guò)渡到以場(chǎng)為基本變量，其簡(jiǎn)潔的數(shù)學(xué)形式中蘊(yùn)藏著完美的對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)：電場(chǎng)和磁場(chǎng)的對(duì)稱(chēng)性、時(shí)間和空間的對(duì)稱(chēng)性，構(gòu)成了新型定律的典范。

愛(ài)因斯坦創(chuàng)立了相對(duì)論，對(duì)發(fā)展量子論做出了貢獻(xiàn)。他不滿(mǎn)足于現(xiàn)成的結(jié)論，不墨守成規(guī)，“我沒(méi)有什么特別的才能，只是喜歡窮根究底地追問(wèn)罷了”“保持了對(duì)自然界表示‘詫異的能力”，這可貴的創(chuàng)新品質(zhì)使他開(kāi)創(chuàng)了物理學(xué)的黃金時(shí)代，并在很大程度上加速了20世紀(jì)科學(xué)前進(jìn)的過(guò)程。

華裔物理學(xué)家朱棣文認(rèn)為：科學(xué)的最高目標(biāo)是不斷發(fā)現(xiàn)新東西，要學(xué)會(huì)用與別人不同的思維方式、別人忽略的方式來(lái)思考問(wèn)題，這就需要具備創(chuàng)新品質(zhì)。成功者必然有成功的理由，實(shí)驗(yàn)、數(shù)理結(jié)合、對(duì)稱(chēng)、推理等方法在提出并應(yīng)用之初無(wú)不具有原創(chuàng)精神和創(chuàng)新意識(shí)。這就是不走尋常路，不迷信權(quán)威，敢于質(zhì)疑已有的結(jié)論，堅(jiān)持用實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)真理，對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的任何現(xiàn)象都要設(shè)法尋求合理的解釋?zhuān)⒛苊翡J地從新穎、獨(dú)特、與眾不同的視角創(chuàng)造性地解決問(wèn)題。我們?nèi)缒芾靡延械闹R(shí)和技能來(lái)發(fā)現(xiàn)獲取新的知識(shí)和技能，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，更多地了解科學(xué)家研究和發(fā)現(xiàn)的時(shí)代背景及艱辛過(guò)程，就必將受益匪淺，從而領(lǐng)會(huì)、領(lǐng)悟科學(xué)方法，增長(zhǎng)智慧。

三、利用物理學(xué)事實(shí)培育辯證唯物主義觀(guān)

物理知識(shí)本身就具有很強(qiáng)的辯證唯物性，它清晰地體現(xiàn)了自然辯證法則。實(shí)踐證明，用辯證唯物主義的觀(guān)點(diǎn)和方法，能幫助學(xué)生樹(shù)立科學(xué)的世界觀(guān)、人生觀(guān)和價(jià)值觀(guān)。

1. 世界的物質(zhì)性

通過(guò)觀(guān)察、實(shí)驗(yàn)，表明力是物體間的相互作用，力不能脫離物體而單獨(dú)存在，并認(rèn)識(shí)力的物質(zhì)性。通過(guò)電場(chǎng)、磁場(chǎng)表現(xiàn)的物質(zhì)屬性，可以認(rèn)識(shí)場(chǎng)的物質(zhì)性。這樣，學(xué)生在原子結(jié)構(gòu)的初步認(rèn)識(shí)中，就可以直觀(guān)了解物質(zhì)是能無(wú)限分割的。

2. 物質(zhì)是運(yùn)動(dòng)的，運(yùn)動(dòng)形式是多樣的

各種運(yùn)動(dòng)形式相互依存、相互轉(zhuǎn)化。分子熱運(yùn)動(dòng)、電磁運(yùn)動(dòng)、光的運(yùn)動(dòng)及原子內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)等都是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的特定形式，是絕對(duì)的，而機(jī)械運(yùn)動(dòng)的描述則是相對(duì)的。動(dòng)量守恒定律反映了在物體動(dòng)量轉(zhuǎn)移過(guò)程中，系統(tǒng)總的動(dòng)量保持不變，反映了自然界中物質(zhì)運(yùn)動(dòng)不變的普遍規(guī)律。能量守恒和轉(zhuǎn)化定律說(shuō)明，如機(jī)械能、熱能、光能、化學(xué)能等可以按一定的量度關(guān)系互相轉(zhuǎn)化，而在轉(zhuǎn)化過(guò)程中，總的能量保持不變，并且這種轉(zhuǎn)化是無(wú)限的、永恒的、永不停止的。endprint

3. 對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律

原子是帶有正負(fù)電荷粒子的統(tǒng)一體；分子間存在著引力和斥力；力學(xué)中的作用力和反作用力既對(duì)立又統(tǒng)一；電磁波的形成是變化電場(chǎng)與變化磁場(chǎng)對(duì)立統(tǒng)一的結(jié)果；牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律反映了力、質(zhì)量、加速度之間對(duì)立統(tǒng)一的辯證關(guān)系……對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律是普遍存在的；發(fā)展是對(duì)立面的統(tǒng)一和斗爭(zhēng)；對(duì)立統(tǒng)一是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的屬性，事物發(fā)展的原因就是內(nèi)部矛盾的結(jié)果。

4. 質(zhì)量互變規(guī)律

事物的變化總是從量變開(kāi)始，量變到一定程度一定會(huì)引起質(zhì)變。物態(tài)變化過(guò)程，說(shuō)明溫度的變化是數(shù)量變化，當(dāng)變化到熔點(diǎn)或沸點(diǎn)時(shí)，引起物質(zhì)發(fā)生物理性質(zhì)的變化；透鏡成像，從放大到縮小，從倒立到正立，從實(shí)像到虛像的轉(zhuǎn)化關(guān)系；不同波長(zhǎng)的電磁波具有不同的性質(zhì)；彈性體在超過(guò)彈性限度時(shí)，發(fā)生永久形變等都是量變引起質(zhì)變的例證。

此外，我們還能逐步認(rèn)識(shí)到：①認(rèn)識(shí)是不斷深化的。如人類(lèi)對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)從光的微粒說(shuō)、波動(dòng)說(shuō)、電磁說(shuō)到光子說(shuō)，都是通過(guò)實(shí)踐、分析研究發(fā)展起來(lái)的。②真理是相對(duì)的。物理定律都是經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)過(guò)的科學(xué)結(jié)論，如牛頓第二定律、歐姆定律都是在一定的條件下才成立的，因而是相對(duì)真理，但在其適用范圍內(nèi)均具有絕對(duì)性。③事物是有共性和個(gè)性的，如直流電和交流電。④內(nèi)因和外因、具體問(wèn)題具體分析、實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)等。

四、利用物理教材結(jié)合社會(huì)現(xiàn)實(shí)進(jìn)行節(jié)能環(huán)保教育

能源是關(guān)系人類(lèi)生存和發(fā)展的重大社會(huì)問(wèn)題，是人類(lèi)生活、生產(chǎn)、發(fā)展的重要條件和基本保證。隨著社會(huì)現(xiàn)代化水平的高速發(fā)展，能源的需求和消耗量越來(lái)越大，不少資料顯示全球常規(guī)能源如煤、石油等出現(xiàn)危機(jī)，煤存儲(chǔ)量可供開(kāi)采二三百年，石油四五十年后就將面臨枯竭，因爭(zhēng)奪能源導(dǎo)致的爭(zhēng)端戰(zhàn)亂不斷。我們需要和平，相信人類(lèi)有能力解決好能源危機(jī)。我們要培養(yǎng)能源意識(shí)，增強(qiáng)危機(jī)感、使命感、責(zé)任感。節(jié)約現(xiàn)有資源，開(kāi)發(fā)利用新資源，勢(shì)在必行。水力、風(fēng)力、核力、超導(dǎo)資源等都是可用資源，它們大到取之不盡用之不竭的太陽(yáng)能，小到表現(xiàn)為熱能和機(jī)械能的人體能。

利用超導(dǎo)體的基本特性可用來(lái)發(fā)電，磁流體發(fā)電就是一種高效、低污染、單機(jī)容量大，直接將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿男滦桶l(fā)電方式。太陽(yáng)內(nèi)部發(fā)生的輕核聚變反應(yīng)輻射出大量能量，太陽(yáng)能熱水器走入了家庭，香港匯豐銀行也利用光的反射將太陽(yáng)光引入營(yíng)業(yè)大廳。深海洋中富含聚變?cè)想裳h(huán)參與熱核反應(yīng)。還有人體能，大型超市、商城出入口的旋轉(zhuǎn)門(mén)可能將顧客推門(mén)的能量吸收起來(lái)，走在公共場(chǎng)所的踏板上，也許我們的重力勢(shì)能正帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)用來(lái)發(fā)電。電動(dòng)玩具的舊電池還可以讓手電筒繼續(xù)發(fā)光，手電筒的廢電池還能安到石英鐘上使指針繼續(xù)走動(dòng)……我們要考慮各種可能的方式充分利用能源、節(jié)約能源、開(kāi)發(fā)能源，這是地球人應(yīng)盡的義務(wù)和義不容辭的責(zé)任。

環(huán)境是人類(lèi)賴(lài)以生存的空間，隨著工業(yè)化進(jìn)程加快，人口迅猛增長(zhǎng)，人類(lèi)文明程度越來(lái)越高，帶來(lái)的噪聲、雨水酸化、土地荒漠化、溫室效應(yīng)嚴(yán)重制約了人類(lèi)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。污染危害生命健康，破壞生態(tài)平衡，影響全球氣候。我們周?chē)痛嬖谠肼曃廴尽⒐馕廴尽⒎蹓m污染、熱污染、電磁污染、放射線(xiàn)污染，等等。大型鏡面建筑給城市帶來(lái)熱污染和光污染，核武器試驗(yàn)、核工業(yè)發(fā)展都可能帶來(lái)放射性污染。二次諾貝爾獎(jiǎng)獲得者居里夫人為研究原子核放射現(xiàn)象而受到放射線(xiàn)過(guò)量照射，鐳中毒引起白血病，她的日記本至今尚有放射性。血的教訓(xùn)告誡我們：人類(lèi)要生存，要有好的生活環(huán)境，需要我們有意識(shí)地從可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略高度懂得保護(hù)環(huán)境、平衡生態(tài)的重要性。

五、利用物理學(xué)史實(shí)弘揚(yáng)傳統(tǒng)教育

中華文明博大精深，源遠(yuǎn)流長(zhǎng)。無(wú)論是古代、近代還是現(xiàn)代，中華民族在物理學(xué)史上、在人類(lèi)文明發(fā)展的進(jìn)程中，都做出了卓越貢獻(xiàn)，取得了輝煌的成就。在“浮力的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用”上，比阿基米德發(fā)現(xiàn)浮力定律早200多年。《淮南子》記載的升空燈籠，就是利用了現(xiàn)代熱氣球的原理，比歐洲人發(fā)現(xiàn)早得多。《墨經(jīng)》記載了杠桿原理，對(duì)杠桿的平衡條件表述很全面。對(duì)力和運(yùn)動(dòng)的描述：“力，形之所以?shī)^也”，與牛頓第一定律“力是使物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的原因”異曲同工。《論衡》“車(chē)行于陸，船行于溝，其滿(mǎn)而重者行遲，空而輕者行疾”是關(guān)于慣性的描述。《尚書(shū)緯·考靈曜》“地恒動(dòng)不止，而人不知，譬如人在巨舟中閉牖而坐，舟行而不覺(jué)也。”對(duì)運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性作了生動(dòng)而淺顯的比喻。1600年后，哥白尼論述地球運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)用了類(lèi)似的說(shuō)法。

《墨經(jīng)》堪稱(chēng)世界上第一部光學(xué)著作。發(fā)生在公元前的日食，比巴比倫的日食記錄大約早600年。 東漢時(shí)期，記載有“頓牟掇芥，磁石引針”。沈括《夢(mèng)溪筆談》里有磁針的方向“常偏東，不全南”的記載，清楚、準(zhǔn)確地論述了地磁傾角，比西方哥倫布觀(guān)測(cè)到的地磁傾角早400多年。 宋代發(fā)明了由火藥噴射推進(jìn)的火箭，明代制成了原始二級(jí)火箭；現(xiàn)代葉企孫測(cè)得普朗克常數(shù)；錢(qián)三強(qiáng)、何澤慧發(fā)現(xiàn)鈾的三分裂和四分裂；楊振寧、李政道獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

我國(guó)三大航天技術(shù)、現(xiàn)代空間技術(shù)、核能發(fā)電技術(shù)達(dá)到世界先進(jìn)水平。航天之父錢(qián)學(xué)森為了報(bào)效祖國(guó)，毅然舍棄國(guó)外先進(jìn)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)條件和優(yōu)厚的生活待遇，沖破重重阻礙，歷盡艱險(xiǎn)，為國(guó)家航天科技發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。在教學(xué)中，教師只要深入挖掘教材，引導(dǎo)學(xué)生深入探究，就能達(dá)成培育科學(xué)精神的目的。

（編輯：朱澤玲）endprint