讓知識理解與德育啟迪相得益彰*
——以從物理知識內部自然引出辯證教育為例

楊旭升(北京市通州區永樂店中學 北京 101105))續佩君

(首都師范大學物理系 北京 100048)

1 問題的提出

2018年，習近平總書記明確要求“充分發揮各學科德育功能”[1].2019年，國務院辦公廳對普通高中育人方式進一步提出“將立德樹人融入思想道德教育、文化知識教育、社會實踐教育各環節，貫穿基礎教育、職業教育、高等教育各領域，學科體系、教學體系、教材體系、管理體系要圍繞這個目標來設計，教師要圍繞這個目標來教，學生要圍繞這個目標來學[2].可以說“融入”是“充分發揮”的一種策略，但在實施的具體途徑和手段上尚欠一定的操作性.

為了更直觀的表現小學生口算速度發展的趨勢，以年級為橫坐標，廣度為縱坐標，對4種口算（不進位加法、進位加法、不退位減法、退位減法）廣度的發展趨勢折線圖進行分析，具體如圖2所示．

2 研究的思路與探索的切入口

反思以往物理教學中的德育教育，多是亮詞拔義，或是點到為止，而學生則是耳邊一帶而過，很少有進一步的感受和理解.注意到學生學物理時的關注點基本都源于知識，如理解的對象、解題的根據等等都與知識密不可分.由此可設想，若能從物理知識內部有機地引出德育因素，并加以明確和適當的引導，理應有較好的德育效果.

進一步解析“有機”表現，宏觀可視為從物理知識出發，結合知識本身內涵以及具體知識點(組塊)在物理學體系和發展過程中的意義和作用，自然地引出德育因素.微觀可對具體物理知識學習和具體德育教育(意圖及其實質含義)這兩者，進行交錯且綜合地考查，同時按照學生在經驗、情感、邏輯上對同時接受這兩者教育的接受程度，做出最后確定或補充一些必要的過渡.當然在選取具體德育內容上需要注意所有內容在德育中所處層次、地位.

水利水電工程是一項重要的民生項目，與人們的根本利益、社會公共利益以及國家利益緊密相連。我國水利政策的不斷出臺與完善，為水利水電工程的發展與建設提供了政策支持，相關政府機構以及其他部門也對水利水電工程建設越來越重視。近年來，我國水利水電工程數量不斷增加，規模也越來也大。我國水資源分布嚴重不均衡，東南地區水資源豐富，西北地區嚴重缺乏水資源，水利水電工程的不斷建設為我國缺水地區提供了充足的水資源，改善了當地人們的生活方式與生活質量，也突破了我國水資源分布不均衡的現象。有的地區還利用水利水電工程所提供的豐富水資源進行發電，不僅改善了人們的生活方式與質量，而且也促進了當地經濟的快速發展[1]。

2#危巖體(W2)分布于1#危巖體上部，危巖體高10～12 m，寬60.0～75.5 m，厚4～6 m，體積約6 435.0 m3，危巖體前緣陡直臨空，局部呈凹腔狀，主要受兩組裂隙和層面切割。切割成的單體危巖呈塊體狀，其南側為垂直臨空面，巖體表面橫豎向構造節理裂隙發育，主要受三組裂隙和層面切割，節理密度為6～10條/10米，節理切割深度2.0～3.5 m。切割成的單體危巖呈塊體狀，其東、西、南三側為垂直臨空面，上部為風化碎塊石，下部為片麻巖；節理裂隙多松弛張開、外傾，局部已貫通。危巖體頂部堆積有風化碎塊石。

3 物理學中的辯證觀

主客觀事物在存在上的這種多層次性，必然決定了相互作用的多種形式.暫就物理學范疇，即使從力的概念說，力的類別不但實踐當中難以數清，至今的物理學理論也只能將其概括到4種力即為引力、電磁力、弱力和強力.力是一種作用，但作用的概念并非都是力，還需包括動量與能量的交換.也就是說物理學的相互作用效果包括著形變、運動狀態變化、動量變化與能量變化等不同形式.相互作用的多種形式又決定了不同事物之間聯系的必然存在，物理學研究的就是事物間的因果性聯系.到目前為止，這一因果聯系呈現出必然性的與或然性的兩種形態，前者如牛頓力學的概念規律，后者如薛定諤、普朗克、海森堡、波爾等人創立的量子力學概念規律.

3.1 從物理概念感受“一分為二”的辯證觀

上述這種由直接如實反映客觀事物對立式“伴侶”存在的意識到自覺追求對立-對稱的概念體系，客觀呈現出物理學家群體一直腳踏實地地踐行在樸素的辯證之路上.而學生借助物理學科的研究思路與處理方式，又是對學生走出從直接的感觸與體驗來認識廣博世界的一個啟蒙，這一點乃是學校教育成為學齡兒童主體教育形式后帶來的一個重要的認知方式的轉變.

學生從初中物理課最初接觸的概念，如誤差與準確(學生自小熟悉后又被數學強化的)、運動與靜止，到高中最后學習的概念，如核聚變與核裂變、靜質量和動質量，我們不難發現不同物理學分支都有著大量兩兩相伴相互依存且表述對立的概念；猶如生活中的一對伴侶.聯系到數學有整數與分數，正數與負數，加法與減法、乘法與除法的運算，同解與不同解的方程等.聯系到生活有生與死，勤奮與懶惰，衰落和復興等.這種“伴侶”式概念廣泛存在的原因，就在于“世界上的每一差異中就已經包含著矛盾”[4].而差異的潛在前提是起碼存在兩個事物.物理學最初建立的這類“伴侶”式概念，多是基于對實際存在的客體和實際可觀察到的現象進行的抽象(下暫稱一階抽象概念)，如拋體與落體、距離與時間.這些一階抽象的概念被用來建立了更多的高階抽象的“伴侶”式概念，如速率和速度，勻加速與勻減速，正電子與負電子，粒子與波等等.物理學家將概念的對立式存在升級為一種對稱的存在，通過追求概念的對稱發現新的物質或物質的運動，例如與波的粒子性相對稱的物質波，與能量的連續性相對稱的能量的量子化，甚至當前物理與天文學家們都密切關注的暗物質，也是針對現有可感知物質命名的.

在上述程序的思考下，辯證意識教育理應成為高中物理德育的一個切入口.辯證法是唯物辯證世界觀的一部分，對諸多范疇事物的存在性、意義和價值判斷，對人生以什么樣的情感、態度與自然及社會相處，對處理需要解決大事情的方法選擇等等，都能起指引作用.對于高中生而言，雖然思想政治課程中“哲學與文化”已給他們提供了辯證法的基本知識，但由于該課程的性質，缺少充分且系統的實例來支持辯證法的強大生命力.由此如果能通過物理教學使學生感受物理學中處處都體現著辯證的光輝，促使學生樹立辯證看問題的自覺意識，應屬物理與德育因素有機結合的一種成功性教學探索.

3.2 從物質、運動、方法的多層次性認知復雜事物的辯證觀

然而事物不都以一分為二的對立式存在，多層次則是更為常見的存在方式.

陳樹良（1976-），男，實習研究員，大專，研究方向為蔬菜遺傳育種，現從事蔬菜育種工作。E-mail：2225161232@qq.com，電話：15944420088。

對物理學研究對象的最概括表述是物質與運動.兩者均屬于客觀事物，研究則屬于主觀事物；規律則是主觀與客觀這一對對立事物在某種條件下的統一.在物理教學過程中應回歸物理，聯系外界，發現與理解物理學及其研究中的辯證觀.

從觀察和常識可知：物質以固、液、氣3種形態呈現出其宏觀存在，且彼此之間可以相互轉化；自然界存在著兩種場，分別是電場和磁場，物理學揭示出這兩者也可以相互轉化.實際上，差異雖然無處不在但都不可能在彼此間保持絕對穩定的對立狀態，而是以某種對立與統一共存的狀態穩定存在.“統一”意味著兩層含義的共存：一是彼此相互轉化，二是共存于一個更高層、更概括且更具整體性的上位概念之內.在上面的兩個例子中，前半句都是表述“統一”的第二層含義，其上位概念分別是物態(相變)與電磁場.相信對立事物的“統一”一定存在，進而生成為一種追求統一的意識，可以視為物理學發展的思想方法.由求“統一”而促進物理學發展的輝煌例子不止一個：如由動能、勢能的不守恒到機械能的守恒，由機械能的不守恒到能量守恒；由許許多多種力到引力、電磁力、弱相互作用力和強相互作用力這4種力，以及愛因斯坦進而提出的統一場論.

3.3 從物質結構和規律理解對立及其多層次的物理概念的對立與統一

唐代沿用北魏的樂籍制度，即將犯法者的家屬沒入樂籍，成為一名專業魚人。太常的樂工在初唐就已經達到萬余人次，直至唐昭宗下旨剪裁樂工。唐代太常樂工從初唐至盛唐，呈現迅速遞增的趨勢，在安史之亂后有所減少。太長樂工人數與國家政治，經濟的成敗、興衰是成正比的。太常寺作為唐朝禮樂制度的實施者，完全可以從太常樂工本身體現出來，樂工數量的變化，更加說明了唐代的禮樂制度為政治服務，并反映出了當時社會、政治、經濟、人文的狀況。

物質有固、液、氣、等離子4個形態，電場有靜電場、直流電場、交變電場、低頻電場、高頻電場、電磁場等，粒子有原子、核子、中子、質子、中微子等，運動有物理運動、化學運動、生命運動、社會運動等，即使物理運動還包含機械運動、電磁運動、熱運動、振動等.方法更是多種多樣，生活中的方法之多乃是學生的共識.從實驗物理到理論物理，再到計算物理，物理學的方法呈現為觀察與實驗、唯象與機理、理想化與模型化、公理化體系與基于假設的推理及其基于該推理的假設與對此假設的實證(例如廣義相對論的成立和反粒子的發現)等，這些都是物理學大的思想方法.而隔離、單變量、替換等方法乃是物理學解決問題小的思想方法，中間還存在歸納、演繹、想象、數理邏輯等物理學邏輯方法.

對立方的相互轉化以及統一都必須有條件.“相互轉化”的條件會涉及到概念和規律.如水必須在一定氣壓下達到一定的溫度且能繼續穩定獲得足夠的熱量時才能發生內部的劇烈汽化；從斜面上下滑的物體，或在無摩擦的條件下機械能守恒，或是在把內能考慮在內時能量才守恒.圖1的實驗用手持紅外線測溫儀直接測量入地的金屬釘帽溫度的方法(此實驗為北京四中初中部教師所做)，驗證了在籃球自由下落到金屬釘帽上彈回過程中的能量守恒.而“統一”的條件則可能還涉及到物質的結構及機理.如固體、液體、氣體之所以能統一于物態，是源于物質分子間的引力和斥力在不同尺度下呈現出了不同的穩定狀態；不同的星球統一于人類目及的宇宙空間，是源于萬有引力作用的維系(可能還有暗物質的存在并參與作用)；不同粒子，中子和質子，相對穩定地共處于原子核內乃是強力的作用結果；即使被統一于宇宙大爆炸過程之中的兩個最基本物理量，時間與空間，也須有大量高能粒子的極度密集(或超微黑洞的爆炸[5])為前提.

4 從物理過程理解量變質變規律和真理的相對性

物理過程是物質的結構或物質做某種物理運動時的運動狀態隨時間或(與)空間發生的變化；可分別用結構的成分和物性量的改變或相應運動形式狀態量的變化來描述(描述物質結構成分、物性、某種物理運動形式的運動狀態的物理量，例如粒子數、荷電數，密度、比熱、電阻率，機械運動的速度、加速度、動量，熱運動的溫度、熱量，電磁運動的電流、電勢、強度等).如果這一過程處于連續時空當中且有質變產生，將都遵守由量變積累到質變產生的發展過程.例如放射性物質衰變是粒子數與該材料物性(物理性質與化學性質)發生變化的例子，還有發電機產生電能是機械運動形式到電磁運動形式以及運動狀態的變化(轉速、場強、電流、相位、頻率、電壓、電能等).

從量變積累的角度，顯然研究質變發生的臨界值(或界域)是重要的，但又是不夠的.無論是期望質變發生或是尋求防止質變發生，都還需要研究能使臨界值保持穩定延續所需要的必要條件.以上這兩個方面都屬于對外因的研究.猶如河流湖泊里的冰凍在初春是否能全部溶化為水，不僅要求白天的氣溫達到零攝氏度以上，還要求夜晚的氣溫也在零攝氏度以上并且連續保持多少天.

從內因是質變的決定因素，外因通過內因才能起作用的角度，研究質變產生還必需關注內因.對慣于關注過程的物理學而言，內因的研究也涉及兩個方面：內因的存在與內因為何源于外因而產生作用.如天然放射性物質衰變為另一種物質，內因是自身原子結構有周期性的穩定性，當該物質在自然條件下經歷一個周期性的時間(兩個外因：自然與周期)，原子核就釋放出核內的某種粒子使衰變發生進而成為一種新物質.又如摩擦起電和摩擦生熱(或兩者共存)，荷電與溫升的內因都在于表面材料的結構及其屬性，外因則分別涉及到施加的壓力和摩擦的速度.

圖2 達沸點但不沸騰

對確定的具體事物，“內因”中的后一方面又可能涉及到兩個時段：發生質變的，與完成質變各自所需的時間段.這后一個時間段即呼應了上述研究外因第二個方面的必要性.作為可以不再考慮“完成質變”所需時段的例子，參見圖2，其中試管內的水溫足以達到沸點，但并不能發生沸騰，亦不必要考慮再延長加熱時間.作為必須考慮“完成質變”所需時段的例子：若使汽車從起步后的加速運動變成勻速直線運動，必須在速度達到需要的v后繼續要控制好方向盤和油門，以保持不變的行駛方向及穩定地供應汽油或電力，至使驅動力保持和摩擦力相等.這里先使速度(矢量含義)達到v是質變產生的直接外因，而保持方向盤與油門的穩定就是考慮保持使所發生的質變得以延續的操作性外因；而這操作性外因的持續時間要由內因中“所需時間段”來決定.