悖論是邏輯學(xué)名詞，也稱佯謬。在邏輯學(xué)中悖論指的是這樣一種命題，即由它的真可以推出它的假，由它的假又可以推出它的真。但是在自然科學(xué)中，悖論有其更廣泛意義上的理解：從某一前提出發(fā)推出兩個在邏輯上自相矛盾的命題，或從某一理論、觀點中推出的結(jié)論與已知科學(xué)原理或事實產(chǎn)生邏輯矛盾。

在自然科學(xué)發(fā)展的過程中，悖論的價值在以下幾個方面得到了充分的體現(xiàn)：

一、駁斥錯誤理論，促進科學(xué)發(fā)展

伽利略為了反駁亞里士多德關(guān)于物體自由下落時越重下落越快這一錯誤結(jié)論，提出了著名的“落體悖論”。他問到：一個重物與一個同樣材質(zhì)的輕物組成的連體在自由下落時，比重物單獨下落時落得快一些還是慢一些？伽利略從亞里士多德的結(jié)論出發(fā)，推出了兩個截然相反但又都十分合理的答案：輕物既然落得慢一些，那么在連體時必然影響重物，拖它的后腿，故連體時應(yīng)比重物單獨下落時要慢一些；但從另一觀點來看，連體的總重量比重物單獨時重一些，所以連體作為一個整體來看，應(yīng)該比重物單獨下落時要快一些。面對這一悖論，亞里士多德的理論顯得蒼白無力，根本沒有反擊的力量。

二、促進新理論的建立

在數(shù)學(xué)發(fā)展史上，畢達哥拉斯悖論的出現(xiàn)，誘發(fā)了數(shù)學(xué)史上第一次數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的危機，導(dǎo)致了物理數(shù)的引入；貝克萊悖論的出現(xiàn)，形成了數(shù)學(xué)發(fā)展史上的第二次危機，從而引導(dǎo)了極限理論的產(chǎn)生；策墨羅—羅素悖論的發(fā)現(xiàn)，造成了新的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的崩潰，引發(fā)了第三次數(shù)學(xué)危機，數(shù)學(xué)家們展開了長期而激烈的爭論，大大促進了集合論的研究，導(dǎo)致了數(shù)理邏輯等新學(xué)科的誕生。

三、進一步完善和嚴密原有理論

自從相對論創(chuàng)立以來，圍繞“雙生子悖論”，人們爭論了60年，直到上個世紀六十年代才得以解決。經(jīng)過這場爭論，人們進一步澄清了對相對論理論實質(zhì)的模糊認識，加深了對狹義相對論和廣義相對論的理論及其使用范圍的理解，并進一步推動了相對論實驗驗證的進展。

考慮到工科院校的特點及學(xué)生的認知結(jié)構(gòu)，引入物理悖論對改進工科院校普通物理教學(xué)具有很大的參考價值。其教學(xué)價值可以在以下幾個方面得到體現(xiàn)，期望能得到物理教師對物理悖論教學(xué)的重視。

（一）有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

合理利用物理學(xué)中的悖論，可以克服物理教學(xué)過程中千篇一律、死板空洞的說教，可以改變教師構(gòu)建，學(xué)生被動接受的傳統(tǒng)模式，使學(xué)生在“上當(dāng)”的過程中感受物理的奇妙，起到一波三折的效果；而悖論的解決，又可以使學(xué)生進入“柳暗花明”的境界，從而起到激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的效果。

學(xué)習(xí)者都有維持認知結(jié)構(gòu)平衡的傾向，當(dāng)所面臨的問題無法納入原有認知結(jié)構(gòu)或問題的結(jié)論與認知結(jié)構(gòu)相矛盾時，就會導(dǎo)致認知失衡，產(chǎn)生一種“焦慮感”。為了消除這種“焦慮感”，使認知結(jié)構(gòu)重新平衡，學(xué)習(xí)者就會產(chǎn)生認知動機，在此狀態(tài)下，學(xué)習(xí)者能夠集中高度的注意力，激發(fā)其強烈的求知欲望，推動學(xué)習(xí)者去解決問題，而求知問題一旦解決，認知結(jié)構(gòu)在一個新的高度重新達到平衡，學(xué)習(xí)者就會產(chǎn)生一種輕松、愉快、滿足的情緒體驗。物理悖論問題的本質(zhì)使得學(xué)生的思維處于矛盾狀態(tài)，使原有的認知結(jié)構(gòu)受到?jīng)_擊，遠離平衡狀態(tài)，所以物理悖論可以很好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)在動力。

（二）有利于理解物理內(nèi)涵，完善認知結(jié)構(gòu)。

在物理課堂教學(xué)中提出悖論，然后讓學(xué)生分析該悖論產(chǎn)生的原因直至解決該悖論，在此過程中，可以使學(xué)生對一個物理概念或規(guī)律的認識從表面到本質(zhì)，從片面到全面，從錯誤到正確發(fā)展，加深學(xué)生對物理問題的理解。根據(jù)建構(gòu)主義的觀點，學(xué)習(xí)的過程不是由教師向?qū)W生傳遞知識的過程，而是學(xué)生主動建構(gòu)知識的過程。因此已有經(jīng)驗及新學(xué)習(xí)內(nèi)容的聯(lián)系狀況，是實現(xiàn)主動建構(gòu)學(xué)習(xí)的關(guān)鍵。物理悖論的教學(xué)能夠使學(xué)生的前經(jīng)驗充分暴露，并通過一些手段進行有效改造，使新內(nèi)容的學(xué)習(xí)蘊含于已有經(jīng)驗的改造或相關(guān)經(jīng)驗系統(tǒng)的建構(gòu)之中，從而得到知識建構(gòu)；新學(xué)習(xí)內(nèi)容又能恰當(dāng)?shù)丶{入到原有的認知結(jié)構(gòu)中，又使認知結(jié)構(gòu)更加簡潔、清晰、豐富和完善。

例：在講解“牛頓第二定律”的內(nèi)容時，給出下面一道習(xí)題：一個質(zhì)量為1Kg的物體，在103N的外力作用下做加速運動，求：6×105s末的速度是多少？

學(xué)生根據(jù)牛頓第二定律及勻變速運動的速度公式，得出v=6×108m/s，這個速度是真空中光速的兩倍，公式和計算都沒有錯誤，為何得出如此荒謬的結(jié)論？此刻學(xué)生對該問題充滿了迷惑。經(jīng)過他們的激烈討論以后仍然不知是何原因，學(xué)生的目光都充滿了探求。在接下來的講解時間中，講到消除此悖論的方法：任何物理定律都有其適用范圍，在范圍內(nèi)是真理，出了范圍就變成謬誤；牛頓運動定律僅適用于宏觀物體的低速運動，對高速運動是不成立的。直到此刻學(xué)生才恍然大悟。這種方法比用一句話把牛頓運動定律的適用范圍告訴學(xué)生的效果要好得多，而且印象顯然也深刻許多。

（三）有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神。

科學(xué)精神是人類在對世界，特別是對自然界的探究中形成的，包括相信理性，追求知識，實事求是，懷疑一切既定權(quán)威，熱愛真理，憎惡一切虛假行為，遵循公正、普遍、創(chuàng)新等原則，重在求真務(wù)實，探究萬物之理?？茖W(xué)家在積極思考，推出悖論，不懈探索，否定悖論的過程中，表現(xiàn)出了可貴的科學(xué)精神。在物理教學(xué)過程中完全可以引用典型物理悖論，分析物理學(xué)家在其中表現(xiàn)出來的科學(xué)精神，顯性地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神。

例如在講解“原子結(jié)構(gòu)”這部分內(nèi)容時，我給學(xué)生講述了玻爾建立量子化模型的過程：1911年盧瑟福提出了有核原子模型即電子像行星繞太陽一樣繞著原子核旋轉(zhuǎn)。該模型成功地解釋了其它原子模型所不能解釋的α粒子大角散射現(xiàn)象，但它自身也遇到極大的困難。因為按照經(jīng)典理論，電子在繞核旋轉(zhuǎn)的過程中必定要不斷地輻射能量。這樣，在極短的時間內(nèi)，電子就會沿螺旋線掉落到核上，于是原子消亡了?？蓪嶋H上，原子卻相當(dāng)穩(wěn)定，并不會如此迅速地衰變。這里存在著一個明顯的悖論。曾在盧瑟福實驗室工作過的玻爾，堅信有核原子模型是符合客觀事實的，也很了解該模型所面臨的困難。玻爾把原子穩(wěn)定性問題看成是“最大的困難”，他緊緊抓住這個悖論，經(jīng)過艱苦的探索，思考與計算，勇敢地沖破舊理論的束縛，把量子這一新的概念引入到原子結(jié)構(gòu)中來。隨后，又在與好友漢森的交談中，受到氫原子光譜尤其是巴爾末公式的啟示，終于在1913年提出軌道量子化的定態(tài)躍遷原子模型。

在課堂教學(xué)的過程中適時地穿插講解一些物理史，一些偉大定理的產(chǎn)生過程，對于這些知識學(xué)生都表現(xiàn)出相當(dāng)大的興趣，科學(xué)家在研究過程中所表現(xiàn)出的科學(xué)精神對學(xué)生的感染很大，在潛移默化中就培養(yǎng)了學(xué)生自身的科學(xué)精神。

（四）悖論思維有助于物理思維的獨創(chuàng)性。

物理思維的獨創(chuàng)性是指經(jīng)過獨立思考能創(chuàng)造出有社會(或個人)價值的，具有新穎成分成果的思維品質(zhì)，它表現(xiàn)在三個方面：首先是獨特性，即有自己獨特的思維方式；其次是發(fā)散性，即從給定的條件中找出多種解決問題，或找出多個可能的答案的思維特點；第三是新穎性，即采用的方案或得出的結(jié)論包含著新的因素，是一種探索性的活動，十分貼合我們現(xiàn)在所提倡的“探究式教學(xué)”。悖論思維與其他的思維方式不同，它轉(zhuǎn)移了思維的固定著眼點，改變了慣常的傳統(tǒng)思路，從而使得人們不得不尋找新的途徑來解決矛盾，其思維方式中所獨特存在的反常性、潛在性、猜測性及模糊性等特征會有助于思維創(chuàng)造性的培養(yǎng)，有助于消除思維定勢的消極影響。所以在物理教學(xué)中適當(dāng)引入悖論的內(nèi)容對于培養(yǎng)學(xué)生的思維創(chuàng)造性十分有益。

（五）有利于大學(xué)生認知水平的發(fā)展。

在工科院校普通物理教學(xué)中利用物理悖論教學(xué)是符合大一學(xué)生認知發(fā)展水平及其發(fā)展要求的。大一學(xué)生的年齡處于18歲至20歲之間。一方面，他們的抽象思維已開始占主導(dǎo)地位，其思維具有邏輯性、獨立性、批判性和獨創(chuàng)性等特點，但由于其抽象邏輯思維，尤其是其辯證思維的發(fā)展還不夠成熟，還具有很大的“可塑性”，而悖論教學(xué)正是培養(yǎng)辯證邏輯思維的有效途徑，有必要通過悖論教學(xué)來提高學(xué)生的辯證思維能力。另一方面，大一學(xué)生正處于其個性心理發(fā)展的關(guān)鍵期：他們有很強的自我意識，有自己的見解，有與別人合作、交流、溝通的需要；有體驗成功，尋求自我價值實現(xiàn)的強烈動機。此時，在物理課堂中進行悖論教學(xué)或介紹科學(xué)家探索的過程，進行科學(xué)精神教育，進行悖論教學(xué)，為他們創(chuàng)建合作、溝通的平臺，對大學(xué)生的認知及個性心理的發(fā)展將會起到極大的幫助。

以上是我對物理悖論教學(xué)價值的一些淺陋的認識，其教育價值應(yīng)該遠不止于此，在以后的教學(xué)工作中還可以作進一步的研究，并在教學(xué)活動中加以實施。