劉維寧

(江蘇省泗陽(yáng)致遠(yuǎn)中學(xué) 江蘇 宿遷 223700)

物理文化是以物理學(xué)工作者為中心、為創(chuàng)造源泉、為實(shí)踐者而向人類(lèi)輻射的一種文化．是物理學(xué)在發(fā)展過(guò)程中，人與物理學(xué)的相互作用、社會(huì)與物理學(xué)的相互作用、技術(shù)與物理學(xué)的相互作用形成的．物理學(xué)史、物理思想、物理精神，以及人們對(duì)于物理學(xué)與社會(huì)、物理學(xué)與人類(lèi)命運(yùn)關(guān)系的認(rèn)識(shí)等，均屬于物理文化．國(guó)家《基礎(chǔ)教育課程改革綱要》明確規(guī)定了課程的三維目標(biāo)，即知識(shí)與技能、過(guò)程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀．這表明物理教學(xué)不僅是物理知識(shí)技能的認(rèn)知，更是心靈的喚醒，是物理文化對(duì)人之心靈深處的教育潤(rùn)澤．所以，傳播物理文化是物理教師必不可少的責(zé)任．長(zhǎng)期以來(lái)，中學(xué)物理教學(xué)過(guò)程過(guò)分偏重基礎(chǔ)知識(shí)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(chǔ)，被簡(jiǎn)化成一系列單調(diào)的知識(shí)和技巧，完全扭曲了物理學(xué)原有的形象．因此，發(fā)掘物理文化潛在的教育價(jià)值，改善中學(xué)物理教學(xué)的面貌，是物理教育的一項(xiàng)重要使命．

物理文化教育應(yīng)在學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)與提高技能的過(guò)程中，引導(dǎo)他們深入領(lǐng)會(huì)物理學(xué)的科學(xué)方法與原則，感悟物理學(xué)思想與相應(yīng)的科學(xué)理念，從而將物理內(nèi)容轉(zhuǎn)化為自身的智慧，在獨(dú)立、靈活地運(yùn)用物理知識(shí)的同時(shí)，不斷豐富自己的精神世界．

1 物理學(xué)史——在教學(xué)過(guò)程中適時(shí)切入

物理學(xué)史主要包括物理知識(shí)產(chǎn)生的歷史背景和具體過(guò)程，物理思想發(fā)展的脈絡(luò)，物理學(xué)家的思想和成就等．在物理教學(xué)過(guò)程中適時(shí)切入有關(guān)內(nèi)容，能使學(xué)生更加全面和深入地理解當(dāng)前所學(xué)的知識(shí)，領(lǐng)略物理學(xué)前輩的研究方法、物理思想和精神．切入時(shí)機(jī)的選擇可以在以下幾個(gè)階段.

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

(2)教學(xué)內(nèi)容的結(jié)尾之處，通過(guò)回顧體會(huì)意義．如，講授“自由落體運(yùn)動(dòng)”(人教版《物理·必修1》第二章第5節(jié))之后，可簡(jiǎn)要介紹人類(lèi)對(duì)物體下落快慢問(wèn)題的認(rèn)識(shí)歷程，介紹亞里士多德的錯(cuò)誤論斷及其產(chǎn)生背景、伽利略的猜想和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證．

(3)教學(xué)內(nèi)容的延伸和發(fā)展階段，營(yíng)造環(huán)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(jié))，在講到黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律時(shí)，可對(duì)黑體研究的背景資料和重要人物普朗克做簡(jiǎn)單介紹，為量子化觀點(diǎn)的誕生做有助學(xué)生理解的鋪墊．

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

(5)某一單元結(jié)束以后，以搞專(zhuān)題活動(dòng)的方式切入．如，在“電磁感應(yīng)”(人教版《物理·選修3-2》第四章)講授結(jié)束后，以“偉大的法拉第”為題開(kāi)一次研討會(huì)，讓法拉第積極進(jìn)取、專(zhuān)注奮斗的工作態(tài)度，傾心科學(xué)、遠(yuǎn)離名利的高尚品格，更加深刻地影響和感染學(xué)生的心靈．

這樣，不僅可以使學(xué)生了解到物理知識(shí)的產(chǎn)生與發(fā)展是源于人類(lèi)對(duì)自然現(xiàn)象的觀察和自然規(guī)律的探究，體會(huì)一個(gè)物理結(jié)論誕生所經(jīng)歷的艱辛和曲折，還能使學(xué)生產(chǎn)生一種身臨其境的感覺(jué)，有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，引導(dǎo)他們逐步走進(jìn)科學(xué)的大門(mén)，走上探究真理的道路．

2 物理思想——在教學(xué)過(guò)程中不斷滲透

物理思想是人類(lèi)在創(chuàng)立和發(fā)展物理學(xué)理論的過(guò)程中，對(duì)物理學(xué)的科學(xué)知識(shí)、方法和原則進(jìn)行概括而形成的科學(xué)認(rèn)識(shí)．教學(xué)過(guò)程中如何滲透物理思想，可以從3個(gè)方面考慮.

(1)結(jié)合物理學(xué)形成和發(fā)展的過(guò)程傳輸積極的創(chuàng)新觀

物理思想在物理學(xué)理論創(chuàng)新和問(wèn)題解決方面具有意識(shí)導(dǎo)向作用．以經(jīng)典力學(xué)為例，經(jīng)典力學(xué)的物理思想表明，力是產(chǎn)生加速度的原因，物體總有保持原來(lái)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的特性，力學(xué)規(guī)律在任何慣性參照系中形式具有不變性等．人們通過(guò)對(duì)經(jīng)典力學(xué)思想深入思考，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)服從同一規(guī)律，從而形成規(guī)律性和統(tǒng)一性理念，即自然界的萬(wàn)物運(yùn)動(dòng)都應(yīng)存在統(tǒng)一的規(guī)律．物理學(xué)家在經(jīng)典力學(xué)思想的引導(dǎo)下，不斷探討物理學(xué)的其他問(wèn)題，從而創(chuàng)立了熱力學(xué)、統(tǒng)計(jì)物理學(xué)和電磁理論等新的經(jīng)典物理學(xué)科．從這里可以看出，物理學(xué)形成和發(fā)展的過(guò)程，實(shí)際上就是一個(gè)探索和創(chuàng)新的過(guò)程．在物理教學(xué)中不斷傳輸這一理念，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)．

(2)結(jié)合物理學(xué)與社會(huì)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(huì)的變革與發(fā)展．現(xiàn)摘取幾例.

1)哥白尼的天文觀——地球不是所有天體運(yùn)動(dòng)的中心，而是一個(gè)與其他天體相似的物體．“太陽(yáng)在宇宙正中坐在其寶座上”．哥白尼的天文觀挑戰(zhàn)當(dāng)時(shí)在西方占主宰地位的宗教觀，《天體運(yùn)行論》不僅終結(jié)了地心宇宙論，更給狂妄的中世紀(jì)宗教以有力的一擊．

2)牛頓的世界觀——自然運(yùn)動(dòng)存在自身規(guī)律．在這種科學(xué)理念的啟示下，人們認(rèn)識(shí)到人類(lèi)社會(huì)也應(yīng)有其自身的規(guī)律，人生來(lái)平等，人類(lèi)社會(huì)的運(yùn)行應(yīng)以人為中心，照應(yīng)個(gè)人利益是治理社會(huì)的基礎(chǔ)，任何政府唯一的宗旨就是保護(hù)人創(chuàng)造財(cái)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(duì)英國(guó)的光榮革命、歐洲的啟蒙運(yùn)動(dòng)、美國(guó)獨(dú)立宣言、美國(guó)的憲法和法國(guó)大革命均產(chǎn)生了深刻的影響．

3)熵的文化理念——熱力學(xué)理論用熵來(lái)闡述系統(tǒng)自發(fā)過(guò)程的不可逆性．熵對(duì)系統(tǒng)無(wú)序性本質(zhì)的揭示，啟發(fā)人們要慎重對(duì)待人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展與自然的和諧，應(yīng)以自然和諧的方式提取生活所需的物質(zhì)能量，人不能超越于自然的自在演化規(guī)律來(lái)創(chuàng)造人類(lèi)的文明，自然的法則才是人與自然和諧共存的根本，過(guò)分地強(qiáng)調(diào)人類(lèi)社會(huì)的中心發(fā)展意識(shí)，反而會(huì)使人類(lèi)社會(huì)受到更大的傷害．熵的文化理念驚醒了人們的環(huán)保意識(shí)．

對(duì)于正處于世界觀形成期的中學(xué)生來(lái)說(shuō)，這些物理思想有助于他們正確認(rèn)識(shí)人與宗教、人與社會(huì)、人與自然的關(guān)系，形成正確的世界觀．

(3)結(jié)合物理方法的介紹和運(yùn)用傳輸科學(xué)的學(xué)習(xí)觀

物理思想是物理學(xué)理論體系的核心，是物理教育指向的根本．只有深入地領(lǐng)悟到物理思想的本質(zhì)，感悟到其中深厚的科學(xué)文化內(nèi)涵，才能夠較好地掌握物理知識(shí)和靈活地運(yùn)用物理方法去解決實(shí)際問(wèn)題．物理方法是物理思想的具體表現(xiàn)，也是開(kāi)發(fā)創(chuàng)造思維的理論指導(dǎo)．中學(xué)物理教學(xué)中涉及很多物理方法，這里列舉幾例.

觀察法：在反復(fù)觀察大量的物理現(xiàn)象或?qū)嶒?yàn)的基礎(chǔ)上尋找規(guī)律．如平拋運(yùn)動(dòng)物體在豎直方向運(yùn)動(dòng)規(guī)律的確定(人教版《物理·必修2》第五章第3節(jié)“做一做”)．

實(shí)驗(yàn)法：利用相關(guān)的儀器、儀表和設(shè)計(jì)的裝置，通過(guò)對(duì)現(xiàn)象的觀測(cè)，數(shù)據(jù)的采集、處理、分析后得出正確結(jié)論．如，探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系(人教版《物理·必修1》第四章第2節(jié))．

極限法：利用臨界條件值作為解題思路的起點(diǎn)，設(shè)法求出臨界值，再進(jìn)行分析、討論得出結(jié)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(hào)電荷的小球B飛去，求兩球距離最近時(shí)A，B的速度(人教版《物理·選修3-5》第十六章第3節(jié)“問(wèn)題與練習(xí)4”)．

類(lèi)比法：通過(guò)對(duì)內(nèi)容相似、形式相似或方法相似的一類(lèi)不同問(wèn)題的比較來(lái)區(qū)別它們異同點(diǎn)的方法．如，電場(chǎng)和磁場(chǎng)的比較、動(dòng)能定理和動(dòng)量定理的比較．

等效法：在效果相同的前提下，把實(shí)際的、復(fù)雜的物理過(guò)程等效成理想的、簡(jiǎn)單的過(guò)程來(lái)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(jié))、運(yùn)動(dòng)的合成與分解(人教版《物理·必修2》第五章第2節(jié))．

理想化模型法：將復(fù)雜的物理過(guò)程、物理現(xiàn)象中最本質(zhì)具有共性的東西抽象出來(lái)，將其理想化、模型化，略去其次要因素和條件，研究其基本規(guī)律．如勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)、勻強(qiáng)電場(chǎng)、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(xué)中，物理方法的介紹過(guò)程就是物理思想的滲透過(guò)程，物理方法的運(yùn)用過(guò)程就是物理思想的實(shí)踐過(guò)程．物理方法是提升學(xué)生思維能力的基礎(chǔ)，加強(qiáng)物理方法的學(xué)習(xí)和思維訓(xùn)練，有助于學(xué)生思維能力的提高．因此，物理教學(xué)要把隱藏在物理學(xué)中的科學(xué)方法發(fā)掘出來(lái)，幫助學(xué)生努力掌握這些方法，引導(dǎo)他們盡情賞析物理思想的光輝，接受物理思想的滋潤(rùn)，洞察物理學(xué)理性的奇思和感性的妙想，使學(xué)生同時(shí)獲得科學(xué)與人文的認(rèn)知，達(dá)到全面提升學(xué)生文化素質(zhì)的目的．

3 物理精神——在教學(xué)過(guò)程中積極弘揚(yáng)

物理精神是物理學(xué)對(duì)物質(zhì)、物質(zhì)結(jié)構(gòu)以及物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一般規(guī)律之真、善、美統(tǒng)一的執(zhí)著追求．在漫長(zhǎng)曲折的歷史過(guò)程中，物理文化之所以能夠得以傳承和不斷發(fā)展，正是因?yàn)槲锢砭竦膬?nèi)在驅(qū)動(dòng)．

物理學(xué)的形成，內(nèi)源于人類(lèi)對(duì)自然界的好奇與探索，外源于人類(lèi)生存和生產(chǎn)力的發(fā)展．前者是對(duì)未知世界之“真”的認(rèn)識(shí)，是主觀符合客觀；后者則始終孕育著社會(huì)的“善”，是客觀符合主觀．其實(shí)這二者都是在人類(lèi)的內(nèi)在精神追求和價(jià)值取向的驅(qū)使下形成的．由于物理學(xué)的研究對(duì)象決定了物理文化的最基本的功能是要實(shí)現(xiàn)對(duì)物質(zhì)、物質(zhì)結(jié)構(gòu)及物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一般規(guī)律之“真”的認(rèn)識(shí)，當(dāng)某種“真”的認(rèn)識(shí)借助于技術(shù)并服務(wù)于社會(huì)，使廣泛的群體受益并接受，即表現(xiàn)為物理文化的“善”．而“真”與“善”在物理學(xué)體系本身以及在物理文化中實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一時(shí)體現(xiàn)出一種獨(dú)特的“美”，即自身內(nèi)涵的和諧以及自身與外界一切相關(guān)事物的和諧與互補(bǔ)．

物理文化的核心因素就是追求物質(zhì)及其運(yùn)動(dòng)之真善美的統(tǒng)一．從古希臘先哲對(duì)物質(zhì)本原的探索到亞里士多德對(duì)力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系的思考，從中國(guó)古代的“五行說(shuō)”到墨家對(duì)力與運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)的認(rèn)識(shí)；從哥白尼的《天體運(yùn)行論》的發(fā)表，到牛頓經(jīng)典力學(xué)體系得到公認(rèn)；從普朗克量子論的建立，到愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論原理的問(wèn)世；處處體現(xiàn)著這種精神，一代又一代物理學(xué)者在這種精神的激勵(lì)下不畏艱難，奮斗一生．為此，在物理教學(xué)中弘揚(yáng)物理精神可以圍繞求真、向善和臻美3個(gè)方面開(kāi)展.

(1)求真．在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象、測(cè)量的數(shù)據(jù)、得出的結(jié)論，很可能跟預(yù)期不同、跟其他同學(xué)不同、跟已有的知識(shí)不同，這時(shí)教師務(wù)必要求學(xué)生遵守一個(gè)原則：實(shí)事求是，尊重事實(shí)．因?yàn)槲锢韺W(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，物理概念的形成、規(guī)律的實(shí)現(xiàn)、理論的建立，都有賴(lài)于實(shí)驗(yàn)，其正確性要不斷受到實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)．正如物理學(xué)家費(fèi)曼所說(shuō)：“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(shí)驗(yàn)不符便是錯(cuò)了，簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單，這就是科學(xué)．”可以這樣告訴學(xué)生,不同，可能是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)問(wèn)題，也可能是操作失誤，還可能導(dǎo)致新的發(fā)現(xiàn)，所以，要保留真實(shí)數(shù)據(jù)去認(rèn)真分析，更要時(shí)刻保持一顆懷疑的心去勇敢探索，而這正是物理學(xué)“求真”精神之體現(xiàn)．

(2)向善．學(xué)習(xí)物理的根本意義在于應(yīng)用，雖然中學(xué)階段的應(yīng)用主要是解答一些具體問(wèn)題，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看是要為社會(huì)發(fā)展服務(wù)，為人類(lèi)文明進(jìn)步服務(wù)．無(wú)論是牛頓運(yùn)動(dòng)定律的建立使人類(lèi)實(shí)現(xiàn)了遨游太空的夢(mèng)想，法拉第電磁感應(yīng)定律的得出讓人類(lèi)進(jìn)入了電氣化時(shí)代，還是麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的應(yīng)用使天涯變?yōu)榻?，處處無(wú)不彰顯著物理學(xué)“向善”的精神．這一點(diǎn)在著名的物理學(xué)家身上尤能得到體現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)放射性元素鐳的居里夫人最終毅然將提煉所得的鐳獻(xiàn)給了實(shí)驗(yàn)室，把它用于研究工作，并告誡女兒，“鐳必須屬于科學(xué)，不屬于個(gè)人．”后來(lái)她再次做出一項(xiàng)重大的決定，將諾貝爾獎(jiǎng)金獻(xiàn)給法國(guó)政府，用于戰(zhàn)時(shí)動(dòng)員，還親自帶著X光機(jī)上前線(xiàn)服務(wù)，幫助檢查傷病員．教學(xué)中如果能積極引導(dǎo)，會(huì)使學(xué)生不斷感悟到物理學(xué)的“向善”精神進(jìn)而轉(zhuǎn)化為自身的素養(yǎng)．

(3)臻美．物理學(xué)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(yáng)在各自的軌道上愉快運(yùn)行，開(kāi)普勒認(rèn)為宇宙的“數(shù)學(xué)和諧”是行星運(yùn)動(dòng)的根本原因；統(tǒng)一美——麥克斯韋將唯象的電磁規(guī)律統(tǒng)一為理論方程，反映了電磁運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱(chēng)性，揭示出電磁運(yùn)動(dòng)互為因果的和諧性．電、磁與光運(yùn)動(dòng)屬性的統(tǒng)一描述，使我們認(rèn)識(shí)到自然內(nèi)在的和諧與統(tǒng)一性．“從那些看來(lái)與直接可見(jiàn)的真理十分不同的各種復(fù)雜的現(xiàn)象中認(rèn)識(shí)到它們的統(tǒng)一性，那是一種壯麗的感覺(jué)”(愛(ài)因斯坦)；色彩美——牛頓三棱鏡實(shí)驗(yàn)將白光分解成五顏六色，如同彩虹一樣艷麗；對(duì)稱(chēng)美——作用力和反作用力、正電荷與負(fù)電荷、磁體的南極和北極，這些嚴(yán)格的對(duì)稱(chēng)現(xiàn)象向我們展示著一種特殊的魅力；簡(jiǎn)潔美——愛(ài)因斯坦把復(fù)雜隱秘的、以光速運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)能關(guān)系用一個(gè)簡(jiǎn)單漂亮的數(shù)學(xué)公式E=mc2表達(dá)得質(zhì)樸無(wú)華．物理學(xué)因其內(nèi)在的和諧理論構(gòu)架與奇妙想象而具有極大的美學(xué)感召力，在物理教學(xué)過(guò)程中，我們要站在文化的視野中去審視物理學(xué)，在物理文化演進(jìn)的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)交織畫(huà)面中，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注物理學(xué)的文化結(jié)構(gòu)，進(jìn)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(guān)懷，便可使學(xué)生感悟到物理學(xué)“臻美”的精神實(shí)質(zhì)所在，領(lǐng)悟到物理學(xué)的思想、方法和知識(shí)技能的美麗光輝，感受到物理學(xué)的科學(xué)精神對(duì)人生與社會(huì)的種種有益啟示，促進(jìn)情感完美和諧，完善審美情操，健全人性品格．

參考文獻(xiàn)

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(xué)史.成都：西南交通大學(xué)出版社，2004