李烽韜

物理學作為自然科學的一個分科，以研究物質(zhì)結構和相互作用及它們的運動規(guī)律為己任，在自然科學中地位特殊，它以整個自然界為研究對象，范圍非常廣闊，它的基礎是實驗事實，其基本的研究方法是觀察、實驗。物理學既古老又年輕，早在古代人們在日常生活、生產(chǎn)實踐中就積累了一定的物理知識。古希臘的亞里士多德的《物理學》一書，敘述了當時人們對物體運動的有關知識，我國古代的沈括在《夢溪筆談》中也闡述了許多物理現(xiàn)象。說它年輕是因為，現(xiàn)代物理學的飛速發(fā)展正在影響著人們生產(chǎn)、生活的各個領域，特別是20世紀興起的電子技術、計算機等，引起了一場深刻的技術革命，可以說物理學的飛速發(fā)展與人類社會的物質(zhì)文明息息相關。

但是，我們發(fā)現(xiàn)，不少同學用很長時間學習那些具體的物理知識，常常只滿足于對具體知識的理解，沒能建立起相應的物理觀念，對物理世界的規(guī)律沒能獲得一個清晰的基本認識。

中學物理學習，首先是物理基礎知識的學習，而中學物理基礎知識包括相互區(qū)別又相互聯(lián)系的兩個方面，即物理概念和物理規(guī)律，要想讓學生學好物理概念和規(guī)律，就必須掌握正確的學法。

一、從了解物理學史中加深對物理概念的理解

中學物理有大量的物理概念，如力、質(zhì)量、速度、壓強、電流等等，這些物理概念反映了大量物理現(xiàn)象、物理過程等客觀事物中最本質(zhì)的屬性。要深刻理解物理概念，并能靈活地運用概念解決問題，全面了解概念的發(fā)展史就很必要和重要。比如，力是物理學中最基本的概念之一，初中學，高中學，到大學后繼續(xù)學習還要講，但學生總感覺到抽象難懂，理解不深。那么，對力這一自然現(xiàn)象，人們到底是怎樣認識的，人們對力現(xiàn)象的認識到底經(jīng)歷了怎樣的認識過程，目前又達到怎樣的一個水平？其實人們對力現(xiàn)象的認識與我們大家對力的最初的認識是一致的，都是與推、拉、提、壓等引起的肌肉緊張、疲勞等主觀感覺相聯(lián)系的。《墨經(jīng)》中有“力，刑之所以奮也”的說法。刑，指形體，其含義就在于此。難道力就是肌肉緊張、疲勞？肯定不是。這只是人們對力現(xiàn)象的感性認識。到底什么是力？是誰將人們的這一感性認識上升為科學理論？古希臘學者亞里士多德歸納了大量力的現(xiàn)象，提出“力是維持物體運動的原因”，距今已有二千余年，直到十七世紀，牛頓在總結了伽里略、笛卡兒等人的研究成果，提出“力是使物體運動狀態(tài)改變的原因”，人們對力現(xiàn)象才有了本質(zhì)的認識。難怪現(xiàn)在還有很多同學在學習力概念時有跟亞里士多得相同的看法，原因就是因為沒有透過物理表象，當知道物理這一史實時，我們在學習力的概念時就會有更深的理解，極少犯跟亞里士多德一樣的錯誤。如在學習電磁感應時，介紹歷史上探索“磁能生電”進的艱難過程，讓學生了解法拉第對磁生電的研究，這樣學生仿佛就經(jīng)歷了歷史的進展一樣，加深了對磁生電的理解，學起來也就輕松得多了，并且對科拉頓跑失良機有更充分的認識。

二、從明確物理學史中更好地掌握物理規(guī)律

物理規(guī)律是物理學習主要內(nèi)容，它是一類物理現(xiàn)象及物理過程本質(zhì)的、必然的聯(lián)系。了解物理規(guī)律發(fā)展確定的歷程，能加深對物理規(guī)律的理解和掌握。能的轉化和守恒定律被譽為是十九世紀自然科學的三大發(fā)現(xiàn)之一，無論是在哲學界還是自然學界具有崇高的地位，也是中學生學習的一個重點。

那么，該定律究競是怎樣被發(fā)現(xiàn)確立的，科學家們?yōu)榇烁冻隽嗽鯓拥呐?，進行了哪些方面的研究？了解了這些，無疑能加深學生對定律的學習和理解。追朔起來，守恒思想的萌芽起源于遠古時期，古希臘哲學家很早就提出了“運動不滅”的思想，我國明朝王夫之在深入手工作坊考察制墨燒汞過程中得出“生非創(chuàng)有，死非消滅”的結論。1638年，伽利略通過對斜面和擺的研究意識到物體下落過程中所獲得的速度，能夠使它從新跳回原來的高度，但不會更高。1669年，惠更斯研究完全彈性碰撞時，認識到各個物體的質(zhì)量與速度平方的乘積的總和，在碰撞前后保持不變等等。其實，科學家們對各種現(xiàn)象之間普遍聯(lián)系且能相互轉化的發(fā)現(xiàn)研究開始于十八世紀末十九世紀初。1799年，化學家戴維把兩塊冰放在真空容器中摩擦，發(fā)現(xiàn)冰被溶解。1801年英國科學家尼科爾遜，通過電解水的實驗證明電可以產(chǎn)生化學變化。1820年丹麥物理學家奧斯特證明電可以轉化為磁。1821年德國人塞貝克制成溫差電偶，證明熱可以轉化為電。1831年英國科學家法拉第證明：磁可以轉化為電。1842年楞次、焦爾幾乎同時發(fā)現(xiàn)了電流的熱效應等等。這些發(fā)現(xiàn)使科學家們得出了同一個結論：在自然界中各種運動形式都可以相互轉化，并相信各種運動是統(tǒng)一的。到十九世紀四十年代，能量守恒的信念基本確立，接著許多科學家便開始了將信念上升為規(guī)律的定量研究，其中邁爾、亥姆霍茲、焦爾最為著名。

德國醫(yī)生邁爾，在1845年根據(jù)氣體溫度發(fā)生變化，定壓過程吸熱大于定容過程吸熱的事實，計算出了熱功當量的數(shù)值J=365Kgm/KCol。可以說，他是歷史上第一個提出能量守恒定律并計算出熱功當量的人，也是第一個把能量轉化概念應用于生物領域的人。德國物理學家、生物學家亥姆霍茲，在全然不知邁爾、焦爾等人工作的情況下，從生理學問題入手，于1847年發(fā)表文章，以其嚴密的數(shù)學方式表達了能量守恒和轉化定律。焦爾的實驗研究更令人注目，自學成才的英國物理學家焦爾，自1843年起，用盡四十年的時間進行了四百多次實驗，通過電和熱的轉化，電和機械能的轉化，機械能和熱的轉化等測出了熱功當量，特別是1847年的6月，在牛津舉行英國科學促進協(xié)會的會議上，焦爾報告的用法碼下落帶動銅制的劃水輪分別攪水、鯨腦油和水銀的實驗，測出熱功當量的平均值J=4.203J/Cal。在當時的實驗條件下，他所測得的熱功當量的數(shù)值能夠保持三十年不作較大更正，這在物理學史上實屬罕事，后人不得不為他驚人的耐心和巧奪天工的技術而贊嘆。熱功當量的測定為能量守恒提供了證據(jù)，奠定了堅實的實驗基礎。大約到了1860年左右，能量轉化和守恒定律才被人們普遍接受，而且立即成為整個自然科學的基石。當學生知道了這些史實時，不但明確了發(fā)現(xiàn)一種物理規(guī)律的艱辛程度，還能更好地明確物理規(guī)律的內(nèi)涵，從而更深層次理解了這一規(guī)律。

另外，對歷史上一些有杰出貢獻的科學家進行個別考察和研究時，我們會認識到，這些科學家對待事物的科學態(tài)度、思想方法、高貴品質(zhì)等都將對我們的學習和成長產(chǎn)生深遠的影響和熏陶，受到深刻的啟示和啟迪，得到巨大的動力和精神食糧，受到鼓舞。

總之，物理學是來源于實際生活而又用到實踐中去的一門科學，學生明確了科學家探究物理規(guī)律的過程，也就會更加明確物理實驗在學習中不可替代的作用，可以用實驗去探究還不明了的問題。