用物理文化润泽学生的心灵

刘维宁

(江苏省泗阳致远中学 江苏 宿迁 223700)

物理文化是以物理学工作者为中心、为创造源泉、为实践者而向人类辐射的一种文化．是物理学在发展过程中，人与物理学的相互作用、社会与物理学的相互作用、技术与物理学的相互作用形成的．物理学史、物理思想、物理精神，以及人们对于物理学与社会、物理学与人类命运关系的认识等，均属于物理文化．国家《基础教育课程改革纲要》明确规定了课程的三维目标，即知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观．这表明物理教学不仅是物理知识技能的认知，更是心灵的唤醒，是物理文化对人之心灵深处的教育润泽．所以，传播物理文化是物理教师必不可少的责任．长期以来，中学物理教学过程过分偏重基础知识和基本技能，忽视物理的历史性、整体性、思想性以及人文性，造成物理课堂脱离丰富的文化基础，被简化成一系列单调的知识和技巧，完全扭曲了物理学原有的形象．因此，发掘物理文化潜在的教育价值，改善中学物理教学的面貌，是物理教育的一项重要使命．

物理文化教育应在学生学习知识与提高技能的过程中，引导他们深入领会物理学的科学方法与原则，感悟物理学思想与相应的科学理念，从而将物理内容转化为自身的智慧，在独立、灵活地运用物理知识的同时，不断丰富自己的精神世界．

1 物理学史——在教学过程中适时切入

物理学史主要包括物理知识产生的历史背景和具体过程，物理思想发展的脉络，物理学家的思想和成就等．在物理教学过程中适时切入有关内容，能使学生更加全面和深入地理解当前所学的知识，领略物理学前辈的研究方法、物理思想和精神．切入时机的选择可以在以下几个阶段.

(1)教学内容的引入阶段，沿着历程介绍成果．如,讲授“行星的运动”(人教版《物理·必修2》第六章第1节)之前，可以先介绍古代关于天体运动的两种不同观念——“日心说”和“地心说”的产生背景，然后介绍哥白尼、第谷所做的努力，再介绍开普勒的研究成果——行星运动定律．

(2)教学内容的结尾之处，通过回顾体会意义．如，讲授“自由落体运动”(人教版《物理·必修1》第二章第5节)之后，可简要介绍人类对物体下落快慢问题的认识历程，介绍亚里士多德的错误论断及其产生背景、伽利略的猜想和实验验证．

(3)教学内容的延伸和发展阶段，营造环境帮助理解．如，讲授“能量量子化”(人教版《物理·选修3-5》第十七章第1节)，在讲到黑体辐射的实验规律时，可对黑体研究的背景资料和重要人物普朗克做简单介绍，为量子化观点的诞生做有助学生理解的铺垫．

(4)某一单元开始前，以学生搜集有关历史资料的方式切入．如，在“磁场”(人教版《物理·选修3-1》第三章)讲授前，让学生搜集与磁场知识有关的物理学家信息，有王充、奥斯特、特斯拉、安培、洛伦兹、阿斯顿等，让学生与这些物理学家在思想上近距离接触．

(5)某一单元结束以后，以搞专题活动的方式切入．如，在“电磁感应”(人教版《物理·选修3-2》第四章)讲授结束后，以“伟大的法拉第”为题开一次研讨会，让法拉第积极进取、专注奋斗的工作态度，倾心科学、远离名利的高尚品格，更加深刻地影响和感染学生的心灵．

这样，不仅可以使学生了解到物理知识的产生与发展是源于人类对自然现象的观察和自然规律的探究，体会一个物理结论诞生所经历的艰辛和曲折，还能使学生产生一种身临其境的感觉，有效激发学生学习物理的兴趣，引导他们逐步走进科学的大门，走上探究真理的道路．

2 物理思想——在教学过程中不断渗透

物理思想是人类在创立和发展物理学理论的过程中，对物理学的科学知识、方法和原则进行概括而形成的科学认识．教学过程中如何渗透物理思想，可以从3个方面考虑.

(1)结合物理学形成和发展的过程传输积极的创新观

物理思想在物理学理论创新和问题解决方面具有意识导向作用．以经典力学为例，经典力学的物理思想表明，力是产生加速度的原因，物体总有保持原来运动状态不变的特性，力学规律在任何惯性参照系中形式具有不变性等．人们通过对经典力学思想深入思考，进一步认识到物体的机械运动服从同一规律，从而形成规律性和统一性理念，即自然界的万物运动都应存在统一的规律．物理学家在经典力学思想的引导下，不断探讨物理学的其他问题，从而创立了热力学、统计物理学和电磁理论等新的经典物理学科．从这里可以看出，物理学形成和发展的过程，实际上就是一个探索和创新的过程．在物理教学中不断传输这一理念，有助于培养学生的创新意识．

(2)结合物理学与社会的相互作用成果传输正确的世界观

物理思想深刻影响着社会的变革与发展．现摘取几例.

1)哥白尼的天文观——地球不是所有天体运动的中心，而是一个与其他天体相似的物体．“太阳在宇宙正中坐在其宝座上”．哥白尼的天文观挑战当时在西方占主宰地位的宗教观，《天体运行论》不仅终结了地心宇宙论，更给狂妄的中世纪宗教以有力的一击．

2)牛顿的世界观——自然运动存在自身规律．在这种科学理念的启示下，人们认识到人类社会也应有其自身的规律，人生来平等，人类社会的运行应以人为中心，照应个人利益是治理社会的基础，任何政府唯一的宗旨就是保护人创造财富和享受自由．牛顿的世界观引出了西方的平等观，这一观念对英国的光荣革命、欧洲的启蒙运动、美国独立宣言、美国的宪法和法国大革命均产生了深刻的影响．

3)熵的文化理念——热力学理论用熵来阐述系统自发过程的不可逆性．熵对系统无序性本质的揭示，启发人们要慎重对待人类社会的发展与自然的和谐，应以自然和谐的方式提取生活所需的物质能量，人不能超越于自然的自在演化规律来创造人类的文明，自然的法则才是人与自然和谐共存的根本，过分地强调人类社会的中心发展意识，反而会使人类社会受到更大的伤害．熵的文化理念惊醒了人们的环保意识．

对于正处于世界观形成期的中学生来说，这些物理思想有助于他们正确认识人与宗教、人与社会、人与自然的关系，形成正确的世界观．

(3)结合物理方法的介绍和运用传输科学的学习观

物理思想是物理学理论体系的核心，是物理教育指向的根本．只有深入地领悟到物理思想的本质，感悟到其中深厚的科学文化内涵，才能够较好地掌握物理知识和灵活地运用物理方法去解决实际问题．物理方法是物理思想的具体表现，也是开发创造思维的理论指导．中学物理教学中涉及很多物理方法，这里列举几例.

观察法：在反复观察大量的物理现象或实验的基础上寻找规律．如平抛运动物体在竖直方向运动规律的确定(人教版《物理·必修2》第五章第3节“做一做”)．

实验法：利用相关的仪器、仪表和设计的装置，通过对现象的观测，数据的采集、处理、分析后得出正确结论．如，探究加速度与力、质量的关系(人教版《物理·必修1》第四章第2节)．

极限法：利用临界条件值作为解题思路的起点，设法求出临界值，再进行分析、讨论得出结果．如，在光滑的水平面上，一带电小球A以速度v向一静止的、带同号电荷的小球B飞去，求两球距离最近时A，B的速度(人教版《物理·选修3-5》第十六章第3节“问题与练习4”)．

类比法：通过对内容相似、形式相似或方法相似的一类不同问题的比较来区别它们异同点的方法．如，电场和磁场的比较、动能定理和动量定理的比较．

等效法：在效果相同的前提下，把实际的、复杂的物理过程等效成理想的、简单的过程来处理．如，研究力的合成与分解(人教版《物理·必修1》第三章第4，5节)、运动的合成与分解(人教版《物理·必修2》第五章第2节)．

理想化模型法：将复杂的物理过程、物理现象中最本质具有共性的东西抽象出来，将其理想化、模型化，略去其次要因素和条件，研究其基本规律．如匀速直线运动、匀强电场、理想气体等．

此外，还有分析法、控制变量法、图表法、归纳法、逆向思维法等．

在物理教学中，物理方法的介绍过程就是物理思想的渗透过程，物理方法的运用过程就是物理思想的实践过程．物理方法是提升学生思维能力的基础，加强物理方法的学习和思维训练，有助于学生思维能力的提高．因此，物理教学要把隐藏在物理学中的科学方法发掘出来，帮助学生努力掌握这些方法，引导他们尽情赏析物理思想的光辉，接受物理思想的滋润，洞察物理学理性的奇思和感性的妙想，使学生同时获得科学与人文的认知，达到全面提升学生文化素质的目的．

3 物理精神——在教学过程中积极弘扬

物理精神是物理学对物质、物质结构以及物质运动的一般规律之真、善、美统一的执著追求．在漫长曲折的历史过程中，物理文化之所以能够得以传承和不断发展，正是因为物理精神的内在驱动．

物理学的形成，内源于人类对自然界的好奇与探索，外源于人类生存和生产力的发展．前者是对未知世界之“真”的认识，是主观符合客观；后者则始终孕育着社会的“善”，是客观符合主观．其实这二者都是在人类的内在精神追求和价值取向的驱使下形成的．由于物理学的研究对象决定了物理文化的最基本的功能是要实现对物质、物质结构及物质运动的一般规律之“真”的认识，当某种“真”的认识借助于技术并服务于社会，使广泛的群体受益并接受，即表现为物理文化的“善”．而“真”与“善”在物理学体系本身以及在物理文化中实现统一时体现出一种独特的“美”，即自身内涵的和谐以及自身与外界一切相关事物的和谐与互补．

物理文化的核心因素就是追求物质及其运动之真善美的统一．从古希腊先哲对物质本原的探索到亚里士多德对力与运动关系的思考，从中国古代的“五行说”到墨家对力与运动的本质的认识；从哥白尼的《天体运行论》的发表，到牛顿经典力学体系得到公认；从普朗克量子论的建立，到爱因斯坦广义相对论原理的问世；处处体现着这种精神，一代又一代物理学者在这种精神的激励下不畏艰难，奋斗一生．为此，在物理教学中弘扬物理精神可以围绕求真、向善和臻美3个方面开展.

(1)求真．在中学物理实验教学中，学生在实验中观察到的现象、测量的数据、得出的结论，很可能跟预期不同、跟其他同学不同、跟已有的知识不同，这时教师务必要求学生遵守一个原则：实事求是，尊重事实．因为物理学是以实验为基础的科学，物理概念的形成、规律的实现、理论的建立，都有赖于实验，其正确性要不断受到实验的检验．正如物理学家费曼所说：“不论你的想法有多美，不论你多么聪明，更不论你名气有多大，只要与实验不符便是错了，简简单单，这就是科学．”可以这样告诉学生,不同，可能是实验设计问题，也可能是操作失误，还可能导致新的发现，所以，要保留真实数据去认真分析，更要时刻保持一颗怀疑的心去勇敢探索，而这正是物理学“求真”精神之体现．

(2)向善．学习物理的根本意义在于应用，虽然中学阶段的应用主要是解答一些具体问题，但从长远来看是要为社会发展服务，为人类文明进步服务．无论是牛顿运动定律的建立使人类实现了遨游太空的梦想，法拉第电磁感应定律的得出让人类进入了电气化时代，还是麦克斯韦电磁场理论的应用使天涯变为近邻，处处无不彰显着物理学“向善”的精神．这一点在著名的物理学家身上尤能得到体现，发现放射性元素镭的居里夫人最终毅然将提炼所得的镭献给了实验室，把它用于研究工作，并告诫女儿，“镭必须属于科学，不属于个人．”后来她再次做出一项重大的决定，将诺贝尔奖金献给法国政府，用于战时动员，还亲自带着X光机上前线服务，帮助检查伤病员．教学中如果能积极引导，会使学生不断感悟到物理学的“向善”精神进而转化为自身的素养．

(3)臻美．物理学的美需要在物理文化层次上去审视．和谐美——八大行星围绕太阳在各自的轨道上愉快运行，开普勒认为宇宙的“数学和谐”是行星运动的根本原因；统一美——麦克斯韦将唯象的电磁规律统一为理论方程，反映了电磁运动的对称性，揭示出电磁运动互为因果的和谐性．电、磁与光运动属性的统一描述，使我们认识到自然内在的和谐与统一性．“从那些看来与直接可见的真理十分不同的各种复杂的现象中认识到它们的统一性，那是一种壮丽的感觉”(爱因斯坦)；色彩美——牛顿三棱镜实验将白光分解成五颜六色，如同彩虹一样艳丽；对称美——作用力和反作用力、正电荷与负电荷、磁体的南极和北极，这些严格的对称现象向我们展示着一种特殊的魅力；简洁美——爱因斯坦把复杂隐秘的、以光速运动物体的质能关系用一个简单漂亮的数学公式E=mc2表达得质朴无华．物理学因其内在的和谐理论构架与奇妙想象而具有极大的美学感召力，在物理教学过程中，我们要站在文化的视野中去审视物理学，在物理文化演进的静态与动态交织画面中，引导学生关注物理学的文化结构，进行文化审美的思考与欣赏，将高雅的审美思想融入到理性思维，追求人文关怀，便可使学生感悟到物理学“臻美”的精神实质所在，领悟到物理学的思想、方法和知识技能的美丽光辉，感受到物理学的科学精神对人生与社会的种种有益启示，促进情感完美和谐，完善审美情操，健全人性品格．

参考文献

1 解世雄.物理文化论.重庆：西南师大出版社，1996

2 厚宇德.物理文化与物理学史.成都：西南交通大学出版社，2004