物理文化研究对物理教育的启示

刘惠

摘 要：从文化的视角来看，物理教育与物理文化是密不可分的。物理文化的世代相传主要依靠物理教育。那么物理文化研究对制定物理教育目标、对学生的发展有什么启示呢？

关键词：物理文化；起源；物理教育

1 物理文化研究对制定物理教育目标的启示

物理教育本身就是一种广义的文化活动，物理教育不能不重视物理学的文化价值。物理教育活动中，学生仅仅了解物理学知识是远远不够的；还应该了解物理学在人类文化发展和社会生产力发展中的作用；也应让学生在学习物理学过程中，形成和掌握科学的价值观、科学思维方式，接受物理文化全方位的熏陶。

物理教学是一个庞大的体系，我认为至少可以分为3种类型：为研究物理而学物理；为应用而学物理；为提高文化素养而学物理。即为物理而物理，为应用而物理，为文化而物理。这就构成了物理教学目的多样性或者说物理学习的多功能性问题。

物理教学的目的，诺贝尔物理学奖获得者费曼有非常深刻而全面的观点。他认为学习物理有5方面的理由：第一是为了学会怎样动手做测量和计算，及其知识在各方面的应用；第二是培养科学家，他们不仅致力于工业的发展，而且贡献于人类知识的进步；第三认识自然界的美妙，感受世界稳定的实在；第四是学习怎样由未知进到已知的科学求知方法；第五是通过尝试和纠错，学会一种有普遍意义的自由探索和创造精神。费曼在他的《费曼物理学讲义》的结束语中这样写道：“我讲授的主要目的，不是为你们参加考试做准备——甚至不是为你们服务于工业或军事做准备，我最想做的是给出对于这个奇妙世界的一些欣赏，以及物理学家看待这个世界的方式，我相信这是现今时代里真正文化的主要部分。也许你们将不仅对这种文化有欣赏，甚至也可能你们会加入到人类理智已经开始的这场伟大的探险中去。”

2 物理文化研究对学生发展的启示

从文化的视角来看，物理教育与物理文化是密不可分的。物理文化的世代相传主要依靠物理教育。

物理文化通过3个途径实现对青少年的培养：一是借助作为文化结晶的文字读物（物理教材、教参书、科学期刊、物理学家传记、科普读物等），向青少年传播物理文化。二是通过作为物理文化“活”的载体的物理教师，系统地讲述物理学发展历史、知识体系、物理学的价值标准、杰出物理学家的思维方式，工作方法，个性特征等，青少年对进行物理文化的熏陶。三是借助自然物理环境和人工物理环境引导学生感悟物理、热爱物理。物理文化教育可以在下几个方面实现对青少年的培养，促进他们的发展。

2.1 有助于形成科学探索精神

物理文化是当代人类文化的主流文化之一，是领引社会进步的重要力量。物理文化是科技文化的基础，对青少年的培养具有不可替代作用。 它是战胜一切伪科学的认识论基础。物理学习活动有助于破出封建迷信，激发好奇心，求知欲，培养人的探索精神。

爱因斯坦在其《自述》一文中，对自己观念的变化和好奇心有过精彩的描述：“尽管我是完全没有宗教信仰的（犹太人）双亲的儿子，我还是深深地信仰着宗教，但是这种信仰在我12岁那年突然终止。由于读了通俗的科学书籍，我很快相信《圣经》里故事有许多不可能是真实的，其结果就是一种真正狂热的自由思想，。这种经验引起我对所有权威的怀疑。我很清楚少年时代的天堂就这样失去了，这是使我自己从“仅仅作为个人”的桎梏中，从那种被愿望和原始感情所支配的生活中解放出来的第一个尝试。在我们之外有一个巨大的世界，它离开我们人类独立地存在，它像伟大而永恒之迷，然而至少部分地是我们的观察和思维所能及的。”从爱因斯坦的典型经历中，我们看到学习物理对消除迷信，建立批判意识的深刻作用。我们不难推想经过系统的物理学习的人群，比起没有接触这种文化的人群来，更具有抵御迷信和伪科学的能力。

好奇心是人的天性，人类生活在大自然中，总是力图了解自身和所处的外部世界，渴望使心中的疑团得以解释。古人对自然的奥秘发出过多少质朴的发问：天体是怎样运行的？热现象的本质是什么？电、磁是怎么产生的？光的本质是什么？物质是怎样构成的？正是自然界美妙而复杂的现象，激发了一代又一代物理学家的好奇心，促使他们去探索自然现象背后的本质，而物理学的每一个科学概念的产生都充满了探索和创新，还包括对已有错误观念的批判。物理学作为人类认识自然的伟大成果，无论其内容、方法和结构都是人类创造智慧的集中体现，物理学形成和发展的过程，就是一个探索和创新的过程，其闪耀着科学探索之光。我们的物理文化教育是在课堂上再现科学探索的过程，因而有助于培养人的科学探索精神。

2.2 有助于科学的认知与思维训练

物理学知识具有解释物质世界的认知功能，他帮助人们科学地认识和理解物质世界的规律，开阔人们的认识视野，提高人们与自然和谐相处的能力。

物理学方法是发明创造的思维武器，也是开发创造思维的理论指导。著名物理学家都非常重视科学方法的研究和应用，物理学上的重大发现往往是从方法论上打开缺口，突破前人的思想方法的局限，进而获得成功的。物理学是包含科学方法最多丰富的学科，在通用科学方法300种中，物理学中包含170 多种，物理学是具有方法论性质的学科。例如，物理教学的理想的教学模式是：创设问题情景（通过实验或现象描述）—分析问题—找出解决问题的出发点（建立概念或提出系统参数）—找出解决问题的可能的途径—从最佳途径出发建立数学模型—求解数学模型—讨论命题的物理意义和可能的技术应用。这一过程就是研究复杂问题的全过程，是解决复杂问题的基本方法。许多重大科学发现从方法论的角度看和解决一个物理问题完全一样。

爱因斯坦认为：“如果青年人通过体操和走路训练了他的肌肉和体力的耐久性，以后能适应体力劳动。思想的训练以及智力和手艺方面的技能锻炼也类似这样。”物理知识和物理方法是提升学生思维能力的基础，因此，物理教学把隐藏在物理学中的科学方法发掘出来，加强科学方法的学习和思维训练，有助于学生思维能力的发展。

2.3 有助于进行物理学美的熏陶

自然界是丰富多彩的，它充满了各种各样的美妙的现象，人们在对自然的审视中获得了美的感受和体验，因而创造了艺术美、文学美、建筑美、服饰美等等。作为自然界理性思维成果的物理学也存在美，学习物理文化同样有审美价值。

对于物理学的美的概括不太容易，但是如和谐、优雅、一致、简单、对称、新奇等都与物理学之美有关，物理学之美还表现在发展和变化之中，著名物理学家杨振宁认为，物理学的美包括3个方面：现象之美，理论描述之美，理论结构之美。

现象美有自然现象之美，也有实验现象之美 ，当我们观察到彩虹现象时无疑我们会说“美极了”，彩色的干涉条纹，优雅的激光束，奇妙的原子光谱，会给人们以美感。再如超导现象，当发现同有电流而不带电池的线圈中，长年累月地流动电流，可以想象发现者是多么惊讶。

理论描述之美，在物理理论中随处可见，例如对质点运动惯性的描述，深刻地揭示了运动规律的一个侧面，解开了物体运动的原因之谜；再如热力学第一、第二定律对自然界基本性质——能量转换和热力学过程自发运动方向给出了很美的理论描述；再如原子结构的行星模型，把微观世界的结构与宏观世界进行美妙的类比；再如放射性元素按指数规律的衰变的描述，精确到难以置信的地步。

物理学的理论公式，通常给出一个简单漂亮的数学结构，如E=mc ， F=G 等等，把复杂隐秘的自然规律表达得质朴无华，而反映电磁学规律的麦克斯韦方程组，反映时空联系的洛仑兹变换和相对论力学，更是令人惊叹发明者的智慧。

可见，物理文化具有科学美的熏陶作用，有助于提高人的精神境界和思想品味，有助于形成健康、高尚的人格。

（责任编辑 王昕）