试论物理学的“知识的结构体系”

姜龙

摘要：在科学领域不断拓展 ， 多种边缘学科纷纷诞生的今天 ， 人们应更加自觉地注意用知识的结构性体系观的眼光来观察自然、 研究科学、 看待世界。那么在教学上 ， 学生要实现从知识向能力这一重心的转移 ，给予适当注意和重视是完全有必要的 。为此本文结合实例从四个方面阐述了知识的结构体系观的作用与意义，并且强调如何使学生变被动学习为主动学习 ， 真正成为知识的主人 ， 其方法之一就是让学生意识到在学习中充分发挥知识的结构性体系的示范作用。

关键词：物理学 知识 结构体系 作用 意义

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）01（a）-0000-00

物理学是大多数学校开设的一门公共基础课，但也是令许多学生头疼的课程。究其原因，学生虽然掌握了大量的具体内容但不会抽象，无法用更简单的方式表示与记忆，造成遇到问题时就大脑内存不够，感觉学了很多但只是入门状态。为了使学生能够正确把握知识和进一步培养学生获取知识的能力，应使学生掌握和利用“知识的结构性体系”。

“知识的结构性体系”是指知识在具有它的内在本质和外部特征的同时，还有它的外部联系。由于知识的这种外部联系，使知识之间按一定规范组成具有一定基本结构的体系。这个体系将使学生在学习知识本体的同时 ， 让思维扩展到与之相应的知识结构性体系中去 ， 知识与体系有机的结合，既加深了对知识本体的理解 ，又加深了对体系的再认识。

在物理学发展史上 ， 牛顿对万有引力定律的发现有力的说明了知识的结构性体系观在认识自然中的作用和重要性 。当人们对物体由空中自然下落 ， 这无数司空见惯的现象熟视无睹的时候 ， 牛顿对物体受地球的吸引联想到天体之间引力的存在 ， 进而顿悟到一切物体之间都存在着引力 ， 最终导致著名的万有引力定律的发现。事实上 ， 早在公元前四世纪亚里斯多德就对这种现象进行了思考。但他最终没有发现万有引力定律 ， 他的错误就在于他不仅没有将物体的各类运动的外部联系放在一个共同体系中来观察 ， 反倒将运动按物体在自然界中所处的不同层次加以分割 （ 例如人类、木球、石块、羽毛…… ）， 这就是亚里斯多德的本体论。照他的本体论观点，亚里斯多德无论如何也想不到苹果与星球之间存在可比性 ， 自然也就不可能通过苹果来说明天体了。然而正是牛顿 ， 以他的事物结构性体系观敏感地联想到苹果下落与月球绕地球旋转都可变通地归结为一个共同原因：这就是物体间的引力。这样 ， 作用于月球上的 " 天文学上的力 " 就再没有什么神秘可言 ， 它和作用于我们地球上日常碰到的物体的重力 ， 完全可归结为一个体系来加以研究。就这样 ，牛顿完成了万有引力定律这一划时代的发现。对牛顿这一伟大发现 ， 汤姆逊曾精辟的指出：“牛顿的伟大贡献并不在于他指出了苹果下落的原因而是指出了苹果与星球的相似性。” 不言而喻 ， 这种 “相似性”就是对事物的认识从本体观到结构性体系观的飞跃。

物理学就是由若干纵横交错的体系构成 ， 他们的共性联系使得物理学的所有内容成为一个有机整体。即使是每个相对独立的体系，内部也有若干体系存在。

由于体系的构成是在对各本体的特性中具有普遍性的抽象基础上完成的 ， 所以知识的结构性体系观在对知识的全面、准确、深刻理解上 ， 将有着重要的意义和作用。现将这些作用简单分述如下。

一、纲举目张 ， 整体把握

由体系的形成过程 ， 可以了解到被纳入体系内的各本体间存在有共性联系。因而把握住了这一共性 ， 那么在一定程度上也就在把握住了整体的同时也把握住了本体的内在基本结构。所以从体系的共性着眼 ， 知识的结构性体系现在对知识的整体性及个性的认识上起到了一个纲举目张的作用。同时当从整体上去把握一个知识群体时 ， 就可以将知识由零散变为集中 ， 由无序变为有序。自然 ， 從宏观上讲就相当于把复杂的知识转化为简单 ， 线条明快易学又易掌握的知识 。 这在知识的学习中起到事半功倍的效果。例如抛体运动。孤立地看 ， 斜抛、平抛、下抛都各自严格遵循着反映本体的运动规律。 但是它们仍可属于同一个体系 ， 这二体系的共性就是各抛体运动在运动过程中都仅受到重力的作用 ， 这就决定了加速度只能是 g。 而体现在区别各本体的特征就表现在初速度υ0与重力 G间夹角α的不同而决定了轨迹不同。在这几种运动中斜抛运动明显地起着体系的示范作用。

二、触类旁通，知一闻十

由于体系内各本体的共性联系 ， 这就必然要触发人们思维上的联想。尤其是在对一个知识体系内的个别知识尚不完全清楚时 ， 这种联想在对本体的认识上可起到触类旁通、由此及彼的过渡作用 。这对扩大视野、拓宽知识面是有积极意义的。例如 ： 静电场这一概念的引入是根据库仑定律中所提示到的 “两电荷间的作用力可以不通过相互接触来实现” 。这一现象与我们的经验 “两物体间发生力的作用必须要相互接触”是相矛盾的。为了达到二者的统一 ， 可向学生说明； 电荷周围存在着一种特殊形式的物质 ， 这就是电场。电荷间的相互作用就是通过电场来传递的 。作为启发 ， 可作这样的联想式提问 ： 生活中是否还有这种“不通过相互接触而发生为作用”的现象 ？ 学生很快通过自己联想去搜寻实际中的事例就迅速找到 “物体与地球之间也有类似情况”。 如物体受地球引力而自空中下落 。共同的特点说明两者属于一个体系 ， 这就是场的概念。地球周围也存在场 ， 这就是引力场 。电场 ， 这一高度 抽象的概念 ， 就这样通过触类旁通的联想 ， 悄然植入学生头脑之中。与此同时 ， 还扩大了视野 ， 且能用体系的观点来看待“场”这一概念了。这时尤其要提到的是 ， 当学生这种联想式的思维扩展到一定程度 ， 知识就将发生大批的 “迁移” 现象。这种迁移 ， 不仅对本学科 ， 而且对其他学科的学习 ， 以至对世界的整体性认识都将产生极大的促进作用 ， 真正起到茅塞顿开 ， 知一闻十的意想不到的效果 。

三、把握共性 ， 深化本体

当把那些分散的、孤立的知识从各自狭小的局限中解脱出来 ， 纳入一个满足一定共性规范的体系之中时 ， 这种共性首先就消除了知识间的机械分割 ， 使之成为一个协调有序的整体。但是体系的形成并不排斥对本体的认识。因为共性在属于体系的同时 ， 也属于本体。正因如此 ， 共性才为人们对本体的深化了解提供了可循的线索和渠道。共性的这一作用集中体现在由于本体间的共性联系 ， 使体系内的本体之间可相互互渗透、相互体现 ， 因为知识是以体系的形式而存在 ， 所以 ， 人们已感到 ， 当从体系的角度去认识本体 ， 才能准确、深透的理解本体。反过来 ， 由于体系与本体之间活跃着辩证的对立统一关系 ：即本体的认识依赖着体系 ， 但同时又促进着体系的不断充实和扩展 ， 进而又与其他体系发生有机联系 ， 其结果将人们的认识不断引向整个客观世界。历史上关于光本性的争论长达数百年之久 ， 原因之一就是因为双方各执一端而都没有清醒地意识到光的波粒二象性存在于同体系之中 ， 孤立地去强调一方而否认另一方的正确性。 而当法国科学家德布罗意用他的“物质波” 的理论将光的波粒二象性有机纳入一个体系 ， 才真正发现了：原来两派学说不能统一的原因是光的波动性并不表现为人们习惯认识的机械波 ； 而粒子性也并不表现为宏观世界里实物的质点。这里就产生了两方面的效果 ： 一方面彻底纠正了过去人们因没有用体系的眼光看待光的波粒二象性而造成的关于光的两个本体 ， 即波动性和粒子性的片面认识 ， 同时更重要的是德布罗意在总结了关于光本性认识的基础上 ， 以他的 “物质波”的理论向人们提示： 不仅光具有被粒二象性 ， 而且一切微观粒子 ， 包括电子、质子等都具有与光类似的特性。德布罗意的这一假想被后来的实验所证实。这样在完整認识了光这一体系之后 ， 人们的视野又被迅速扩展到对整个微观领域的认识中去 ， 从而实现了体系上的突破。 历史上的这些事实提醒我们 ， 如果在注意知识本体的同时 ， 又注意体系的作用 ， 同时也是更需加倍注意的是本体对体系的反作用 ，无疑这不仅使学生对知识本身的学习 ， 而且对进一步培养学生的创造性思维是大有裨益的。

四 、摆脱束缚 ， 超越知识

脱离了体系的本体 ， 就不再是原来意义上的本体 ， 因而游离于体系之外的知识由于孤立而必然僵化。知识的异化现象比较普遍地存在于学生的学习之中。产生这种现象的原因之一就是因为这些学生不善于或者不自觉地拒绝从体系的角度去总结和归纳知识 。这不仅使他们不能达到能动学习的目的 ， 反而在学习知识进而企图掌握知识的同时 ， 不知不觉地又必然要受到知识的束缚 ， 最终又成为知识的俘虏。如何使学生变被动学习为主动学习 ， 真正成为知识的主人 ， 其方法之一就是让学生意识到在学习中充分发挥知识的结构性体系的示范作用。而且 ，不仅以知识的单一侧面去使用单一体系来规范 ， 还要多侧面多角度地使用多个体系的共性来规范。这样让知识在共性不同的体系中去展示自己丰富的个性 ， 进而全面准确地揭示出它的内在结构 ， 达到知识共性和个性的统一 ， 灵活性和严密性的统一。更广阔的 ， 当我们把知识纳入科学发展史这个宏大的体系时 ， 我们就能更清楚地看到 ：知识及其体系内部的矛盾运动所产生的种种变化给人们不断地带来所谓 “不确定性”的感觉 ， 才是知识的全部魅力之所在 ， 当你深刻领略和感受到这一点时 ， 知识对你的束缚才会真正消失 ， 在消失的同时 ， 事实上你已完成了对知识的超越。

最后值得一提的是 ， 在科学领域不断拓展 ， 多种边缘学科纷纷诞生的今天 ， 人们更加自觉地注意用知识的结构性体系观的眼光来观察自然 ， 研究科学 ， 看待世界。那么在教育上 ， 学生要实现从知识向能力这一重心的转移 ， 对知识的结构体系观给予适当注意和重视是完全有必要的 。

参考文献：

[1]杨仲耆，申先甲.物理学思想史.长沙：湖南教育出版社，1993