挖掘物理教材 培育科学精神

夏小雅

【摘 要】科学精神是热爱科学，执着奉献，追求真理，严谨求真。要在物理教材中进行理想信念、爱国情操、科学品质、求实精神等创新品质的培养，教师在教学过程中，就要深入挖掘教材，通过科学的教学方法，实现预期的教学目标。

【关键词】物理教材；科学精神；科学方法

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2017）30-0133-02

一、利用自然学家追寻真知的奋斗历程培育科学态度

科学之路曲折坎坷，科技史上的点滴进步都是自然科学家经过艰苦卓绝、锲而不舍的努力奋斗换来的。科学家有着不愿与众同流的坚持和孤独，有着对高远理想的向往、期盼、等待和追寻，饱尝了追寻中的风霜、冷清、苍茫和寂寞，甚至不惜以生命为代价，正所谓“昨夜西风凋碧树，独上高楼，望尽天涯路”。他们的奋斗历程、成功经验都是无尽的宝藏，是进行德育渗透的好教材。

恩格斯说过，自然科学“在普遍的革命中发展着，而且它本身就是彻底革命的，它还得为争取自己存在的权利而斗争。”在教会神学桎梏人们的思想，地心说被奉为“真理”时，哥白尼发表了《天体运行论》，发起对教会的挑战，使科学从神学中解放出来，引起了人们在宇宙观上决定性的变革。为宣传哥白尼学说，布鲁诺备受迫害，流亡囚禁都不能使他屈服，他说过，“为真理而斗争是人生最大的乐趣”“我愿为殉道而死”。1600年他被烧死在罗马的鲜花广场；伽利略被宗教法庭缺席审判，终身监禁；开普勒受盡迫害，惨死他乡……但科学终将以无可阻挡之势奋勇前行，1889年鲜花广场树立起了布鲁诺铜像。

物理学发展史是一部记录科学成果的历史，是科学家的奋斗史。在教学过程中，如果用科学家的人格魅力与忘我精神、对理想和信念的执着追求鼓舞、感染、激励学生，将有助于培养他们坚强勇敢、尊重合作的人文品质和对善良与邪恶、正义与残暴、公正与偏狭、光荣与耻辱的价值判断，使之相信科学、热爱科学、崇尚科学，确立人生目标，升华理想与信仰，让人生有追求、有梦想、有精神支柱、有力量源泉，在不断战胜自己的惰性、烦恼和痛苦中实现自身价值。

二、利用物理学家探求真理的成功经历培育科学方法

科学方法是获得科技成果的重要条件，巴甫洛夫告诉我们：“重要的是科学方法、科学思想的总结。”我们要不断总结、提炼别人成功的方法，并将之转化为自己的。科学方法的教育和训练是提高我们的智力水平，培养科学素质、人文素养、创新品质的重要途径。

物理在人类发展的任何时期，从蒸汽机时代到电气化时代，到核能时代都对推动社会发展起到了重要作用，其间形成了丰富而深奥的科学方法。从伽利略的斜槽实验到牛顿的“天地间力学规律”的统一；从力的合成到并联电路总电阻的等效思想；从奥斯特的“电生磁”到安培的分子电流假说，再到法拉第的电磁感应现象；从原子结构的发现到量子力学的建立等，都对物理学、自然科学甚至社会科学的研究有较大影响，对我们获得科学研究能力有一定的启迪作用。

伽利略最先研究了惯性运动和落体运动的规律，他坚持“自然科学书籍要用数学来写”：物理学是“被写在一本展现在我们面前的大书——宇宙之中”。宇宙这本书是用数学语言写成的，符号是三角形、圆形或其它几何形状。他倡导实验和理论计算相结合，用实验检验理论的推导，对科学研究具有重大的指导意义。

开普勒坚信宇宙的“自然秩序的简单”“奇妙的对称”“和谐的美”，他对数的和谐和完美的追求使其归纳出行星运动三大定律。当他历经坎坷相继发表《新天文学》《世界的和谐》后，他欣喜地说：“这正是我16年来强烈希望要探求的东西……认识这一真理，超出了我最美好的愿望”。人们从中受到启发：知识只能从理智的发明同观察到的事实两者的比较中得出。

麦克斯韦具有高超的数学理论水平和逻辑推理能力，他完成了对电磁现象及其规律的综合，建立了电磁场理论的完整体系，发现电磁作用是通过电磁场以光速传递的。这一理论从超距作用过渡到以场为基本变量，其简洁的数学形式中蕴藏着完美的对称结构：电场和磁场的对称性、时间和空间的对称性，构成了新型定律的典范。

爱因斯坦创立了相对论，对发展量子论做出了贡献。他不满足于现成的结论，不墨守成规，“我没有什么特别的才能，只是喜欢穷根究底地追问罢了”“保持了对自然界表示‘诧异的能力”，这可贵的创新品质使他开创了物理学的黄金时代，并在很大程度上加速了20世纪科学前进的过程。

华裔物理学家朱棣文认为：科学的最高目标是不断发现新东西，要学会用与别人不同的思维方式、别人忽略的方式来思考问题，这就需要具备创新品质。成功者必然有成功的理由，实验、数理结合、对称、推理等方法在提出并应用之初无不具有原创精神和创新意识。这就是不走寻常路，不迷信权威，敢于质疑已有的结论，坚持用实验检验真理，对实验过程中的任何现象都要设法寻求合理的解释，并能敏锐地从新颖、独特、与众不同的视角创造性地解决问题。我们如能利用已有的知识和技能来发现获取新的知识和技能，培养创新能力，更多地了解科学家研究和发现的时代背景及艰辛过程，就必将受益匪浅，从而领会、领悟科学方法，增长智慧。

三、利用物理学事实培育辩证唯物主义观

物理知识本身就具有很强的辩证唯物性，它清晰地体现了自然辩证法则。实践证明，用辩证唯物主义的观点和方法，能帮助学生树立科学的世界观、人生观和价值观。

1. 世界的物质性

通过观察、实验，表明力是物体间的相互作用，力不能脱离物体而单独存在，并认识力的物质性。通过电场、磁场表现的物质属性，可以认识场的物质性。这样，学生在原子结构的初步认识中，就可以直观了解物质是能无限分割的。

2. 物质是运动的，运动形式是多样的

各种运动形式相互依存、相互转化。分子热运动、电磁运动、光的运动及原子内部的运动等都是物质运动的特定形式，是绝对的，而机械运动的描述则是相对的。动量守恒定律反映了在物体动量转移过程中，系统总的动量保持不变，反映了自然界中物质运动不变的普遍规律。能量守恒和转化定律说明，如机械能、热能、光能、化学能等可以按一定的量度关系互相转化，而在转化过程中，总的能量保持不变，并且这种转化是无限的、永恒的、永不停止的。endprint

3. 对立统一规律

原子是带有正负电荷粒子的统一体；分子间存在着引力和斥力；力学中的作用力和反作用力既对立又统一；电磁波的形成是变化电场与变化磁场对立统一的结果；牛顿第二运动定律反映了力、质量、加速度之间对立统一的辩证关系……对立统一规律是普遍存在的；发展是对立面的统一和斗争；对立统一是物质运动的属性，事物发展的原因就是内部矛盾的结果。

4. 质量互变规律

事物的变化总是从量变开始，量变到一定程度一定会引起质变。物态变化过程，说明温度的变化是数量变化，当变化到熔点或沸点时，引起物质发生物理性质的变化；透镜成像，从放大到缩小，从倒立到正立，从实像到虚像的转化关系；不同波长的电磁波具有不同的性质；弹性体在超过弹性限度时，发生永久形变等都是量变引起质变的例证。

此外，我们还能逐步认识到：①认识是不断深化的。如人类对光的本性的认识从光的微粒说、波动说、电磁说到光子说，都是通过实践、分析研究发展起来的。②真理是相对的。物理定律都是经过实践检验过的科学结论，如牛顿第二定律、欧姆定律都是在一定的条件下才成立的，因而是相对真理，但在其适用范围内均具有绝对性。③事物是有共性和个性的，如直流电和交流电。④内因和外因、具体问题具体分析、实践是检验真理的唯一标准等。

四、利用物理教材结合社会现实进行节能环保教育

能源是关系人类生存和发展的重大社会问题，是人类生活、生产、发展的重要条件和基本保证。随着社会现代化水平的高速发展，能源的需求和消耗量越来越大，不少资料显示全球常规能源如煤、石油等出现危机，煤存储量可供开采二三百年，石油四五十年后就将面临枯竭，因争夺能源导致的争端战乱不断。我们需要和平，相信人类有能力解决好能源危机。我们要培养能源意识，增强危机感、使命感、责任感。节约现有资源，开发利用新资源，势在必行。水力、风力、核力、超导资源等都是可用资源，它们大到取之不尽用之不竭的太阳能，小到表现为热能和机械能的人体能。

利用超导体的基本特性可用来发电，磁流体发电就是一种高效、低污染、單机容量大，直接将热能转变为电能的新型发电方式。太阳内部发生的轻核聚变反应辐射出大量能量，太阳能热水器走入了家庭，香港汇丰银行也利用光的反射将太阳光引入营业大厅。深海洋中富含聚变原料氘，可循环参与热核反应。还有人体能，大型超市、商城出入口的旋转门可能将顾客推门的能量吸收起来，走在公共场所的踏板上，也许我们的重力势能正带动转轴转动用来发电。电动玩具的旧电池还可以让手电筒继续发光，手电筒的废电池还能安到石英钟上使指针继续走动……我们要考虑各种可能的方式充分利用能源、节约能源、开发能源，这是地球人应尽的义务和义不容辞的责任。

环境是人类赖以生存的空间，随着工业化进程加快，人口迅猛增长，人类文明程度越来越高，带来的噪声、雨水酸化、土地荒漠化、温室效应严重制约了人类经济的发展。污染危害生命健康，破坏生态平衡，影响全球气候。我们周围就存在噪声污染、光污染、粉尘污染、热污染、电磁污染、放射线污染，等等。大型镜面建筑给城市带来热污染和光污染，核武器试验、核工业发展都可能带来放射性污染。二次诺贝尔奖获得者居里夫人为研究原子核放射现象而受到放射线过量照射，镭中毒引起白血病，她的日记本至今尚有放射性。血的教训告诫我们：人类要生存，要有好的生活环境，需要我们有意识地从可持续发展的战略高度懂得保护环境、平衡生态的重要性。

五、利用物理学史实弘扬传统教育

中华文明博大精深，源远流长。无论是古代、近代还是现代，中华民族在物理学史上、在人类文明发展的进程中，都做出了卓越贡献，取得了辉煌的成就。在“浮力的认识和应用”上，比阿基米德发现浮力定律早200多年。《淮南子》记载的升空灯笼，就是利用了现代热气球的原理，比欧洲人发现早得多。《墨经》记载了杠杆原理，对杠杆的平衡条件表述很全面。对力和运动的描述：“力，形之所以奋也”，与牛顿第一定律“力是使物体运动状态改变的原因”异曲同工。《论衡》“车行于陆，船行于沟，其满而重者行迟，空而轻者行疾”是关于惯性的描述。《尚书纬·考灵曜》“地恒动不止，而人不知，譬如人在巨舟中闭牖而坐，舟行而不觉也。”对运动的相对性作了生动而浅显的比喻。1600年后，哥白尼论述地球运动时，运用了类似的说法。

《墨经》堪称世界上第一部光学著作。发生在公元前的日食，比巴比伦的日食记录大约早600年。 东汉时期，记载有“顿牟掇芥，磁石引针”。沈括《梦溪笔谈》里有磁针的方向“常偏东，不全南”的记载，清楚、准确地论述了地磁倾角，比西方哥伦布观测到的地磁倾角早400多年。 宋代发明了由火药喷射推进的火箭，明代制成了原始二级火箭；现代叶企孙测得普朗克常数；钱三强、何泽慧发现铀的三分裂和四分裂；杨振宁、李政道获诺贝尔物理学奖。

我国三大航天技术、现代空间技术、核能发电技术达到世界先进水平。航天之父钱学森为了报效祖国，毅然舍弃国外先进的科学实验条件和优厚的生活待遇，冲破重重阻碍，历尽艰险，为国家航天科技发展做出了贡献。在教学中，教师只要深入挖掘教材，引导学生深入探究，就能达成培育科学精神的目的。

（编辑：朱泽玲）endprint