高中物理教學中辯證思維方法的運用
2006-04-29 00:00:00潘守理
物理教學探討 2006年19期
物理學科理論的主體運用形式邏輯，也大量滲透了辯證邏輯。在新課程的背景下，“過程和方法”被作為教學目標的一個重要維度，邏輯思維方法的滲透和運用，邏輯思維能力的培養和形成，應是培養學生“科學素養”的題中之義，因而也成為物理教師關注的熱點。本文主要討論辯證邏輯思維方法的幾種運用。物理學研究中，辯證邏輯雖然不能像形式邏輯那樣明晰地可以歸納出幾個固定的形式，但是如果在學生的科學探究中，教師能夠畫龍點睛式的積極引導，會使學生領略到辯證邏輯思維方法的無窮魅力，受益匪淺。
1對立統一規律——矛盾分析法
研究圓周運動，關鍵就在于分析物體所受的徑向合力(供方)和其由線速度和曲率半徑決定的向心力(需方)之間的一對供需雙方的矛盾關系。這是事物外因和內因雙方斗爭統一的結果。如圖1，當徑向合力F=mv2R時，供求雙方取得平衡，物體在半徑為R的圓周上以速
率v作勻速圓周運動；當F>mv2R時，供大于求，物體不但得到向心加速度，還具徑向的附加加速度：a′=Fm-mv2R，因而作“近心”運動，速率增大；當F 牛頓第二定律中的合外力與質量決定了物體的加速度；振動當中物體所受的回復力和慣性決定了振動的周期；導體兩端的電壓和電阻決定了流過導體的電流等等，都是矛盾分析的生動例證。 楞次定律是體現辯證思維的又一生動例證。外界磁場的變化使閉合電路中產生感生電流，而感生電流的磁場又阻礙著這種變化，外磁場和感生電流的磁場，你中有我，我中有你，互相限制而又相互依存，統一在同一個電磁感應現象之中，用矛盾分析(即對立統一)方法分析此類問題，有時收到事半功倍之效。 如圖2，a、b、c、d為四根同樣的鋁質細桿，其中c、d固定，a、b靜止在c、d桿上，O為回路中心，一條形磁鐵一端從O正上方插向回路，討論a、b的桿如何運動? 對于四根鋁桿組成的閉合回路，不管磁鐵N極下插還是S極下插，其磁通量都將增加，感生電流的磁場“企圖”阻礙原磁通量的增加，一定是a、b桿相互靠近以減小回路面積來達到“阻礙”磁通量增加的目的。這樣的分析可以省去多次使用左、右手定則之繁，簡潔通俗的解釋中蘊含豐富的辯證思維方法。 2普遍聯系規律——整體思維方法 恩格斯曾經說過，“辯證法是關于普遍聯系的科學”(注1)。聯系是指一切事物、現象之間及事物內部諸要素之間的相互制約、相互影響，相互作用。 確定研究對象，是研究物理問題的第一步，也是至關重要的一步。因為確定研究對象的過程，正是為了分析事物之間以及事物內部諸要素之間的相互依賴、相互制約，相互影響、相互作用的關系。隔離物體是“分”，但又必須考慮隔離對象與周圍物體的聯系，這種“分”是有關聯的“分”。分階段處理是“分”，但各階段之間的聯系是“合”，分中有合，各部分的有規律的組合構成整體。下面例舉的一些問題中，可以體會到整體思維對解決問題起到了何等重要的作用。 例1如圖3所示，在光滑絕緣的水平面上有三個質量相等的小球A、B、C，已知A，B間與B、C間的距離都是L，A的電荷量是8q，B的電荷量是q，給C球加一個水平向右的力使A、B、C三球都向右運動且各球之間距離保持不變，求C球所帶的電荷量Q和給C球所加水平向右的力F為多大? 設C球帶電量為Q，分別以A、B球為研究對象，令二球合力相等，即 除了用整體的觀點確定研究對象以外，還可用整體的時空觀確定物理過程，即用全過程方法處理物理問題。 例3如圖4，AB和CD為兩個對稱斜面，其上部足夠長，下部分別與一個光滑的圓弧面的兩端相切，圓弧圓心角為120°，半徑R=2．0m，一物體在距弧底E高度為h=3．0m處，以初速度4．0m／s沿斜面運動，若物體與兩斜面的動摩擦因數為0．02，則物體在兩斜面上(不包括圓弧部分)一共能走多長路程?(g=10m／s2) 如圖4，斜面傾角θ=60°，μmgcos60° 3質量互交藏規律——臨界分析法 物體的量是質的基礎，質是量的集中體現，量變引起質變。作為質和量之統一的度，就是事物保持自己質的量的量度，度在物理問題中往往被稱為臨界值。 光線從光密媒質(折射率n1)射向光疏媒質(折射率n2)，隨著入射角增大，折射角相應增大，但當入射角大于臨界角A=arcsinn1n2，光的路徑發生質變，即產生全反射現象，不再有折射光線出現。 某些金屬、合金和化合物，當溫度降低時，電阻會減小，當溫度低于某值時，它們的電阻率突然減小到零，這就是超導現象。這種材料電阻率突變為零時的溫度稱為臨界溫度，通常稱轉變溫度。 處理“臨界問題”時，教師可以從質量互變規律的高度，讓學生體會辯證思維之美。 例4一個光滑的圓錐體固定在水平桌面上，其軸線沿豎直方向，母線和軸線之間的夾角θ=30°，如圖5。一條長為l的繩(質量不計)，一端固定在圓錐頂點O處，另一端拴一質量為m的小物體（可視為質點），物體以速率v繞圓錐體的軸線作水平勻速圓周運動，求當v=32gl時繩對物體的拉力。 如果小物體緊貼在斜面上，設斜面支持力為N，繩子拉力為T，如圖6。 4否定之否定規律——反思創新法 否定之否定規律是唯物辯證法的基本規律之一，它揭示事物發展的方向和道路，指出了事物發展是一個螺旋式上升或波浪式前進的過程。辯證的否定，既是事物發展過程中的決定性環節，又是新舊事物之間聯系的環節，辯證的否定，就是“揚棄”，既是克服、拋棄，又是繼承、發揚，一部物理學的發展史，生動地體現了否定之否定規律，這里不再贅述。 當學生領悟了否定之否定的辯證思維規律，學會在學習中不斷反思，不斷否定自我、超越自我的哲學道理以后，他會懂得評價別人、評價自己的意義，領悟在繼承中創新，在創新中發展的深刻內涵。 (注1）：恩格斯《自然辨證法》，第226頁，中共中央馬克思、恩格斯、列寧斯大林著作編譯局譯，人民出版社1971年8月第一版。 (欄目編輯 陳 潔) “本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文”
