量變到質變規律在物理教學中的滲透

杜裕祖

[摘要] 在物理教學中,要使學生在分析認識物理變化過程的同時,教師還要有意識地引導學生逐步悟出并掌握其辯證規律,這是傳授物理知識的一種行之有效的方法。

[關鍵詞] 量變 質變 教學滲透

馬克思主義哲學認為自然界是一個永恒運動著的物質世界。整個世界充滿著矛盾和斗爭,但又相互聯系,是對立統一和不斷發展的,即是一個矛盾的世界。物理學是研究物理結構、物質運動及其基本規律的科學,它包含著及其豐富的辯證唯物主義內容,是辯證唯物主義的基礎。因此,物理教學中對于培養學生辯證唯物主義的世界觀、科學的思維方法以及實事求是的科學態度具有得天獨厚的條件。物理學的教材體系安排和教材內容間的內在聯系都是辯證的。所以在教學中要充分利用教材,備課是要重視用辯證唯物主義觀點來分析教材,講授時要用辯證唯物主義觀點去闡述物理知識解釋自然現象,并注意糾正學生中的不正確的觀點。下面就教學中的一些探索談一點體會。

自然界的一切事物的發展變化過程,都是量變到質變的過程。量變是事物發展的必經階段,事物的變化首先表現為數量的變化,當數量變化到一定時期便會產生一個飛躍,引起事物質的變化,即量變引起質變。質變結束后又轉化為新的量變,開始新的矛盾發展史。

在“物態變化”這一章的教學中,通過物態變化的過程分析,使學生悟出物理運動量變到質變的道理并認識到量變到質變的辯證規律。例如:晶體分子的排列是有規律的,當它吸收熱量溫度升高時,分子的振動加劇,晶體的硬度、體積等發生量的變化;繼續加熱,量的變化不斷積累,當溫度升到一定程度——熔點時,再繼續供給熱量,分子間的相互作用已不能把分子限制在平衡位置附近振動,此時有規律的點陣排列被破壞,固態開始變成液態,這就是溶解。此時發生了質變而溫度保持不變,這個溫度即熔點就是質的變點。當晶體全部溶解為液體后,對液體繼續加熱,溫度又開始升高,發生新的量變。在一定條件下,溫度升高到沸點時,并繼續加熱,液體的表面和內部同時開始發生劇烈的汽化,這就是沸騰,這時又發生了新的質變。因此在物態變化中,總是先由量變逐漸變化然后發生質的飛躍即質變。

物質在發生物理變化過程的變化時,量變往往不是單純的量變,質變也不是單純的質變,量變和質變是相互交錯,相互滲透的。一方面,在物理過程發生點的量變過程中,往往有許多階段性的部分質變。例如,水要達到沸點才能沸騰,但在沸騰之前就有蒸發現象。在沸點以下,溫度越高,蒸發越快,部分質變就增加,水的表面液態變為汽態的水分數就增加,但不會使水的表面和內部同時發生汽化而引起根本質變。量在物理臨界狀態也有量變,這是因為物質的物理過程發生變化的臨界狀態使一個量變轉化為質變到完成質變的過程,這個過程在時間上有長或短的持續,決不可能在同一時間內全部實現;在空間上有大或有小規模,也絕不能一下子全部完成。例如,加熱晶體,溫度達到熔點時開始溶解,溶解部分的數量有個別逐漸增多,繼續加熱直至全部溶解。又如水的沸騰,水的聚集狀態由液態變為汽態,在沸點水分子是一個個地沸騰起來的,直到最后完成質變。

在以上都體現出以量為界限的“關節”點。例如,在物態變化中的熔點、沸點。從汽態到液態的臨界溫度和臨界壓強等都是以量為界限“關節”點。是物理學上的臨界概念,它們均屬學習的重點。只有在正確理解物理臨界概念,并特別注意研究臨界狀態前后量變的特點,才能深刻理解有關的物理現象和概念。例如,氣體的溫度沒有降到臨界溫度以下,無論加多大的壓強也不能使之液化。只有弄清了臨界溫度的概念,才能區分汽和氣,人們習慣上把低于臨界溫度的氣體物質稱為汽,而把高于臨界溫度的稱之為氣。因此,臨界溫度是汽與氣的分界點,它們的根本區別是能否單獨加液化。

關于量變到質變的規律,在物理學中體現的很多,如摩擦中的最靜摩擦力,天體運動的環繞速度、脫離速度、逃逸速度,彈性形變中的彈性限度,光傳播中光線從密媒質射向疏媒質發生全反射現象的臨界角,金屬發生光電效應現象的極限頻率,原子核物理中的臨界質量和臨界體積,超導體的轉變溫度等等。這些物理變化的過程不僅反映出量變到質變的辯證規律,同時也反映出量變與質變過程中二者相互交錯與滲透的關系。所以在物理教學中使學生在分析認識物理變化過程的同時,教師有意識地引導學生逐步悟出并掌握其辯證規律是傳授物理知識的一種行之有效的方法。

當然,辯證唯物主義教育用于物理教學,并不要求教師在課堂上加進一些哲學的概念和術語,而是要結合教材有意識地運用辯證唯物主義觀點和方法去引導去幫助學生,使學生通過自己的認識悟出道理和規律,從而達到對學生進行世界觀、方法論的教育之目的,同時又達到提高物理教學質量的目的。