試論物理學的“知識的結構體系”

姜龍

摘要：在科學領域不斷拓展 ， 多種邊緣學科紛紛誕生的今天 ， 人們應更加自覺地注意用知識的結構性體系觀的眼光來觀察自然、 研究科學、 看待世界。那么在教學上 ， 學生要實現從知識向能力這一重心的轉移 ，給予適當注意和重視是完全有必要的 。為此本文結合實例從四個方面闡述了知識的結構體系觀的作用與意義，并且強調如何使學生變被動學習為主動學習 ， 真正成為知識的主人 ， 其方法之一就是讓學生意識到在學習中充分發揮知識的結構性體系的示范作用。

關鍵詞：物理學 知識 結構體系 作用 意義

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）01（a）-0000-00

物理學是大多數學校開設的一門公共基礎課，但也是令許多學生頭疼的課程。究其原因，學生雖然掌握了大量的具體內容但不會抽象，無法用更簡單的方式表示與記憶，造成遇到問題時就大腦內存不夠，感覺學了很多但只是入門狀態。為了使學生能夠正確把握知識和進一步培養學生獲取知識的能力，應使學生掌握和利用“知識的結構性體系”。

“知識的結構性體系”是指知識在具有它的內在本質和外部特征的同時，還有它的外部聯系。由于知識的這種外部聯系，使知識之間按一定規范組成具有一定基本結構的體系。這個體系將使學生在學習知識本體的同時 ， 讓思維擴展到與之相應的知識結構性體系中去 ， 知識與體系有機的結合，既加深了對知識本體的理解 ，又加深了對體系的再認識。

在物理學發展史上 ， 牛頓對萬有引力定律的發現有力的說明了知識的結構性體系觀在認識自然中的作用和重要性 。當人們對物體由空中自然下落 ， 這無數司空見慣的現象熟視無睹的時候 ， 牛頓對物體受地球的吸引聯想到天體之間引力的存在 ， 進而頓悟到一切物體之間都存在著引力 ， 最終導致著名的萬有引力定律的發現。事實上 ， 早在公元前四世紀亞里斯多德就對這種現象進行了思考。但他最終沒有發現萬有引力定律 ， 他的錯誤就在于他不僅沒有將物體的各類運動的外部聯系放在一個共同體系中來觀察 ， 反倒將運動按物體在自然界中所處的不同層次加以分割 （ 例如人類、木球、石塊、羽毛…… ）， 這就是亞里斯多德的本體論。照他的本體論觀點，亞里斯多德無論如何也想不到蘋果與星球之間存在可比性 ， 自然也就不可能通過蘋果來說明天體了。然而正是牛頓 ， 以他的事物結構性體系觀敏感地聯想到蘋果下落與月球繞地球旋轉都可變通地歸結為一個共同原因：這就是物體間的引力。這樣 ， 作用于月球上的 " 天文學上的力 " 就再沒有什么神秘可言 ， 它和作用于我們地球上日常碰到的物體的重力 ， 完全可歸結為一個體系來加以研究。就這樣 ，牛頓完成了萬有引力定律這一劃時代的發現。對牛頓這一偉大發現 ， 湯姆遜曾精辟的指出：“牛頓的偉大貢獻并不在于他指出了蘋果下落的原因而是指出了蘋果與星球的相似性。” 不言而喻 ， 這種 “相似性”就是對事物的認識從本體觀到結構性體系觀的飛躍。

物理學就是由若干縱橫交錯的體系構成 ， 他們的共性聯系使得物理學的所有內容成為一個有機整體。即使是每個相對獨立的體系，內部也有若干體系存在。

由于體系的構成是在對各本體的特性中具有普遍性的抽象基礎上完成的 ， 所以知識的結構性體系觀在對知識的全面、準確、深刻理解上 ， 將有著重要的意義和作用。現將這些作用簡單分述如下。

一、綱舉目張 ， 整體把握

由體系的形成過程 ， 可以了解到被納入體系內的各本體間存在有共性聯系。因而把握住了這一共性 ， 那么在一定程度上也就在把握住了整體的同時也把握住了本體的內在基本結構。所以從體系的共性著眼 ， 知識的結構性體系現在對知識的整體性及個性的認識上起到了一個綱舉目張的作用。同時當從整體上去把握一個知識群體時 ， 就可以將知識由零散變為集中 ， 由無序變為有序。自然 ， 從宏觀上講就相當于把復雜的知識轉化為簡單 ， 線條明快易學又易掌握的知識 。 這在知識的學習中起到事半功倍的效果。例如拋體運動。孤立地看 ， 斜拋、平拋、下拋都各自嚴格遵循著反映本體的運動規律。 但是它們仍可屬于同一個體系 ， 這二體系的共性就是各拋體運動在運動過程中都僅受到重力的作用 ， 這就決定了加速度只能是 g。 而體現在區別各本體的特征就表現在初速度υ0與重力 G間夾角α的不同而決定了軌跡不同。在這幾種運動中斜拋運動明顯地起著體系的示范作用。

二、觸類旁通，知一聞十

由于體系內各本體的共性聯系 ， 這就必然要觸發人們思維上的聯想。尤其是在對一個知識體系內的個別知識尚不完全清楚時 ， 這種聯想在對本體的認識上可起到觸類旁通、由此及彼的過渡作用 。這對擴大視野、拓寬知識面是有積極意義的。例如 ： 靜電場這一概念的引入是根據庫侖定律中所提示到的 “兩電荷間的作用力可以不通過相互接觸來實現” 。這一現象與我們的經驗 “兩物體間發生力的作用必須要相互接觸”是相矛盾的。為了達到二者的統一 ， 可向學生說明； 電荷周圍存在著一種特殊形式的物質 ， 這就是電場。電荷間的相互作用就是通過電場來傳遞的 。作為啟發 ， 可作這樣的聯想式提問 ： 生活中是否還有這種“不通過相互接觸而發生為作用”的現象 ？ 學生很快通過自己聯想去搜尋實際中的事例就迅速找到 “物體與地球之間也有類似情況”。 如物體受地球引力而自空中下落 。共同的特點說明兩者屬于一個體系 ， 這就是場的概念。地球周圍也存在場 ， 這就是引力場 。電場 ， 這一高度 抽象的概念 ， 就這樣通過觸類旁通的聯想 ， 悄然植入學生頭腦之中。與此同時 ， 還擴大了視野 ， 且能用體系的觀點來看待“場”這一概念了。這時尤其要提到的是 ， 當學生這種聯想式的思維擴展到一定程度 ， 知識就將發生大批的 “遷移” 現象。這種遷移 ， 不僅對本學科 ， 而且對其他學科的學習 ， 以至對世界的整體性認識都將產生極大的促進作用 ， 真正起到茅塞頓開 ， 知一聞十的意想不到的效果 。

三、把握共性 ， 深化本體

當把那些分散的、孤立的知識從各自狹小的局限中解脫出來 ， 納入一個滿足一定共性規范的體系之中時 ， 這種共性首先就消除了知識間的機械分割 ， 使之成為一個協調有序的整體。但是體系的形成并不排斥對本體的認識。因為共性在屬于體系的同時 ， 也屬于本體。正因如此 ， 共性才為人們對本體的深化了解提供了可循的線索和渠道。共性的這一作用集中體現在由于本體間的共性聯系 ， 使體系內的本體之間可相互互滲透、相互體現 ， 因為知識是以體系的形式而存在 ， 所以 ， 人們已感到 ， 當從體系的角度去認識本體 ， 才能準確、深透的理解本體。反過來 ， 由于體系與本體之間活躍著辯證的對立統一關系 ：即本體的認識依賴著體系 ， 但同時又促進著體系的不斷充實和擴展 ， 進而又與其他體系發生有機聯系 ， 其結果將人們的認識不斷引向整個客觀世界。歷史上關于光本性的爭論長達數百年之久 ， 原因之一就是因為雙方各執一端而都沒有清醒地意識到光的波粒二象性存在于同體系之中 ， 孤立地去強調一方而否認另一方的正確性。 而當法國科學家德布羅意用他的“物質波” 的理論將光的波粒二象性有機納入一個體系 ， 才真正發現了：原來兩派學說不能統一的原因是光的波動性并不表現為人們習慣認識的機械波 ； 而粒子性也并不表現為宏觀世界里實物的質點。這里就產生了兩方面的效果 ： 一方面徹底糾正了過去人們因沒有用體系的眼光看待光的波粒二象性而造成的關于光的兩個本體 ， 即波動性和粒子性的片面認識 ， 同時更重要的是德布羅意在總結了關于光本性認識的基礎上 ， 以他的 “物質波”的理論向人們提示： 不僅光具有被粒二象性 ， 而且一切微觀粒子 ， 包括電子、質子等都具有與光類似的特性。德布羅意的這一假想被后來的實驗所證實。這樣在完整認識了光這一體系之后 ， 人們的視野又被迅速擴展到對整個微觀領域的認識中去 ， 從而實現了體系上的突破。 歷史上的這些事實提醒我們 ， 如果在注意知識本體的同時 ， 又注意體系的作用 ， 同時也是更需加倍注意的是本體對體系的反作用 ，無疑這不僅使學生對知識本身的學習 ， 而且對進一步培養學生的創造性思維是大有裨益的。

四 、擺脫束縛 ， 超越知識

脫離了體系的本體 ， 就不再是原來意義上的本體 ， 因而游離于體系之外的知識由于孤立而必然僵化。知識的異化現象比較普遍地存在于學生的學習之中。產生這種現象的原因之一就是因為這些學生不善于或者不自覺地拒絕從體系的角度去總結和歸納知識 。這不僅使他們不能達到能動學習的目的 ， 反而在學習知識進而企圖掌握知識的同時 ， 不知不覺地又必然要受到知識的束縛 ， 最終又成為知識的俘虜。如何使學生變被動學習為主動學習 ， 真正成為知識的主人 ， 其方法之一就是讓學生意識到在學習中充分發揮知識的結構性體系的示范作用。而且 ，不僅以知識的單一側面去使用單一體系來規范 ， 還要多側面多角度地使用多個體系的共性來規范。這樣讓知識在共性不同的體系中去展示自己豐富的個性 ， 進而全面準確地揭示出它的內在結構 ， 達到知識共性和個性的統一 ， 靈活性和嚴密性的統一。更廣闊的 ， 當我們把知識納入科學發展史這個宏大的體系時 ， 我們就能更清楚地看到 ：知識及其體系內部的矛盾運動所產生的種種變化給人們不斷地帶來所謂 “不確定性”的感覺 ， 才是知識的全部魅力之所在 ， 當你深刻領略和感受到這一點時 ， 知識對你的束縛才會真正消失 ， 在消失的同時 ， 事實上你已完成了對知識的超越。

最后值得一提的是 ， 在科學領域不斷拓展 ， 多種邊緣學科紛紛誕生的今天 ， 人們更加自覺地注意用知識的結構性體系觀的眼光來觀察自然 ， 研究科學 ， 看待世界。那么在教育上 ， 學生要實現從知識向能力這一重心的轉移 ， 對知識的結構體系觀給予適當注意和重視是完全有必要的 。

參考文獻：

[1]楊仲耆，申先甲.物理學思想史.長沙：湖南教育出版社，1993