挖掘物理教材 培育科學精神

夏小雅

【摘 要】科學精神是熱愛科學，執著奉獻，追求真理，嚴謹求真。要在物理教材中進行理想信念、愛國情操、科學品質、求實精神等創新品質的培養，教師在教學過程中，就要深入挖掘教材，通過科學的教學方法，實現預期的教學目標。

【關鍵詞】物理教材；科學精神；科學方法

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1671-0568（2017）30-0133-02

一、利用自然學家追尋真知的奮斗歷程培育科學態度

科學之路曲折坎坷，科技史上的點滴進步都是自然科學家經過艱苦卓絕、鍥而不舍的努力奮斗換來的。科學家有著不愿與眾同流的堅持和孤獨，有著對高遠理想的向往、期盼、等待和追尋，飽嘗了追尋中的風霜、冷清、蒼茫和寂寞，甚至不惜以生命為代價，正所謂“昨夜西風凋碧樹，獨上高樓，望盡天涯路”。他們的奮斗歷程、成功經驗都是無盡的寶藏，是進行德育滲透的好教材。

恩格斯說過，自然科學“在普遍的革命中發展著，而且它本身就是徹底革命的，它還得為爭取自己存在的權利而斗爭。”在教會神學桎梏人們的思想，地心說被奉為“真理”時，哥白尼發表了《天體運行論》，發起對教會的挑戰，使科學從神學中解放出來，引起了人們在宇宙觀上決定性的變革。為宣傳哥白尼學說，布魯諾備受迫害，流亡囚禁都不能使他屈服，他說過，“為真理而斗爭是人生最大的樂趣”“我愿為殉道而死”。1600年他被燒死在羅馬的鮮花廣場；伽利略被宗教法庭缺席審判，終身監禁；開普勒受盡迫害，慘死他鄉……但科學終將以無可阻擋之勢奮勇前行，1889年鮮花廣場樹立起了布魯諾銅像。

物理學發展史是一部記錄科學成果的歷史，是科學家的奮斗史。在教學過程中，如果用科學家的人格魅力與忘我精神、對理想和信念的執著追求鼓舞、感染、激勵學生，將有助于培養他們堅強勇敢、尊重合作的人文品質和對善良與邪惡、正義與殘暴、公正與偏狹、光榮與恥辱的價值判斷，使之相信科學、熱愛科學、崇尚科學，確立人生目標，升華理想與信仰，讓人生有追求、有夢想、有精神支柱、有力量源泉，在不斷戰勝自己的惰性、煩惱和痛苦中實現自身價值。

二、利用物理學家探求真理的成功經歷培育科學方法

科學方法是獲得科技成果的重要條件，巴甫洛夫告訴我們：“重要的是科學方法、科學思想的總結。”我們要不斷總結、提煉別人成功的方法，并將之轉化為自己的。科學方法的教育和訓練是提高我們的智力水平，培養科學素質、人文素養、創新品質的重要途徑。

物理在人類發展的任何時期，從蒸汽機時代到電氣化時代，到核能時代都對推動社會發展起到了重要作用，其間形成了豐富而深奧的科學方法。從伽利略的斜槽實驗到牛頓的“天地間力學規律”的統一；從力的合成到并聯電路總電阻的等效思想；從奧斯特的“電生磁”到安培的分子電流假說，再到法拉第的電磁感應現象；從原子結構的發現到量子力學的建立等，都對物理學、自然科學甚至社會科學的研究有較大影響，對我們獲得科學研究能力有一定的啟迪作用。

伽利略最先研究了慣性運動和落體運動的規律，他堅持“自然科學書籍要用數學來寫”：物理學是“被寫在一本展現在我們面前的大書——宇宙之中”。宇宙這本書是用數學語言寫成的，符號是三角形、圓形或其它幾何形狀。他倡導實驗和理論計算相結合，用實驗檢驗理論的推導，對科學研究具有重大的指導意義。

開普勒堅信宇宙的“自然秩序的簡單”“奇妙的對稱”“和諧的美”，他對數的和諧和完美的追求使其歸納出行星運動三大定律。當他歷經坎坷相繼發表《新天文學》《世界的和諧》后，他欣喜地說：“這正是我16年來強烈希望要探求的東西……認識這一真理，超出了我最美好的愿望”。人們從中受到啟發：知識只能從理智的發明同觀察到的事實兩者的比較中得出。

麥克斯韋具有高超的數學理論水平和邏輯推理能力，他完成了對電磁現象及其規律的綜合，建立了電磁場理論的完整體系，發現電磁作用是通過電磁場以光速傳遞的。這一理論從超距作用過渡到以場為基本變量，其簡潔的數學形式中蘊藏著完美的對稱結構：電場和磁場的對稱性、時間和空間的對稱性，構成了新型定律的典范。

愛因斯坦創立了相對論，對發展量子論做出了貢獻。他不滿足于現成的結論，不墨守成規，“我沒有什么特別的才能，只是喜歡窮根究底地追問罷了”“保持了對自然界表示‘詫異的能力”，這可貴的創新品質使他開創了物理學的黃金時代，并在很大程度上加速了20世紀科學前進的過程。

華裔物理學家朱棣文認為：科學的最高目標是不斷發現新東西，要學會用與別人不同的思維方式、別人忽略的方式來思考問題，這就需要具備創新品質。成功者必然有成功的理由，實驗、數理結合、對稱、推理等方法在提出并應用之初無不具有原創精神和創新意識。這就是不走尋常路，不迷信權威，敢于質疑已有的結論，堅持用實驗檢驗真理，對實驗過程中的任何現象都要設法尋求合理的解釋，并能敏銳地從新穎、獨特、與眾不同的視角創造性地解決問題。我們如能利用已有的知識和技能來發現獲取新的知識和技能，培養創新能力，更多地了解科學家研究和發現的時代背景及艱辛過程，就必將受益匪淺，從而領會、領悟科學方法，增長智慧。

三、利用物理學事實培育辯證唯物主義觀

物理知識本身就具有很強的辯證唯物性，它清晰地體現了自然辯證法則。實踐證明，用辯證唯物主義的觀點和方法，能幫助學生樹立科學的世界觀、人生觀和價值觀。

1. 世界的物質性

通過觀察、實驗，表明力是物體間的相互作用，力不能脫離物體而單獨存在，并認識力的物質性。通過電場、磁場表現的物質屬性，可以認識場的物質性。這樣，學生在原子結構的初步認識中，就可以直觀了解物質是能無限分割的。

2. 物質是運動的，運動形式是多樣的

各種運動形式相互依存、相互轉化。分子熱運動、電磁運動、光的運動及原子內部的運動等都是物質運動的特定形式，是絕對的，而機械運動的描述則是相對的。動量守恒定律反映了在物體動量轉移過程中，系統總的動量保持不變，反映了自然界中物質運動不變的普遍規律。能量守恒和轉化定律說明，如機械能、熱能、光能、化學能等可以按一定的量度關系互相轉化，而在轉化過程中，總的能量保持不變，并且這種轉化是無限的、永恒的、永不停止的。endprint

3. 對立統一規律

原子是帶有正負電荷粒子的統一體；分子間存在著引力和斥力；力學中的作用力和反作用力既對立又統一；電磁波的形成是變化電場與變化磁場對立統一的結果；牛頓第二運動定律反映了力、質量、加速度之間對立統一的辯證關系……對立統一規律是普遍存在的；發展是對立面的統一和斗爭；對立統一是物質運動的屬性，事物發展的原因就是內部矛盾的結果。

4. 質量互變規律

事物的變化總是從量變開始，量變到一定程度一定會引起質變。物態變化過程，說明溫度的變化是數量變化，當變化到熔點或沸點時，引起物質發生物理性質的變化；透鏡成像，從放大到縮小，從倒立到正立，從實像到虛像的轉化關系；不同波長的電磁波具有不同的性質；彈性體在超過彈性限度時，發生永久形變等都是量變引起質變的例證。

此外，我們還能逐步認識到：①認識是不斷深化的。如人類對光的本性的認識從光的微粒說、波動說、電磁說到光子說，都是通過實踐、分析研究發展起來的。②真理是相對的。物理定律都是經過實踐檢驗過的科學結論，如牛頓第二定律、歐姆定律都是在一定的條件下才成立的，因而是相對真理，但在其適用范圍內均具有絕對性。③事物是有共性和個性的，如直流電和交流電。④內因和外因、具體問題具體分析、實踐是檢驗真理的唯一標準等。

四、利用物理教材結合社會現實進行節能環保教育

能源是關系人類生存和發展的重大社會問題，是人類生活、生產、發展的重要條件和基本保證。隨著社會現代化水平的高速發展，能源的需求和消耗量越來越大，不少資料顯示全球常規能源如煤、石油等出現危機，煤存儲量可供開采二三百年，石油四五十年后就將面臨枯竭，因爭奪能源導致的爭端戰亂不斷。我們需要和平，相信人類有能力解決好能源危機。我們要培養能源意識，增強危機感、使命感、責任感。節約現有資源，開發利用新資源，勢在必行。水力、風力、核力、超導資源等都是可用資源，它們大到取之不盡用之不竭的太陽能，小到表現為熱能和機械能的人體能。

利用超導體的基本特性可用來發電，磁流體發電就是一種高效、低污染、單機容量大，直接將熱能轉變為電能的新型發電方式。太陽內部發生的輕核聚變反應輻射出大量能量，太陽能熱水器走入了家庭，香港匯豐銀行也利用光的反射將太陽光引入營業大廳。深海洋中富含聚變原料氘，可循環參與熱核反應。還有人體能，大型超市、商城出入口的旋轉門可能將顧客推門的能量吸收起來，走在公共場所的踏板上，也許我們的重力勢能正帶動轉軸轉動用來發電。電動玩具的舊電池還可以讓手電筒繼續發光，手電筒的廢電池還能安到石英鐘上使指針繼續走動……我們要考慮各種可能的方式充分利用能源、節約能源、開發能源，這是地球人應盡的義務和義不容辭的責任。

環境是人類賴以生存的空間，隨著工業化進程加快，人口迅猛增長，人類文明程度越來越高，帶來的噪聲、雨水酸化、土地荒漠化、溫室效應嚴重制約了人類經濟的發展。污染危害生命健康，破壞生態平衡，影響全球氣候。我們周圍就存在噪聲污染、光污染、粉塵污染、熱污染、電磁污染、放射線污染，等等。大型鏡面建筑給城市帶來熱污染和光污染，核武器試驗、核工業發展都可能帶來放射性污染。二次諾貝爾獎獲得者居里夫人為研究原子核放射現象而受到放射線過量照射，鐳中毒引起白血病，她的日記本至今尚有放射性。血的教訓告誡我們：人類要生存，要有好的生活環境，需要我們有意識地從可持續發展的戰略高度懂得保護環境、平衡生態的重要性。

五、利用物理學史實弘揚傳統教育

中華文明博大精深，源遠流長。無論是古代、近代還是現代，中華民族在物理學史上、在人類文明發展的進程中，都做出了卓越貢獻，取得了輝煌的成就。在“浮力的認識和應用”上，比阿基米德發現浮力定律早200多年。《淮南子》記載的升空燈籠，就是利用了現代熱氣球的原理，比歐洲人發現早得多。《墨經》記載了杠桿原理，對杠桿的平衡條件表述很全面。對力和運動的描述：“力，形之所以奮也”，與牛頓第一定律“力是使物體運動狀態改變的原因”異曲同工。《論衡》“車行于陸，船行于溝，其滿而重者行遲，空而輕者行疾”是關于慣性的描述。《尚書緯·考靈曜》“地恒動不止，而人不知，譬如人在巨舟中閉牖而坐，舟行而不覺也。”對運動的相對性作了生動而淺顯的比喻。1600年后，哥白尼論述地球運動時，運用了類似的說法。

《墨經》堪稱世界上第一部光學著作。發生在公元前的日食，比巴比倫的日食記錄大約早600年。 東漢時期，記載有“頓牟掇芥，磁石引針”。沈括《夢溪筆談》里有磁針的方向“常偏東，不全南”的記載，清楚、準確地論述了地磁傾角，比西方哥倫布觀測到的地磁傾角早400多年。 宋代發明了由火藥噴射推進的火箭，明代制成了原始二級火箭；現代葉企孫測得普朗克常數；錢三強、何澤慧發現鈾的三分裂和四分裂；楊振寧、李政道獲諾貝爾物理學獎。

我國三大航天技術、現代空間技術、核能發電技術達到世界先進水平。航天之父錢學森為了報效祖國，毅然舍棄國外先進的科學實驗條件和優厚的生活待遇，沖破重重阻礙，歷盡艱險，為國家航天科技發展做出了貢獻。在教學中，教師只要深入挖掘教材，引導學生深入探究，就能達成培育科學精神的目的。

（編輯：朱澤玲）endprint