結合物理教學傳授唯物辯證思想和科學方法初探

張映輝

(大連海事大學理學院,遼寧 大連 116026)

課程思政的關鍵是解決好“總開關”問題。習總書記強調,“培養什么人、怎樣培養人、為誰培養人[1]”是教育教學工作的根本問題,“要把立德樹人作為中心環節”。“立德”就是要引導和幫助學生確立社會主義核心價值觀,就是要以唯物辯證法為基礎,貫徹價值塑造、知識傳授和能力培養[2]“三位一體”的育人理念,在傳授知識、技能的同時,結合教學引導和幫助學生樹立馬克思主義世界觀、人生觀、價值觀,解決好“總開關”問題。

1 物理學是“三位一體”教育教學的良好載體

1.1 物理學充滿了唯物辯證思想

從認識論上講,物理學充滿了唯物辯證思想。經典物理學為自然辯證法的創立提供了大量的科學依據,近、現代物理學革命更是為我們帶來了科學圖景和思想觀念的巨大變革:相對論打破了經典力學的絕對時空觀,量子力學打破了可控測量過程的夢想,混沌粉碎了拉普拉斯的機械決定論……。物理學的發展與認識論同行,很多物理定律、原理充滿哲學意味,講物理就是傳授科學的世界觀。

1.2 物理學是科學方法的集大成者

從方法論上講,物理學是科學方法的先導和集大成者。在人類追求真理、探索未知世界的過程中,物理學為我們打開了探尋自然規律、認識客觀世界的大門,引領其他自然科學和工程技術的發展,展現了一系列精妙絕倫的科學方法,在人才科學素質培養中具有重要的地位。

1.3 把“論物窮理”作為教學的重要目標

在教學工作中,要善于就物說理,把格物致理、論物窮理作為教學的重要目標,努力講清教學內容所蘊含(闡釋)的唯物辯證思想,引導學生學習和領會辯證唯物主義原理,確立正確的世界觀,掌握科學方法。一是結合具體教學內容(物理定律、原理及其發現過程)所蘊含的哲學觀點,講清物理科學所揭示的唯物辯證思想,幫助學生打牢辯證唯物主義基礎,引導學生堅信馬克思主義,樹立辯證唯物主義世界觀。二是結合物理學發展史上的重大事件(包括重要理論的創建、重要實驗及其結論)講授具體的科學思想和科學方法(物理思想和物理方法),幫助學生提升科學素養。

2 結合教學內容講授辯證唯物主義原理

錢學森認為:今天的科學技術不僅僅是自然科學工程技術,而是人類認識客觀世界、改造客觀世界整個的知識體系,這個知識體系的最高概括是馬克思主義哲學[3]。唯物辯證法是科學思想、科學方法的最高概括。作為自然科學之母,物理學為辯證唯物主義提供了大量的科學例證。結合物理教學講授辯證唯物主義原理,能更好地體現物理科學的意義和價值。

2.1 關于物質和運動的基本觀點

辯證唯物主義闡釋了一系列觀點。其中,關于物質和運動的觀點是唯物論的基礎。對學物理的人來說,理解這一觀點不成問題;但從課程思政的角度,還需要從哲學上闡釋清楚。比如:

通過課堂教學,綜合講清物質(宏觀、微觀、宇觀)、場(電場、磁場、引力場)、運動(振動、波動)之間的關系,揭示“世界統一于物質”,“物質是運動的,運動是有規律的”,“物質的運動規律是可以通過科學探索不斷認識和了解的(客觀世界是可知的)”等觀點。

2.2 關于實踐的觀點

毛主席曾經強調,實踐的觀點是辯證唯物論的認識論之第一的和基本的觀點[4]。

物理理論(假說、猜想)必須經過實驗驗證。只有經過實證(實驗驗證)的結論(理論)才是正確的、科學的,才能被承認。應注重結合物理學發展史上某些理論、假說(如玻爾的能級理論、德布羅意的物質波理論等)經實驗證實后成為引領人類認識自然重大理論突破實例的講解,以及相應經典實驗題目的教學,引導學生深化對“實踐是檢驗真理唯一標準”的認識,牢固樹立實踐的觀點。

2.3 關于唯物辯證法的規律與范疇

唯物辯證法三大規律(對立統一規律、量變質變規律、否定之否定規律)、五大范疇(內容和形式、現象和本質、原因和結果、可能和現實、偶然性和必然性)大多數能在物理學中找到貼切的范例。

如,通過邁克耳孫干涉實驗講授現象與本質的關系;通過鐵磁材料磁化曲線及居里點測定實驗講授量變質變規律;通過人類對原子認識的演進(從古代原子論—葡萄干面包模型—有核模型—現代原子論)講授否定之否定規律。具體方法:

例2.1通過邁克耳孫干涉實驗講授現象與本質的關系

任何事物都有本質和現象兩個方面。本質是事物的內部聯系,是決定事物性質和發展趨向的東西。現象是事物的外部聯系,是本質在各方面的外部表現。世界上不存在不表現為現象的本質,也沒有離開本質而存在的現象。

邁克耳孫干涉實驗本來是想證明“以太”的存在,但由于沒有觀察到預想(“以太”理論推導)的條紋移動,從而否定了原來的假設,即否定了“以太”的存在,證明光的傳播不需要任何介質。

結合該課教學,我們可以向學生講解唯物辯證法關于現象與本質的關系原理及其應用。引導學生:A.理解現象、本質的哲學定義;B.明確本質與現象的辯證關系原理;C.通過教學使學生明白科學實驗的哲學意義就在于“現象是事物的外部聯系,是本質在各方面的外在表現”。否則,實驗就毫無意義。通過對現象(數據、圖像等)的分析得出反映事物本質和內在聯系的結論,是科學研究的一個基本方法,用一句話概括就是透過現象看本質;D.在日常生活中,必須尊重客觀事實。邏輯推理必須以事實為依據。任何事物都有本質和現象兩個方面。本質和現象是統一的,但二者又有差別和矛盾;E.在科學研究中,要注意克服“成見”的誤導,勇于推翻假設,發現新規律,建立新理論(愛因斯坦正是這樣創建了相對論)。

例2.2通過鐵磁材料磁化曲線及居里點測定實驗講授量變質變規律

事物在發展變化過程中有兩種基本狀態:量變和質變。量變質變規律是辯證唯物主義三大基本規律之一,是辯證唯物主義世界觀的重要基礎。鐵磁材料磁性隨溫度變化情況,是一個非常典型的量變——質變(相變)過程,很好地闡釋了量變質變規律。

在一定范圍內(如常溫),鐵磁質的磁性會隨溫度產生一定的變化,但這種變化不明顯,且具有可恢復性。但是,當溫度升高到某一范圍時,磁性隨溫度急劇變化。當溫度升高到某一特定值(居里點)時,磁性消失。實驗標的物的磁性發生質變(相變),由鐵磁質變成順磁質。

結合該課教學,我們可以向學生講解量變質變規律及其應用。引導學生:A.理解量變、質變的哲學定義;B.熟悉量變質變規律;C.理解“度”的意義(及關節點);D.了解量變質變規律的應用:在生產(生活、社會)實踐中,我們有時需要質變(如制造一種新物質、新材料),有時則只需要量變,必須防止(控制、制止)質變。量變質變規律揭示:根據需要控制量變或質變必須把握好度,不超過關節點就不會改變事物的質。要把握具體事物的度,就必須找到事物由量變過渡到質變的關節點(如居里點)。

3 結合教學內容講授科學方法

哲學和科學的關系在于,科學探索規律(比如鐵磁材料磁性隨溫度變化的規律)。哲學不止于對(科學)規律的認識,還要上升到(事物及其規律)“意義和價值[5]”的認識。意義就是哲學觀點,價值就是有什么用,就是方法論。

物理學不僅為自然辯證法和辯證唯物主義的建立提供了科學基礎,推動了人類對物質世界認識的不斷前進(即哲學上認識論的進步),而且在其發展演進過程中,科學家們創造了一系列高妙實用的方法(通常稱為物理方法),這些物理方法與辯證唯物主義方法論具有高度的一致性。也就是說,物理學不僅在哲學觀點上很好地體現了辯證唯物主義的認識論,而且在研究(解決)問題的具體實踐上很好地詮釋了辯證唯物主義的方法論。

物理學體現的科學方法十分豐富,能夠上升到方法論進行講解的也很多。一般的教學,只注重物理結論(原理、實驗結果),多數老師也會結合相關內容介紹具體方法,但上升到方法論層次的還比較少。應該講清這些方法的普遍(哲學)意義和運用原則(包括注意事項)。現舉例說明:

例3.1理想模型法

理想模型法是科學研究(特別是物理學)最常用的方法,也是我們在教學中經常講到的方法。比如質點、剛體、理想氣體、點電荷、彈簧振子等等。

通常的教學是以講清物理定律、原理為目的,方法雖然不可逾越,但多數是就事論事,滿足于本課題的邏輯關系。如果站在課程思政的角度呢?其實也很簡單,就是要講清“意義和價值”,把具體的方法提升到方法論,或者叫方法的意義及其推廣應用。就理想模型法來說,可以加上這么幾點(以三線擺實驗為例):

A.理想模型的設置(設計)應遵循典型性、真實性、科學性原則:典型性,即模型應能夠代表某一(些)類型的事物(有較大的適用范圍);真實性,即模型與實際事物越接近越好(不能偏離實際情況太遠);科學性,即被忽略的因素(次要因素)與實際觀測的因素(主要因素)要有量級上的差距。

B.導出的結論(實驗結果)的科學性受模型設定條件的限制。要注意把握,不能超越限度。

C.在結論的推廣與應用上要注意:理想模型設置條件(實驗條件)不等于科學結論的適用性。

D.忽略次要因素,把研究探索的精力集中在主要因素上,就是唯物辯證法關于抓主要矛盾的思想(觀點)。

例3.2假說法

假說法也是物理學乃至各學科科學研究最常見、最有效的方法。課堂上屢見不鮮,學生們耳熟能詳(如哥白尼的日心說、原子結構的盧瑟福有核模型等),我們只要多加幾句話(將具體方法上升為方法論)就很像(思政的)樣了(以弗蘭克-赫茲實驗為例)。

A.假說的形成,需要提出基本假設,并建立相應的假說體系。假說的形成有外推、類比、演繹、想象、移植等具體方法[6]。

B.假說的提出,要根據已知科學理論對某些現象和結果(物理事實)進行理性加工,按照一般物理原理(定律)的通用模式(格式)做出假定性解釋和說明。

C.假說成立的前提和條件:一是必須以某些現象和結果(物理事實)為依據;二是必須明確條件、結論(假設)及二者的邏輯關系(即假說的成立要件);三是必須經過實驗檢驗。

其中,A、B和C中的前兩條講的都是方法,C中的第三條既是必要的方法,也是觀點(實踐是檢驗真理的唯一標準)。

進一步地,我們還應該通過這個實驗向學生闡明:

D.大膽假設是科學研究(探索未知世界)的重要方法。科學研究無疆界,科學工作者可以放開自己想象的翅膀,大膽推論和假設。

在科學研究(生產、社會實踐)中,猜想和假設,應以一定的理論和實驗現象(數據)為基礎——這是猜想和假設提出的原則。

E.所有的推論和假設必須經過實驗證實才能成立。假設可以大膽,求證必須小心。

一切理論必須經過實踐(實驗)的檢驗(證實)才能成立。實踐是檢驗真理的唯一標準。這樣,在講解某個具體物理規律的同時,明確假說法在科研探索中重要意義,講清假說的提出方法和成立條件,還加深了對實踐觀點的認識。

例3.3 分解法

為了探索事物的內在規律,人們創造了分解法。比如在對光的衍射進行研究(衍射光柵的研究實驗)中,就采用“先分”“后聚”的方法。

先分:就是用光柵把不同波長的光按方向區分開。

后聚:是用透鏡(在相應的角度)把同一波長(同一衍射角)的光聚焦起來,便于觀察。

結合教學,我們可以向學生說明:“分”和“聚”都是科學研究(探索奧秘)的重要(也是常用的)方法。要探索某一事物的性質,首先要把研究對象與其他事物區分開。

在本實驗中,“分”的實質是區分,就是我們常說的“分情況討論”。“聚”的實質是放大(量的聚集,就是局部密度或強度的放大)。這就是本實驗的奧妙所在。

例3.4平移法和放大法

在靜態法測定金屬絲的楊氏模量實驗中,我們將力學中的杠桿原理平移到光學平面鏡上,把不易直接測量的微小長度改變量放大,進行測量,從而提高了實驗的可行性和測量精度。這說明事物雖然千差萬別,但科學原理是通用的,它啟示我們:

A.原理、方法是非常重要的;B.學習科學原理的目的在于靈活運用,而不是“一把鑰匙只開一把鎖”(科學不是字典);C.課堂上教和學的是原理、方法及其普適性(適用范圍)。具體的知識重要不重要,當然重要,但更重要的是思想、方法。科學原理和科學方法具有廣泛的適用性。掌握了基本原理和方法就可以對癥下藥,解決不同的問題。

4 結語

物理學是人類創造的最高超、最美妙的學說。它不僅拓寬了人類的視野,幫助我們一步步打開揭穿自然奧秘的大門,為人類創造工具、改變生活提供基本原理、基本方法,而且推進了人類對客觀世界總體規律的認識,從學科的角度講,物理科學是自然科學之母,是現代科學技術的基礎;從世界觀和方法論的角度看,物理就是哲學,反映了人類對微觀、宏觀和宇觀最高層次的認識,所以,物理學不僅是科學知識的“富礦”,也是科學思想和科學方法的“富礦”。結合物理教學,傳授辯證唯物主義觀點和方法,幫助學生樹立正確的世界觀,是物理教學的題中應有之義,是更高層次的教書育人。