高中物理課程思政中方法論教學的初探

鄭佳鎣 鄭衛峰

摘 ? 要：物理學中蘊含的哲學思想是非常豐富的，文章從培養學生對立統一、質量互變以及否定之否定的三個方面思想方法進行探討，希望在教學中啟發學生用物理學背后所隱含的哲學思想來辯證地看待事物。

關鍵詞：物理教學；課程思政；方法論；哲學思想

2018年9月10日在北京召開的全國教育大會上，習近平總書記發表了重要講話，強調堅持立德樹人，加強學校思想政治工作，推進教育改革。近年來，國家為推進落實立德樹人根本任務，出臺了不少相關方面的文件，由此各級學校以及研究者們紛紛進行了相應的課程改革探索之路，而“課程思政”是目前普遍認可的，能夠將“立德樹人”落實到學校教育的一種綜合教育理念。

《物理與藝術》一書中提到“哲學、科學和藝術并不相互抵觸，它們探究的是同一個世界，都面對世界存在和人類存在的神秘性，并試圖認識和解釋之”[ 1 ]。自然科學與哲學有著千絲萬縷的聯系，物理學是自然科學中重要且基礎的學科之一，其中蘊含的哲學思想是非常豐富的?？茖W方法作為物理認知活動的中介，是連接物理現象與物理知識的紐帶，在物理學的發展中起著橋梁的作用，科學方法對于學習物理的重要性不言而喻，物理教學中少不了科學方法的教育，抓住了科學方法就等于抓住了物理教學的核心[ 2 ]。文章以對立統一、質量互變以及否定之否定這三大辯證法規律為例，探討在物理教學中如何結合物理學史的相關內容開展方法論的教學，從而體現課程思政教育落實“立德樹人”。

1 ?在理想化方法的教學中培養學生對立統一的思想方法

物理學作為一門自然學科，研究的是大至宇宙小至微觀粒子等一切物質的基本結構、相互作用以及運動規律，因而物理學研究的對象或者過程一般都比較復雜，有些現象由于現實條件的限制即使借助一定的研究手段和研究方法，也很難進行徹底的研究，在這種情況下，聰明的科學家們通常利用理想化的方法來進行研究。理想化方法是指根據研究問題的需要和具體情況，有意識地抓住研究對象的主要、本質因素，排除次要、非本質以及無關因素的干擾，通過創建理想化模型、塑造理想化實驗，從而簡明扼要地揭示物理現象本質的方法，理想化方法在科學研究中占有重要地位[ 3 ]。不難發現，理想化方法體現了解決問題時要善于抓住問題的重點，集中力量解決主要矛盾。但主次矛盾在一定條件下會相互轉化，事物矛盾雙方既對立又統一地推動事物的運動、變化和發展。

物理學中理想化方法主要表現為理想模型與理想實驗。中學物理中常見的理想模型有質點、點電荷、點光源、等溫過程、絕熱過程等等。如質點是物理學家為了簡化物體運動的過程，便于物體運動規律的研究，將研究對象的大小、形狀以及內部結構等要素忽略不計，把研究的物體抽象為一個只有質量沒有大小的點，即通過將物體簡化為質點，突出運動問題的主要矛盾，得出物體運動的本質規律。但若是物體的大小、形狀以及內部結構等要素在研究物體運動中不能忽略時，即原來的次要矛盾上升為主要矛盾時就需要引入一個新的理想模型——剛體，來研究物體的運動情況。物理教學中可以通過對質點、剛體這兩個理想模型引入的對比，讓學生明白根據所要研究問題的不同，矛盾是對立統一的，主要因素和次要因素會隨著研究問題的需要而變化，矛盾的主要方面和次要方面在一定條件下相互轉化，但問題的順利解決一定是由當時矛盾的主要方面所決定，由此啟發學生在運用理想化方法研究問題時，要分清主次，善于抓住主要矛盾或矛盾的主要方面。

理想實驗又稱為假想實驗或思想實驗，它是在現實實驗的基礎上，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，對實際過程進行更深入地抽象分析的一種方法[ 4 ]。如伽利略在單擺擺球等高實驗的基礎上證明了等末速度假設，即“相同的物體沿著高度相等傾角不同的平面向下運動時，物體獲得的速度是相等的”，在此基礎上利用“雙斜面”理想實驗（如圖1）推理得到“任何速度一旦被賦予一個運動的物體，將嚴格地保持下去，只要去掉加速或減速的外部原因”[ 5 ]。上述理想實驗為了研究物體運動更為本質的規律，忽略了摩擦阻力這個次要因素，得出當物體從某一斜面滑下，而另一個斜面的傾角減小為0時，物體將為了達到那個永遠無法達到的高度而一直運動下去。當然在抓住主要方面的同時，也要看到次要方面的影響，一味地忽略次要方面的影響，也許會看不到矛盾的本質，從而產生了錯誤的結論，伽利略就是看到了摩擦阻力的影響，從而考慮到了不存在摩擦阻力的情況，才得到了力是改變物體運動狀態的原因，而不是維持物體運動的原因這一正確結論，為后人得出慣性定律打下了堅實的基礎。在牛頓第一定律的教學中通過引入伽利略的理想實驗，引導學生在運用理想化方法解決問題時，看問題要全面，但也要注意主次之分，即矛盾的兩個方面是對立統一的，它們共同促進了事物的發展。

2 體驗物理學家追求統一美的歷程培養學生質量互變的思想方法

很多物理學家都堅信簡潔、和諧、對稱的理論往往是最準確的，因此他們在探索物理世界的過程中始終追求簡潔美、和諧美、對稱美以及統一美，這即是物理美學思想方法的體現。物理學發展至今，有很多公式、理論或者原理已經可以用像麥克斯韋方程組、相對論、波粒二象性等諸如此類具有大統一性質的公式、理論或者原理來進行概括。在物理學家追求統一美的歷程中體現了任何事物的變化都有一個量變的積累過程，如果沒有量變的積累，質變就不會發生。但質變又會導致新的量變，開始新的量變積累階段，不斷循環，促進事物的前進發展。

牛頓在伽利略的慣性原理、拋物體運動等一系列力學研究以及開普勒行星運動三定律等研究的基礎上繼續思考引力問題，想要尋找地球上的物體落地、天上的月球繞地運動以及行星繞日運動等現象的共同原因以及遵循的同一規律[ 6 ]。他認為既然高山上的物體受到地球的引力，那么月球是否也受到地球的這一引力，若是，那么這一引力就是使月球繞地球作圓周運動的向心力。根據伽利略對拋體的研究，當拋體的初速度大于一定值時，被拋出的物體將沿著一個圓形軌道繞地球運動（如圖2所示），而月球的運動正好類似于這樣的拋體。為了證明這一假設的正確性，牛頓根據開普勒第三定律以及離心力公式分別計算了月球的向心加速度，得到用這兩個方法計算出來的結果極其接近，而后牛頓通過更加精確的計算確認使蘋果落地的重力與使月球繞地球運動的力是同一種力。不僅如此，牛頓還利用微積分成功證明了實心球體的引力等于球心處一個質點的引力，這樣不管物體的體積有多大，都可以將其簡化成一個質點，從而使引力問題簡化、計算精確化[ 6 ]。從牛頓開始研究引力到萬有引力定律的得出，前后有二十多年的時間，這期間他將遇到的復雜問題逐個解決，完整確立了萬有引力定律。在萬有引力定律的教學中通過牛頓確立萬有引力定律這一物理學史內容的介紹，讓學生明白量變是導致質變的基礎，如果沒有伽利略和開普勒等人的研究成果作基礎，以及牛頓自身嚴謹的科學研究態度，牛頓很難“站在巨人的肩膀上”總結出牛頓運動定律和萬有引力定律，從而創立經典力學理論體系這樣大一統的理論，實現人類對自然認識的一大飛躍，也啟發人們對宇宙萬物及自然規律的理性認識[ 7 ]。

在牛頓發表了萬有引力定律100多年之后，卡文迪許利用扭秤實驗測得萬有引力定律中的引力常量值，這不僅證明了萬有引力定律，同時也讓該定律有了更為廣泛的應用價值，后人利用萬有引力定律發現了哈雷彗星、海王星以及冥王星等重大天文成就。萬有引力定律對于物理學以及天文學的發展產生了深遠的影響。在中學物理教學中通過介紹萬有引力定律確立之后對科學的發展變化，讓學生明白在新質的基礎上，事物又會開始新的量變，如此交替循環，體現了事物發展的漸進和飛躍的統一，由此引導學生在學習物理的過程中追求統一美，培養質量互變的思想方法，促進對自然界的深入認識，形成正確的世界觀。

3 ?回顧力學的發展史培養學生否定之否定的思想方法

物理學的發展進程不是一帆風順的，每一個定理或定律的得出都是一代又一代物理人堅持與努力的結果。物理學前進的腳步還未停止，現在看似正確的理論，也許隨著科技的進步，會推翻之前的認識，重新建立一個新理論，這表明事物內部存在著肯定因素和否定因素，只有經過否定，舊事物才能向新事物轉變，事物經過一次否定之后，矛盾將得到初步解決。但隨著事物的發展變化，依然會存在否定因素，這就需要經過再次否定，即否定之否定，使矛盾得到進一步的解決；事物的發展就是不斷地肯定、否定、否定之否定，呈現螺旋式上升發展的總趨勢。

力學的發展有著悠久的歷史。亞里士多德最早較為系統地研究了力與運動，他的研究成果影響了物理界長達數千年，但偉人也會犯錯誤，例如他認為“重物比輕物下落得快”，這個觀點直到16世紀末才被伽利略用實驗證明了其錯誤性。而后，牛頓建立的經典力學體系取代了亞里士多德的研究，經典力學體系代表了當時一整個時代的科學成就，對自然科學和哲學等諸多領域都產生了巨大的影響，以至于20世紀初之前，人們認為大多數力學問題都可以在經典力學體系中的得到解決。但隨著科技的進步，當人們開始研究以接近光速運動的物體或是處在微觀世界當中的物體時，經典力學就不再適用，量子力學和相對論便應運而生，新理論的產生從根本上改變了人類對運動與相互作用的理解，也促使著人們繼續探索自然的奧秘。在物理教學中通過力學發展史的簡介（如圖3所示），讓學生明白當新事物與舊理論產生矛盾時，就需要對舊理論進行合理的否定，拋棄一部分不合理因素，促使新理論產生，這樣才能促進事物的前進與發展，由此啟發學生在解決物理問題時，不能墨守成規，要敢于創新，當面對舊理論所不能解決的問題時，要敢于突破，找到合適的新理論去解決新問題。

4 ?結束語

對立統一、質量互變以及否定之否定是辯證法的三大規律，而物理學方法論是以唯物辯證法為指導，對物理學的研究方法進行研究的有關理論[ 8 ]，教師在講授物理學方法論的有關內容時，要注意滲透唯物辯證法的思想與方法，要堅持理論與實踐相結合的原則，指導學生在實踐中應用辯證法三大規律，啟發學生用物理方法背后所隱含的哲學思想來解決問題，唯物辯證地看待一切事物，幫助學生在掌握物理方法論的同時形成正確的世界觀，進而認識世界和改造世界。

參考文獻：

［1］ 施大寧．物理與藝術[M]．北京：科學出版社，2005：14．

［2］ 李正福，李春密，邢紅軍．物理教學中的科學方法顯性教育[J]．教育科學研究，2011（1）：54-57．

［3］ 張憲魁，李曉林，陰瑞華．物理學方法論[M]．杭州：浙江教育出版社，2007：101．

［4］ 王瑞旦，宋善炎．物理方法論[M]．長沙：中南大學出版社，2002：55．

［5］ ?伽利略．關于兩門新科學的對話[M]．武際可，譯．北京：北京大學出版社，2006：156-158，199-202．

［6］ 李國秀，顏鋒．萬有引力之父 牛頓[M]．合肥：安徽人民出版社，2016：113-119．

［7］ 高山．中學物理教師的哲學使命[J]．福建教育學院學報，2019，20（4）：27-32．

［8］ 筱梅．談大學物理教學過程中的方法論教學[J]．云南師范大學學報（哲學社會科學版），1990（4）：58-63．