《物理教学的哲学高度.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物理教学的哲学高度.doc（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、物理教学的哲学高度项红专，物理教师，2005.3.41在当今的中学物理教学实践中，广大教师往往只关心的是具体的物理知识（包括少量方法）、解题技巧和方法等，如果能从对知识方法起统摄作用的哲学高度来思考和改进我们的物理教学，往往有一览众山小的感觉，使物理教学提升到一个更高的层次和境界，同时对学生科学素养的培养也起到了不可忽视的作用，笔者在此就这一问题作一初步的探讨，以起抛砖引玉之作用。根据中学物理教学实际，我认为可以从以下三方面来提升物理教学的哲学高度。1了解物理学的基本观念的变革科学上每一个重大的发展，总是以科学观念、科学思想的突破为先导和基地的。爱因斯坦强调：“在建立一个物理学理论时，基本观念
2、起了最主要的作用。物理书中充满了复杂的数学公式，但是所有的物理学理论都是起源于思想和观念”。在普通高中物理课程标准的课程目标中指出，要“了解物理学的基本观点和思想”。因此，物理教学应引导学生了解科学基本观念的变革。例如，运动是万物的根本特性，在16世纪以前，亚里士多德的运动理论居统治地位，他把运动分为天然运动和被迫运动两种，从其天然运动理论可以得出重的物体下落得快，而轻的物体下落得慢的结论；由其被迫运动理论可以得出，不推一个物体，物体是不动的，推力越大走得越快，突然撒手，就会停止。对这些结论，我们从常识的角度角度觉得很自然，很有道理，可是近代物理学恰恰首先要破除这些观念（即轻重不同的物体以不同
3、的速度下落；力产生运动又维持运动）。“运动”观念上的变革首先是由伽利略做出的，伽利略对物理学发展的突出贡献在于：他通过斜面实验，从基本观念上推翻了统治欧洲2000多年的运动观。亚里士多德把事物的运动、变化归因于事物本身的目的和欲望；而牛顿把事物的运动、变化归因于另一事物的作用。简单地可以这样说，亚里士多德物理学基于目的性，即是“为了什么”，而牛顿物理学基于因果性，即是“为什么”。例如，一个重的物体向下运动，亚里士多德的解释是为了回到它处于地心的自然位置；而牛顿物理学则解释为是因为物体受到地球引力的作用。历史上机械观对物理学的发展影响很大，它认为所有的自然现象都可以用引力或斥力来解释，而这些力只
4、与距离有关，并且作用于不变的粒子之间。正如亥姆霍兹所说：“因此，物理科学的任务，在我们看来，归根结底在于把物理现象都归结为不变的引力或斥力，而这些力的强度只与距离有关。要完全了解自然，就得解决这个问题。”“一旦把一切自然现象都化成简单的力，而且证明出自然现象只能这样来加以简化，呢们科学的任务便算终结了。”经典物理学认为空间和时间是脱离物质而存在的，是绝对的，空间和时间之间也是没有联系的。而相对论的本质是相对性，它认为有物质才有空间和时间，空间和时间与物质的运动状态与有关。从宏观物体运动发展到微观粒子运动，新的物理学基本观念又产生了，如量子化、波粒二像性、不确定关系等。当今非线性科学的发展又促使
5、学生观念要从线性观向非线性观转变，我们应该认识到：物理世界本质上是非线性的（从事物的形态上看，自然界处处是分形的；从运动形式上看，混沌运动是一种普遍运动），线性问题只是非线性的近似和简化。2注重对科学本质的理解科学的本质是近年来世界范围内科学教育改革所关注的热点之一，理解科学的本质是科学素养的重要组成部分。理解科学的本质，实际上是要回答“科学是什么”、“科学不是什么”、“科学能做什么”和“科学不能做什么”等问题。物理学作为自然科学的基础学科、主导学科和重要学科，充分体现了科学的本质特征。物理教学应加强科学本质的教育，使学生加深对科学本质的认识和理解。具体可以从以下几方面入手来加深学生对科学本质
6、的理解。自然界是有规律的，这种规律是可以被认识的。科学是认识自然最有效的途径。爱因斯坦曾说：“相信有一个离开知觉主体而独立的外在世界，是一切自然科学的基础。”他还说过，这个世界最不可理解的是，它竟然是可以理解的。科学知识反映了人类对自然本质的认识，对自然现象具有解释和预见的功能。例如，爱因斯坦的广义相对论不仅解释了已知水星轨道的摄动现象，而且也预见了光线在引力场这的弯曲效应。科学是一个开放的系统，科学具有一种动态的品质，科学一个永恒不变的性质就是变化。科学知识具有相对的稳定性并不断发展和进步，它不是绝对真理，只能在一定条件与范围内适用，也不能解决所有的问题。例如，亚里士多德认为自然界厌恶真空和
7、空气没有重量，托里拆利等人经过研究证明了没有空气的真空存在。但实际上自然界并不存在真正的、什么物质也没有的真空，狄拉克提出了一种崭新的真空观念，认为真空是一种正能态真空但负能态充满了物质的状态。按照量子场论的观点，真空就是其中充满了能量最低状态的量子场，它们处于剧烈的真空涨落之中，在极短的时间和极短的距离之内，不断地产生虚粒子对，随后这些虚粒子对又不断地湮灭。物理学中许多基本问题的解决都有待于我们对真空的进一步认识。可验证性是科学与伪科学的重要区别之一。科学强调和尊重经验事实对科学理论的检验。理论是否正确最终要由观察实验来验证。例如，牛顿的引力理论刚提出时，立刻遭到法国笛卡尔派的怀疑和反对，万
8、有引力理论经过了三次重大的检验（即关于地球形状的测定、哈雷彗星回归周期的证实和海王星的发现）以后，才得到科学界的广泛承认，科学在继承中发展，在批判中进步。怀疑批判是科学进步的保障和原动力。在笛卡尔看来，一切皆可怀疑，唯有“怀疑”本身不可怀疑。麦克斯韦在出任卡文迪许实验室第一任教授就职讲演中说：“我们的部分要在对明显的科学说明所依据的证据进行考察的基础上，不仅要提供和传播真实的科学原理，而且要提供和传播深刻的批判精神。”著名物理学家费恩曼认为：“在科学中，怀疑是举足轻重的。”在物理学发展史上，汤姆逊卢瑟福玻尔海森堡，这四代师生都是在质疑和挑战老师的观点的过程中取得了创新性的科学成果，这些成果有力
9、地推动了20世纪的物理学革命。自然界是一个多样统一的综合体。普朗克曾经指出，自然科学从一开始就将把各种各样的物理现象概况成一个统一的体系作为自己最伟大的目标。追求物理学的内在“联系”与“统一”是物理学家的共同信念，一部物理学发展史，可以说是一部不断地追求“联系”和“统一”的历史。牛顿把地上物体运动和天上物体运动统一了起来，能量守恒定量揭示了自然界各种运动形式之间的统一性，安培提出的分子电流假说把电流磁性与物质的天然磁性统一了起来，麦克斯韦把光和电磁现象统一了起来，爱因斯坦把光的粒子性和波动性统一了起来，德布罗意把光子与一切（静质量不为零）微观粒子统一了起来，相对论把能量E和动量p联系了起来，质
10、能方程把E、m、c联系了起来。科学可以转化为技术，变成改变世界的物质力量。科学技术是第一生产力。科学是一种在历史上起推动作用的、革命的力量。第一次技术革命以蒸汽机的发明与使用为标志，第二次技术革命以电机的发明和电力的应用为标志，第三次技术革命以电子计算机、原子能和航天技术等的应用为标志，人类历史上的三次技术革命都与物理学的发展息息相关。科学活动是一把双刃剑，对社会既有正面作用，也有负面影响，我们应当让科学技术成为促进社会进步的力量，而防止与消除其对社会的负面影响。例如，原子能造福了于人类，原子弹却给人类带来了毁灭性的灾害。爱因斯坦说得好：“科学是一种强有力的工具，怎样用它，究竟是给人类带来幸福
11、还是带来灾难，全取决于人自己，而不取决于工具。刀子在人类生活上是有用的，但它也能用来杀人。”绝大多数科学家身上都体现了崇高的社会责任感。爱因斯坦认为，“人只有献身于社会，才能找出那实际上是短暂而有风险的生命的意义。”科学家共同体也是一个小社会，要使科学这个小社会正常而有效地运行，科学家的行为也需要由一些社会化的规范来约束，也就是科学道德的约束，否则就会产生种种越轨现象而不利于科学事业健康、有序地发展。科学活动的社会规范主要有：普遍性、竞争性、公有性、诚实性和合理的怀疑性。例如，科学的公有性规范表明：科学遗产是公有的，而任何科学活动都有赖于科学遗产。正像牛顿所说：“如果我看得更远一些的话，那是因
12、为我站在巨人的肩膀上。”3从认识论的角度看问题2002年陕西省的中考题曾经出了一道十分有趣的题目，题目来源于列子汤问篇里叙述的一则“两小儿辨日远近”的故事：孔子东游，见两小儿辨斗。问 其故，一儿曰：“我以日始出时去人近，人日中时远也。”一儿以日初出时远，而日中时近也。一儿曰：“日初出大如车盖，及日中则如盘玉。此不为远者小而近者大乎？”一儿曰：“日初出苍苍凉凉，及其日中如探汤，此不为近者热而远者凉乎？”孔子不能决也。两小儿笑曰：“孰谓汝多知乎！”题目要求学生根据自己的理解，就涉及到的有关物理知识、方法及科学态度等填空。作为物理教师来说，不能仅就此而言，还应从科学认识论的角度来看此问题。科学哲学的
13、观点是：观察本身并不是客观的、中立的，任何观察都是渗透理论并受理论影响的，这一故事恰恰说明观察是渗透理论的。小孩甲认为：日地距离早晨时近而中午时远，；而小孩乙则认为：日地距离早晨时远而中午时近。甲引用的事实依据为：太阳的视觉形象早晨时比中午时大；乙引用的事实依据为：太阳辐射来的热度早晨时比中午时低。甲依赖于如下的解释性理论：凡运动着的物体，当其体积恒定不变时，与观察者距离愈近则视觉形象愈大，反之亦然；乙依赖于如下的解释性理论：凡是运动着的热源体，当其温度恒定不变时，与观察者的距离愈远则辐射来的热度愈低，反之亦然。同样，我们可以设想，如果第谷和开普勒两人一道看日出，会发生什么事情。换言之，持不同
14、理论体系的人对同一现象进行观察，他们将得出什么结论？结果是：开普勒看到的是太阳不动，地球围绕太阳转动；而第谷看到的是地球固定不动，太阳围绕地球转动。显然，开普勒和第谷两个人从日出看到的东西是不一样的。又如，在高中物理课本“万有引力定律”一章着中，讲到了从第谷的天文观测，到开普勒的行星运动三大定律，再到牛顿的万有引力定律的发展过程，如果从认识论的角度看，明显地标志着科学认识论发展的三个阶段，即先是变革现实获取事实材料，然后对事实材料进行科学概括，最后再把带有经验性质的概括上升为理论。日本著名物理学家武谷三男曾经以上述发展历史为线索，对于科学认识的逻辑顺序作了一个哲学概括，称之为科学认识的“三阶段论”即从现象论阶段，到实体论阶段，再到本质论阶段。由此可见，对广大中学教师来说，从哲学高度思考物理教学并不是高不可攀，而是完全可以付诸于教学实践的。
