物理教学中的哲学思考

帖运忠

【摘要】为了培养学生在物理学习中的独立思考能力和创新精神，本文通过物理学科的历史发展和一些知识实例，给出了一些在物理教学过程中的哲学思考。

【关键词】物理教学哲学问题物理研究步骤

物理，在中国的古代称为格物致知，而在西方的古代则被称为自然哲学。顾名思义，所谓物理学，就是研究宇宙中万事万物的产生、运动、演化以及消亡等过程中的一些道理的一门学问。由于研究者是我们人类，因而简明扼要地说，物理研究的步骤应该分为以下几步：首先，人类通过自身的感官（比如眼睛、耳朵和鼻子等）或者通过基于一定原理所发明的探测器，来感觉或者探测周围一些事物在运动、演化过程中所给出的信号。然后，通过人类的思维（比如根据以往的经历所得到的一些经验、理论等）来对这些信号进行一定的抽象理解与解释。最后，通过在一些新事物的类似的运动、演化过程中来验证此解释以及相应的理论。在上述的三个物理研究步骤中，我们来谈一谈几个哲学问题。

1.感性与理性

举一个简单的例子：古代的人无法理解海市蜃楼，或者水中的筷子为什么看上去是弯折的。现在我们都知道，这是因为光在不同的介质中运动会发生折射，折射的原因是为了最快地达到目的地（费马原理[1]），而人类总是感观地认为光永远是走直线运动的。再比如说：古代人们感观地认为物体的质量越大，自由下落时的速度就越大。这个观点统治人类的思想长达几百年，直到伽利略通过思想实验和比萨斜塔的自由落体实验才被打破[2]。由此可见，作为接受事物信息的工具之一的人类的感官，在很多时候是不可靠的。另一方面，我们知道基于一定原理的探测器等测量工具在有些时候也是不可靠的，因为任何测量都会对被测量物体产生影响[3]。此外，大家都知道出色的技术师都是通过各自的经验而非某个理论来打磨样本（比如子弹头等）的。那么，人们在具体研究物理问题的时候应该怎样取舍感观的判断与抽象的逻辑思维呢？

2.变与不变

众所周知，现代物理学中的一个非常重要的概念就是对称性[4]。与对称性相对应是守恒律，即很多物理量（质量、能量、动量、角动量和重子数等等）在物体或者系统运动、演化的过程中都是不变的。而另一方面，我们又知道万事万物都是在运动和发展的。因为根据相对论理论，没有物质的运动就没有时间和三维空间的存在[2]。世间万物的一些属性永远不会改变，而另外一些则无时无刻不在变化。究竟是什么在决定着这些呢？

3.表象与本质

1687年牛顿提出力学三定律，随后被拉格朗日、哈密尔顿等人以一种更为“本质”的方式所代替（即分析力学）。20世纪初，量子力学的对应原理将所有这些经典力学放到了一个“表象”的地位，即认为它们只不过是更基本的量子力学理论在宏观世界的近似表示。另一方面，对于物质结构的问题，古往今来都是见仁见智。有人认为物质可无限分下去，而有人则认为必定存在着组成物质的基本粒子。但是事实上，从原子到原子核再到核子、夸克等，往往会出现“基本粒子”不基本的现象[5]。如此，我们应该怎样去判断事物和物理规律的表象性和本质性呢？

4.理想与现实

什么样的理想才可能成为现实呢？很多学生在学习角动量的相关理论的时候都是通过以前所学的动量的相关知识来类比记忆和理解的。比如角动量类比动量、转动惯量类比质量、力矩类比力以及角速度类比速度等。然而，事实上很多东西是不能类比着去理解的。比如很多学生可能会认为能跳一米多高的跳蚤，如果长成人那么高的话就可以跳几十米甚至上百米高。但是通过简单的量纲分析我们就会知道，这些都是不可能的。长人一样高的跳蚤也只能跳一米来高[4]！另一方面，当乌仑贝克和古兹米类比轨道角动量提出电子的自旋的时候，泡利曾以电子表面速度将大于光速而否定了此提议[6]。出人意料的是，自旋概念的提出竟然对原子物理及原子核物理的发展做出了根本性的改变。由此可见，人们将现有的理论进行推广的时候，一方面要考虑相应的实际问题，另一方面还要敢于挑战。这或许就是让理想成为现实的参考？

如果我们在平时教学中经常鼓励学生们进行诸如此类的思考的话，那么是不是他们就不仅可以很好地理解所学知识的本质，还可以培养独立思考和创新思维的精神呢？是否就可以摆脱高分低能呢？

参考文献

[1]钟锡华. 现代光学基础. 北京：北京大学出版社，2003.

[2]赵峥. 探索上帝的秘密. 北京：北京师范大学出版社，2009.

[3]朗道，栗弗席兹. 量子力学：非相对论理论. 严肃 译. 北京：高等教育出版社，2008.

[4]赵凯华. 定性与半定量物理（第二版）. 北京：高等教育出版社，2008.

[5]卢希庭. 原子核物理（第二版）. 北京：原子能出版社，2000.

[6]杨福家. 原子物理学（第四版）. 北京：高等教育出版社，2008.