结合物理教学传授唯物辩证思想和科学方法初探

张映辉

(大连海事大学理学院,辽宁 大连 116026)

课程思政的关键是解决好“总开关”问题。习总书记强调,“培养什么人、怎样培养人、为谁培养人[1]”是教育教学工作的根本问题,“要把立德树人作为中心环节”。“立德”就是要引导和帮助学生确立社会主义核心价值观,就是要以唯物辩证法为基础,贯彻价值塑造、知识传授和能力培养[2]“三位一体”的育人理念,在传授知识、技能的同时,结合教学引导和帮助学生树立马克思主义世界观、人生观、价值观,解决好“总开关”问题。

1 物理学是“三位一体”教育教学的良好载体

1.1 物理学充满了唯物辩证思想

从认识论上讲,物理学充满了唯物辩证思想。经典物理学为自然辩证法的创立提供了大量的科学依据,近、现代物理学革命更是为我们带来了科学图景和思想观念的巨大变革:相对论打破了经典力学的绝对时空观,量子力学打破了可控测量过程的梦想,混沌粉碎了拉普拉斯的机械决定论……。物理学的发展与认识论同行,很多物理定律、原理充满哲学意味,讲物理就是传授科学的世界观。

1.2 物理学是科学方法的集大成者

从方法论上讲,物理学是科学方法的先导和集大成者。在人类追求真理、探索未知世界的过程中,物理学为我们打开了探寻自然规律、认识客观世界的大门,引领其他自然科学和工程技术的发展,展现了一系列精妙绝伦的科学方法,在人才科学素质培养中具有重要的地位。

1.3 把“论物穷理”作为教学的重要目标

在教学工作中,要善于就物说理,把格物致理、论物穷理作为教学的重要目标,努力讲清教学内容所蕴含(阐释)的唯物辩证思想,引导学生学习和领会辩证唯物主义原理,确立正确的世界观,掌握科学方法。一是结合具体教学内容(物理定律、原理及其发现过程)所蕴含的哲学观点,讲清物理科学所揭示的唯物辩证思想,帮助学生打牢辩证唯物主义基础,引导学生坚信马克思主义,树立辩证唯物主义世界观。二是结合物理学发展史上的重大事件(包括重要理论的创建、重要实验及其结论)讲授具体的科学思想和科学方法(物理思想和物理方法),帮助学生提升科学素养。

2 结合教学内容讲授辩证唯物主义原理

钱学森认为:今天的科学技术不仅仅是自然科学工程技术,而是人类认识客观世界、改造客观世界整个的知识体系,这个知识体系的最高概括是马克思主义哲学[3]。唯物辩证法是科学思想、科学方法的最高概括。作为自然科学之母,物理学为辩证唯物主义提供了大量的科学例证。结合物理教学讲授辩证唯物主义原理,能更好地体现物理科学的意义和价值。

2.1 关于物质和运动的基本观点

辩证唯物主义阐释了一系列观点。其中,关于物质和运动的观点是唯物论的基础。对学物理的人来说,理解这一观点不成问题;但从课程思政的角度,还需要从哲学上阐释清楚。比如:

通过课堂教学,综合讲清物质(宏观、微观、宇观)、场(电场、磁场、引力场)、运动(振动、波动)之间的关系,揭示“世界统一于物质”,“物质是运动的,运动是有规律的”,“物质的运动规律是可以通过科学探索不断认识和了解的(客观世界是可知的)”等观点。

2.2 关于实践的观点

毛主席曾经强调,实践的观点是辩证唯物论的认识论之第一的和基本的观点[4]。

物理理论(假说、猜想)必须经过实验验证。只有经过实证(实验验证)的结论(理论)才是正确的、科学的,才能被承认。应注重结合物理学发展史上某些理论、假说(如玻尔的能级理论、德布罗意的物质波理论等)经实验证实后成为引领人类认识自然重大理论突破实例的讲解,以及相应经典实验题目的教学,引导学生深化对“实践是检验真理唯一标准”的认识,牢固树立实践的观点。

2.3 关于唯物辩证法的规律与范畴

唯物辩证法三大规律(对立统一规律、量变质变规律、否定之否定规律)、五大范畴(内容和形式、现象和本质、原因和结果、可能和现实、偶然性和必然性)大多数能在物理学中找到贴切的范例。

如,通过迈克耳孙干涉实验讲授现象与本质的关系;通过铁磁材料磁化曲线及居里点测定实验讲授量变质变规律;通过人类对原子认识的演进(从古代原子论—葡萄干面包模型—有核模型—现代原子论)讲授否定之否定规律。具体方法:

例2.1通过迈克耳孙干涉实验讲授现象与本质的关系

任何事物都有本质和现象两个方面。本质是事物的内部联系,是决定事物性质和发展趋向的东西。现象是事物的外部联系,是本质在各方面的外部表现。世界上不存在不表现为现象的本质,也没有离开本质而存在的现象。

迈克耳孙干涉实验本来是想证明“以太”的存在,但由于没有观察到预想(“以太”理论推导)的条纹移动,从而否定了原来的假设,即否定了“以太”的存在,证明光的传播不需要任何介质。

结合该课教学,我们可以向学生讲解唯物辩证法关于现象与本质的关系原理及其应用。引导学生:A.理解现象、本质的哲学定义;B.明确本质与现象的辩证关系原理;C.通过教学使学生明白科学实验的哲学意义就在于“现象是事物的外部联系,是本质在各方面的外在表现”。否则,实验就毫无意义。通过对现象(数据、图像等)的分析得出反映事物本质和内在联系的结论,是科学研究的一个基本方法,用一句话概括就是透过现象看本质;D.在日常生活中,必须尊重客观事实。逻辑推理必须以事实为依据。任何事物都有本质和现象两个方面。本质和现象是统一的,但二者又有差别和矛盾;E.在科学研究中,要注意克服“成见”的误导,勇于推翻假设,发现新规律,建立新理论(爱因斯坦正是这样创建了相对论)。

例2.2通过铁磁材料磁化曲线及居里点测定实验讲授量变质变规律

事物在发展变化过程中有两种基本状态:量变和质变。量变质变规律是辩证唯物主义三大基本规律之一,是辩证唯物主义世界观的重要基础。铁磁材料磁性随温度变化情况,是一个非常典型的量变——质变(相变)过程,很好地阐释了量变质变规律。

在一定范围内(如常温),铁磁质的磁性会随温度产生一定的变化,但这种变化不明显,且具有可恢复性。但是,当温度升高到某一范围时,磁性随温度急剧变化。当温度升高到某一特定值(居里点)时,磁性消失。实验标的物的磁性发生质变(相变),由铁磁质变成顺磁质。

结合该课教学,我们可以向学生讲解量变质变规律及其应用。引导学生:A.理解量变、质变的哲学定义;B.熟悉量变质变规律;C.理解“度”的意义(及关节点);D.了解量变质变规律的应用:在生产(生活、社会)实践中,我们有时需要质变(如制造一种新物质、新材料),有时则只需要量变,必须防止(控制、制止)质变。量变质变规律揭示:根据需要控制量变或质变必须把握好度,不超过关节点就不会改变事物的质。要把握具体事物的度,就必须找到事物由量变过渡到质变的关节点(如居里点)。

3 结合教学内容讲授科学方法

哲学和科学的关系在于,科学探索规律(比如铁磁材料磁性随温度变化的规律)。哲学不止于对(科学)规律的认识,还要上升到(事物及其规律)“意义和价值[5]”的认识。意义就是哲学观点,价值就是有什么用,就是方法论。

物理学不仅为自然辩证法和辩证唯物主义的建立提供了科学基础,推动了人类对物质世界认识的不断前进(即哲学上认识论的进步),而且在其发展演进过程中,科学家们创造了一系列高妙实用的方法(通常称为物理方法),这些物理方法与辩证唯物主义方法论具有高度的一致性。也就是说,物理学不仅在哲学观点上很好地体现了辩证唯物主义的认识论,而且在研究(解决)问题的具体实践上很好地诠释了辩证唯物主义的方法论。

物理学体现的科学方法十分丰富,能够上升到方法论进行讲解的也很多。一般的教学,只注重物理结论(原理、实验结果),多数老师也会结合相关内容介绍具体方法,但上升到方法论层次的还比较少。应该讲清这些方法的普遍(哲学)意义和运用原则(包括注意事项)。现举例说明:

例3.1理想模型法

理想模型法是科学研究(特别是物理学)最常用的方法,也是我们在教学中经常讲到的方法。比如质点、刚体、理想气体、点电荷、弹簧振子等等。

通常的教学是以讲清物理定律、原理为目的,方法虽然不可逾越,但多数是就事论事,满足于本课题的逻辑关系。如果站在课程思政的角度呢?其实也很简单,就是要讲清“意义和价值”,把具体的方法提升到方法论,或者叫方法的意义及其推广应用。就理想模型法来说,可以加上这么几点(以三线摆实验为例):

A.理想模型的设置(设计)应遵循典型性、真实性、科学性原则:典型性,即模型应能够代表某一(些)类型的事物(有较大的适用范围);真实性,即模型与实际事物越接近越好(不能偏离实际情况太远);科学性,即被忽略的因素(次要因素)与实际观测的因素(主要因素)要有量级上的差距。

B.导出的结论(实验结果)的科学性受模型设定条件的限制。要注意把握,不能超越限度。

C.在结论的推广与应用上要注意:理想模型设置条件(实验条件)不等于科学结论的适用性。

D.忽略次要因素,把研究探索的精力集中在主要因素上,就是唯物辩证法关于抓主要矛盾的思想(观点)。

例3.2假说法

假说法也是物理学乃至各学科科学研究最常见、最有效的方法。课堂上屡见不鲜,学生们耳熟能详(如哥白尼的日心说、原子结构的卢瑟福有核模型等),我们只要多加几句话(将具体方法上升为方法论)就很像(思政的)样了(以弗兰克-赫兹实验为例)。

A.假说的形成,需要提出基本假设,并建立相应的假说体系。假说的形成有外推、类比、演绎、想象、移植等具体方法[6]。

B.假说的提出,要根据已知科学理论对某些现象和结果(物理事实)进行理性加工,按照一般物理原理(定律)的通用模式(格式)做出假定性解释和说明。

C.假说成立的前提和条件:一是必须以某些现象和结果(物理事实)为依据;二是必须明确条件、结论(假设)及二者的逻辑关系(即假说的成立要件);三是必须经过实验检验。

其中,A、B和C中的前两条讲的都是方法,C中的第三条既是必要的方法,也是观点(实践是检验真理的唯一标准)。

进一步地,我们还应该通过这个实验向学生阐明:

D.大胆假设是科学研究(探索未知世界)的重要方法。科学研究无疆界,科学工作者可以放开自己想象的翅膀,大胆推论和假设。

在科学研究(生产、社会实践)中,猜想和假设,应以一定的理论和实验现象(数据)为基础——这是猜想和假设提出的原则。

E.所有的推论和假设必须经过实验证实才能成立。假设可以大胆,求证必须小心。

一切理论必须经过实践(实验)的检验(证实)才能成立。实践是检验真理的唯一标准。这样,在讲解某个具体物理规律的同时,明确假说法在科研探索中重要意义,讲清假说的提出方法和成立条件,还加深了对实践观点的认识。

例3.3 分解法

为了探索事物的内在规律,人们创造了分解法。比如在对光的衍射进行研究(衍射光栅的研究实验)中,就采用“先分”“后聚”的方法。

先分:就是用光栅把不同波长的光按方向区分开。

后聚:是用透镜(在相应的角度)把同一波长(同一衍射角)的光聚焦起来,便于观察。

结合教学,我们可以向学生说明:“分”和“聚”都是科学研究(探索奥秘)的重要(也是常用的)方法。要探索某一事物的性质,首先要把研究对象与其他事物区分开。

在本实验中,“分”的实质是区分,就是我们常说的“分情况讨论”。“聚”的实质是放大(量的聚集,就是局部密度或强度的放大)。这就是本实验的奥妙所在。

例3.4平移法和放大法

在静态法测定金属丝的杨氏模量实验中,我们将力学中的杠杆原理平移到光学平面镜上,把不易直接测量的微小长度改变量放大,进行测量,从而提高了实验的可行性和测量精度。这说明事物虽然千差万别,但科学原理是通用的,它启示我们:

A.原理、方法是非常重要的;B.学习科学原理的目的在于灵活运用,而不是“一把钥匙只开一把锁”(科学不是字典);C.课堂上教和学的是原理、方法及其普适性(适用范围)。具体的知识重要不重要,当然重要,但更重要的是思想、方法。科学原理和科学方法具有广泛的适用性。掌握了基本原理和方法就可以对症下药,解决不同的问题。

4 结语

物理学是人类创造的最高超、最美妙的学说。它不仅拓宽了人类的视野,帮助我们一步步打开揭穿自然奥秘的大门,为人类创造工具、改变生活提供基本原理、基本方法,而且推进了人类对客观世界总体规律的认识,从学科的角度讲,物理科学是自然科学之母,是现代科学技术的基础;从世界观和方法论的角度看,物理就是哲学,反映了人类对微观、宏观和宇观最高层次的认识,所以,物理学不仅是科学知识的“富矿”,也是科学思想和科学方法的“富矿”。结合物理教学,传授辩证唯物主义观点和方法,帮助学生树立正确的世界观,是物理教学的题中应有之义,是更高层次的教书育人。