高中物理课程思政中方法论教学的初探

郑佳蓥 郑卫峰

摘   要：物理学中蕴含的哲学思想是非常丰富的，文章从培养学生对立统一、质量互变以及否定之否定的三个方面思想方法进行探讨，希望在教学中启发学生用物理学背后所隐含的哲学思想来辩证地看待事物。

关键词：物理教学；课程思政；方法论；哲学思想

2018年9月10日在北京召开的全国教育大会上，习近平总书记发表了重要讲话，强调坚持立德树人，加强学校思想政治工作，推进教育改革。近年来，国家为推进落实立德树人根本任务，出台了不少相关方面的文件，由此各级学校以及研究者们纷纷进行了相应的课程改革探索之路，而“课程思政”是目前普遍认可的，能够将“立德树人”落实到学校教育的一种综合教育理念。

《物理与艺术》一书中提到“哲学、科学和艺术并不相互抵触，它们探究的是同一个世界，都面对世界存在和人类存在的神秘性，并试图认识和解释之”[ 1 ]。自然科学与哲学有着千丝万缕的联系，物理学是自然科学中重要且基础的学科之一，其中蕴含的哲学思想是非常丰富的。科学方法作为物理认知活动的中介，是连接物理现象与物理知识的纽带，在物理学的发展中起着桥梁的作用，科学方法对于学习物理的重要性不言而喻，物理教学中少不了科学方法的教育，抓住了科学方法就等于抓住了物理教学的核心[ 2 ]。文章以对立统一、质量互变以及否定之否定这三大辩证法规律为例，探讨在物理教学中如何结合物理学史的相关内容开展方法论的教学，从而体现课程思政教育落实“立德树人”。

1  在理想化方法的教学中培养学生对立统一的思想方法

物理学作为一门自然学科，研究的是大至宇宙小至微观粒子等一切物质的基本结构、相互作用以及运动规律，因而物理学研究的对象或者过程一般都比较复杂，有些现象由于现实条件的限制即使借助一定的研究手段和研究方法，也很难进行彻底的研究，在这种情况下，聪明的科学家们通常利用理想化的方法来进行研究。理想化方法是指根据研究问题的需要和具体情况，有意识地抓住研究对象的主要、本质因素，排除次要、非本质以及无关因素的干扰，通过创建理想化模型、塑造理想化实验，从而简明扼要地揭示物理现象本质的方法，理想化方法在科学研究中占有重要地位[ 3 ]。不难发现，理想化方法体现了解决问题时要善于抓住问题的重点，集中力量解决主要矛盾。但主次矛盾在一定条件下会相互转化，事物矛盾双方既对立又统一地推动事物的运动、变化和发展。

物理学中理想化方法主要表现为理想模型与理想实验。中学物理中常见的理想模型有质点、点电荷、点光源、等温过程、绝热过程等等。如质点是物理学家为了简化物体运动的过程，便于物体运动规律的研究，将研究对象的大小、形状以及内部结构等要素忽略不计，把研究的物体抽象为一个只有质量没有大小的点，即通过将物体简化为质点，突出运动问题的主要矛盾，得出物体运动的本质规律。但若是物体的大小、形状以及内部结构等要素在研究物体运动中不能忽略时，即原来的次要矛盾上升为主要矛盾时就需要引入一个新的理想模型——刚体，来研究物体的运动情况。物理教学中可以通过对质点、刚体这两个理想模型引入的对比，让学生明白根据所要研究问题的不同，矛盾是对立统一的，主要因素和次要因素会随着研究问题的需要而变化，矛盾的主要方面和次要方面在一定条件下相互转化，但问题的顺利解決一定是由当时矛盾的主要方面所决定，由此启发学生在运用理想化方法研究问题时，要分清主次，善于抓住主要矛盾或矛盾的主要方面。

理想实验又称为假想实验或思想实验，它是在现实实验的基础上，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，对实际过程进行更深入地抽象分析的一种方法[ 4 ]。如伽利略在单摆摆球等高实验的基础上证明了等末速度假设，即“相同的物体沿着高度相等倾角不同的平面向下运动时，物体获得的速度是相等的”，在此基础上利用“双斜面”理想实验（如图1）推理得到“任何速度一旦被赋予一个运动的物体，将严格地保持下去，只要去掉加速或减速的外部原因”[ 5 ]。上述理想实验为了研究物体运动更为本质的规律，忽略了摩擦阻力这个次要因素，得出当物体从某一斜面滑下，而另一个斜面的倾角减小为0时，物体将为了达到那个永远无法达到的高度而一直运动下去。当然在抓住主要方面的同时，也要看到次要方面的影响，一味地忽略次要方面的影响，也许会看不到矛盾的本质，从而产生了错误的结论，伽利略就是看到了摩擦阻力的影响，从而考虑到了不存在摩擦阻力的情况，才得到了力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动的原因这一正确结论，为后人得出惯性定律打下了坚实的基础。在牛顿第一定律的教学中通过引入伽利略的理想实验，引导学生在运用理想化方法解决问题时，看问题要全面，但也要注意主次之分，即矛盾的两个方面是对立统一的，它们共同促进了事物的发展。

2 体验物理学家追求统一美的历程培养学生质量互变的思想方法

很多物理学家都坚信简洁、和谐、对称的理论往往是最准确的，因此他们在探索物理世界的过程中始终追求简洁美、和谐美、对称美以及统一美，这即是物理美学思想方法的体现。物理学发展至今，有很多公式、理论或者原理已经可以用像麦克斯韦方程组、相对论、波粒二象性等诸如此类具有大统一性质的公式、理论或者原理来进行概括。在物理学家追求统一美的历程中体现了任何事物的变化都有一个量变的积累过程，如果没有量变的积累，质变就不会发生。但质变又会导致新的量变，开始新的量变积累阶段，不断循环，促进事物的前进发展。

牛顿在伽利略的惯性原理、抛物体运动等一系列力学研究以及开普勒行星运动三定律等研究的基础上继续思考引力问题，想要寻找地球上的物体落地、天上的月球绕地运动以及行星绕日运动等现象的共同原因以及遵循的同一规律[ 6 ]。他认为既然高山上的物体受到地球的引力，那么月球是否也受到地球的这一引力，若是，那么这一引力就是使月球绕地球作圆周运动的向心力。根据伽利略对抛体的研究，当抛体的初速度大于一定值时，被抛出的物体将沿着一个圆形轨道绕地球运动（如图2所示），而月球的运动正好类似于这样的抛体。为了证明这一假设的正确性，牛顿根据开普勒第三定律以及离心力公式分别计算了月球的向心加速度，得到用这两个方法计算出来的结果极其接近，而后牛顿通过更加精确的计算确认使苹果落地的重力与使月球绕地球运动的力是同一种力。不仅如此，牛顿还利用微积分成功证明了实心球体的引力等于球心处一个质点的引力，这样不管物体的体积有多大，都可以将其简化成一个质点，从而使引力问题简化、计算精确化[ 6 ]。从牛顿开始研究引力到万有引力定律的得出，前后有二十多年的时间，这期间他将遇到的复杂问题逐个解决，完整确立了万有引力定律。在万有引力定律的教学中通过牛顿确立万有引力定律这一物理学史内容的介绍，让学生明白量变是导致质变的基础，如果没有伽利略和开普勒等人的研究成果作基础，以及牛顿自身严谨的科学研究态度，牛顿很难“站在巨人的肩膀上”总结出牛顿运动定律和万有引力定律，从而创立经典力学理论体系这样大一统的理论，实现人类对自然认识的一大飞跃，也启发人们对宇宙万物及自然规律的理性认识[ 7 ]。

在牛顿发表了万有引力定律100多年之后，卡文迪许利用扭秤实验测得万有引力定律中的引力常量值，这不仅证明了万有引力定律，同时也让该定律有了更为广泛的应用价值，后人利用万有引力定律发现了哈雷彗星、海王星以及冥王星等重大天文成就。万有引力定律对于物理学以及天文学的发展产生了深远的影响。在中学物理教学中通过介绍万有引力定律确立之后对科学的发展变化，让学生明白在新质的基础上，事物又会开始新的量变，如此交替循环，体现了事物发展的渐进和飞跃的统一，由此引导学生在学习物理的过程中追求统一美，培养质量互变的思想方法，促进对自然界的深入认识，形成正确的世界观。

3  回顾力学的发展史培养学生否定之否定的思想方法

物理学的发展进程不是一帆风顺的，每一个定理或定律的得出都是一代又一代物理人坚持与努力的结果。物理学前进的脚步还未停止，现在看似正确的理论，也许随着科技的进步，会推翻之前的认识，重新建立一个新理论，这表明事物内部存在着肯定因素和否定因素，只有经过否定，旧事物才能向新事物转变，事物经过一次否定之后，矛盾将得到初步解決。但随着事物的发展变化，依然会存在否定因素，这就需要经过再次否定，即否定之否定，使矛盾得到进一步的解决；事物的发展就是不断地肯定、否定、否定之否定，呈现螺旋式上升发展的总趋势。

力学的发展有着悠久的历史。亚里士多德最早较为系统地研究了力与运动，他的研究成果影响了物理界长达数千年，但伟人也会犯错误，例如他认为“重物比轻物下落得快”，这个观点直到16世纪末才被伽利略用实验证明了其错误性。而后，牛顿建立的经典力学体系取代了亚里士多德的研究，经典力学体系代表了当时一整个时代的科学成就，对自然科学和哲学等诸多领域都产生了巨大的影响，以至于20世纪初之前，人们认为大多数力学问题都可以在经典力学体系中的得到解决。但随着科技的进步，当人们开始研究以接近光速运动的物体或是处在微观世界当中的物体时，经典力学就不再适用，量子力学和相对论便应运而生，新理论的产生从根本上改变了人类对运动与相互作用的理解，也促使着人们继续探索自然的奥秘。在物理教学中通过力学发展史的简介（如图3所示），让学生明白当新事物与旧理论产生矛盾时，就需要对旧理论进行合理的否定，抛弃一部分不合理因素，促使新理论产生，这样才能促进事物的前进与发展，由此启发学生在解决物理问题时，不能墨守成规，要敢于创新，当面对旧理论所不能解决的问题时，要敢于突破，找到合适的新理论去解决新问题。

4  结束语

对立统一、质量互变以及否定之否定是辩证法的三大规律，而物理学方法论是以唯物辩证法为指导，对物理学的研究方法进行研究的有关理论[ 8 ]，教师在讲授物理学方法论的有关内容时，要注意渗透唯物辩证法的思想与方法，要坚持理论与实践相结合的原则，指导学生在实践中应用辩证法三大规律，启发学生用物理方法背后所隐含的哲学思想来解决问题，唯物辩证地看待一切事物，帮助学生在掌握物理方法论的同时形成正确的世界观，进而认识世界和改造世界。

参考文献：

［1］ 施大宁．物理与艺术[M]．北京：科学出版社，2005：14．

［2］ 李正福，李春密，邢红军．物理教学中的科学方法显性教育[J]．教育科学研究，2011（1）：54-57．

［3］ 张宪魁，李晓林，阴瑞华．物理学方法论[M]．杭州：浙江教育出版社，2007：101．

［4］ 王瑞旦，宋善炎．物理方法论[M]．长沙：中南大学出版社，2002：55．

［5］  伽利略．关于两门新科学的对话[M]．武际可，译．北京：北京大学出版社，2006：156-158，199-202．

［6］ 李国秀，颜锋．万有引力之父 牛顿[M]．合肥：安徽人民出版社，2016：113-119．

［7］ 高山．中学物理教师的哲学使命[J]．福建教育学院学报，2019，20（4）：27-32．

［8］ 筱梅．谈大学物理教学过程中的方法论教学[J]．云南师范大学学报（哲学社会科学版），1990（4）：58-63．