帖運(yùn)忠

【摘要】為了培養(yǎng)學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中的獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新精神，本文通過物理學(xué)科的歷史發(fā)展和一些知識(shí)實(shí)例，給出了一些在物理教學(xué)過程中的哲學(xué)思考。

【關(guān)鍵詞】物理教學(xué)哲學(xué)問題物理研究步驟

物理，在中國的古代稱為格物致知，而在西方的古代則被稱為自然哲學(xué)。顧名思義，所謂物理學(xué)，就是研究宇宙中萬事萬物的產(chǎn)生、運(yùn)動(dòng)、演化以及消亡等過程中的一些道理的一門學(xué)問。由于研究者是我們?nèi)祟?，因而簡明扼要地說，物理研究的步驟應(yīng)該分為以下幾步：首先，人類通過自身的感官（比如眼睛、耳朵和鼻子等）或者通過基于一定原理所發(fā)明的探測器，來感覺或者探測周圍一些事物在運(yùn)動(dòng)、演化過程中所給出的信號(hào)。然后，通過人類的思維（比如根據(jù)以往的經(jīng)歷所得到的一些經(jīng)驗(yàn)、理論等）來對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行一定的抽象理解與解釋。最后，通過在一些新事物的類似的運(yùn)動(dòng)、演化過程中來驗(yàn)證此解釋以及相應(yīng)的理論。在上述的三個(gè)物理研究步驟中，我們來談一談幾個(gè)哲學(xué)問題。

1.感性與理性

舉一個(gè)簡單的例子：古代的人無法理解海市蜃樓，或者水中的筷子為什么看上去是彎折的?，F(xiàn)在我們都知道，這是因?yàn)楣庠诓煌慕橘|(zhì)中運(yùn)動(dòng)會(huì)發(fā)生折射，折射的原因是為了最快地達(dá)到目的地（費(fèi)馬原理[1]），而人類總是感觀地認(rèn)為光永遠(yuǎn)是走直線運(yùn)動(dòng)的。再比如說：古代人們感觀地認(rèn)為物體的質(zhì)量越大，自由下落時(shí)的速度就越大。這個(gè)觀點(diǎn)統(tǒng)治人類的思想長達(dá)幾百年，直到伽利略通過思想實(shí)驗(yàn)和比薩斜塔的自由落體實(shí)驗(yàn)才被打破[2]。由此可見，作為接受事物信息的工具之一的人類的感官，在很多時(shí)候是不可靠的。另一方面，我們知道基于一定原理的探測器等測量工具在有些時(shí)候也是不可靠的，因?yàn)槿魏螠y量都會(huì)對(duì)被測量物體產(chǎn)生影響[3]。此外，大家都知道出色的技術(shù)師都是通過各自的經(jīng)驗(yàn)而非某個(gè)理論來打磨樣本（比如子彈頭等）的。那么，人們?cè)诰唧w研究物理問題的時(shí)候應(yīng)該怎樣取舍感觀的判斷與抽象的邏輯思維呢？

2.變與不變

眾所周知，現(xiàn)代物理學(xué)中的一個(gè)非常重要的概念就是對(duì)稱性[4]。與對(duì)稱性相對(duì)應(yīng)是守恒律，即很多物理量（質(zhì)量、能量、動(dòng)量、角動(dòng)量和重子數(shù)等等）在物體或者系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)、演化的過程中都是不變的。而另一方面，我們又知道萬事萬物都是在運(yùn)動(dòng)和發(fā)展的。因?yàn)楦鶕?jù)相對(duì)論理論，沒有物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)就沒有時(shí)間和三維空間的存在[2]。世間萬物的一些屬性永遠(yuǎn)不會(huì)改變，而另外一些則無時(shí)無刻不在變化。究竟是什么在決定著這些呢？

3.表象與本質(zhì)

1687年牛頓提出力學(xué)三定律，隨后被拉格朗日、哈密爾頓等人以一種更為“本質(zhì)”的方式所代替（即分析力學(xué)）。20世紀(jì)初，量子力學(xué)的對(duì)應(yīng)原理將所有這些經(jīng)典力學(xué)放到了一個(gè)“表象”的地位，即認(rèn)為它們只不過是更基本的量子力學(xué)理論在宏觀世界的近似表示。另一方面，對(duì)于物質(zhì)結(jié)構(gòu)的問題，古往今來都是見仁見智。有人認(rèn)為物質(zhì)可無限分下去，而有人則認(rèn)為必定存在著組成物質(zhì)的基本粒子。但是事實(shí)上，從原子到原子核再到核子、夸克等，往往會(huì)出現(xiàn)“基本粒子”不基本的現(xiàn)象[5]。如此，我們應(yīng)該怎樣去判斷事物和物理規(guī)律的表象性和本質(zhì)性呢？

4.理想與現(xiàn)實(shí)

什么樣的理想才可能成為現(xiàn)實(shí)呢？很多學(xué)生在學(xué)習(xí)角動(dòng)量的相關(guān)理論的時(shí)候都是通過以前所學(xué)的動(dòng)量的相關(guān)知識(shí)來類比記憶和理解的。比如角動(dòng)量類比動(dòng)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量類比質(zhì)量、力矩類比力以及角速度類比速度等。然而，事實(shí)上很多東西是不能類比著去理解的。比如很多學(xué)生可能會(huì)認(rèn)為能跳一米多高的跳蚤，如果長成人那么高的話就可以跳幾十米甚至上百米高。但是通過簡單的量綱分析我們就會(huì)知道，這些都是不可能的。長人一樣高的跳蚤也只能跳一米來高[4]！另一方面，當(dāng)烏侖貝克和古茲米類比軌道角動(dòng)量提出電子的自旋的時(shí)候，泡利曾以電子表面速度將大于光速而否定了此提議[6]。出人意料的是，自旋概念的提出竟然對(duì)原子物理及原子核物理的發(fā)展做出了根本性的改變。由此可見，人們將現(xiàn)有的理論進(jìn)行推廣的時(shí)候，一方面要考慮相應(yīng)的實(shí)際問題，另一方面還要敢于挑戰(zhàn)。這或許就是讓理想成為現(xiàn)實(shí)的參考？

如果我們?cè)谄綍r(shí)教學(xué)中經(jīng)常鼓勵(lì)學(xué)生們進(jìn)行諸如此類的思考的話，那么是不是他們就不僅可以很好地理解所學(xué)知識(shí)的本質(zhì)，還可以培養(yǎng)獨(dú)立思考和創(chuàng)新思維的精神呢？是否就可以擺脫高分低能呢？

參考文獻(xiàn)

[1]鐘錫華. 現(xiàn)代光學(xué)基礎(chǔ). 北京：北京大學(xué)出版社，2003.

[2]趙崢. 探索上帝的秘密. 北京：北京師范大學(xué)出版社，2009.

[3]朗道，栗弗席茲. 量子力學(xué)：非相對(duì)論理論. 嚴(yán)肅 譯. 北京：高等教育出版社，2008.

[4]趙凱華. 定性與半定量物理（第二版）. 北京：高等教育出版社，2008.

[5]盧希庭. 原子核物理（第二版）. 北京：原子能出版社，2000.

[6]楊福家. 原子物理學(xué)（第四版）. 北京：高等教育出版社，2008.