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  • 【名師講壇】張東升:物理與人文
  • 發布人: 發布日期:2021-05-08

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     張東升,山東省昌樂二中物理學科教師,271教育集團物理學科主任,教育碩士,中學高級教師。山東省骨干教師培訓課程特聘專家,山東省物理奧林匹克競賽特級教練。


物理與人文

物理學是一門最基本的自然科學,它是探討物質結構和物質基本運動規律的學科,所以人們往往認為物理學只是包含一些枯燥的理論公式,而忽視了物理學中包含的人文因素諸如人文哲學思想、美學、道德等方面。物理學究其發展而言,與數學、哲學、藝術等有著密切的聯系。著名物理學家吳健雄曾指出:為了避免出現社會可持續發展中的危機,當前一個刻不容緩的問題是消除現代文化中兩種文化,即科學文化和人文文化之間的隔閡。只有兩種文化的統一,我們才能對世界給出連貫而令人信服的描述。所以我們有必要去討論科學文化中的人文思想。

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如果物理課程能夠在一定程度上把人文文化與科學文化融合,在掌握科學知識的同時,受到科學與人文兩種文化的熏陶,有所領悟,興致勃勃,樂在其中地學習,這不就是真正有實效的素質教育嗎?

由此看來,物理課堂,不僅是知識和方法的傳遞,更是文化的傳承、心靈的喚醒。

下面,從哲學和美學的角度簡要探討一下物理學中的人文思想。

一、 物理學中的哲學

在古代,物理學是以自然哲學的形式存在著。17世紀,伽利略和牛頓的工作,使得物理學成為一門精密的定量分析的科學。1687年,牛頓發表的《自然哲學的數學原理》是真正物理學的標志。

不管是物理學的發展歷史,還是物理本身的理論,到處都閃爍著辯證唯物主義和唯物辯證法思想的光輝。質量守恒定律體現了物質不滅原理;恩格斯把能量守恒和轉化定律稱為“偉大的運動基本規律”。這一定律不僅證明了物質和運動的不滅原理, 而且以實驗確立了各種運動形式相互轉化的當量關系, 為自然界物質的多樣性和統一性找到了自然科學的證據。它的建立,也是生產技術、哲學和自然科學長期發展的結果。物理學是實驗科學,物理實驗既是建立物理理論的基礎又是檢驗物理理論真理性的方法。楊振寧教授說“物理學是以實驗為本的學科”,物理學上很多理論都是通過實驗檢驗論證的結果,體現了唯物辯證法的認識論觀點——實踐是檢驗真理的唯一標準。人們對光的本性的認識,經歷了一個漫長而曲折的過程。從古希臘時代幼稚可笑的猜測,到17世紀牛頓的微粒說和惠更斯的波動說,再到19世紀初期光的波動理論的迅速發展直至麥克斯韋的電磁說,最后到20世紀初愛因斯坦的光子說?,F在,人們認識到光具有波粒二象性。人類對光的本性的認識遵循著唯物辯證法的“對立統一規律”和“否定之否定規律”。愛因斯坦的相對論改變了人類的時空觀,是辯證唯物主義一次革命性的勝利。

可見,不論是物理文化知識本身,還是物理文化形成、發展的過程都蘊含著豐富的哲學思維方法,對人類的自然觀和哲學思想有重大的影響。

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二、物理學中的美學

科學就是簡單,科學的美,就是簡單的美。同樣,在一個藝術家眼里,簡單是一種美。在錯綜復雜的自然現象中,物理學追求用簡單、優美的數學語言去深刻地描述、概括自然規律。如牛頓運動定律概括了宏觀低速條件下各種機械運動的規律,簡潔對稱的麥克斯韋方程組將復雜的電磁現象統一其中,愛因斯坦相對論中的基本原理簡潔凝練,內涵卻豐富而深刻。

對稱與統一是自然界中廣泛存在的也是人們很樂于接受的一種美學形式,物理學在對自然的表述中處處顯現出了這種對稱統一的美。如引力和斥力、正電和負電、作用力和反作用力;牛頓第三定律、麥克斯韋的電磁場理論等等都顯示了完美的對稱統一性。物理理論的和諧統一美實際上是自然界和諧統一美的理論形態。物理定律對某種規范變換的不變性、守恒性更是貫穿于整個物理學的一種對稱形式。特別的,對稱性已經成為一種科學的研究方法。

另外著重說明的是,一位優秀的物理學家,必是具有美學思想的人。許多著名的物理學家都有感知美的奇異本領,美學思想在許多物理學家創立與評價物理學理論時起著重大的啟發與指導作用。追溯人類科學源頭,科學美始終被作為一種人文理想而追求,成為科學家們獻身科學、潛心研究的直接動力之一。世界著名物理學家狄拉克認為:讓一個方程具有美感要比符合實驗更為重要。法國科學家彭加勒曾說:“科學家研究自然,是因為他從中能得到樂趣,他之所以能得到樂趣,是因為她美”。著名物理學家楊振寧曾經說過:“物理學的原理有它的結構,這個結構有它的美跟妙的地方,而各個物理學工作者對于這個結構的不同的美跟妙的地方的感受,有不同的了解,因為大家有不同的感受,所以每一個工作者會發展他自己獨特的研究方向跟研究方法,形成他自己的風格?!?/span>

物理學的發展過程,正是許多物理學家在唯物辯證法思想、美學思想的指引下去成功研究物理現象、過程和建構深奧、美妙的物理學理論的,在物理學誕生的過程中除了嚴格的邏輯推理以外,科學家的人文修養和形象思維所啟發的靈感、激發的創造性也是不可或缺的。美國物理學家和物理教育家拉比認為:“只有把科學和人文科學融為一體,我們才能期望達到與我們的時代和我們這一代人相稱的智慧的頂點?!?/span>



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