理解物理学的本质：关于物理学深度解析

对于物理学本质的认识,我国中学物理课程标准中均有具体明确的表述。《义务教育物理课程标准》(2011年版)中指出：“物理学是人类科学文化的重要组成部分,是研究物质、相互作用和运动规律的自然科学。它一直引领着人类探索大自然的奥秘,深化着人类对自然界的认识,是技术进步的重要基础。尤其是20世纪初建立的相对论和量子论,引发了物理学的革命,对化学、生物学、地学、天文学等自然科学产生了重要影响,推动了材料、能源、环境、信息等科学技术进步,改变了人类的生产、生活方式,对人类文明和社会进步做出了重要的贡献。”

《普通高中物理课程标准》(2017年版)中指出：“物理学是自然科学领域的一门基础学科,研究自然界物质的基本结构、相互作用和运动规律。物理学基于观察与实验,建构物理模型、应用数学等工具,通过科学推理和论证,形成系统的研究方法和理论体系。从古希腊时代的自然哲学,历经十七、十八世纪的经典物理学,直到近代的相对论、量子论等,物理学始终引领着人类对自然奥秘的探索,深化着人类对自然界的认识。物理学对化学、生命科学、地球与宇宙科学等自然科学产生了重要影响,推动了材料、能源、环境、信息等科学技术的进步,促进了人类生产生活方式的变革,对人类的思维方式、价值观念等都产生了深远影响,对人类文明和社会进步做出了巨大贡献。”

基于教育的视角,物理学本质可从物理学基本观念体系、思维方法体系、科学探究体系、文化价值体系四个方面来认识。

(一)物理学是物理观念体系。物理观念是从物理学的视角形成的关于物质、运动、能量和相互作用等的基本认识,是运用物理知识和方法解释自然现象和解决实际问题的能力,物理观念主要包括物质观、运动观、能量观、相互作用观。物理知识是形成物理观念的核心,物理知识主要由物理事实、物理概念、物理规律、物理学理论等构成。把物理学本质解释为物理观念体系,可以从它的建构性、实证性、相对性等方面来认识。物理观念是人们对物理事物的意义建构,人们通过感知物理事物,利用推测、想象、创造来理性认识物理事物;物理观念需要观察或实验论证;物理观念具有相对真理的性质,人们对物理学世界的认识是一个逐步深入的过程。

(二)物理学是思维方法体系。物理学的思维方法是从物理视角对客观事物本质属性、内在规律及其相互关系认识的方式,是对物理学中的基础理论、理想模型和经验事实之间关系的理解,是分析综合、抽象概括、推理论证等科学思维方法的内化,是基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑、批判,进而提出创造性见解的能力和品质。

(三)物理学是科学探究体系。科学探究是指具有科学探究意识,能在真实情境中提出物理问题,形成猜测和假设,利用科学方法获取和处理信息,形成结论,以及对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力。物理学本质上是一种探究活动。首先物理学是一种探究,是每个正常人都可以做的探究活动,因为探究是人类普遍存在的生活方式之一,学生的学习本身也是一种探究活动;其次,物理学探究需要进行质疑、观察、提出问题、假说、设计、实验、推理、评价、交流等活动;再次,物理学探究是发现已有物理学知识的局限性甚至谬误和创新知识的必要手段。

(四)物理学是文化价值体系。物理学的文化价值是指人们从事科学探究、科学应用等活动的基本价值取向、态度、精神、责任等,是在认识科学本质、理解科学技术与社会环境的关系的基础上形成的对科学和技术应有的正确态度以及责任心;具有学习物理和探索自然的内在动力,严谨认真、实事求是和持之以恒的探索精神,独立思考、敢于质疑和善于反思的创新精神,以及保护环境、推动可持续发展的责任感,尊重自然,遵守科学伦理和道德规范。物理学是一门重要的基础科学,物理学也是一种文化,它的文化价值体系可以从质疑、求真、务实、创新、立美等基本的科学态度和科学精神来认识。(www.xing528.com)

第一,科学质疑是物理学研究的起点。可以毫不夸张地说,没有科学的质疑就没有问题,没有问题就没有科学探究,没有科学探究就没有物理学的发展。在物理学研究中,正是科学的质疑,才发掘了新的问题,开拓了新的研究领域。

第二,科学求真是物理学研究的根本追求。物理学要认识物理事物的规律,并把这种认识转化为促进社会发展的生产力,这就要求物理理论的本“真”,研究物理学也必须具有本真的态度和精神。

第三,务实严谨是物理学活动的基本态度。物理学的研究和探索要不畏艰难险阻和实事求是,要不迷信权威而基于实证和科学推理,要以一丝不苟严谨细致的作风从事探究活动。

第四,探索创新是物理学活动的基本价值取向。无论是物理学新现象的发现和新事物的揭示,还是物理学新概念和新论点的提出;无论是物理学研究方法的创新,还是物理学研究新手段的发明;无论是对已有理论的批判,还是新理论的构建等等,无不反映出物理学具有永无止境的探索未知、追求真理、拓展新知的特征。

第五,向善立美是物理学活动的文化价值观。物理学的发展过程是追求真善美的过程,具有强烈的社会责任感、欣赏科学之美和科学造福人类的信念;具有理性精神和求真意识;崇尚正义和崇高理想,追求完美人格和公平公正意识等等。这些物理学本身所具有的人文价值,是其他任何学科所不可替代的,具有独特的教育意义。