物理学作为自然科学的基础学科

一、引 言

物理学作为自然科学的基础学科，其内容之广博、精深，研究的方法之多样与巧妙，其蕴涵的思想之深奥，在科技、社会、经济等领域的作用与影响之大，已到无可复加的地步。作为一名普通的物理教育工作者，你我都曾为此而自豪过。然而，当前令所有物理界同仁汗颜的是，环顾全球的“物理教学”，物理学家、物理教学法专家、物理教师都在异口同声的惊呼：“世界范围内的物理教学效率低！”在中国，普遍的反映是：“物理难学！物理难教！”

怎样提高物理教学的效率？怎样使物理易学、易教？怎样使学生想学、乐学？又怎样使学生领悟到物理学的真谛，使我们的学生真真实实地感觉出学不学物理对人的发展是完全不同的，简单地说，也就是物理学的教学对人的思想观念的形成与培养是至关重要的，是无可替代的。

从国际上的物理教学研究的内容看，物理概念的形成、物理问题的解决、物理方法的应用，是其中的核心内容。作为一位物理教师，最为关心的也是这些内容。但是，如果仅仅就概念形成来论述物理概念的形成，仅仅就问题解决来论述物理问题的解决，仅仅就方法应用来论述物理方法的应用，这容易使物理教学停留在较低的经验水平上。

实际上，物理教学，应当上升到更高的理论层次，必须探讨物理教学的概念、问题、方法的理论基础----物理学的认知问题，要探讨人类认识的起源、本质、界限、认识经验与认识对象的关系等与人类认识密切相关的最一般的理论问题。即要求我们每位物理工作者用心去体会物理学，用心去感悟物理学蕴涵的思想，同时能引导你的学生去感悟物理学蕴涵的思想。正是基

于以上种种思索，笔者认为，感悟物理学蕴涵的思想，这是非常值得研究的一个课题。

二、两个概念的界定：

1、“思想”的定义

（1）、思想是指作为心智活动的产物，潜在或已经存在于我们心中的东西，譬如我们平时所说的想法或者概念。

这些由心智活动产生出来的东西不是物质，所以它可以不依赖物质而存在。

（2）、思想是人类在多次理智抉择后所总结出来的具有普遍意义的认知。是对过去行为总结后的智性取舍。思想的根源来自于实践，是对客观世界的反应。

2、物理学思想

物理学思想就是研究物质的运动形式、内在规律和物质基本结构的客观存在反映在人的意识中经过思维活动而产生的结果。这种思维活动是人的一种精神活动，是从社会实践中产生的。其内涵包括了物理科学本身的发展建立、物理学家的探索精神和研究方法以及我们学习物理的思想过程。狭义地说，就是学习物理过程而形成的符合物理体系、物理规律和物理逻辑、物理方法的结果。学会用物理思想去分析、解决物理问题。高中物理教学中的物理思想主要有：

1．观察、实验、探究的实证思想

2．数据图象处理的数型结合思想

3．概念规律形成的逻辑推理思想

4．科学设想、建立物理理想模型思想

5．数理思想

6．对称、和谐、统一思想

7．“时空”和“守恒”思想

8．变量控制思想

9．绝对与相对、确定与不确定等的辨证思想

10．场论思想

11、普遍性与局域性思想

12、创新与发展思想

三、课题设计

1、选题：本课题国内外研究现状述评，选题的意义

①国内外研究现状述评

物理学源于“自然哲学”。在希腊文里，物理的原意为“自然”，所以在古希腊，物理学就是自然哲学，同时物理学与天文学，化学是息息相关的。物理学进入21世纪，在广度和深度上都取得飞快发展，不仅扩大了人们对物质运动形态的视野，更重要的是，在物理学中蕴涵着无比丰富的哲学思想，使人们从时间观念、空间观念、应用观念、物质观念、能源观念等方面的认识都有革命性的变化，并且不断地渗透到其它学科和社会的各个领域。物理学在当今来说，可谓是博大精深，永远都有无穷的魅力吸引众多的学者和科学家去研究它。因此，著名科学史家柯瓦雷认为：科学终究是人类精神的产物，因此科学的最高价值也就应该体现在它的观念和思想层面上，而没有什么比探索和追寻思想的历程更激动人心和更迷人了！

当今西方主流的科学史家普遍受过科学思想史学派的影响，也很重视对思想史的研究。单从物理学来说，对物理学史的研究，有物理学家写的物理学史；有科学哲学家写的科学哲学论著或哲学家写的哲学论著；也有哲学家写的物理学史等四类。物理学家写的物理学史中主要是关于物理学科的发展历史，少有物理学思想的阐述，即使有也不够深入、详尽、周密。科学哲学家写的科学哲学论论著或哲学家写的哲学论著由于研究对象与目标的不同，物理学思想的描绘出现“用则取之，不用则弃之”的现象，在这种情形下，对物理学思想的研究也同样不够深入、详尽、周密，更谈不上具有全面性和系统性。哲学家写的物理学史，往往是站在人类文明史和思想史的高度看科学，强调物理学作为一个整体，尤其强调作为整体的科学的思想方面，注重物理学与人类思想的其它领域，譬如与哲学、宗教等思想的关系，这一类物理学史才是真正意义上的对物理学思想发展的发掘与研究，是物理学史中的物理学思想史，国外有俄裔法国科学史家柯瓦雷重要著作如《伽利略研究》、《牛顿研究》；库恩的《哥白尼革命》；伯特的《近代物理科学的形而上学基础》；武谷三男的《武谷三男物理学方法论论文集》、霍金的《时间简史》等。我国的科技哲学界普遍不重视科学思想史。大家比较注重的是对当代科学哲学家譬如波普尔、库恩、拉卡托斯、卡尔纳普等重要人物著作的翻译，很少把精力投向科学史研究本身。所以对物理学思想史的研究还没有形成相应的研究传统，这方面的研究成果相对较少，如刘佑昌编写的《现代物理思想渊源》等。

从哲学的层面来说，哲学是物理学革命的基础，而近、现代物理学的出现和发展又深刻地影响了哲学的进程。诚如武谷三男所述“现代物理学提出

的若干原理性的问题，可以说现在还是哲学上最重要和最困难的问题之一。这个问题应该说是哲学、逻辑学的试金石”。这无疑说明，物理学的发展反过来对哲学提出了它不得不面对的问题，即认识论问题。记得爱因斯坦曾经说过，“科学要是没有认识论──只要这是可以设想的──就是原始的混乱的东西。”虽然，在哲学史上，自近代哲学开始，哲学上发生了一次重大的“理论转向”——“认识论转向”，即哲学研究的中心课题由存在论等本体论问题转向了认识论问题，但是，从哲学层面上，传统认识论中三种最有代表性的理论——经验论、唯理论以及试图对二者做出综合统一的批判论——强调对认识路线的研究，现代认识论一方面继承了传统认识论的研究成果，另一方面随着人类认识水平的不断提高和人类知识的不断丰富、发展，它也远远突破了传统认识论的视野，但更偏重于对知识的本质、意义等问题的研究。当代哲学则随着科技的发展和社会的深度变革，进一步把研究的视角转向对人的认识与认识对象的关系的研究即人的认知问题。

纵观物理学思想史的研究和哲学的发展，就目前而言，国内外对物理学思想史的研究还不够系统、深入、全面，如何加强对物理学思想的深度发掘，并从物理学思想的发展、形成、成熟等历程中找到物理学对人的认知的影响，进而形成人类对自然、对社会、对人类自身的正确的认识图景，正日渐被物理学界、哲学界及社会各界所认同，并视为物理学及其思想发展历史上的新亮点。

②选题的意义：

第一、2004年6月10日联合国大会58次会议确定2005年为“世界物理年”目的是通过物理年重新唤起社会对物理的理解、关心和支持，特别是

吸引年轻人来投身物理世界。因此，从世界范围来看，深度挖掘物理学所蕴涵着的丰富思想，能让更多的人重新认识物理学并从物理学中得到每个人所需的精神食粮，也让物理学思想之光照射到更多的人、更多的领域，特别是年轻人。只有这样，才能使得在更广泛的范围内，让人们理解物理、支持物理，使得物理发挥它应该发挥的作用。

第二、单从国内来看，正如陈佳洱院士在“物理与人类未来”研讨会上所说，中国物理从古时候到现在，过去我们是发达的，500年之前我们的物理是发达的，只不过因为种种复杂的原因，我们现在和西方国家有差距。所以，就中国目前来说，不仅是物理学，整个科学技术都要有一个大的振兴。正因如此，温家宝总理曾提出“我们要通过繁荣科学技术，自主创新，作为举国战略”，国家战略就是科学技术创新，科学技术创新就是源头。而科学技术创新的绝对离不开学科思想的支撑，也就离不开对已有或现有的学科思想的全面、深层挖掘，故此，对物理学思想的研究是有意义的，也是很有必要的。

第三、就物理学自身发展层面来说，当我们回顾物理学的发展历程，不难发现，物理学的快速发展和物理学中新出现的问题、现象解决，都需要物理思想，特别是有创造性的新的物理思想，简而言之，物理学自身的发展需要相应的思想指引与支撑。同时，物理学的发展所产生的有创造性的新的物理思想又会反过来进一步促进物理学的发展。从这层面来说，展开对物理学思想的研究、探讨是有益的。

第四、从社会科学、哲学、科学哲学角度来看，作为自然科学基础和核心学科的物理学，特别是物理学的三大基本理论──经典力学、相对论、量

子力学，其中无不深含丰富的科学思想，特别是物理学自牛顿理论建立以来所取得的科学思想成果，都在自觉或不自觉地向社会各个领域、各学科延伸、渗透，同时也成为社会科学特别是哲学、科学哲学研究的主体，物理学映射出的物理学思想一度曾成为人们认知事物的主导思想。但是，社会科学、哲学、科学哲学对物理学思想的研究讨论，大多不是从物理学思想形成、发展、演化以及物理学本身出发，从而对物理学思想的认识、发觉就不可能是详尽、完备的，可能会导致人的认知与物理学反映的思想不协调的一面。所以，再进一步对物理学思想与人的认知关系进行研究与探索是需要的。

第五、从物理学与教育的层面来说，物理学的快速发展，离不开对年轻人的培养，尤其需要吸引一批年轻人来投身于物理世界吸引年轻的朋友走进物理学、基础科学的行业，为我们国家的繁荣做出贡献。。但是，现在的年轻人热衷于经济、管理、法律，而对物理的热情下降了。让年轻人特别是学生了解物理学思想，并在了解物理学思想的过程中充分体会和亲身体验到物理学的无穷魅力，从而提高学习物理、应用物理的热情，这是目前物理界特别是基础教育阶段物理工作者急需做的一件事情。由此，我们也应该着手对物理学思想的探讨，并通过各种形式、各种途径对物理学思想进行宣传与推广。

2．内容：本课题研究的基本思路和方法，主要内容，重点和难点。

①基本思路和方法：

本课题从对古代、近代、现代主要物理学思想的研究开始，找到物理学思想形成、发展、成熟的足迹，力求形成较为系统、完整、周密的物理学思想体系。在此基础上，着重从哲学层面进一步讨论物理学思想与人类认知的关系，努力实现从物理学思想研究出发，逐步形成人们关于世界的认识图景，

并从物理学、哲学、教育学、社会学等角度对这一认识图景做进一步展望。本课题从物理学史和物理学出发，按由本质到现象提出问题，由现象到本质然后又从本质回到现象分析、解决问题的思想方法，采取理论探索与历史研究相结合，以物理学史研究为主，辅以比较法、文献法、调查法等。

②主要内容：

本课题从物理学学科发展历史对物理学思想的研究；从物理学思想演化研究物理学中存在的认知问题；从物理学思想研究进一步衍生出人们关于世界的认识图景；从物理学与人的认知关系出发研究物理学与教育学、社会学、哲学等的关系。

③重点和难点：

本课题着重于对物理学思想及从物理学思想演化研究物理学中存在的认知问题的研究，进一步衍生出人们关于世界的认识图景；难点是从物理学与人的认知关系出发研究物理学与教育学、社会学、哲学等的关系。

3．预期价值：本课题的理论创新之处，或实际应用价值。

（1）、2005年为“世界物理年”，目的是通过物理年重新唤起社会对物理的理解、关心和支持，特别是吸引年轻人来投身物理世界。本课题实际应用价值之一就是能让更多的人重新认识物理学并从物理学中得到每个人所需的精神食粮。

（2）、比较系统、全面地研究物理学各阶段的主流思想；

（3）、能从物理学自身出发结合哲学发展，阐述物理学与人的认知关系；

（4）、形成了人们认识世界的图景；

（5）、探讨了物理学思想与哲学、教育学、社会学等学科的关系。