當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,在理論和思維方式上均取得了革命性進(jìn)展,其顯著特點(diǎn)是:從絕對(duì)走向相對(duì);從線性走向非線性;從精確走向模糊;從因果走向偶然;從確定走向不確定;從可逆走向不可逆;從定域論走向場(chǎng)論;從時(shí)空分離走向時(shí)空統(tǒng)一;從分析方法走向系統(tǒng)方法。所有這些,都在20世紀(jì)的物理學(xué)中有著不同程度的體現(xiàn),使人類對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)更加深化和全面,達(dá)到了一個(gè)嶄新的階段。
一、我國(guó)基礎(chǔ)物理教學(xué)現(xiàn)狀
現(xiàn)在,在多數(shù)較發(fā)達(dá)國(guó)家中,中學(xué)物理教材包括:①力學(xué);②剛體力學(xué);③熱力學(xué)和分子物理學(xué);④振動(dòng)和波;⑤電荷和電場(chǎng)電流;⑥磁場(chǎng)和電磁波;⑦量子物理;⑧相對(duì)論和物質(zhì)等內(nèi)容。除①、⑤、⑥部分外,我們與一些發(fā)達(dá)國(guó)家的差距都是很明顯的。有些國(guó)家僅是以某一個(gè)中學(xué)的優(yōu)秀學(xué)生組隊(duì)參加國(guó)際奧林匹克學(xué)科競(jìng)賽,而我們則是在全國(guó)范圍內(nèi)選拔后再?gòu)?qiáng)化集訓(xùn)、補(bǔ)課后參加的。所以,盡管我們獲得的獎(jiǎng)牌很多,但卻不能認(rèn)為我們就是教育強(qiáng)國(guó)了。而且,沒有教育內(nèi)容的現(xiàn)代化,就永遠(yuǎn)也不可能成為教育強(qiáng)國(guó)。十多年來,我國(guó)的基礎(chǔ)物理教育在教學(xué)領(lǐng)域中的改革是有成績(jī)的,但其弱點(diǎn)是往往只局限于教材的刪刪減減、修修補(bǔ)補(bǔ),以及教學(xué)方法與手段上的一些革新。說得苛刻一點(diǎn),這不過是“刪繁就簡(jiǎn)三秋樹”,且有向阻力最小的方向前進(jìn)之嫌。如果要做到“立異標(biāo)新二月花”,恐怕就要?jiǎng)哟笫中g(shù),在內(nèi)容現(xiàn)代化上“動(dòng)刀”了。誠(chéng)然,教學(xué)內(nèi)容的現(xiàn)代化不可能一蹴而就,沒有十年工夫怕是不行的。正因?yàn)槿绱?,我們才?yīng)該盡早認(rèn)識(shí)并行動(dòng)起來。等到下個(gè)世紀(jì)再搞,怕是太晚了。
二、基礎(chǔ)物理教學(xué)內(nèi)容改革的探索
實(shí)際上,教學(xué)內(nèi)容的現(xiàn)代化是基礎(chǔ)物理教學(xué)內(nèi)容改革探索的一個(gè)重要方面。因此,新編教材在內(nèi)容的廣度與深度上應(yīng)該有一定程度的擴(kuò)展和提高。但這并不意味著教材內(nèi)容的超常膨脹和不適當(dāng)?shù)摹鞍胃摺?。我們力?zhēng)做到的是教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性與基礎(chǔ)性的統(tǒng)一。為此,編入高中學(xué)生能夠掌握的物理學(xué)的核心內(nèi)容,使他們能夠?qū)W到比較系統(tǒng)的、相互聯(lián)系的、有生命力的知識(shí)。同時(shí),對(duì)一些雖在高中階段不宜展開或不能完全掌握的,但又是非常根本的、重要的,對(duì)開擴(kuò)學(xué)生的科學(xué)視野、樹立新的科學(xué)觀念和思維方式極有好處的內(nèi)容,也要開一個(gè)頭,長(zhǎng)一個(gè)芽。
基于以上的一些考慮,我認(rèn)為應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。
1.在講授經(jīng)典物理學(xué)內(nèi)容時(shí)不回避它的局限性。例如在講牛頓力學(xué)時(shí)指出物體的質(zhì)量是可變的,并給出相對(duì)論質(zhì)量與運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系。在講授慣性力時(shí),也講解引力與加速度的等效性。
2.在熱學(xué)中專辟一章“熱力學(xué)定律”。其中講授熱力學(xué)第零定律,以便對(duì)溫度和溫標(biāo)進(jìn)行再討論,使學(xué)生對(duì)溫度和溫標(biāo)的概念科學(xué)化。也講授自然過程的方向和熱力學(xué)第二定律,以使學(xué)生對(duì)不可逆現(xiàn)象及其重要性有所了解,對(duì)于熱力學(xué)第二定律的微觀解釋及其統(tǒng)計(jì)意義和它所反映的偶然與必然、量變到質(zhì)變的辯證唯物主義觀點(diǎn)加深認(rèn)識(shí)。這對(duì)于破除學(xué)生頭腦中“決定論因果性”是唯一的因果律的觀念,樹立“統(tǒng)計(jì)意義上的因果性”的觀念大有好處。
又如,在講授氣體時(shí),增加“真實(shí)氣體范德瓦耳斯方程”。這不僅能使學(xué)生認(rèn)識(shí)真實(shí)氣體與理想氣體的區(qū)別,體會(huì)從理想氣體模型到較真實(shí)的模型的一種修正方法,而且正是因?yàn)榉兜峦叨狗匠淌欠蔷€性的,所以氣體的液化即相變才是可能的,而理想氣體無相變可言。這也就為講授物態(tài)變化“長(zhǎng)了一個(gè)芽”。
3.在波動(dòng)光學(xué)中,增加雙縫干涉條紋的分布規(guī)律、夫瑯和費(fèi)單縫衍射條紋的分布規(guī)律的討論,以使學(xué)生通過對(duì)實(shí)例的分析,體會(huì)一下分析光的波動(dòng)現(xiàn)象的方法,而不是僅僅停留在現(xiàn)象的觀察上。這也算是“開了一個(gè)頭”。
4.“狹義相對(duì)論初步”應(yīng)作為一章編入教材之中,其目的是使學(xué)生的時(shí)空觀念有所發(fā)展,并對(duì)狹義相對(duì)論產(chǎn)生的物理背景、愛因斯坦的思考及其方法論內(nèi)容有所了解和體會(huì),幫助學(xué)生增加一點(diǎn)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的“悟性”。
5.在講述微觀物理學(xué)時(shí)應(yīng)專設(shè)“波和粒子”一章。這樣,不僅通過黑體輻射規(guī)律的分析提出能量量子化的概念和觀點(diǎn),通過光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)提出和證實(shí)光子的概念和觀點(diǎn),而且通過光的波粒二象性的分析引出德·布羅意關(guān)于物質(zhì)波的假設(shè),使學(xué)生認(rèn)識(shí)類比方法在科學(xué)探索中的作用。同時(shí)在分析微觀粒子可能顯示波動(dòng)性的條件后,以戴維遜—革末實(shí)驗(yàn)為例,介紹物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,并順帶討論一下“宏觀物體是否也具有波動(dòng)性”的問題。我認(rèn)為這種講述與討論是非?;镜模☉?yīng)該指出,基本不等同于淺顯)。
6.粒子物理學(xué)的研究對(duì)象是粒子,其尺度范圍小于10-13cm3,質(zhì)量小于10-23g。天體物理學(xué)的研究對(duì)象是星體、星系乃至整個(gè)宇宙,其尺度范圍大于1019cm3,質(zhì)量大于1039g。然而,在今天這樣兩門研究對(duì)象迥異的學(xué)科卻奇跡般地融為一體,成為物理科學(xué)體系中的一門新學(xué)科。簡(jiǎn)要介紹一下宇宙概觀和宇宙的起源與演化,這對(duì)于處于青少年來說是很有益的。
毋庸置疑,這樣的變化會(huì)給教與學(xué)帶來一些新的難度。事實(shí)上,任何現(xiàn)代化的事業(yè)都不可能是“輕松”的代名詞。這是無法回避而只能知難而上的事情。更為重要的是,教學(xué)內(nèi)容的改革絕對(duì)不僅是教材編寫的技術(shù)性問題,它必然要涉及教育思想與觀念的轉(zhuǎn)變和革新。教材重視科學(xué)概念、科學(xué)思想和科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng),淡化題海式的大運(yùn)動(dòng)量的習(xí)題計(jì)算,這就要求師生乃至教育行政領(lǐng)導(dǎo)從“應(yīng)試競(jìng)爭(zhēng)”中解放出來。因此,可以說,教學(xué)內(nèi)容的改革呼喚著教育思想、教育制度(如升學(xué)考試制度等)的整體改革的全面深化。這一改革的成功之日,就是教育強(qiáng)國(guó)的崛起之時(shí)。