吳新科

【摘 ?要】守恒定律是物理中的主要規(guī)律，其知識(shí)的重要性受到廣泛的重視，而守恒定律所蘊(yùn)含的對(duì)稱(chēng)、和諧、統(tǒng)一更反映了物理認(rèn)知的客觀規(guī)律，具有重大意義。本文通過(guò)結(jié)合中國(guó)古代哲學(xué)中對(duì)道的追求，將守恒定律所蘊(yùn)含的對(duì)稱(chēng)、和諧、統(tǒng)一與物理認(rèn)知和物理知識(shí)結(jié)合，得出對(duì)稱(chēng)、和諧、統(tǒng)一是物理的客觀規(guī)律，即物理之道，期待對(duì)通過(guò)物理之道的認(rèn)知，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物理研究的信心和興趣，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生將物理之道形成為認(rèn)識(shí)客觀事物的一種信念。

【關(guān)鍵詞】高中物理;守恒定律;感悟

人教版必修二第七章第一節(jié)《追尋守恒量-能量》的教學(xué)目標(biāo)為①知識(shí)與技能：理解所學(xué)過(guò)的守恒定律的內(nèi)容，從守恒定律中認(rèn)識(shí)到其本質(zhì)是不變的;②過(guò)程和方法：通過(guò)分析推理，認(rèn)識(shí)科學(xué)世界的美麗，體會(huì)物理公式反映出的自然世界的秩序與規(guī)律;③情感、態(tài)度、價(jià)值觀：通過(guò)自然中的守恒定律，體會(huì)自然的和諧統(tǒng)一性，發(fā)展對(duì)科學(xué)的好奇心和求知欲。從目標(biāo)上看，本節(jié)的教學(xué)要求很高，但實(shí)際教學(xué)之中由于本節(jié)內(nèi)容與考試似乎聯(lián)系不大，因而不少教學(xué)設(shè)計(jì)是采用學(xué)生自習(xí)，教師粗講的方式進(jìn)行，教師更關(guān)注的是從知識(shí)與技能方面進(jìn)行落實(shí)。本節(jié)內(nèi)容，我結(jié)合個(gè)人體會(huì)，覺(jué)得對(duì)守恒定律的教學(xué)目標(biāo)立足于培養(yǎng)學(xué)生的情感態(tài)度和價(jià)值觀，感受物理之道。

一、以道引入

道德經(jīng)：“道可道，非常道”（譯文：道，可以用語(yǔ)言進(jìn)行描述，但道卻不是恒常不變）明確的指出萬(wàn)事萬(wàn)物規(guī)律是可以被認(rèn)知的，但這規(guī)律卻不是永恒不變的;之后還有一句“天地不仁，以萬(wàn)物為芻狗”（譯文：天地平等的面對(duì)萬(wàn)物......），天地為什么會(huì)不仁，這其實(shí)指出了天地萬(wàn)物的運(yùn)行具有客觀規(guī)律，并不以人的主觀仁義而發(fā)生變化，我們所能做的是以主觀能動(dòng)性去認(rèn)知他們，并按規(guī)律來(lái)處事。物理，研究的客觀世界運(yùn)動(dòng)發(fā)展的最基本規(guī)律，這客觀規(guī)律與道德經(jīng)中的道是相一致的。

二、依據(jù)守恒定律，窺探物理之道

1.近代研究表明，物理學(xué)中守恒定律來(lái)源于對(duì)稱(chēng)，物理規(guī)律的每一種對(duì)稱(chēng)性通常相應(yīng)于一種守恒定律。

美國(guó)物理學(xué)家溫伯格指出：物理學(xué)最有希望的探索方向就是透過(guò)現(xiàn)象與表層結(jié)構(gòu)的迷霧去發(fā)現(xiàn)隱藏在事物深處的對(duì)稱(chēng)。因而物理學(xué)的基礎(chǔ)研究在對(duì)稱(chēng)性的指導(dǎo)下變得富有成效和有法可循。這一點(diǎn)可以在很多事例中給予證明。如法拉第在奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)后，堅(jiān)信磁與電之間具有對(duì)稱(chēng)性，并在1822年的一篇日記中記下了“由磁產(chǎn)生電”這一閃光思想，并在這一思想的指引下為之工作了近十年，終于實(shí)現(xiàn)了磁生電的夢(mèng)想，證實(shí)了電與磁之間的對(duì)稱(chēng)性，實(shí)現(xiàn)了個(gè)人的價(jià)值，促進(jìn)物理的發(fā)展。

在所知的物理知識(shí)中，很多也是涉及了對(duì)稱(chēng)的。杠桿的平衡，平面鏡的成像，磁體的磁感線分布，電荷的正負(fù)，等量同種和異種電場(chǎng)線分布等表現(xiàn)了物質(zhì)的直觀形象在空間上的對(duì)稱(chēng)性;周期、頻率等體現(xiàn)出時(shí)間的對(duì)稱(chēng)性;豎直上拋、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)等存在時(shí)間和空間規(guī)律的對(duì)稱(chēng)性。正如狄拉克把對(duì)稱(chēng)方法譽(yù)為理論物理學(xué)的精華，也正是在這一方法的指導(dǎo)下，物理研究有了更明確的方向指引。

2.物理學(xué)中的守恒定律正是自然和諧的體現(xiàn)。哥白尼在和諧的思想下提出了日心說(shuō)，在哥白尼看來(lái)，托勒密的地心說(shuō)天文體系太繁瑣、復(fù)雜，而且太陽(yáng)系繞地球的運(yùn)動(dòng)并不是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，這不符合和諧的圖式，于是提出了日心說(shuō)，將宇宙中心轉(zhuǎn)移到了太陽(yáng)，使天體運(yùn)動(dòng)更簡(jiǎn)潔，關(guān)系更和諧;同樣開(kāi)普勒?qǐng)?jiān)信世界是和諧的，復(fù)雜中必定蘊(yùn)藏著簡(jiǎn)單，宇宙一定是一首和諧的樂(lè)曲，在這一信念的指引下，他甘于生活清苦，花費(fèi)十余年終于總結(jié)出天體運(yùn)動(dòng)的三大運(yùn)動(dòng)定律。當(dāng)然從知識(shí)上看，地心說(shuō)固然不對(duì)，但日心說(shuō)也不是萬(wàn)能的，如果離開(kāi)了太陽(yáng)系，日心說(shuō)也會(huì)存在著問(wèn)題，而地心學(xué)說(shuō)在地月系或者在地球和衛(wèi)星系中卻是成立的。從中可以發(fā)現(xiàn)，一種新理論的提出，并不是全盤(pán)否定原有的知識(shí)，而更多的是對(duì)原有知識(shí)的一種包容：原有知識(shí)變?yōu)樾轮R(shí)在某種條件下的體現(xiàn)，這正體現(xiàn)了動(dòng)態(tài)、相對(duì)、辯證的統(tǒng)一。

在物理知識(shí)方面體現(xiàn)和諧的方向也不少，如勻速運(yùn)動(dòng)，簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，晶格形成的空間點(diǎn)陣，原子內(nèi)部電子的殼層分布等，又比如熱現(xiàn)象從微觀上分析單個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)完全是雜亂無(wú)章的，但從宏觀上分析，大量分子集體運(yùn)動(dòng)卻遵循統(tǒng)計(jì)規(guī)律：各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)的機(jī)會(huì)是均等的，這體現(xiàn)了隨機(jī)與規(guī)律間的和諧。

3.物理學(xué)中守恒定律是自然統(tǒng)一規(guī)律的體現(xiàn)。早在1860年前能量守恒定律就得到科學(xué)界普遍的認(rèn)可，能量守恒定律揭示了自然中各種不同的運(yùn)動(dòng)形式并不是相互孤立的，而且揭示了不同形式運(yùn)動(dòng)之間發(fā)生相互轉(zhuǎn)化時(shí)的數(shù)量關(guān)系，成為自然中的一條偉大的運(yùn)動(dòng)定律，將力、熱、電、光、原子進(jìn)行聯(lián)系統(tǒng)一，也將物理、化學(xué)、生物進(jìn)行聯(lián)系統(tǒng)一。統(tǒng)一是物理不變的追求，牛頓由蘋(píng)果的落地追尋天上地下力的統(tǒng)一而發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律;波粒二象性將粒子和波動(dòng)統(tǒng)一起來(lái);原子、分子結(jié)構(gòu)理論將宇宙萬(wàn)物統(tǒng)一于同一本源，質(zhì)能方程E=mc2把質(zhì)量、能量、實(shí)物和場(chǎng)統(tǒng)一起來(lái)，正是這些統(tǒng)一，讓人們更好的認(rèn)知世界。

在研究問(wèn)題過(guò)程中，統(tǒng)一的思想同樣讓人著迷?！皺M看成嶺側(cè)成峰，遠(yuǎn)近高低各不同”在不同的視角下對(duì)問(wèn)題將會(huì)有不同的看法，但關(guān)鍵的是站在更高的立場(chǎng)才能更加完整的認(rèn)知，那一定是以統(tǒng)一的觀點(diǎn);在討論在地球表面的上下之分之時(shí)，也許不同地方的人會(huì)有不同的觀點(diǎn)，認(rèn)為自己的頭在上，腳在下，即南北極的上下就會(huì)成了相反，但這并不是重點(diǎn)，我們要做的是統(tǒng)一它們：指向地心為下，而這統(tǒng)一的思想中蘊(yùn)藏著偉大的規(guī)律：萬(wàn)有引力定律?，F(xiàn)代物理學(xué)家已不是被動(dòng)協(xié)調(diào)不同參考系中的觀測(cè)數(shù)據(jù)，而是自覺(jué)去探索不同參考系中物理量、物理規(guī)律之間的變換關(guān)系，從變換關(guān)系中找尋出統(tǒng)一的規(guī)律，從而把握物理世界更深層次的奧秘。愛(ài)因斯坦正是這一方面的典范，他的相對(duì)論正是將宏觀運(yùn)動(dòng)和微觀運(yùn)動(dòng)進(jìn)行統(tǒng)一，而也正是在這一思想的指引下，愛(ài)因斯坦花費(fèi)了近30年時(shí)間孜孜不倦的追尋“引力、電場(chǎng)力、弱力、強(qiáng)力”的統(tǒng)一理論，期待著用一種理論就可以將它們進(jìn)行描述，雖然最終愛(ài)因斯坦并沒(méi)享受成功的喜悅，但他卻后人以啟示，如1967年溫伯格等人便是在他的啟示下，成功的提出了弱、電相互作用的統(tǒng)一理論模型?？梢?jiàn)統(tǒng)一將會(huì)是物理學(xué)家永恒的追求。

三、道之感悟

易經(jīng)：易有太極，太極生兩儀，兩儀生四象，四象生八卦;又如道德經(jīng)：道生一，一生二，二生三，三生萬(wàn)物。我們所面對(duì)的宇宙萬(wàn)物是多樣變化的，但其中蘊(yùn)藏的規(guī)律卻是可以被認(rèn)知的，我們現(xiàn)在所做也許可沿著“萬(wàn)物→八卦→四象→二儀→太極”這一過(guò)程進(jìn)行，最終實(shí)現(xiàn)揭示宇宙萬(wàn)物的規(guī)律。在這條漫漫的探索之路上，“二儀←太極”是中國(guó)古代重要的哲學(xué)思想，在今天一樣具在重要的指導(dǎo)作用，物理守恒定律所反映的對(duì)稱(chēng)、和諧、統(tǒng)一思想與這一哲學(xué)思想其實(shí)是相通的。因此對(duì)稱(chēng)、和諧、統(tǒng)一成了物理的道。

物理知識(shí)隨時(shí)間推移也許會(huì)不斷變化，而學(xué)生經(jīng)學(xué)校考試之后也許對(duì)物理知識(shí)也許很快就會(huì)慢慢忘記，那么物理留給學(xué)生的除了物理的難學(xué)的感覺(jué)之外，也許更應(yīng)留給他們的是物理文化，是永恒的物理之道。因而對(duì)于本節(jié)的教學(xué)，也許很值得教師去思索、去設(shè)計(jì)、去創(chuàng)新。我在本節(jié)教學(xué)之中除去常規(guī)的教學(xué)之外，另外專(zhuān)設(shè)了一個(gè)課外探究專(zhuān)題：物理、哲學(xué)和宗教。依據(jù)以下問(wèn)題進(jìn)行探討：①什么是哲學(xué)、宗教？物理哲學(xué)和宗教三者的排列關(guān)系是怎樣的？②什么是道？物理人士眼中的道是什么？③回眸物理學(xué)家的人生歷程，感受他們的信念乃至他們的信仰;④略談對(duì)當(dāng)前科學(xué)發(fā)展觀的想法。也許多了本部分專(zhuān)題的教學(xué)，在課時(shí)上多花費(fèi)了不少時(shí)間，但這是一種將物理真正傳導(dǎo)給學(xué)生的一種嘗試，更是對(duì)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)的一種努力，從課堂反應(yīng)和課后學(xué)生情緒來(lái)看，這種嘗試是非常值得的。

路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索。自然規(guī)律是客觀存在，而發(fā)現(xiàn)之旅卻將有對(duì)稱(chēng)、和諧和統(tǒng)一相伴。我們立足于此道，培養(yǎng)興趣，形成信念，甚至形成自己的信仰，必將發(fā)現(xiàn)宇宙終極之道。

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（廣東省東莞實(shí)驗(yàn)中學(xué)，廣東 東莞 523120）