由馬克思主義哲學與物理課程內(nèi)容交匯探索課堂知識的升華途徑*

周兆妍

(國防科技大學文理學院 湖南 長沙 410000)

物理學的發(fā)展中，哲學曾起到了重要作用.幾百年前，現(xiàn)有的各門學科還沒有發(fā)展成為完整形態(tài)時，哲學囊括了一切的知識領(lǐng)域.隨著人們對事物的基本結(jié)構(gòu)及其運動一般規(guī)律、相互作用等方面的研究，并逐漸對其中一些概念通過實驗、觀測等方法進行證明，自然哲學即物理的前身逐漸從哲學中分化出去形成自己的體系，而哲學仍保留著其余的部分，以其形而上學的思辨思維特征，思考著有關(guān)自然、社會和思維發(fā)展的最一般的規(guī)律等方面的根本性問題.而正是由于哲學思維這種對思維方法的一般性追求，超越了具體問題的束縛，蘊含豐富的智慧，對自然科學家具有深刻的啟發(fā)性，引導他們對自然科學的發(fā)展做出突出貢獻，同時物理學的發(fā)展對于哲學也起著不可估量的促進作用.

物理與哲學是一個經(jīng)典的話題，現(xiàn)如今物理課程的思政改革為我們教師提出了貼合新時代的育人要求，筆者聚焦于所教授的大學物理課程的授課內(nèi)容與馬克思主義哲學在世界觀與科學信念、科學方法論、邏輯與歷史的一致性3方面的聯(lián)系與交匯，在傳授科學知識的同時不斷挖掘其科學思想的來源以及與哲學思考的可能聯(lián)系，豐富課程內(nèi)容，使教學更加生動活潑富有啟發(fā)性，從而造就新一代富于創(chuàng)造精神和科學精神的高素質(zhì)人才.

第一，馬克思主義哲學為物理學研究者提供基本的科學世界觀與科學信念.19世紀，馬克思和恩格斯系統(tǒng)研究總結(jié)自然科學的各個分支，如數(shù)學、物理、化學等，并對這些學科所取得的成就做出高度抽象的哲學概括，創(chuàng)立發(fā)展了自己的學說[1].從這一點看，二者有著相同的認識和理解世界的出發(fā)點，馬克思主義更是提供了相信世界物質(zhì)統(tǒng)一性、可知性與規(guī)律性的科學信念，這種信念可以為物理研究者提供科學研究的精神支柱與強大動力，幫助其撥開迷障，探求真理.

以狹義相對論的建立為例.在19世紀末，物理學的研究逐步涉及高速運動領(lǐng)域，麥克斯韋的電磁場理論也日臻完善，當時人們發(fā)現(xiàn)電磁場理論與經(jīng)典的絕對時空觀以及相對性原理之間存在矛盾.面對這一形勢，不同的物理學家做出不同選擇，得到完全不同的理論.而年輕的愛因斯坦從時空觀入手，首先重新定義了空間，指出“物體A的所有延伸的總體可稱為‘物體A的空間’……我們不能抽象地談?wù)摽臻g，而只能說屬于物體A的空間”[2]，即空間的概念與具體事物不可分割的聯(lián)系在一起.隨后愛因斯坦又指出，與空間概念一樣，時間概念也是與具體事物相聯(lián)系，因而與空間概念一樣只能有相對意義，即不存在絕對空間與時間.在新的時空概念下，經(jīng)典物理的某些基本矛盾得到了成功的消除，為成功創(chuàng)立狹義相對論打造了基礎(chǔ).愛因斯坦在研究過程中始終堅信世界物質(zhì)的統(tǒng)一性，因而創(chuàng)立了相對論理論，揭示了物質(zhì)、運動、時間、空間之間的辨證關(guān)系，給出了科學而系統(tǒng)的時空觀和物質(zhì)觀.該理論不僅給物理學帶來革命性的變化，更帶來人類思想上的極大變革.

恩格斯在《反杜林論》中也曾從哲學角度表達了“時空不過是一切存在的基本形式”等物質(zhì)、時空、運動三位一體的自然觀[3]，二者的統(tǒng)一反應(yīng)了馬克思主義哲學與物理研究者世界觀的一致性，構(gòu)成了科學與哲學的共同出發(fā)點.此外，馬克思主義哲學堅信客觀世界是可以認識的、普遍聯(lián)系的，其運動發(fā)展是有規(guī)律的，這種堅定信念也是物理乃至科學研究工作者進行研究的基礎(chǔ).

第二，馬克思主義哲學為物理研究者提供了科學方法論的引導，物理則為其提供了具體的研究與實施對象.哲學上以方法為研究對象形成的方法論從整體上考查了認識世界和改造世界的經(jīng)驗，探討其中各種方法的性質(zhì)、作用及其之間的聯(lián)系，這對各門學科的科學研究都有很大的啟發(fā)作用.物理研究過程中需要對物質(zhì)性質(zhì)及其之間的相互作用做不同層次的研究，哲學方法論中有關(guān)局部與整體、特殊與一般、現(xiàn)象與本質(zhì)、主要矛盾與次要矛盾等等的研究范疇與概念對物理研究工作者具有非常積極的引導意義.

以安培定律的提出為例，在該課程內(nèi)容講述之前已經(jīng)介紹了1820年奧斯特的著名磁針偏轉(zhuǎn)實驗以及畢奧-薩伐爾定律，即電流元產(chǎn)生磁場的規(guī)律.同樣歷史背景下安培提出了比畢奧-薩伐爾定律更深刻的問題，他根據(jù)電流與磁體等相互作用，逐步認識到磁現(xiàn)象的起因是電流，提出物質(zhì)的磁性源于分子電流，認為磁作用的本質(zhì)是電流之間的相互作用，從而提出了尋找電流元之間相互作用定量關(guān)系的課題.同時，安培與畢奧、薩伐爾一樣，遇到了不存在孤立的電流元而無法直接通過實驗測量的困難，此外兩個電流元之間的相互作用力除了與其大小、間距有關(guān)，還與兩個電流元及其間的矢徑，三者取向有關(guān)系.在當時的人們看來通過實驗對以上因素對結(jié)果的影響進行判定幾乎是毫無希望的.針對上述問題，安培設(shè)計了4個別具匠心的示零實驗，其構(gòu)思之新穎與結(jié)構(gòu)之奇巧，堪稱物理學史上的不朽之作.他接著以此為依據(jù)經(jīng)過嚴密的邏輯推導，最終得到電流元之間的相互作用力公式，即安培定律.進而才有了磁場中載流導線受安培力、載流線圈受力矩、載流線圈的磁矩等一系列的推論與應(yīng)用.而相較于這些公式與應(yīng)用，該過程中明確的物理思想，以及在其指導下設(shè)計的有針對性的物理實驗與邏輯條理分明的理論分析才是以安培為代表的偉大物理學家工作的核心.從現(xiàn)象觀察、問題的提出、定性的推測、實驗的設(shè)計與測量、定量公式的給出、新的物理量的定義、新的物理定律的建立，再進而闡述定義及定律的物理涵義，判定其使用范圍及理論地位；與此同時開展廣泛的理論研究和實踐應(yīng)用.所有這些完整展現(xiàn)了物理理論的全過程，提供了從現(xiàn)象揭示本征、從具體進入抽象、從特殊到一般、從理論研究到實踐應(yīng)用的創(chuàng)造性工作范例.

《自然辯證法》是恩格斯系統(tǒng)闡述科學方法論的重要著作，其中關(guān)于科學方法論的基本原則和各種科學方法之間的內(nèi)在聯(lián)系的思想，恩格斯運用唯物辯證法的認識論和邏輯學原理，分析了這些方法，并進行分類[4]；馬克思在他的《認識論》當中談到人們認識事物的普遍規(guī)律時與安培的工作高度吻合[5]，列寧在他的《哲學筆記》中也強調(diào)了在自然科學的方法中，觀察、實驗、實踐過程的重要地位.除此之外，物理學中經(jīng)常使用的“否定之否定”“抽象模型”“假說法”“反證法”等等都在馬列主義的著作中有所涉及[4，5].愛因斯坦說：“如果把哲學理解為在最普遍和最廣泛的形式中對知識的追求，那么，哲學顯然就可以被認為是全部科學之母”[6，7].與物理中的思想方法相比，哲學層面的思想方法是普適的終極的思考，物理課堂中對思想方法的追求可以使學生開闊思路、廣泛聯(lián)想，超越了具體問題的束縛，在面對日后工作上的難題能夠用思辨的方法看到分析、解決問題的曙光.

第三，馬克思主義哲學中歷史與邏輯統(tǒng)一性也體現(xiàn)于物理的教學體系中.黑格爾曾最早提出了歷史與邏輯的統(tǒng)一性，指出“個體認識活動的邏輯過程與人類認識發(fā)展的歷史過程，在總體和主要環(huán)節(jié)上具有一致性”[8，9]，恩格斯在集中闡述了歷史與邏輯的統(tǒng)一性方法后指出：歷史從哪里開始，思想進程的邏輯也應(yīng)從哪里開始，而思想進程的進一步發(fā)展不過是歷史過程在抽象的、理論上前后一貫的形式上的反映”[5].這種一致性也體現(xiàn)在物理課程上，我們會發(fā)現(xiàn)課程主體的邏輯體系可視為物理學研究歷史的縮影，學生認識理解的重難點(自然也是教學過程中的重難點)會與物理學史中長期未能理解突破的困難不謀而合，歷史中某一課題的研究進程與思想的進程密不可分[10]，對課程體系與物理學史的一致性的理解有助擺脫一些繁瑣不重要的、舍本逐末的解釋與探討，對課程的整體與重點、課堂教學節(jié)奏的把握有很好的指導意義.

比如在氣體動理論的學習過程中，最早占統(tǒng)治地位的是“熱質(zhì)說”，認為熱是一種沒有質(zhì)量、無色無味、可以流動的特殊物質(zhì).18世紀末德國物理學家福倫德測量了固體金屬塊和相同重量的金屬屑的熱容量，發(fā)現(xiàn)二者是一樣的，給予熱質(zhì)說以沉重打擊.1857年克勞修斯以大量彈性小球類比于氣體分子，認為氣體分子碰撞器壁產(chǎn)生壓強，得到著名的氣體壓強公式.1860年麥克斯韋采用此模型利用概率論的方法導出平衡態(tài)氣體分子的速率分布函數(shù)，隨后玻爾茲曼將他的工作推廣到了保守力場情況得到氣體分子速率的玻爾茲曼分布，接著又探討了孤立系統(tǒng)從非平衡態(tài)向平衡態(tài)的過渡過程，得到玻爾茲曼熵公式，為熱力學第二定律提供了微觀解釋與理論依據(jù)…….作為氣體動理論的奠基者，克勞修斯、麥克斯韋、玻爾茲曼層層遞進的工作構(gòu)成了熱學部分的教材主干.對于首次接受微觀分子世界的學生而言，紛至沓來的新概念、新思維、新方法往往使他們感覺到一定程度的混亂，而歷史的研究歷程的提煉引入為課程組織提供了素材組織、邏輯結(jié)構(gòu)與指引.

思維的邏輯和客觀現(xiàn)實的歷史相一致是研究事物發(fā)展規(guī)律的唯物辯證思維方法之一，是馬克思在《資本論》中運用的原則和方法之一.從該方面入手的物理課程教學對人文中歷史的方法與理工中邏輯的方法有機結(jié)合起來，既可以幫助學生從新的角度理解問題，辯證、歷史地理解課堂講授的理論，又可寓邏輯思維、思想方法的教育于其中.研究過程中問題的提出、整理直至解決經(jīng)過了漫長的歷史時期，爭論的焦點、論據(jù)、突破過程，以及其中涉及的邏輯推導、研究過程、思想方法，物理學家們的勤奮與創(chuàng)新精神等等都是極好的理工與人文、課程內(nèi)容與思政結(jié)合的教學素材.

張景中院士曾這樣描述哲學與科學的關(guān)系：“哲學家談?wù)撛釉谖锢韺W家研究原子之前，哲學家談?wù)撛卦诨瘜W家研究元素之前，哲學家談?wù)摕o限與連續(xù)性在數(shù)學家說明無限與連續(xù)性之前.一旦科學真真實實地研究哲學家所談?wù)撨^的對象時，哲學沉默了.它傾聽科學的發(fā)現(xiàn)，準備提出新的問題.”[11]馬克思主義哲學與物理學有著千絲萬縷的聯(lián)系，我們期望以課程的思政建設(shè)為契機將二者關(guān)系更好地體現(xiàn)出來，傳達給學生.在傳遞知識的同時，體現(xiàn)辯證唯物主義世界觀，邏輯思維、思想方法對物理理論的指導與影響，幫助學生學習領(lǐng)悟物理規(guī)律與思維，培養(yǎng)學生運用馬克思主義世界觀與方法論解決實際問題的能力，對傳統(tǒng)的理論課堂進行有效的升華，更好地服務(wù)于課程的育人目標.