浅议守恒定律中的物理之道
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【摘 要】守恒定律是物理中的主要规律，其知识的重要性受到广泛的重视，而守恒定律所蕴含的对称、和谐、统一更反映了物理认知的客观规律，具有重大意义。本文通过结合中国古代哲学中对道的追求，将守恒定律所蕴含的对称、和谐、统一与物理认知和物理知识结合，得出对称、和谐、统一是物理的客观规律，即物理之道，期待对通过物理之道的认知，培养学生对物理研究的信心和兴趣，进而培养学生将物理之道形成为认识客观事物的一种信念。
【关键词】高中物理;守恒定律;感悟
人教版必修二第七章第一节《追寻守恒量-能量》的教学目标为①知识与技能：理解所学过的守恒定律的内容，从守恒定律中认识到其本质是不变的;②过程和方法：通过分析推理，认识科学世界的美丽，体会物理公式反映出的自然世界的秩序与规律;③情感、态度、价值观：通过自然中的守恒定律，体会自然的和谐统一性，发展对科学的好奇心和求知欲。从目标上看，本节的教学要求很高，但实际教学之中由于本节内容与考试似乎联系不大，因而不少教学设计是采用学生自习，教师粗讲的方式进行，教师更关注的是从知识与技能方面进行落实。本节内容，我结合个人体会，觉得对守恒定律的教学目标立足于培养学生的情感态度和价值观，感受物理之道。
一、以道引入
道德经：“道可道，非常道”（译文：道，可以用语言进行描述，但道却不是恒常不变）明确的指出万事万物规律是可以被认知的，但这规律却不是永恒不变的;之后还有一句“天地不仁，以万物为刍狗”（译文：天地平等的面对万物......），天地为什么会不仁，这其实指出了天地万物的运行具有客观规律，并不以人的主观仁义而发生变化，我们所能做的是以主观能动性去认知他们，并按规律来处事。物理，研究的客观世界运动发展的最基本规律，这客观规律与道德经中的道是相一致的。
二、依据守恒定律，窥探物理之道
1.近代研究表明，物理学中守恒定律来源于对称，物理规律的每一种对称性通常相应于一种守恒定律。
美国物理学家温伯格指出：物理学最有希望的探索方向就是透过现象与表层结构的迷雾去发现隐藏在事物深处的对称。因而物理学的基础研究在对称性的指导下变得富有成效和有法可循。这一点可以在很多事例中给予证明。如法拉第在奥斯特发现电流的磁效应后，坚信磁与电之间具有对称性，并在1822年的一篇日记中记下了“由磁产生电”这一闪光思想，并在这一思想的指引下为之工作了近十年，终于实现了磁生电的梦想，证实了电与磁之间的对称性，实现了个人的价值，促进物理的发展。
在所知的物理知识中，很多也是涉及了对称的。杠杆的平衡，平面镜的成像，磁体的磁感线分布，电荷的正负，等量同种和异种电场线分布等表现了物质的直观形象在空间上的对称性;周期、频率等体现出时间的对称性;竖直上抛、简谐运动、圆周运动等存在时间和空间规律的对称性。正如狄拉克把对称方法誉为理论物理学的精华，也正是在这一方法的指导下，物理研究有了更明确的方向指引。
2.物理学中的守恒定律正是自然和谐的体现。哥白尼在和谐的思想下提出了日心说，在哥白尼看来，托勒密的地心说天文体系太繁琐、复杂，而且太阳系绕地球的运动并不是匀速圆周运动，这不符合和谐的图式，于是提出了日心说，将宇宙中心转移到了太阳，使天体运动更简洁，关系更和谐;同样开普勒坚信世界是和谐的，复杂中必定蕴藏着简单，宇宙一定是一首和谐的乐曲，在这一信念的指引下，他甘于生活清苦，花费十余年终于总结出天体运动的三大运动定律。当然从知识上看，地心说固然不对，但日心说也不是万能的，如果离开了太阳系，日心说也会存在着问题，而地心学说在地月系或者在地球和卫星系中却是成立的。从中可以发现，一种新理论的提出，并不是全盘否定原有的知识，而更多的是对原有知识的一种包容：原有知识变为新知识在某种条件下的体现，这正体现了动态、相对、辩证的统一。
在物理知识方面体现和谐的方向也不少，如匀速运动，简谐运动，晶格形成的空间点阵，原子内部电子的壳层分布等，又比如热现象从微观上分析单个分子的运动完全是杂乱无章的，但从宏观上分析，大量分子集体运动却遵循统计规律：各个方向运动出现的机会是均等的，这体现了随机与规律间的和谐。
3.物理学中守恒定律是自然统一规律的体现。早在1860年前能量守恒定律就得到科学界普遍的认可，能量守恒定律揭示了自然中各种不同的运动形式并不是相互孤立的，而且揭示了不同形式运动之间发生相互转化时的数量关系，成为自然中的一条伟大的运动定律，将力、热、电、光、原子进行联系统一，也将物理、化学、生物进行联系统一。统一是物理不变的追求，牛顿由苹果的落地追寻天上地下力的统一而发现了万有引力定律;波粒二象性将粒子和波动统一起来;原子、分子结构理论将宇宙万物统一于同一本源，质能方程E=mc2把质量、能量、实物和场统一起来，正是这些统一，让人们更好的认知世界。
在研究问题过程中，统一的思想同样让人着迷。“横看成岭侧成峰，远近高低各不同”在不同的视角下对问题将会有不同的看法，但关键的是站在更高的立场才能更加完整的认知，那一定是以统一的观点;在讨论在地球表面的上下之分之时，也许不同地方的人会有不同的观点，认为自己的头在上，脚在下，即南北极的上下就会成了相反，但这并不是重点，我们要做的是统一它们：指向地心为下，而这统一的思想中蕴藏着伟大的规律：万有引力定律。现代物理学家已不是被动协调不同参考系中的观测数据，而是自觉去探索不同参考系中物理量、物理规律之间的变换关系，从变换关系中找寻出统一的规律，从而把握物理世界更深层次的奥秘。爱因斯坦正是这一方面的典范，他的相对论正是将宏观运动和微观运动进行统一，而也正是在这一思想的指引下，爱因斯坦花费了近30年时间孜孜不倦的追寻“引力、电场力、弱力、强力”的统一理论，期待着用一种理论就可以将它们进行描述，虽然最终爱因斯坦并没享受成功的喜悦，但他却后人以启示，如1967年温伯格等人便是在他的启示下，成功的提出了弱、电相互作用的统一理论模型。可见统一将会是物理学家永恒的追求。
三、道之感悟
易经：易有太极，太极生两仪，两仪生四象，四象生八卦;又如道德经：道生一，一生二，二生三，三生万物。我们所面对的宇宙万物是多样变化的，但其中蕴藏的规律却是可以被认知的，我们现在所做也许可沿着“万物→八卦→四象→二仪→太极”这一过程进行，最终实现揭示宇宙万物的规律。在这条漫漫的探索之路上，“二仪←太极”是中国古代重要的哲学思想，在今天一样具在重要的指导作用，物理守恒定律所反映的对称、和谐、统一思想与这一哲学思想其实是相通的。因此对称、和谐、统一成了物理的道。
物理知识随时间推移也许会不断变化，而学生经学校考试之后也许对物理知识也许很快就会慢慢忘记，那么物理留给学生的除了物理的难学的感觉之外，也许更应留给他们的是物理文化，是永恒的物理之道。因而对于本节的教学，也许很值得教师去思索、去设计、去创新。我在本节教学之中除去常规的教学之外，另外专设了一个课外探究专题：物理、哲学和宗教。依据以下问题进行探讨：①什么是哲学、宗教？物理哲学和宗教三者的排列关系是怎样的？②什么是道？物理人士眼中的道是什么？③回眸物理学家的人生历程，感受他们的信念乃至他们的信仰;④略谈对当前科学发展观的想法。也许多了本部分专題的教学，在课时上多花费了不少时间，但这是一种将物理真正传导给学生的一种尝试，更是对学生科学素养培养的一种努力，从课堂反应和课后学生情绪来看，这种尝试是非常值得的。
路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。自然规律是客观存在，而发现之旅却将有对称、和谐和统一相伴。我们立足于此道，培养兴趣，形成信念，甚至形成自己的信仰，必将发现宇宙终极之道。
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（广东省东莞实验中学，广东 东莞 523120）
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