这里首先论述物理文化的形成,其次对物理文化认识自然的功能、物理文化变革社会的功能、物理文化培养创新人才的功能进行论述,进而阐明物理文化是现代文明基础这一观点.
物理文化的形成
物理学的发展改变了人类的生活方式和生产方式,成为一种具有巨大威力的文化力量.
物理文化的起源,可以追溯到遥远的古代.古代的哲人、先贤们是凭借简单的观察和直觉,对自然进行猜想和思辨.例如,老子宇宙生成的思想就是这样.老子提出一种宇宙生成的模式（假设）,确认宇宙万物有共同的本原.“有物混成,先天地生.寂兮寥兮,独立而不改,周行而不殆,可以为天下母.吾不知其名,字之曰道,强为之名曰大.” “道生一,一生二,二生三,三生万物.”又有“道之为物,惟恍惟惚.惚兮恍兮,其中有象；恍兮惚兮,其中有物.窈兮冥兮,其中有精,其精甚真,其中有信.”赋予道无名无为,无形无体,无声无色,无物无象,然而又无处不在,无时不有,万物恃之而生的特征.我们不难看出,老子设想在天地万物产生以前有一个无形、无声,无以名之的东西—“道”,它是产生万物的本原,是天地万物产生、变化的根源.再如古希腊的亚里士多德等著名学者虽然应用了一些简单的科学方法,但是仍然是简单观察基础上的思辨.真正意义上的物理学,是源于精确、细致的观察和实验.重视观察和实验是物理文化最基本的特征.通过肉眼和仪器观察自然是物理学家发现规律的基本方法之一,开普勒行星运动定律就是在第谷大量精确的天文观察数据基础上归纳出来的.意大利著名物理学家伽里略最先把实验方法引入物理学的研究中,开创了利用仪器和设备在有利条件下研究自然规律的先河.1687年牛顿的《自然哲学的数学原理》开辟了物理学的新纪元.在伽里略、牛顿创造的科学方法论的领引之下,物理学的发展进入了正确的轨道.20世纪初量子理论和爱因斯坦相对论的建立,物理学进入了当代发展的快车道,从根本上改变了人类的思维方式,而现代物理学的广泛应用从根本上改变了人类的生活方式.物理学科学体系的建立、物理学在工业、农业、医学、国防的中的广泛应用,成为人类新时代的重要的文化背景之一.
3、物理文化认识自然的功能
从系统论的角度来看人类文化系统是一个巨大的系统,它由若干系统构成,我认为：人类文化 =宗教文化+法律文化+习俗文化+政治文化+科学技术文化.
而在这些文化中科学技术文化是没有国界的,是当代人类文化的主流文化,是领引社会进步的主要力量.物理文化是科技文化的基础,因而具有不可替代作用.
物理科学的终极目的在于提供一个简单的理论去描述整个宇宙.早在公元前340年,希腊哲学家亚里士多德,就已经认识到人类居住的大地是一个圆球而不是一块平板.希腊人为地球是球形提供了一个直观的论据,就是从地平线外驶来的船总是先露出船帆,然后才见船身.
亚里士多德认为地球是不动的,太阳、月亮、行星和恒星都以圆周为轨道围绕着它转动.他感到地球是宇宙的中心,而且圆周运动最为完美.在公元后两世纪,这个思想被托勒密精心制成一个完整的宇宙学模型.地球处于正中心,包围着它的是八个天球,这八个天球分别为月亮、太阳、恒星和五个当时已知的行星：水星、金星、火星、木星和土星.
1514年尼古拉·哥白尼提出了一个更简单的模型.他认为：太阳是静止地位于中心,而地球和其他行星绕着太阳作圆周运动.但是将近一个世纪以后,他的观念才被接受.
1687年伊萨克·牛顿出版了《数学的自然哲学原理》这本划时代的巨著,在这本书中,牛顿不但提出物体如何在空间运动的三条定律,并且提出了万有引力定律,根据这定律,宇宙中的任一物体都被另外物体所吸引,物体质量越大,相互距离越近,则相互之间的吸引力越大.这也就是使物体落到地面上的力.牛顿继而指出,根据他的定律,引力使月亮沿着椭圆轨道绕着地球运行,而地球和其他行星沿着椭圆轨道绕着太阳公转.
在20世纪之前从未有人提及过,宇宙是在膨胀或是在收缩,但在1929年,埃德温·哈勃做出了一个具有里程碑意义的观测：不管你往那个方向看,远处的星系正急速地远离我们而去.换言之,宇宙正在膨胀.哈勃的发现暗示存在一个叫做大爆炸的时刻.
以量子力学和相对论的创立为标志的物理学革命, 不仅导致了人类宇宙观的重大转变, 诱发或促进了整个自然科学的变革, 而且带来了人类社会空前的技术进步,极大地改变了人类的生产方式和生活方式. 物理学一方面把人类的视野扩展到 150 亿光年的遥远的宇宙空间,用“宇宙大爆炸”的学说,解释了大尺度的宇宙现象 . 另一方面又把人类的视线一步又一步地引进分子、原子、原子核和基本粒子的领域,物理学是认识物质世界的基本工具,借助物理科学思想和客观事实,人们能够科学地理解我们赖以生存的物质世界,这一点有着十分重要的现实意义 ,它是战胜一切非科学的宇宙创生观的最有力的理论基础.
4、 物理文化变革社会的功能
物理文化作为人类近现代的一种新兴的文化力量,极大地推动人类社会生产方式和生活方式的变革.
经典物理学的成就为工业革命及电气化奠定了基础,人类的第一次工业革命发生在英国,它以蒸汽机的应用为标标志.18世纪末英国纺织工业的机械化,急需提高蒸汽机的效率,这一实际需要推动了热力学定律的创立,而热学理论又反过来指导热机的改进.
第二次工业革命是以电力的广泛应用为标志的,是以电磁学理论的创立为先导,其改变人类社会面貌的发展模式是：物理——技术——生产.从法拉第电磁感应定律到电气技术化、适用化大约经历了50年时间. 电学和磁学现象的研究以及麦克斯韦的电磁理论为建立现代的电力工业和通讯系统奠定了基础,无线电、电视、雷达的发明极大地改变了人们的生活.
20世纪初物理学的两个重大进展,一是相对论的建立,另一个是量子力学的建立.量子力学为描述微观自然现象提供了全新的框架,量子力学不仅是现代物理学的基础,而且也是化学、生物学等其他学科的基础.在应用方面, 量子力学还催生了半导体、光通讯等新兴工业的崛起, 并为激光技术的发展、 新材料发现和研制以及新型能源开发等开辟了新的技术途径. 半导体材料、半导体物理和半导体器件研究的进展为计算机革命铺平道路,而计算机革命给人类社会和技术进步所带来无法估量的影响.
随着相对论和量子论的创立及其应用的深入,物理学对社会与经济的发展、对人们的生产与生活乃至人类思维本身产生了愈来愈重要的影响,如人们利用航天技术进一步探索宇宙的奥秘,通过电子显微镜能看见组成分子、原子,还有纳米技术、激光技术、信息技术的应用等皆已经并继续对社会发展产生巨大影响.当然在科学技术为人类社会带来福音的同时也出现了一些社会问题,如能源危机、全球变暖和臭氧破坏等.如何有效地其应用物理学的新发展,避免负面影响,如何提高未来公民的科学素质,树立正确的科学观等,这些皆对物理学界和物理教育界提出了新的要求.
物理学是现代物质文明的基础 . 没有物理学就没有现代化的电力技术和家用电器；没有物理学就没有现代医学的诸多诊治方法,如 X 光、 B 超、 CT 、核磁共振、γ射线、激光刀等；没有物理学就不能创造出汽车、火车、飞机,不能有火箭和人造卫星以实现飞离地球、奔向太空探索的梦想 ；没有现代物理学就不能创造出晶体管、集成电路,因而就没有现代信息技术 ,就不可能进入网络时代.物理学直接应用成果,和间接的应用成果,极大地推动了整个科学和技术以及社会的发展,改变了世界的面貌 .因此,全社会都应该设法去体会和理解物理科学,欣赏物理文化,更加关注自然,与自然和谐相处.
5、 物理文化培养创新人才的功能
从文化的角度看,物理文化是一种高品味的科学文化.物理文化是由人和物构成的综合体.物理学作为人类认识自然的伟大成果,无论其内容、方法和结构都是人类创造智慧的集中体现,优秀的物理学家群体和物理应用工程师在物理学探索过程和技术应用中闪耀着科学创造之光.物理教师作为物理学活的载体通过物理试验仪器、设备,物理书籍、论文、软件等在学校中创造出一种物理文化环境.这种环境充满探索、发现、创新,充满好奇心.
古人对自然的奥秘发出过多少质朴的发问：天体是怎样运行的?热现象的本质是什么?电与磁有什么联系?光的本质是什么?物质是怎样构成的?正是自然界美妙而复杂的现象,激发了一代又一代物理学家的好奇心,促使他们去探索自然现象背后的本质,而物理学的每一个科学概念的产生都充满了探索和创新,还包括对已有错误观念的批判.今日的物理学并没有终结,仍然有许多问题有待探索,物理理论的技术应用更有广阔的创新天地.
物理教育作为物理文化的组成部分,要充分体现创新的特征,教学过程要把培养学生的探索精神,始终放在重要地位,把物理知识和方法的教学作为培养学生创造力的基础.教师的教学方法和手段也要不断创新,不能把活生生的充满创造之光的物理学蜕化为干巴巴的概念、枯燥的公式和繁杂的计算.要使物理教学具有生动性、创造性,激发学生的好奇和兴趣,满足学生的创造天性.
人具有多种潜能,其中最重要的潜能就是创造潜能.创造力不是科学家、艺术家、发明家这些人所独有,常人和天才之间没有不可逾越的鸿沟,而是那些善于开发和利用他的创造潜能的人,表现出比常人更强烈的创造性.创造潜能通过创造性教育能够开发出来.美国人类潜能研究学者奥托在《人的潜能的启示》中写到：“数据表明,如果你参加过创造能力训练的话,你的创造力比以前更加旺盛”.爱因斯坦也有类似的观点：“如果青年人通过体操和走路训练了他的肌肉和体力的耐久性,以后能适应体力劳动.思想的训练以及智力和手艺方面的技能锻炼也类似这样”.因此,在中学和大学教育中实施创造性物理教学能够提高学生的科学创造素质.大学物理教育是培养理工科大学生的基础教育,创造性物理教学有助于培养学生举一反三、触类旁通地应用所学知识,解决四化建设中的各种问题,适应瞬息万变的社会发展的智力需要,实施创造性物理教学是满足社会对创造型人才需要的重要环节.因此,我们认为物理文化教育能够为培养创新人才做出独特的贡献.
