基于科學(xué)與人文融合的物理教育*

李 梅 梅素珍

(湖北大學(xué)物理學(xué)與電子技術(shù)學(xué)院 湖北 武漢 430062)

人是文化的創(chuàng)造者，也是文化的創(chuàng)造物，人的教育應(yīng)是一種文化素質(zhì)的基本教育.近一二百年來的物理學(xué)教育自覺不自覺地遵循了一種教育節(jié)約型原則，著眼于科學(xué)知識與技能認知的實用性.國內(nèi)的大學(xué)以及中學(xué)的物理學(xué)教育內(nèi)容，過多地側(cè)重于知識結(jié)構(gòu)的邏輯關(guān)聯(lián)和知識表述的認知，從而剝離了物理原創(chuàng)過程中的科學(xué)思想與創(chuàng)新智慧，淡化了科學(xué)價值取向、思想觀念的人文啟示等科學(xué)本質(zhì)，在追求物理教育專業(yè)性中消解了物理學(xué)本身的人文性，從而使學(xué)生難以全面地體會物理文化的精髓.物理教育不僅要使受教育者獲得有效的方法和工具，還要實現(xiàn)思想觀念的理性升華.因此，物理學(xué)教育應(yīng)充分注意發(fā)掘物理文化價值所在，立足于科學(xué)與人文相映交輝的文化背景，審視物理學(xué)文化中的人文內(nèi)涵和科學(xué)本質(zhì)，將科學(xué)思想、方法與人文精神及其價值理念融合貫通于學(xué)科專業(yè)教育之中.

1 物理學(xué)的科學(xué)文化教育

物理學(xué)的科學(xué)文化系統(tǒng)具有層次性，分別表現(xiàn)為思想與理念、方法與原則、知識與技能，三者層層遞進，整體貫通，形成完整規(guī)范的科學(xué)體系.對物理學(xué)的科學(xué)文化系統(tǒng)進行教學(xué)解構(gòu)與組編，可將其轉(zhuǎn)化為便于學(xué)習(xí)者認知的課程學(xué)習(xí)系統(tǒng).物理學(xué)的文化教育應(yīng)在掌握知識與技能的基礎(chǔ)上，深入領(lǐng)會物理學(xué)的科學(xué)方法與原則，逐步感悟物理學(xué)思想與相應(yīng)的科學(xué)理念.學(xué)習(xí)者通過這種認知方式可將物理內(nèi)容轉(zhuǎn)化為自身的智慧和創(chuàng)新素質(zhì)，達到運用物理學(xué)獨立、靈活地進行科學(xué)理論實踐與技術(shù)創(chuàng)新的目的.

1.1 物理知識與技能是物理科學(xué)文化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)表征的基礎(chǔ)

物理知識是客觀事物屬性與聯(lián)系的科學(xué)反映，其具體表現(xiàn)形式有：物理概念、公理、定律、定理等和有關(guān)處理物理問題操作步驟和過程的表述.物理技能是完成一定物理工作任務(wù)的動作系統(tǒng)，需要通過一定的訓(xùn)練才能習(xí)得.物理知識與技能是對物理科學(xué)系統(tǒng)圖景的基本解讀.學(xué)習(xí)者通過學(xué)習(xí)物理知識與技能可形成規(guī)范的物理工作語言，掌握物理思維的基本元素和處理物理問題的操作范式，從而奠定領(lǐng)悟物理學(xué)本質(zhì)與思想方法的基礎(chǔ).

1.2 物理方法與原則是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的重要途徑

物理方法是在學(xué)習(xí)和研究物理學(xué)問題程中所遵循的途徑和使用的手段.掌握物理學(xué)方法與培養(yǎng)物理能力密切相關(guān)，方法與知識相比更具有啟發(fā)作用和創(chuàng)造性.例如自由落體知識在現(xiàn)代物理系統(tǒng)中已是蒼海一粟，但伽利略在其發(fā)現(xiàn)過程中所運用的科學(xué)方法仍在物理學(xué)中發(fā)揮重要作用，其價值遠高于知識本身.物理學(xué)家在研究物理問題過程中形成了一系列基本要求與準(zhǔn)則，從而約定俗成為物理學(xué)研究的基本原則.如簡明性原則：要求物理學(xué)原理和定律的表述簡明；解釋性原則：成熟的物理學(xué)理論應(yīng)具有解釋功能和預(yù)見性；還有自洽原則、實踐檢驗原則等等.愛因斯坦創(chuàng)立的狹義相對論就是使用物理原則的最好例證，狹義相對論基本原理的表述簡潔明了，能自洽地解釋相關(guān)物理難題，并可得到廣泛的實驗證實.物理學(xué)方法和原則比物理基本知識更為重要，物理學(xué)教育應(yīng)注重學(xué)生科學(xué)思維方法的訓(xùn)練和運用科學(xué)原則意識的培養(yǎng)，這是提高學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的重要途徑.

1.3 物理思想與理念是物理學(xué)教育指向的根本

物理思想是人類在創(chuàng)立和發(fā)展物理學(xué)理論的過程中，對物理學(xué)的科學(xué)知識、方法和原則進行概括而形成的科學(xué)認識，并在物理學(xué)理論創(chuàng)新和問題解決方面具有導(dǎo)向作用.物理理念是對物理學(xué)基本思想和認識的簡練精準(zhǔn)的概括，并形成一種精辟簡約的理性概念，可以拓展啟發(fā)創(chuàng)新思維.經(jīng)典力學(xué)的物理思想表明，力是物體產(chǎn)生加速度的根本原因，物體總是企圖保持其原有的運動狀態(tài)不變，力學(xué)規(guī)律在任何慣性參照系中保持不變性等.人們通過對經(jīng)典力學(xué)思想深入思考，進一步認識到物體的機械運動服從同一規(guī)律，從而形成規(guī)律性和統(tǒng)一性理念，即自然界的萬物運動都存在統(tǒng)一的規(guī)律.物理學(xué)家在經(jīng)典力學(xué)思想和理念的導(dǎo)引下，不斷探討物理學(xué)其它學(xué)科問題，從而創(chuàng)立了熱力學(xué)、統(tǒng)計物理學(xué)和電磁理論等新的經(jīng)典物理學(xué)科.物理思想與理念是物理學(xué)理論體系的核心，是物理學(xué)教育指向的根本.只有當(dāng)學(xué)習(xí)者深入地領(lǐng)悟到物理學(xué)思想與理念的本質(zhì)，感悟到其中深厚的科學(xué)文化內(nèi)涵時，才能夠較好地將物理學(xué)的知識和方法靈活地運用實際問題之中，做出創(chuàng)新和發(fā)明.

2 物理學(xué)的人文精神教育

物理學(xué)在認識自然的科學(xué)技術(shù)活動中，創(chuàng)造了偉大的物質(zhì)文明，同時提供了自然觀、思想觀念和認知圖式等思想理念，從而影響了人文文化.物理學(xué)教育在向?qū)W習(xí)者展現(xiàn)科學(xué)文化一面的同時，也應(yīng)展示物理學(xué)思想理念所產(chǎn)生的人文影響，從而使受教育者在接受科學(xué)教育的同時，也能領(lǐng)悟物理學(xué)的人文光輝，在專業(yè)教學(xué)中促進科學(xué)與人文相融與互動.

2.1 力學(xué)科學(xué)理念的人文光輝

力學(xué)體系建立的科學(xué)圖景，曾相映出非常燦爛的人文光輝.面對中世紀(jì)宗教的狂妄，從哥白尼到牛頓等眾多物理學(xué)家，以自然觀察與科學(xué)實驗為依據(jù)，科學(xué)理性地考察自然，建立日心說，將天上與地下的物體運動規(guī)律科學(xué)地統(tǒng)一起來.牛頓關(guān)于自然運動存在自身規(guī)律的科學(xué)理念給人類提供了一個認知世界的規(guī)律性理念.人們在這種科學(xué)理念的啟示下，認識到既然自然界存在規(guī)律性，人類社會也應(yīng)有其自身的規(guī)律.牛頓的莫逆之交洛克大膽地發(fā)問，既然日心說表明不存在至高無上的神，傳統(tǒng)的君本位觀念也應(yīng)予以摒棄.人類社會的運行應(yīng)以人為中心，照應(yīng)個人利益是治理社會的基礎(chǔ)，任何政府唯一的宗旨就是保護人創(chuàng)造財富和享受自由.這種嶄新的人文觀念對英國的光榮革命、歐洲的啟蒙運動、美國獨立宣言、美國的憲法和法國大革命均產(chǎn)生了深刻的影響[1].

2.2 熱力學(xué)科學(xué)思想的人文啟示

熱力學(xué)理論用熵來闡述系統(tǒng)自發(fā)過程的不可逆性，揭示出熱學(xué)系統(tǒng)演化的科學(xué)內(nèi)涵.熵對系統(tǒng)無序性本質(zhì)的揭示，啟示人們要慎重對待人類社會的發(fā)展與自然的和諧.人類社會若以高于自然本身轉(zhuǎn)化速度攝取低熵物質(zhì)能量，那么生態(tài)大系統(tǒng)的熵增長將使自然界難以承受，打破自然的動態(tài)演化平衡，反饋給人類的將是難以咽下的苦果.熵的文化理念告誡我們，應(yīng)以自然和諧的方式提取生活所需的物質(zhì)能量，人不能超越于自然的自在演化規(guī)律來創(chuàng)造人類的文明.人只是自然的一部分，不是自然的主人，自然的法則才是人與自然和諧共存的根本，過份地強調(diào)人類社會的中心發(fā)展意識，反而會使人類社會受到更大的傷害.

2.3 物理學(xué)的哲學(xué)意蘊

物理學(xué)與哲學(xué)具有非常深厚的淵源，物理思想深刻地影響著哲學(xué).很多偉大的科學(xué)家往往又是偉大的哲學(xué)家.石里克說過:“所有過去的哲學(xué)進步都是來自科學(xué)的知識和科學(xué)問題的研究.”[2]懷特海指出，在過去的幾個世紀(jì)中,“科學(xué)方面所產(chǎn)生的宇宙觀壓倒了其他方面所形成的舊觀點而獨步一時.”[3]電磁場的發(fā)現(xiàn)深化了人們對物質(zhì)內(nèi)涵及其存在形式的認識.相對論的創(chuàng)立更加深刻地表明時間、空間與物質(zhì)不可分割的屬性.這種新的物質(zhì)科學(xué)理念極大地豐富了哲學(xué)關(guān)于物質(zhì)存在形式及其運動關(guān)聯(lián)的本體詮釋.量子理論表明自然的運動法則存在統(tǒng)計決定論的運行模式，對人們的認識觀念產(chǎn)生了深刻的影響，啟示我們面對人類社會的文化理念有必要進行更深層次的思考.

物理學(xué)的許多重要思想、理念和方法給人文文化注入了取之不盡的活力，大大地豐富了人文學(xué)科的思維方式，對人文學(xué)科的研究也具有很重要的應(yīng)用價值與啟示意義.物理學(xué)在對外物認識的同時，引導(dǎo)人們反過來認識人自己，深入地體悟人世，啟示人們應(yīng)以何種態(tài)度處理人世.在理工科學(xué)生的物理學(xué)教育中，應(yīng)當(dāng)注意在物理學(xué)的平臺上賞析科學(xué)文化的人文思想光輝，在人文背景的視野中洞察物理學(xué)理性的奇思和感性的妙想，將物理學(xué)的科學(xué)教育與人文教育在文化內(nèi)涵的層面上有機地結(jié)合起來，使受教育者同時獲得科學(xué)與人文的認知，達到全面提升學(xué)生文化素質(zhì)的目的.

3 物理學(xué)的審美教育

美是能夠引起人們愉悅、振奮，或使人感到和諧輕松，或者讓人產(chǎn)生愛的情感、心曠神怡感等[4].對事物之美要得到更高的心靈愉悅體驗，則需要文化的教化與滋潤.實際上人類享受到的高尚情操美感是一種文化意義上的審美，我們只有通過文化的習(xí)得與創(chuàng)造，才能領(lǐng)略到自然與人生的真性，方可從心靈深處去審視世界的真、善、美.

3.1 物理之美是一種文化審美

物理學(xué)的美需要在物理文化層次上去審視，只有經(jīng)過一定物理文化教化的人才能領(lǐng)略物理學(xué)的美麗，洞察物理學(xué)的美實際上是一種物理文化審美.物理學(xué)因其內(nèi)在的和諧理論構(gòu)架與奇妙想象而具有極大的美學(xué)感召力，當(dāng)我們放眼于人類文化發(fā)展的背景，在物理文化演進的靜態(tài)與動態(tài)交織畫面中，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注物理學(xué)的文化結(jié)構(gòu)，便可使學(xué)生感悟到物理學(xué)美的本質(zhì)所在.

3.2 電磁運動的自然和諧與文化審美

對電磁運動現(xiàn)象進行文化解構(gòu)，可從中審視到實驗、唯象描述、理論構(gòu)架及其物理學(xué)思相方法的璀燦美麗[5].牛頓三棱鏡實驗將白光分解五顏六色，如同彩虹一樣艷麗.看到這種美麗的實驗現(xiàn)象，人的文化審美意識自然要追問這種美的更本質(zhì)的內(nèi)涵.物理學(xué)家通過大量的實驗總結(jié)出光的反射與折射定律，獲得光行為的科學(xué)唯象描述.當(dāng)人們運用定律解釋了棱鏡分光的圖景和虹的色彩艷麗時，自然有一種求知所得后的興奮，產(chǎn)生對自然神奇的贊美.這種美源于我們對光的自然規(guī)律獲得與了解，是物理認知滿足了我們心中對自然神秘了解的渴望.我們對庫侖定律、安培定律、電磁感應(yīng)定律等電磁唯象理論的文化內(nèi)涵表征進行文化審美的剖析，都可以感受到其在存在這種唯象描述之美.

麥克斯韋將唯象的電磁規(guī)律統(tǒng)一為電磁場方程，反映了電磁運動的對稱性，揭示出電磁運動互為因果的和諧性.電、磁與光運動屬性的統(tǒng)一描述，使我們認識到自然內(nèi)在的和諧與統(tǒng)一.電磁運動其自身的游戲規(guī)則，進一步表明世界是自然本身發(fā)展演化的結(jié)果，不是上帝安排的產(chǎn)物.物理文化不僅展示出自然規(guī)律的美妙華章，也照亮了人類的心靈.電磁理論構(gòu)架的巧妙表述使人感受到科學(xué)美的快樂與奇妙.

上述物理現(xiàn)象及其科學(xué)內(nèi)涵美妙的文化審美，在物理學(xué)中多不勝數(shù)，我們僅從其中拾起數(shù)頁，窺其美之本質(zhì)與特點所在.

3.2 物理審美教育能促進科學(xué)思維升華

物理學(xué)家探討物理學(xué)奧秘的過程中，常常被物理文化的光輝美麗深深吸引.開普勒深受畢達哥拉斯和諧美的影響，認為宇宙的“數(shù)學(xué)和諧”是行星運動的根本原因.愛因斯坦體會到,“從那些看來同直接可見的真理十分不同的各種復(fù)雜的現(xiàn)象中認識到它們的統(tǒng)一性，那是一種壯麗的感覺”[6].物理家對物理美的本質(zhì)有其獨到的心靈體驗，在獲得快慰的壯麗感覺中，同時催生出創(chuàng)新的智慧.當(dāng)我們站在文化的視野中去審視物理學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生進行文化審美的思考與欣賞，將高雅的審美思想融入到理性思維，就會使學(xué)生領(lǐng)悟到物理學(xué)的思想、方法和知識技能的美麗光輝，感受到物理學(xué)的科學(xué)精神對人生與社會的種種有益啟示，促進情感完美和諧，完善審美情操，健全人性品格.

4 結(jié)語

物理學(xué)基于人類生命意義上的創(chuàng)造活動及其偉大實踐影響了人文文化的背景, 其科學(xué)文化深層結(jié)構(gòu)中蘊涵的價值致使人們的理念不斷更新，在否定舊的傳統(tǒng)觀念過程中催生出新的解釋，召喚出新的期望；物理學(xué)所創(chuàng)造的科學(xué)思想方法給人文文化不斷注入新的活力，大大地豐富了人文學(xué)科的思維方式.另一方面雖然物理學(xué)的工具理性為人類文明作出過巨大的貢獻，若沒有價值理性與之協(xié)調(diào)規(guī)范，其在促進物質(zhì)文明的同時也可能會與人類自身發(fā)展的要求異化，從而產(chǎn)生出人類文明演進的反作用力.因此物理學(xué)的教育既要實施專業(yè)認知的訓(xùn)練，也要在專業(yè)教育中進行人文文化的教化，在科學(xué)與人文的互動思考中，將物理文化成果內(nèi)化為受教育者的專業(yè)學(xué)識和人文修養(yǎng)，以求最終達到專業(yè)有成與人格完善的雙重目的.

參考文獻

1 袁正光. 科學(xué)精神與人文精神. 教育科學(xué)論壇，2004(11): 55～57

2 莫里茨·石里克. 自然哲學(xué). 上海: 商務(wù)印書館, 1984.7

3 A·N·懷特海.科學(xué)與近代世界. 上海:商務(wù)印書館,1959.111

4 徐紀(jì)敏.科學(xué)美學(xué). 長沙: 湖南出版社,1991

5 李梅.物理學(xué)的文化審美. 大學(xué)物理(物理教育?？?，2009, 20(12)

6 許良英，等譯.愛因斯坦文集第三卷 . 上海: 商務(wù)印書館, 1979.347～348