基于科学与人文融合的物理教育*

李 梅 梅素珍

(湖北大学物理学与电子技术学院 湖北 武汉 430062)

人是文化的创造者，也是文化的创造物，人的教育应是一种文化素质的基本教育.近一二百年来的物理学教育自觉不自觉地遵循了一种教育节约型原则，着眼于科学知识与技能认知的实用性.国内的大学以及中学的物理学教育内容，过多地侧重于知识结构的逻辑关联和知识表述的认知，从而剥离了物理原创过程中的科学思想与创新智慧，淡化了科学价值取向、思想观念的人文启示等科学本质，在追求物理教育专业性中消解了物理学本身的人文性，从而使学生难以全面地体会物理文化的精髓.物理教育不仅要使受教育者获得有效的方法和工具，还要实现思想观念的理性升华.因此，物理学教育应充分注意发掘物理文化价值所在，立足于科学与人文相映交辉的文化背景，审视物理学文化中的人文内涵和科学本质，将科学思想、方法与人文精神及其价值理念融合贯通于学科专业教育之中.

1 物理学的科学文化教育

物理学的科学文化系统具有层次性，分别表现为思想与理念、方法与原则、知识与技能，三者层层递进，整体贯通，形成完整规范的科学体系.对物理学的科学文化系统进行教学解构与组编，可将其转化为便于学习者认知的课程学习系统.物理学的文化教育应在掌握知识与技能的基础上，深入领会物理学的科学方法与原则，逐步感悟物理学思想与相应的科学理念.学习者通过这种认知方式可将物理内容转化为自身的智慧和创新素质，达到运用物理学独立、灵活地进行科学理论实践与技术创新的目的.

1.1 物理知识与技能是物理科学文化系统结构表征的基础

物理知识是客观事物属性与联系的科学反映，其具体表现形式有：物理概念、公理、定律、定理等和有关处理物理问题操作步骤和过程的表述.物理技能是完成一定物理工作任务的动作系统，需要通过一定的训练才能习得.物理知识与技能是对物理科学系统图景的基本解读.学习者通过学习物理知识与技能可形成规范的物理工作语言，掌握物理思维的基本元素和处理物理问题的操作范式，从而奠定领悟物理学本质与思想方法的基础.

1.2 物理方法与原则是培养学生科学素质的重要途径

物理方法是在学习和研究物理学问题程中所遵循的途径和使用的手段.掌握物理学方法与培养物理能力密切相关，方法与知识相比更具有启发作用和创造性.例如自由落体知识在现代物理系统中已是苍海一粟，但伽利略在其发现过程中所运用的科学方法仍在物理学中发挥重要作用，其价值远高于知识本身.物理学家在研究物理问题过程中形成了一系列基本要求与准则，从而约定俗成为物理学研究的基本原则.如简明性原则：要求物理学原理和定律的表述简明；解释性原则：成熟的物理学理论应具有解释功能和预见性；还有自洽原则、实践检验原则等等.爱因斯坦创立的狭义相对论就是使用物理原则的最好例证，狭义相对论基本原理的表述简洁明了，能自洽地解释相关物理难题，并可得到广泛的实验证实.物理学方法和原则比物理基本知识更为重要，物理学教育应注重学生科学思维方法的训练和运用科学原则意识的培养，这是提高学生科学素质的重要途径.

1.3 物理思想与理念是物理学教育指向的根本

物理思想是人类在创立和发展物理学理论的过程中，对物理学的科学知识、方法和原则进行概括而形成的科学认识，并在物理学理论创新和问题解决方面具有导向作用.物理理念是对物理学基本思想和认识的简练精准的概括，并形成一种精辟简约的理性概念，可以拓展启发创新思维.经典力学的物理思想表明，力是物体产生加速度的根本原因，物体总是企图保持其原有的运动状态不变，力学规律在任何惯性参照系中保持不变性等.人们通过对经典力学思想深入思考，进一步认识到物体的机械运动服从同一规律，从而形成规律性和统一性理念，即自然界的万物运动都存在统一的规律.物理学家在经典力学思想和理念的导引下，不断探讨物理学其它学科问题，从而创立了热力学、统计物理学和电磁理论等新的经典物理学科.物理思想与理念是物理学理论体系的核心，是物理学教育指向的根本.只有当学习者深入地领悟到物理学思想与理念的本质，感悟到其中深厚的科学文化内涵时，才能够较好地将物理学的知识和方法灵活地运用实际问题之中，做出创新和发明.

2 物理学的人文精神教育

物理学在认识自然的科学技术活动中，创造了伟大的物质文明，同时提供了自然观、思想观念和认知图式等思想理念，从而影响了人文文化.物理学教育在向学习者展现科学文化一面的同时，也应展示物理学思想理念所产生的人文影响，从而使受教育者在接受科学教育的同时，也能领悟物理学的人文光辉，在专业教学中促进科学与人文相融与互动.

2.1 力学科学理念的人文光辉

力学体系建立的科学图景，曾相映出非常灿烂的人文光辉.面对中世纪宗教的狂妄，从哥白尼到牛顿等众多物理学家，以自然观察与科学实验为依据，科学理性地考察自然，建立日心说，将天上与地下的物体运动规律科学地统一起来.牛顿关于自然运动存在自身规律的科学理念给人类提供了一个认知世界的规律性理念.人们在这种科学理念的启示下，认识到既然自然界存在规律性，人类社会也应有其自身的规律.牛顿的莫逆之交洛克大胆地发问，既然日心说表明不存在至高无上的神，传统的君本位观念也应予以摒弃.人类社会的运行应以人为中心，照应个人利益是治理社会的基础，任何政府唯一的宗旨就是保护人创造财富和享受自由.这种崭新的人文观念对英国的光荣革命、欧洲的启蒙运动、美国独立宣言、美国的宪法和法国大革命均产生了深刻的影响[1].

2.2 热力学科学思想的人文启示

热力学理论用熵来阐述系统自发过程的不可逆性，揭示出热学系统演化的科学内涵.熵对系统无序性本质的揭示，启示人们要慎重对待人类社会的发展与自然的和谐.人类社会若以高于自然本身转化速度摄取低熵物质能量，那么生态大系统的熵增长将使自然界难以承受，打破自然的动态演化平衡，反馈给人类的将是难以咽下的苦果.熵的文化理念告诫我们，应以自然和谐的方式提取生活所需的物质能量，人不能超越于自然的自在演化规律来创造人类的文明.人只是自然的一部分，不是自然的主人，自然的法则才是人与自然和谐共存的根本，过份地强调人类社会的中心发展意识，反而会使人类社会受到更大的伤害.

2.3 物理学的哲学意蕴

物理学与哲学具有非常深厚的渊源，物理思想深刻地影响着哲学.很多伟大的科学家往往又是伟大的哲学家.石里克说过:“所有过去的哲学进步都是来自科学的知识和科学问题的研究.”[2]怀特海指出，在过去的几个世纪中,“科学方面所产生的宇宙观压倒了其他方面所形成的旧观点而独步一时.”[3]电磁场的发现深化了人们对物质内涵及其存在形式的认识.相对论的创立更加深刻地表明时间、空间与物质不可分割的属性.这种新的物质科学理念极大地丰富了哲学关于物质存在形式及其运动关联的本体诠释.量子理论表明自然的运动法则存在统计决定论的运行模式，对人们的认识观念产生了深刻的影响，启示我们面对人类社会的文化理念有必要进行更深层次的思考.

物理学的许多重要思想、理念和方法给人文文化注入了取之不尽的活力，大大地丰富了人文学科的思维方式，对人文学科的研究也具有很重要的应用价值与启示意义.物理学在对外物认识的同时，引导人们反过来认识人自己，深入地体悟人世，启示人们应以何种态度处理人世.在理工科学生的物理学教育中，应当注意在物理学的平台上赏析科学文化的人文思想光辉，在人文背景的视野中洞察物理学理性的奇思和感性的妙想，将物理学的科学教育与人文教育在文化内涵的层面上有机地结合起来，使受教育者同时获得科学与人文的认知，达到全面提升学生文化素质的目的.

3 物理学的审美教育

美是能够引起人们愉悦、振奋，或使人感到和谐轻松，或者让人产生爱的情感、心旷神怡感等[4].对事物之美要得到更高的心灵愉悦体验，则需要文化的教化与滋润.实际上人类享受到的高尚情操美感是一种文化意义上的审美，我们只有通过文化的习得与创造，才能领略到自然与人生的真性，方可从心灵深处去审视世界的真、善、美.

3.1 物理之美是一种文化审美

物理学的美需要在物理文化层次上去审视，只有经过一定物理文化教化的人才能领略物理学的美丽，洞察物理学的美实际上是一种物理文化审美.物理学因其内在的和谐理论构架与奇妙想象而具有极大的美学感召力，当我们放眼于人类文化发展的背景，在物理文化演进的静态与动态交织画面中，引导学生关注物理学的文化结构，便可使学生感悟到物理学美的本质所在.

3.2 电磁运动的自然和谐与文化审美

对电磁运动现象进行文化解构，可从中审视到实验、唯象描述、理论构架及其物理学思相方法的璀灿美丽[5].牛顿三棱镜实验将白光分解五颜六色，如同彩虹一样艳丽.看到这种美丽的实验现象，人的文化审美意识自然要追问这种美的更本质的内涵.物理学家通过大量的实验总结出光的反射与折射定律，获得光行为的科学唯象描述.当人们运用定律解释了棱镜分光的图景和虹的色彩艳丽时，自然有一种求知所得后的兴奋，产生对自然神奇的赞美.这种美源于我们对光的自然规律获得与了解，是物理认知满足了我们心中对自然神秘了解的渴望.我们对库仑定律、安培定律、电磁感应定律等电磁唯象理论的文化内涵表征进行文化审美的剖析，都可以感受到其在存在这种唯象描述之美.

麦克斯韦将唯象的电磁规律统一为电磁场方程，反映了电磁运动的对称性，揭示出电磁运动互为因果的和谐性.电、磁与光运动属性的统一描述，使我们认识到自然内在的和谐与统一.电磁运动其自身的游戏规则，进一步表明世界是自然本身发展演化的结果，不是上帝安排的产物.物理文化不仅展示出自然规律的美妙华章，也照亮了人类的心灵.电磁理论构架的巧妙表述使人感受到科学美的快乐与奇妙.

上述物理现象及其科学内涵美妙的文化审美，在物理学中多不胜数，我们仅从其中拾起数页，窥其美之本质与特点所在.

3.2 物理审美教育能促进科学思维升华

物理学家探讨物理学奥秘的过程中，常常被物理文化的光辉美丽深深吸引.开普勒深受毕达哥拉斯和谐美的影响，认为宇宙的“数学和谐”是行星运动的根本原因.爱因斯坦体会到,“从那些看来同直接可见的真理十分不同的各种复杂的现象中认识到它们的统一性，那是一种壮丽的感觉”[6].物理家对物理美的本质有其独到的心灵体验，在获得快慰的壮丽感觉中，同时催生出创新的智慧.当我们站在文化的视野中去审视物理学，引导学生进行文化审美的思考与欣赏，将高雅的审美思想融入到理性思维，就会使学生领悟到物理学的思想、方法和知识技能的美丽光辉，感受到物理学的科学精神对人生与社会的种种有益启示，促进情感完美和谐，完善审美情操，健全人性品格.

4 结语

物理学基于人类生命意义上的创造活动及其伟大实践影响了人文文化的背景, 其科学文化深层结构中蕴涵的价值致使人们的理念不断更新，在否定旧的传统观念过程中催生出新的解释，召唤出新的期望；物理学所创造的科学思想方法给人文文化不断注入新的活力，大大地丰富了人文学科的思维方式.另一方面虽然物理学的工具理性为人类文明作出过巨大的贡献，若没有价值理性与之协调规范，其在促进物质文明的同时也可能会与人类自身发展的要求异化，从而产生出人类文明演进的反作用力.因此物理学的教育既要实施专业认知的训练，也要在专业教育中进行人文文化的教化，在科学与人文的互动思考中，将物理文化成果内化为受教育者的专业学识和人文修养，以求最终达到专业有成与人格完善的双重目的.

参考文献

1 袁正光. 科学精神与人文精神. 教育科学论坛，2004(11): 55～57

2 莫里茨·石里克. 自然哲学. 上海: 商务印书馆, 1984.7

3 A·N·怀特海.科学与近代世界. 上海:商务印书馆,1959.111

4 徐纪敏.科学美学. 长沙: 湖南出版社,1991

5 李梅.物理学的文化审美. 大学物理(物理教育专刊)，2009, 20(12)

6 许良英，等译.爱因斯坦文集第三卷 . 上海: 商务印书馆, 1979.347～348