物理學(xué)科育美的內(nèi)涵、價(jià)值與實(shí)現(xiàn)

摘要：美育是培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識美、熱愛美和創(chuàng)造美的能力的審美教育，育美工作應(yīng)貫穿學(xué)校教育的全過程并滲透在各個學(xué)科之中。物理學(xué)科美包括基于形象感性的“形態(tài)美”，基于科學(xué)理性的“神韻美”，基于情感態(tài)度與價(jià)值取向的“意境美”三個層次。通過育美的準(zhǔn)備階段（助學(xué)尋美）、育美的實(shí)施過程（協(xié)同審美）、育美的終極目標(biāo)（自主創(chuàng)美）的美育實(shí)施路徑，實(shí)現(xiàn)“以美促智”“以美促德”“以美促美”的學(xué)科美學(xué)價(jià)值。

關(guān)鍵詞：學(xué)科育美? 形態(tài)美? 神韻美? 意境美

引用格式：李興.物理學(xué)科育美的內(nèi)涵、價(jià)值與實(shí)現(xiàn)[J].教學(xué)與管理，2023（07）：55-58.

美育也就是審美教育，是德、智、體、美、勞“五育并舉”教育體系建構(gòu)的重要一環(huán)，但由于種種原因，學(xué)科的育美工作未能得到足夠的重視與發(fā)展。2018年全國教育大會明確提出“要培養(yǎng)德、智、體、美、勞全面發(fā)展的社會主義建設(shè)者和接班人”[1]。2020年發(fā)布的《關(guān)于全面加強(qiáng)和改進(jìn)新時(shí)代學(xué)校美育工作的意見》[以下簡稱《意見》（2020）]為學(xué)科育美的實(shí)踐工作指明了方向，促進(jìn)了學(xué)科育美領(lǐng)域的深度研究?！兑庖姟罚?020）中指出“有機(jī)整合相關(guān)學(xué)科的美育內(nèi)容，推進(jìn)課程教學(xué)、社會實(shí)踐和校園文化建設(shè)深度融合”[2]。明確指出美育不僅僅是藝術(shù)類學(xué)科的事情，而是包括藝術(shù)類學(xué)科在內(nèi)的所有學(xué)科共同的育人目標(biāo)，學(xué)科育美是學(xué)科育人重要的組成部分。

一、物理學(xué)科美的內(nèi)涵

1.基于形象感性的“形態(tài)美”

形態(tài)，是指事物或現(xiàn)象的表象特征。斑斕的畫作、悠揚(yáng)的旋律、妙曼的舞蹈都是可以直接感知的美的元素，這種基于人的視覺、聽覺等感官系統(tǒng)所感知的美是形態(tài)美，這也是狹義的對“美”的認(rèn)知。

費(fèi)曼說：“自然界具有簡單性，因而是極其美麗的。”[3]物理學(xué)科是一門自然學(xué)科，自然界呈現(xiàn)的一些物理現(xiàn)象本身就具有刺激人感官的形態(tài)美。例如七彩斑斕的雨后彩虹、孩童吹起的彩色肥皂泡、炫麗的極光、流線型的鯨魚等等，即便是沒有學(xué)過物理的人也能感受到這種自然界中物理現(xiàn)象的美。

物理學(xué)科是一門實(shí)驗(yàn)學(xué)科，從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中也能感知物理的形態(tài)之美。例如：三棱鏡色散實(shí)驗(yàn)、雙縫干涉實(shí)驗(yàn)、光譜實(shí)驗(yàn)都能看到有規(guī)律的彩色或單色條紋，敲擊音叉或編鐘就能聽到悅耳的聲音，干冰升華實(shí)驗(yàn)中能夠體驗(yàn)到騰云駕霧、人間仙境的感覺。這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象雖然是基于某個客觀規(guī)律人為形成的，但就其對感官的直接刺激而言，它們與藝術(shù)作品和自然界物理現(xiàn)象一樣，本質(zhì)上都屬于表象的形態(tài)美。

2.基于科學(xué)理性的“神韻美”

神韻就是透過物體的表征，大腦意識層對于事物所賦予的文化、背景、象征等深層次的綜合感受。物理學(xué)家彭加勒認(rèn)為：“物理美不是打動感官的美，也不是質(zhì)地美和外觀美；這樣的美與科學(xué)無關(guān)，我意指那種比較深奧的美，這種美來自各部分的和諧秩序，并且純粹的理智能夠握住它。”[4]這種觀點(diǎn)看到了物理研究過程中借助于邏輯和數(shù)學(xué)工具的理性思維，是人的智慧對于事物表象進(jìn)行深層次加工的一種理性美，也就是物理的“神韻之美”，它是在從形象思維到抽象思維的過程中所形成的應(yīng)然結(jié)果。

（1）物理規(guī)律的“律之美”

物理規(guī)律是科學(xué)家在研究過程中，經(jīng)過邏輯推理和數(shù)學(xué)演算得到的在一定范圍的領(lǐng)域內(nèi)普遍接受的物理結(jié)論。物理規(guī)律的“神韻之美”主要體現(xiàn)在“統(tǒng)一美”“對稱美”“相似美”“簡潔美”等方面。例如，牛頓運(yùn)動定律將物體的運(yùn)動情況與受力情況建立聯(lián)系并統(tǒng)一起來。愛因斯坦的質(zhì)能方程揭示了“質(zhì)量”與“能量”兩個貌似毫不相關(guān)的物理量之間的統(tǒng)一關(guān)系。玻爾稱愛因斯坦的相對論是“一切現(xiàn)有物理理論中最美的一個”，是“一個被人遠(yuǎn)遠(yuǎn)觀賞的藝術(shù)品”?！叭f有引力定律”與“庫侖定律”體現(xiàn)出了平方反比的“相似美”。麥克斯韋關(guān)于電磁場理論的表述體現(xiàn)出規(guī)律的“對稱美”。

（2）物理實(shí)驗(yàn)的“技之美”

物理實(shí)驗(yàn)中的奇妙現(xiàn)象雖然是外在表象的形態(tài)美，但在這種形態(tài)美的背后，奇妙的實(shí)驗(yàn)思想和精巧的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，恰恰更能體現(xiàn)物理神韻的“技之美”。不論是研究宇宙范圍的天體運(yùn)動還是研究微觀范圍的原子物理，都要借助一定的觀測設(shè)備來直接或間接得到測量結(jié)果。由于受生理結(jié)構(gòu)的尺度所限，人的感覺器官通常無法直接感知細(xì)微的變化?？ㄎ牡显S巧妙地利用金屬絲的扭力以及光的反射原理，將由萬有引力而引起的細(xì)微變化放大并測量出來，從而進(jìn)一步驗(yàn)證了十七世紀(jì)最偉大的自然規(guī)律：萬有引力定律。英國物理學(xué)家托馬斯·楊采用雙縫裝置，把一束單色光先分離為兩束，分別通過兩條窄縫并在后面的光屏上形成干涉條紋，揭示了光的波動特性。這些精巧的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)無不反映了人類智慧的“技之美”

（3）物理模型的“結(jié)構(gòu)美”

實(shí)際的物理情境往往比較復(fù)雜，物理學(xué)通常采用簡化的方法，對實(shí)際問題抽象處理，用一種假想的能反映事物本質(zhì)的結(jié)構(gòu)或過程去描述實(shí)際的事物或過程，這種理想過程或結(jié)構(gòu)稱為物理模型，例如：質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷、彈簧振子、單擺等，就是為了研究問題時(shí)能簡便地抓住核心問題，忽略其次要因素，簡化實(shí)際情境而設(shè)想的一些理想模型。在構(gòu)建“原子的結(jié)構(gòu)模型”時(shí)，湯姆孫提出了“棗糕式”模型，盧瑟福提出了“核式”原子模型，玻爾提出“軌道量子化”的模型，每一個巧妙的模型結(jié)構(gòu)都是物理思想與精巧實(shí)驗(yàn)完美結(jié)合的成果。

物理模型構(gòu)建是從現(xiàn)象到本質(zhì)、從具體到抽象的深入過程，它來源于現(xiàn)實(shí)又高于現(xiàn)實(shí)。培養(yǎng)學(xué)生物理模型的構(gòu)建能力，既有助于激發(fā)學(xué)生的發(fā)散性思維，又能夠提高學(xué)生的結(jié)構(gòu)化思維水平。

3.基于情感態(tài)度與價(jià)值取向的“意境美”

“意”字從小篆到隸書、楷體，字形結(jié)構(gòu)相對固定，上“音”下“心”，其造字構(gòu)意是“心之音”，體現(xiàn)為人內(nèi)心深處思想、情感的流露。因其深切、廣遠(yuǎn)、含蓄、細(xì)膩的程度遠(yuǎn)不是文字所能全部表達(dá)出來的，故稱“意”。

我們認(rèn)為，雖然物理研究需要排除個體感官和情感因素對于實(shí)驗(yàn)和觀測結(jié)果的影響，物理符號與公式也不是情感的具體表現(xiàn)，但是當(dāng)人們在得出這些規(guī)律和公式的過程中一定會喚起人的情感和激情，從而形成自己的情感態(tài)度和價(jià)值取向。因此物理美不是簡單的感性美，也不是單純的理性美，而是感性和理性相互交融和升華統(tǒng)一的過程中，在人的頭腦中所形成的具有情感色彩的形象，即物理學(xué)科的“意境之美”。

科學(xué)知識最有價(jià)值的部分不在于其自身，而是我們?yōu)榈玫剿冻龅某掷m(xù)不斷的各種努力，這些努力中包含著人性中高尚的方面，如科學(xué)精神或科學(xué)家精神[5]。這種基于情感態(tài)度和價(jià)值取向的意境美，包括探索和發(fā)現(xiàn)過程中收獲成功的“喜悅之美”，也包括追求科學(xué)真理的“求真之美”以及基于國家和民族自尊、自豪的“家國情懷之美”。

學(xué)科育美中的“形態(tài)美”“神韻美”“意境美”并非彼此孤立、互不關(guān)聯(lián)，而是三個不同層次育美的內(nèi)涵。形態(tài)美是基于直觀形象的淺層次的表現(xiàn)形式；神韻美是基于理性思維深度加工后而形成的一種美；意境美則是在前兩個層次的基礎(chǔ)之上形成的基于情感態(tài)度和價(jià)值取向的最高層次的形式。

二、物理學(xué)科育美的價(jià)值

1.學(xué)科育美能夠促進(jìn)智育發(fā)展

“五育并舉”并不意味著美育和智育毫不相干、相互孤立，它們之間其實(shí)是相互關(guān)聯(lián)、相互浸潤融合，有著“育全人”的共同目標(biāo)。通過發(fā)現(xiàn)物理表象的形態(tài)美，可以有效地引起學(xué)生的好奇心，喚起學(xué)生原始的學(xué)習(xí)熱情。物理中的規(guī)律美、技巧美和模型結(jié)構(gòu)美，可以促使學(xué)生對物理知識進(jìn)行深層建構(gòu)。在解決實(shí)際問題的過程中，可以促進(jìn)學(xué)生的科學(xué)探究能力和科學(xué)思維水平向著更高階的方向發(fā)展。

2.學(xué)科育美能夠提高德育實(shí)效

席勒認(rèn)為：“道德的人只能從審美的人發(fā)展而來?！盵6]美的事物和形象能夠引發(fā)人愉悅而美好的情感體驗(yàn)，這也是育美能夠促進(jìn)德育的重要前提。當(dāng)學(xué)生陶醉于審美的體驗(yàn)之時(shí)，就會將功利性事物拋之腦后，能夠從應(yīng)試教育的枷鎖中掙脫出來，成為一個受自己心靈自由支配的有靈魂的人。長此以往，就能抑制功利性的私欲之源，進(jìn)而提升個體的思想道德境界。

科學(xué)家精神教育是物理育美的重要環(huán)節(jié)，而科學(xué)家精神主要包括科學(xué)探究精神和科學(xué)家的家國情懷精神。如果說科學(xué)探究精神是源自內(nèi)在驅(qū)動的私德的話，那么科學(xué)家的家國情懷則是基于民族自豪、自尊的一種公德。因此，通過科學(xué)家精神教育可以促使學(xué)生公德與私德并修，臻于完整的審美人格，最終成為一個內(nèi)外兼修而近乎完美的人。

3.學(xué)科育美能夠提升審美品格

美的享受、美的追求、美的創(chuàng)造是人的高階性需要，是人在生存基礎(chǔ)之上的更高層次的需要。美育并非只是音樂、美術(shù)、舞蹈等課程的專屬活動，而應(yīng)將育美元素滲透在所有學(xué)科的教育活動中。由于物理學(xué)科的特殊性，物理育美可以分為形、神、意三個層次。通過物理學(xué)科育美，能夠促使學(xué)生的審美層次從基于表象的形態(tài)美向基于規(guī)律和技能的神韻美進(jìn)階，再向基于情感態(tài)度與價(jià)值取向的意境美升華，從而逐步提升學(xué)生的審美品格。

三、物理學(xué)科育美的實(shí)現(xiàn)路徑

學(xué)科育美必須讓學(xué)生經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)美、品味美和創(chuàng)造美的循序漸進(jìn)的過程，也就是“助學(xué)尋美”“協(xié)同審美”“自主創(chuàng)美”的三個階段。“助學(xué)尋美”過程是學(xué)科育美的前期準(zhǔn)備階段，主要工作是在教師的幫助下搜集并整合各類育美素材?！皡f(xié)同審美”階段則是在教師的指導(dǎo)下，師生共同審視和品味物理學(xué)科中的“形態(tài)美”“神韻美”“意境美”，促使學(xué)生的審美品格得到逐步的提高?！白灾鲃?chuàng)美”就是學(xué)生能夠自主發(fā)現(xiàn)美并利用自身掌握的知識和技能主動去創(chuàng)造美，這也是學(xué)科育美的終極目標(biāo)。

1.育美的準(zhǔn)備階段：助學(xué)尋美

各類育美素材是學(xué)科育美重要的基礎(chǔ)資源。由于教師的知識儲備和結(jié)構(gòu)化認(rèn)知水平明顯高于學(xué)生，這就需要在教師的指導(dǎo)下，讓學(xué)生通過各種有效途徑去搜集育美的元素。例如，充分利用身邊的物理教科書就是最直接、最有效的途徑。以人教版普通高中物理教科書（2020版）為例，其中章首圖、章首名言以及“科學(xué)漫步”“STSE”“科學(xué)方法”等欄目，都是非常便利且豐富的育美元素（見表1）。

除了教科書之外，教師還應(yīng)當(dāng)擁有一雙善于發(fā)現(xiàn)美的眼睛和記錄美的手?？梢远嚓P(guān)注日常生活中蘊(yùn)藏的自然美，利用現(xiàn)代信息技術(shù)從網(wǎng)絡(luò)了解和獲取育美元素。例如，在雨后彩虹的天氣里，可以讓學(xué)生走出教室切身體驗(yàn)物理現(xiàn)象的美。夏天的馬路上看到“沙漠綠洲”的全反射現(xiàn)象，也可以用隨身的手機(jī)拍下視頻，作為育美的素材。

總之，尋美階段對教師的知識儲備水平、結(jié)構(gòu)化思維水平以及自身的審美能力都有較高的要求。

2.育美的實(shí)施過程：協(xié)同審美

“尋美”過程是教師起主導(dǎo)作用的過程，“審美”過程則是在教師的引領(lǐng)下，學(xué)生學(xué)會從“形、神、意”的三個層次品味物理學(xué)科的美。

（1）體驗(yàn)物理的“形態(tài)美”

為了引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，可以從淺層次的“形態(tài)美”開始，向?qū)W生盡情展示自然界中或物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的美。例如在“光的色散”教學(xué)中，除了用三棱鏡演示白光的色散之外，還可以向?qū)W生展示其它類似的彩色條紋，如觀察雨后的虹和霓、彩色的肥皂膜、燈下的光盤反射面以及透過游標(biāo)卡尺的狹縫觀察日光燈等等。通過集中展示的方式，讓學(xué)生體驗(yàn)到從生活到物理中的色彩是那么的相似，卻又那么的不同，從而使他們從視覺感官的角度體驗(yàn)物理多樣的“形態(tài)之美”。

（2）探索物理的“神韻美”

除了讓學(xué)生體驗(yàn)彩色條紋的“形態(tài)美”之外，還可以引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察和分析這些相似的彩色條紋之間有什么本質(zhì)的不同。例如：虹和霓彩色條紋的排列順序一樣嗎？為什么虹呈42度的弧，而霓卻是50度的??？入射光源與觀察者處于同一側(cè)還是分居兩側(cè)？他們是反射現(xiàn)象、折射現(xiàn)象還是干涉與衍射現(xiàn)象？通過問題鏈的方式激發(fā)學(xué)生科學(xué)探究的內(nèi)在動機(jī)，讓學(xué)生透過淺層次“形態(tài)美”的表象，體驗(yàn)到深層次的光的反射、折射、干涉與衍射的“規(guī)律之美”。

為什么部分學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)物理的興趣？愛因斯坦作出了很好的解釋：“科學(xué)結(jié)論幾乎總是以完成的形式出現(xiàn)在讀者面前，讀者體驗(yàn)不到思想形成的生動過程……”[7]也就是說，科學(xué)知識本身并不直接產(chǎn)生美感，美感產(chǎn)生于知識與規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過程之中。例如在“動量”教學(xué)設(shè)計(jì)中，并不需要事先引入動量的概念，而是讓學(xué)生先體驗(yàn)一下由物體的動量而引起的感覺。首先，讓一位同學(xué)把一個充滿氣而直徑約為1m左右的乳膠大氣球以某一速度水平投向另一位同學(xué)，讓他接住。然后，將氣放掉，氣球變得很小，再把氣球以相同的速度投向該同學(xué)，讓他比較兩次不同情況下的感受。最后引導(dǎo)學(xué)生不斷地推敲和分析，得出他的感受與飛來物體的質(zhì)量（第一次的質(zhì)量包含氣球內(nèi)的空氣質(zhì)量）和速度均有關(guān)，繼而引出動量的概念。至于動量與質(zhì)量、速度有怎樣的定量關(guān)系，則通過實(shí)驗(yàn)“尋求碰撞中的不變量”的方式，讓學(xué)生自主得出這個守恒的量應(yīng)該是質(zhì)量與速度的乘積，即動量。與教師直接給出動量表達(dá)式的方式相比，這種學(xué)習(xí)方式可以讓學(xué)生自主構(gòu)建動量的概念，并切身體驗(yàn)物理規(guī)律中的守恒美。

（3）感悟物理的“意境美”

教師可以基于真實(shí)的情境，布置進(jìn)階式任務(wù)鏈或問題鏈，讓學(xué)生在解決實(shí)際問題的過程中感悟物理知識在日常生活中的巧妙應(yīng)用，同時(shí)能夠收獲成功后的“愉悅之美”。例如在“行星的運(yùn)動”教學(xué)中，可以根據(jù)物理史實(shí)讓學(xué)生分別扮演哥白尼、布魯諾、伽利略、第谷、開普勒等科學(xué)先賢，采用情景劇的方式重新演繹他們追求真理的艱辛歷程，以沉浸體驗(yàn)的方式全身心地感悟科學(xué)探究中的“求真之美”。

科學(xué)無國界，但科學(xué)家是有國界的。無論是遠(yuǎn)古時(shí)代還是當(dāng)今時(shí)期，基于民族自尊和自豪感，科學(xué)家們擁有“家國情懷”的例子比比皆是。尤其是我國的尖端科技遭到西方國家打壓的當(dāng)前時(shí)期，更要利用物理課堂教學(xué)的陣地充分宣傳我國的科學(xué)家精神。可以組織學(xué)生閱讀科學(xué)家的感人事跡，也可以通過論壇的形式討論“錢學(xué)森之問”，還可以營造一個熱愛祖國、熱愛科學(xué)的校園氛圍，讓科學(xué)家精神的教育浸潤到學(xué)習(xí)、生活的每一個細(xì)節(jié)之中。

3.育美的終極目標(biāo)：自主創(chuàng)美

“自主創(chuàng)美”其實(shí)是學(xué)科育美的終極目標(biāo)，旨在培養(yǎng)學(xué)生有一雙能發(fā)現(xiàn)美的眼睛，能在新的情境中自主發(fā)現(xiàn)美、品味美、享受美，并擁有創(chuàng)造美的意識與能力。

例如，學(xué)生能夠利用所學(xué)的“電磁感應(yīng)”相關(guān)知識自制一把電吉他，并能夠利用自制的電吉他演奏出非常優(yōu)美的音樂。在自制以及不斷改進(jìn)的過程中，學(xué)生不僅學(xué)會了電磁感應(yīng)的物理知識，而且他的實(shí)驗(yàn)探究水平和動手能力也得到了極大的提高。能夠利用自制的樂器演奏一段優(yōu)美的音樂，這也是一種創(chuàng)造美的過程。在創(chuàng)造美的過程中，學(xué)生能夠收獲到成功之后的無限喜悅，那種基于功利色彩的外在的學(xué)習(xí)動機(jī)就會蕩然無存，而基于興趣和愛好的內(nèi)在學(xué)習(xí)動機(jī)則得到了加強(qiáng)。學(xué)生通過對比發(fā)現(xiàn)國產(chǎn)的電聲樂器與國外知名品牌之間存在較大的技術(shù)代差，一種民族自強(qiáng)感則會油然而生，立志將來做一名電聲樂器方面的研究專家。這樣的話就真正達(dá)到了“自主創(chuàng)美”的終極目標(biāo)。

總之，育美應(yīng)貫穿在學(xué)校教育的全過程各方面，滲透在各個學(xué)科之中[8]。應(yīng)將諸多育美的元素融合在學(xué)科教學(xué)之中，注重培養(yǎng)學(xué)生的求真精神和家國情懷，通過積極的尋美、審美、創(chuàng)美的過程，喚起學(xué)生對知識的渴求、對美德的贊賞、對生命的尊重，促成其積極、向美、向善人生價(jià)值觀的形成。

參考文獻(xiàn)

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