藝術(shù)、科學(xué)思維與物理教學(xué)

蔡鐵權(quán)，謝佳瑩

1.浙江師范大學(xué)物理與電子信息工程學(xué)院物理系，浙江 金華 321004

2.浙江師范大學(xué)教師教育學(xué)院，浙江 金華 321004

李政道說過：“科學(xué)和藝術(shù)是不可分割的，就像一枚硬幣的兩面。它們的共同基礎(chǔ)是人類的創(chuàng)造力，它們追求的共同目標(biāo)都是真理的普遍性?！保?］

1921年1月27日，愛因斯坦（Albert Einstein）應(yīng)某藝術(shù)雜志編輯之邀，發(fā)表了一段格言式文字：“當(dāng)世界不再是我們個人欲求的對象，當(dāng)我們以自由人的身份欣賞、追問、探究這個世界的時候，我們就進入了藝術(shù)與科學(xué)的領(lǐng)域。如果用邏輯語言來組織描繪所見所聞，那么我們從事的就是科學(xué)；如果傳達印象所假借的形式?jīng)]法用理智來知解卻能被直覺所領(lǐng)悟，那么我們從事的便是藝術(shù)。這兩者的共同之處，就是對超越個人利害與意志之物的熱愛與獻身。 ”［2］

李政道與愛因斯坦都是物理學(xué)大師、頂尖的科學(xué)家，盡管他們是從不同的側(cè)面對藝術(shù)和科學(xué)的關(guān)系進行表述，但他們所說的藝術(shù)和科學(xué)之間的內(nèi)在相關(guān)性、一致性本質(zhì)上殊途同歸。藝術(shù)與科學(xué)有共同的基礎(chǔ)和追求目標(biāo)，藝術(shù)與科學(xué)都需要超越個人利害與意志之物的熱愛與獻身，藝術(shù)與科學(xué)是繆斯女神的孿生子。而且，藝術(shù)與科學(xué)在思維的方式和方法上也有共同之處，這對物理教學(xué)不僅僅是富有啟發(fā)性的，而且是必須被深刻理解并得到彰顯的。

1 想象力是物理學(xué)理論之源

對于想象這一思維能力的重要性，我們先看看愛因斯坦的說法：“想象力比知識更重要，因為知識是有限的，而想象力概括著世界上的一切，推動著進步，并且是知識進化的源泉?！毕胂笥中枰袘{依：“在數(shù)學(xué)上，人能想象第四維，可是在物理上，人不能看到和直覺地想象第四維。對于他來說，第四維只在數(shù)學(xué)上存在著，他的理智不能理解第四維?！保?］

翻開《劍橋藝術(shù)史》，從古希臘羅馬時期一直到20世紀(jì)，那些曠世的藝術(shù)杰作，無不閃現(xiàn)著瑰麗詭譎的奇思妙想，無不展現(xiàn)出一代代藝術(shù)巨匠超凡入圣的想象力。希臘神廟（公元前6世紀(jì)）的三角墻上，雕繪著畫面和諧、情節(jié)連貫的浮雕：早期的面目猙獰的蛇發(fā)女妖、蜷伏的豹、大神宙斯揮動著“雷霆”擊敗巨人、希臘人攻打特洛伊人……這些所呈現(xiàn)的是古希臘藝術(shù)家豐富的想象力和高超的技藝［4］。到了文藝復(fù)興時代，達·芬奇（Leonardo da Vinci）的《巖間圣母》、米蘭的《最后的晚餐》或是盧浮宮的《圣母子與圣安娜》《蒙娜麗莎》，欣賞的人都會被其展現(xiàn)的魅力所吸引，都會驚嘆其構(gòu)圖的精巧、技法的高超。但是，統(tǒng)領(lǐng)這一切的還是畫家奔放的詩意和想象力?！笆ツ负褪搿笔敲组_朗琪羅（Michelangelo Buonarroti）藝術(shù)創(chuàng)作的一個永恒主題，《布魯日圣母像》《圣母子、圣約翰和天使》以及圣彼得大教堂的《哀悼基督》、意大利的《圣·馬太》所呈現(xiàn)出來的震撼人心的完美、登峰造極的藝術(shù)境界都消融在超俗而深沉的想象之中。拉斐爾（Raffaelo Sanzio）的《雅典學(xué)院》《圣母的婚禮》更是充滿想象力的曠世杰作。米開朗琪羅創(chuàng)作的《最后的審判》在1541年10月31日揭幕，它使整個羅馬驚訝，事實上使整個世界大吃一驚。這一巨幅壁畫是文藝復(fù)興時期的絕響，同時宣告了新的藝術(shù)觀念的誕生。畫作中的每個細節(jié)都是藝術(shù)巨匠想象力的微妙呈現(xiàn)［5］。

如果你細細地品味埃舍爾（Maurits Cornelis Escher）的畫作，如《凸與凹》《高與低》《瀑布》《上升與下降》，或是《群星》《引力》《旋》《莫比烏斯帶》，前者是“不存在的世界”的顯現(xiàn)，后者是“大自然與數(shù)學(xué)的奇妙設(shè)計”［6］，這些畫作簡直讓人在匪夷所思之余又嘆為觀止，這其中的想象力之豐富、奇特、詭譎，恐怕在這世界上都是獨一無二的。

音樂、詩歌、小說無不充盈著奇妙的動人心魄的想象。藝術(shù)不是對現(xiàn)實的復(fù)制，而是對現(xiàn)實的創(chuàng)造，是一種超越，其本質(zhì)在于藝術(shù)意境的誕生，在于人的性靈的彰顯，到達極限的想象實現(xiàn)極致的創(chuàng)造。

科學(xué)理論可以建立在經(jīng)驗事實（觀察或?qū)嶒炠Y料）的基礎(chǔ)之上，但是從經(jīng)驗事實走向科學(xué)理論并沒有直接的邏輯通道。理論需要科學(xué)家發(fā)揮豐富的想象力建構(gòu)出來，用以解釋、預(yù)言現(xiàn)象。從牛頓（Isaac Newton）到愛因斯坦，從麥克斯韋（James Clerk Maxwell）到霍金（Stephen W.Hawking）無不如此，從萬有引力定律到超弦理論，從“光的本質(zhì)”到“黑洞”研究概莫能外。

光是什么？這是科學(xué)家較早關(guān)注的問題。牛頓想象光是一種微粒，這些微粒服從牛頓定律而運作，不僅可以成功地解釋光的直進、反射、色散等現(xiàn)象，而且還能揭秘光的干涉和衍射，這些是今天我們認(rèn)為的光的波動性的有力證明?；莞梗–hristian Huygens）則想象光是借由“以太”這一介質(zhì)傳播的機械波，由此創(chuàng)立的“惠更斯包跡原理”，雖然能解釋光的眾多現(xiàn)象，但對光的偏振卻無能為力，這是由于他認(rèn)為光是縱波。這種理論建立的基礎(chǔ)不是觀察經(jīng)驗，而是想象，甚至是完全虛構(gòu)的。當(dāng)然，通過這樣的途徑構(gòu)建起來的理論除了需要自洽，還必須接受經(jīng)驗事實的驗證。托馬斯·楊（Thomas Yong）和菲涅爾（Augustin Fresnel）的工作推進了波動說的進步，他們認(rèn)為光是一種想象、一種推測，而并非物理實在。麥克斯韋建立了電磁場理論，認(rèn)為光是一種電磁波。光電效應(yīng)的登場解決了這個難題，光子說被提出，光子也非愛因斯坦所見，也是想象的產(chǎn)物。這令人想起了他說的“科學(xué)的想象力發(fā)現(xiàn)舊的概念太狹窄了，于是用新的概念去替代它。”“我們企圖理解實在，多少有些像一個人想知道一只合上了表殼的表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。他能看到表面和正在行走著的表針，還可以聽到滴答聲，但是他無法打開表殼。他可以畫出一些能解答他所觀察到的一切事物的結(jié)構(gòu)圖來，但是他卻永遠不能完全肯定它們就是他所觀察到的一切事物的唯一解?！保?］

2 對美的追求與物理學(xué)之美

“美”的定義是多樣的，我們采用康德（Immanuel Kant）的觀點：“鑒賞是通過不帶任何利害的愉悅或不悅而對一個對象或一個表象方式作評判的能力。這樣一個愉悅的對象就被稱作美的?！笨档掳选傲钊似毡楦械接鋹偟臇|西”定義為“美”的，被黑格爾（Geory Wilhelm Friedrich Hegel）稱作有關(guān)美的“第一句合理的話”［8］。

雖然有人認(rèn)為美感源于直覺，但是“愉悅”背后潛藏著自然法則。我們可以說維納斯雕像是美的，貝多芬（L.van Beethoven）的《月光曲》是美的，芭蕾舞《天鵝湖》是美的，莎士比亞（William Shakespeare）的戲劇是美的，悉尼歌劇院是美的，中國的《清明上河圖》是美的，古典樂曲《春江花月夜》是美的，昆曲《牡丹亭》是美的，故宮是美的，等等。我們不打算列舉太多，而更想從藝術(shù)與科學(xué)二者之間的關(guān)系來論述科學(xué)思維的特點，獲得物理教學(xué)的啟示。

楊振寧認(rèn)為，科學(xué)家對美的體驗獨具特色：一是體現(xiàn)在進入大自然本質(zhì)的方式，當(dāng)代物理學(xué)家從一些原理出發(fā)建立理論，由理論進入到自然界的本質(zhì)層次，隨之產(chǎn)生的對美的渴望、美的激情，是科學(xué)家生命中最重要的東西；另一個是進入大自然后對自然的感受，自然界從表面看是復(fù)雜深奧的，但科學(xué)家用概念和模型將其秘密逐漸揭示出來，自然的本質(zhì)既美麗又簡單，有著一定的規(guī)律、受一些特有的原則支配，當(dāng)科學(xué)家明白這一切時，他們真切體驗到美，體驗到美的力量［9］。

因?qū)阈墙Y(jié)構(gòu)和演化過程的研究，榮獲1988年諾貝爾物理學(xué)獎的錢德拉塞卡（Subrahmanyan Chandrasekhar）在《真與美》一書中說道：“在科學(xué)中美是快樂的源泉?！彼€以引用表明對美的態(tài)度：“我的工作就是努力把真與美統(tǒng)一起來，要是我不得不在其中選擇一個，我常常是選擇美。”錢德拉塞卡列舉一系列科學(xué)史案例后說：“一個科學(xué)家憑異常高超的審美直覺提出的理論即使起初看起來不對，也終究能夠被證明是真的?！倍?，“并不是只有偉大心靈在偉大思想中才體驗得到美，創(chuàng)新的歡樂也不限于少數(shù)幾個幸運的人能夠獲得，事實是我們每個人在追求科學(xué)美的活動中都能得到一定程度的滿足感?！保?0］

納博科夫（Vladimir Nabokov）是一位奇人，一位融科學(xué)和藝術(shù)為一體的神秘宗師，頭頂“偉大文學(xué)家”的光環(huán)，同時長期在世界頂級學(xué)術(shù)殿堂里工作，是一位嚴(yán)謹(jǐn)而又卓有建樹的鱗翅目（蝴蝶）分類學(xué)家。納博科夫看到了真之美，也看到了美之真。正如他的名言“我認(rèn)為，藝術(shù)品是兩種東西的融合：詩歌之精確性和純粹科學(xué)之激情?！薄皼]有幻想就沒有科學(xué)，沒有事實就沒有藝術(shù)?！边@些悖論式的敘述的確富含哲理，精妙絕倫。他還說過，“我不能把看到蝴蝶的美學(xué)愉悅與知道它是什么品種的科學(xué)樂趣彼此分離。”［11］博物學(xué)家古爾德（Stephen Jay Gould）解釋納博科夫成功“跨界”說：“……創(chuàng)新的背后有某種重要的統(tǒng)一性，傳統(tǒng)上藝術(shù)與科學(xué)互斥的看法是不正確的?！蔽膶W(xué)創(chuàng)作和蝴蝶研究都是對美的追求，對真的享受，藝術(shù)與科學(xué)在納博科夫身上融合形成了一種獨特的精神品質(zhì)。

分形（fractal）具有深刻的科學(xué)方法論意義，完美體現(xiàn)了科學(xué)與藝術(shù)審美的統(tǒng)一，其重要性不言而喻，曾有人說“一個人如果不熟悉分形，就不能被認(rèn)為是科學(xué)上的文化人”。在上世紀(jì)50年代，曼德爾布羅特（Benoit B.Mandelbrot）苦苦思索這一種新的幾何學(xué)，試圖統(tǒng)一描述自然界和人類社會中的各種不規(guī)則現(xiàn)象，如流體的湍動、曲折的海岸線、多變的天氣、動蕩的股市、棉花的價格波動，等等。分形利用迭代的方法制作相似圖形，構(gòu)畫出令人炫目又充滿遐想的圖案。人們對美的感受是在有序和無序的和諧搭配中產(chǎn)生的，好像在自然界中出現(xiàn)的事物——云、樹、雪花以及綿延的山脈的形狀。具體到物理形式上都是動態(tài)過程，有序的和無序的特定組合是動態(tài)過程的典型特征。這些圖形又證明了在理性的科學(xué)洞察力與感性的美學(xué)感染力之間可能建立一種內(nèi)在的聯(lián)系或一道橋梁。這兩種認(rèn)識模式在人類對自然的探究中開始結(jié)合起來［12］。

最高水平的藝術(shù)技巧，不是單純摹仿心目中認(rèn)為美麗的自然物品，而是研究自然物品，從中發(fā)現(xiàn)其之所以美的奧秘。我們贊賞藝術(shù)大師的作品，很大程度上是因為作者具有厚積薄發(fā)的智慧，在微妙的美感激發(fā)下對美的物品進行詮釋，是因為他們有感而發(fā)的情感在我們的心目中激起了美的回聲、美的折射。

曲線是世界和生命存在、運行、進化的基本形態(tài)：小到有孔蟲，大到橫無際涯太空中的渦旋星云，甚至包括人的情感和思維。但我們能確切地描述曲線嗎？假如能力無限的數(shù)學(xué)家們能夠用人類尚未發(fā)明出來的極其復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式準(zhǔn)確地描述其特征，我們才能想象生命或美是“絕對數(shù)學(xué)式”的。自然生物的發(fā)育程度越高，其原因則越難以解釋，必須符合的法則也就越復(fù)雜［13］。藝術(shù)和科學(xué)在面對世界時，在闡釋自然界的美時，所面臨的境遇是相似的，所采用的技巧也類同，這也是藝術(shù)與科學(xué)的殊途同歸、異曲同工之妙處。

3 形象思維與物理學(xué)的唯象理論

形象思維是指感覺器官（眼、耳、鼻、舌、身）所感受到的事物的表象為思維材料而進行的思維活動。表象是以前曾感知過的事物按一定順序記憶的形象的反映。

藝術(shù)來源于生活。繪畫、雕塑需要模特，需要對真實對象的描摹。作為畫家與雕塑師的達·芬奇，為了對人體結(jié)構(gòu)有精確的了解，不顧教會的禁令，親自解剖尸體，他的解剖畫作精細準(zhǔn)確，是真正的藝術(shù)杰作。藝術(shù)家在創(chuàng)作前，都要寫生、臨摹、觀賞，積累大量的素材。在創(chuàng)作前觀察，訓(xùn)練感官的敏感性，達到看得準(zhǔn)、聽得清、記得明，甚至是見常人所未見、聞常人所未聞的境界和體驗。有意識地將自身置于真實情境中，身臨其境。人的記憶“具體”總是勝過“抽象”的，沒有真實體驗，不能深刻理解，想象也就失去了基礎(chǔ)。進行形象比較，才能發(fā)現(xiàn)對象的特征，才能得出規(guī)律。模仿、繪畫必須臨摹名作，書法必須臨摹名帖，音樂、舞蹈、戲曲都要模仿名家的表演藝術(shù)與技巧。這一切都是形象思維的過程，藝術(shù)是形象思維的重要表現(xiàn)形式，形象思維的培養(yǎng)和發(fā)展是藝術(shù)學(xué)習(xí)、藝術(shù)創(chuàng)作中不可或缺的環(huán)節(jié)與重要途徑。

楊振寧曾講到，物理學(xué)有三個領(lǐng)域：實驗、唯象理論和理論架構(gòu)。唯象理論是介于實驗和理論架構(gòu)之間的研究，實驗與唯象理論合起來是實驗物理，唯象理論和理論架構(gòu)合起來是理論物理，理論物理的語言是數(shù)學(xué)。楊振寧認(rèn)為，物理學(xué)的發(fā)展從實驗開始，即自研究現(xiàn)象開始。第谷·布拉赫（Tycho Brahe）是實驗天文學(xué)家，做了大量的行星軌道的精密觀察和記錄，這屬于實驗的工作（觀察）。他的學(xué)生開普勒（Johannes Kepler）仔細地分析了布拉赫的數(shù)據(jù)，得出了著名的開普勒行星運動三大定律，這是唯象理論。牛頓在他自己的運動定律和開普勒三大定律的基礎(chǔ)上，創(chuàng)建了萬有引力理論，這就是理論架構(gòu)。18世紀(jì)末19世紀(jì)初，有大量的電學(xué)與磁學(xué)的實驗成果，包括安培（André-Marie Ampère）、庫 侖 （Charles-Augustin Coulomb）、法拉第（Michael Faraday）、歐姆（Georg Simon Ohm）等人發(fā)展出的一些唯象理論。最后由麥克斯韋運用他高超的數(shù)學(xué)天賦，歸納成麥克斯韋電磁場方程，進入了理論架構(gòu)的范疇［14］。當(dāng)然，像量子力學(xué)這樣的領(lǐng)域，在開始階段也是從實驗現(xiàn)象或唯象理論開始的，最后進入理論架構(gòu)，形成了龐大復(fù)雜的理論體系。而且，完全與人的日常生活和直接經(jīng)驗相脫離，形成了與經(jīng)典物理學(xué)完全不一樣的概念體系。

4 抽象思維與物理學(xué)理論建構(gòu)

一切優(yōu)秀的藝術(shù)作品反映現(xiàn)實，都進行了抽象處理，抓住事物主要的特征，通過簡單線條的組合，勾勒出藝術(shù)形象，達到真實的再現(xiàn)，或通過虛構(gòu)人物和情節(jié)，反映出真實的歷史和現(xiàn)實。

剪影、剪紙是藝術(shù)，表現(xiàn)的僅是對象的輪廓和主體特征，但是整體感受卻很逼真，很美。

畢加索（Pablo Picasso）是激勵了幾代藝術(shù)家的天才典范，是20世紀(jì)的藝術(shù)偶像，堪稱是“藝術(shù)界的愛因斯坦”。他的畫作《亞威農(nóng)少女》是將藝術(shù)引入20世紀(jì)的曠世名作。在這幅畫作中畢加索對空間進行突破性的探索，是應(yīng)用了普林斯特（Maurice Princet）向他描述的非歐幾何和第四維空間。柏格森（Henri Bergson）詩一般地向他談到時間和同時性，加上雅里（Alfred Jarry）異想天開又極具煽動性的介紹。最后，龐加萊（Jules Henri Poincaré）讓畢加索領(lǐng)悟了同時性和非歐幾何的真相。畢加索的立體主義新美學(xué)把形式簡約為幾何學(xué)，從而將繪畫的抽象發(fā)揮到了極致［15］。

小說、詩詞、辭賦、影視中的子虛烏有之構(gòu)則是眾人司空見慣的了。

中國書法是典型的抽象藝術(shù)。中國書法分為篆書、隸書、楷書、行書、草書?，F(xiàn)公認(rèn)最早的文字甲骨文屬篆書，大篆即籀文，《石鼓文》為其最早的刻石。鐘鼎上的銘文也稱金文，包括書體較多，有象形、古文、大篆、六國異文，小篆即秦篆，一直到清，歷代都有篆書之作。隸書始于秦，經(jīng)兩漢到三國得到廣泛使用?？瑫加谖憾⒂跁x，唐楷的發(fā)展達到書法史上楷書的頂峰。行書介于楷、草之間，晉代為行書的繁榮時期，王羲之的《蘭亭序》史稱天下第一行書，草書（章草、今草）源起于漢，流派紛呈［16］。中國書法最初是象形文字，而從篆到草，其抽象程度越來越高，離象形漸行漸遠。

愛因斯坦在陳述理論物理學(xué)的原理時說：“理論家的方法是把一般假設(shè)或原理用作基礎(chǔ)，并從中推導(dǎo)出結(jié)論?！薄叭欢?，只要作為推導(dǎo)基礎(chǔ)的原理尚未找到，個別經(jīng)驗事實對于理論家來說就幾乎毫無用處。事實上，單靠一些從經(jīng)驗中抽象出來的孤立的一般定律，他什么也做不成。面對著經(jīng)驗研究的個別結(jié)果，他將始終無能為力，直至找到那些能夠作為演繹推理基礎(chǔ)的原理。”［17］理論物理學(xué)的理論建構(gòu)基礎(chǔ)在于找到能夠作為推理依據(jù)的原理，而這樣的原理是從唯象理論中抽象出來的。愛因斯坦提出的狹義相對論、廣義相對論是這樣，普朗克（Max Karl Ludwig Planck）提出量子理論也是這樣，如今量子理論的發(fā)展，耗散結(jié)構(gòu)理論、混沌理論、超弦理論的形成又何嘗不是這樣。理論的抽象程度越來越高，對人的思維能力的要求也越來越高。

5 創(chuàng)新性思維與物理學(xué)創(chuàng)新

創(chuàng)新性思維是打破固有思維模式，從新角度、用新方式思考，從而得到別具一格、具有創(chuàng)造性的結(jié)論的思維方式。好奇心，動機，發(fā)散式、無定勢的自由思維，有助于創(chuàng)新性思維的形成，直覺、靈感、頓悟也是創(chuàng)新性思維的常見表現(xiàn)形式。

老年學(xué)歷教育是老年教育的重要組成部分，是教育價值觀演進的重要標(biāo)識，是教育供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革的重要內(nèi)涵，是推進教育現(xiàn)代化的重要舉措，是應(yīng)對老齡化社會的重要路徑，是加強民生工程的重要載體。2013年，經(jīng)江蘇省教育廳批準(zhǔn)，江蘇開放大學(xué)在全國率先開展老年本、?？茖W(xué)歷教育，采用在線學(xué)習(xí)、線下面授和個別輔導(dǎo)相結(jié)合的混合教學(xué)模式，使老年人接受正規(guī)學(xué)歷教育成為現(xiàn)實。經(jīng)過5年的探索和實踐，基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的老年學(xué)歷教育試點取得了多方面成果，實現(xiàn)了學(xué)歷繼續(xù)教育全民覆蓋，打通了學(xué)歷教育的“最后一公里”，為構(gòu)建和完善江蘇終身教育體系做出了有價值的探索和實踐，產(chǎn)生了廣泛的社會影響。

14世紀(jì)初，佛羅倫薩畫家喬托（Giotto di Bondone）發(fā)明了透視畫法，創(chuàng)造了一個組織空間的新方式，同時為藝術(shù)樹立起靜止時間的框架。另一名藝術(shù)家弗蘭西斯加（Piero Della Francesca）把陰影引入繪畫，這不僅有助于塑造形象，對透視也有重大作用，因為它能制造出深度這一幻象。隨著空間的第三維開始在繪畫中體現(xiàn)，真實世界中的第三維也進入人們的視野，大地是扁平的盤子，外面是模型的天界，天體在天界上東升西落。為解決火星運行等奇特現(xiàn)象，哥白尼（Nicolas Copernicus）提出了全新的見解，而這一解釋從根本上來說脫胎于科學(xué)家選定觀察位置。

1840年，俄國數(shù)學(xué)家羅巴切夫斯基（Nikolai Ivanovic Lobachevski）提出了非歐幾何，小鮑耶（Janis Bolyai）也幾乎在同時獨立地提出這一思想，在他們的幾何體系中，三角形內(nèi)角和小于180°。1854年，德國數(shù)學(xué)家黎曼（Geory Riemann）獨立地提出非歐空間，在他的體系中，三角形內(nèi)角和大于180°。在黎曼幾何中不存在平行線，兩點間最短的距離是弧線。在非歐幾何體系中，無論朝哪個方向，一直走下去最終都會回到自己原來的出發(fā)點。物體處于彎曲空間，其形狀會因所處空間位置不同而發(fā)生變化。

馬奈（édouard Manet）1863 年展出了大幅油畫《草地上的午餐》，1862年創(chuàng)作了《圖依勒雷花園的音樂會》，他的同時代人莫奈（Claude Monet）1894年創(chuàng)作了《魯昂的教堂》，1891年創(chuàng)作了《夏末黃昏的干草垛》。第三位巨擘塞尚（Paul Cézanne）在1902—1904年間創(chuàng)作了《圣維克托瓦山》，1888—1890年間創(chuàng)作了《果籃》。馬奈最先使水平線這條直線變成彎曲的，莫奈令清晰的邊界模糊起來，塞尚則讓桌子的直緣出現(xiàn)位錯。這三位畫家采用環(huán)形的視野，看到的是不聚焦的、彎曲的、多視點的景象。他們用非歐幾里德方式看世界，展開思維想象。

1905年，在塞尚去世的前一年，愛因斯坦提出了狹義相對論，在這石破天驚似的理論中，從那些有關(guān)空間、時間和光的優(yōu)美公式里，可以推出許多超乎常人想象的結(jié)論來（如尺縮、鐘慢、質(zhì)量變化、同時相對性、光速不變，等等），而這些結(jié)論與馬奈、莫奈和塞尚帶來的革新如出一轍［18］。1916年，愛因斯坦發(fā)表了廣義相對論，在廣義相對論中，時空是彎曲的，平行線能在遠處相交，向著一個方向前進會回到原出發(fā)點，哥哥可以比弟弟年輕，等等。簡直匪夷所思，但卻是真實的。

藝術(shù)家與物理學(xué)家之間并非心有靈犀，而是在創(chuàng)新性思維中有共識，有相似的規(guī)律。藝術(shù)和物理學(xué)在思維上是相通的，是可以相互借鑒的，是可以彼此促進、互為他山之石的。

直覺、靈感、頓悟等思維方式，是非邏輯的，在藝術(shù)創(chuàng)作和科學(xué)創(chuàng)造中起著巨大的、不可替代的作用。楊振寧語重心長地告誡人們“科學(xué)絕對不是只有邏輯”。費米（Enrico Fermi）通過直覺發(fā)現(xiàn)慢中子實驗，是科學(xué)史上膾炙人口的故事。倫琴（Wilhelm Conrad Rontgen）發(fā)現(xiàn)X光，貝克勒爾（Antoine Henri Becquerel）發(fā)現(xiàn)天然放射性元素，不能不說是靈感觸發(fā)下的創(chuàng)獲。當(dāng)然，機遇只偏愛有準(zhǔn)備的頭腦，直覺、靈感、頓悟并非神來之筆、純屬偶然，而是長期積累、不懈努力、精細觀察、深入思考與孜孜追求的產(chǎn)物。

文學(xué)杰作、詩詞佳構(gòu)、樂曲華章、傳世名畫無不與靈感相聯(lián)，確是“寂然凝慮，思接千載；悄焉動容，視通萬里”（劉勰：《文心雕龍》）。

楊振寧十分強調(diào)物理學(xué)創(chuàng)新中品味與風(fēng)格的重要性，這兩種思維對物理教學(xué)的啟示，我們在另外的論文中已進行過闡述［19］。

6 藝術(shù)、科學(xué)思維對物理教學(xué)的啟示

馬斯洛（Abraham Harold Maslow）曾說過：“一個有一點藝術(shù)家修養(yǎng)的科學(xué)家，比起一點藝術(shù)修養(yǎng)也沒有的同事來，是更好的科學(xué)家?！保?0］亞里士多德（Aristotle）、達·芬奇、費爾曼（Richard Phillips Feynman）、愛因斯坦都是杰出物理學(xué)家的典范，他們?nèi)〉玫目茖W(xué)成就，與他們深厚的藝術(shù)修養(yǎng)和廣博的文化知識有必然的相關(guān)性嗎？這令人想起我國杰出的科學(xué)家錢學(xué)森所提出的：“一個有科學(xué)創(chuàng)新能力的人，不但要有科學(xué)知識，還要有文化藝術(shù)修養(yǎng)，沒有這些是不行的?！卞X學(xué)森酷愛貝多芬的音樂，他的一生都是在貝多芬音樂的陪伴下度過的，無論是在美國求學(xué)的日子，還是被美國聯(lián)邦調(diào)查局逮捕后軟禁數(shù)年的艱難時刻，都是如此。正是音樂藝術(shù)以及這些藝術(shù)里包含的詩情畫意和對于人生的深刻理解，使得他豐富了對世界的認(rèn)識，學(xué)會了藝術(shù)的廣闊思維方法［21］。

由古德曼（Nelson Goodman）創(chuàng)建的美國哈佛大學(xué)的“零點項目”，用“零”表示人類對藝術(shù)認(rèn)知的規(guī)律一無所知，處于一種空白狀態(tài)?！傲泓c項目”的科學(xué)家們認(rèn)為，形象認(rèn)知和邏輯認(rèn)知有很多共同之處，可以互相彌補、互相促進，這兩種認(rèn)識方式對人類的思維起著重要作用。

我們撰寫本文，目的在于揭示藝術(shù)與科學(xué)在思維上的共同點，偉大的藝術(shù)創(chuàng)造和杰出的科學(xué)創(chuàng)新是相連的，科學(xué)家深厚的文化藝術(shù)素養(yǎng)是科學(xué)創(chuàng)新的催化劑、發(fā)酵素。反觀我們的基礎(chǔ)教育，特別是基礎(chǔ)教育中的科學(xué)教育，我們常常把藝術(shù)和科學(xué)兩者隔離開來，認(rèn)為是風(fēng)馬牛不相及的兩種思維方式，是不相容的兩種學(xué)習(xí)科目。我們欣賞博雅教育，我們贊同學(xué)生應(yīng)有寬厚的知識基礎(chǔ)，我們希望學(xué)生有廣泛的興趣和愛好，我們期盼既有精深的學(xué)術(shù)造詣又有廣博的文化藝術(shù)知識的創(chuàng)新型人才。

物理學(xué)是一個不可分割的整體，碎片化的物理知識構(gòu)成不了真正的物理學(xué)，因而物理學(xué)史上有很多通才科學(xué)家。如帕斯卡（Blaise Pascal）是哲學(xué)家、作家、神學(xué)家，也是物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家，還是發(fā)明家、企業(yè)家，在各個領(lǐng)域建樹甚巨。勒龐（Gustave Le Bon）是醫(yī)生，也是社會學(xué)家、社會心理學(xué)家、人類學(xué)家，還是思想家、發(fā)明家，當(dāng)然也是物理學(xué)家，他創(chuàng)作的《烏合之眾》一書被譽為“改變世界的20本書”之一。還有歐拉（Leonhard Euler）、托馬斯·楊、哈密頓（William Rowan Hamilton）、龐加萊、薛定諤（Erwin Schr?dinger）、彭羅斯（Roger Penrose）、丘成桐、楊振寧、錢學(xué)森……這一名單可以無休止地延續(xù)下去，他們都是氣度恢宏、有著通天徹地的學(xué)問、橫貫眾多領(lǐng)域的奇才。楊守敬曾經(jīng)說過，“天下有博而不精者，未有不博而精者也”，此之謂也。

物理教育絕對不只有枯燥的公式，繁瑣復(fù)雜的數(shù)學(xué)演算，也不是只有邏輯推理。物理學(xué)是美的，充滿著形象思維，充滿著想象，充滿著靈感；物理學(xué)是生動有趣的，充滿著創(chuàng)造。物理學(xué)與藝術(shù)是相映成趣的，它們有著共同的思維方式，有著共同的創(chuàng)造途徑。

7 結(jié)語

科學(xué)思維已成為與科學(xué)教育有關(guān)的各個學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)鍵因素，而且特別針對模型建構(gòu)能力、推理論證能力、批判質(zhì)疑能力、創(chuàng)新思維能力等提出具體而明確的要求。我們認(rèn)為，科學(xué)思維培養(yǎng)是科學(xué)教育的關(guān)鍵，處于中心地位，但是科學(xué)思維的培養(yǎng)不只是科學(xué)教育的任務(wù)，也不是只有在科學(xué)教育中才能養(yǎng)成科學(xué)思維，我們必須提高對藝術(shù)教育的重視，對文化藝術(shù)素養(yǎng)的全面養(yǎng)成給予關(guān)注，扎實的文化基礎(chǔ)、廣泛的愛好興趣、充分的藝術(shù)修養(yǎng)對科學(xué)思維的養(yǎng)成都是至關(guān)重要的，是不可或缺的。要改變對藝術(shù)教育和藝術(shù)素質(zhì)認(rèn)識上的偏見，擺正藝術(shù)教育在全面發(fā)展的人的培養(yǎng)中的地位，充分認(rèn)識藝術(shù)修養(yǎng)對科學(xué)創(chuàng)造性人才造就的價值。這樣，科學(xué)思維的培養(yǎng)才能達到目標(biāo)，創(chuàng)新型人才才能脫穎而出。