熊萬杰 戴占海 郭子政

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院應(yīng)用物理系 廣東 廣州 510640)

古文名句是中華傳統(tǒng)文化的載體，它的具體形式包括詩、詞、歌、賦、格言、成語、文言短句等.古文名句不同于物理語言，前者以求美為靈魂，從文化的角度提煉日常生活中的某種事實，或現(xiàn)實或修辭地(如比喻、夸張)進(jìn)入到聯(lián)想和情感的領(lǐng)空；而后者則以科學(xué)性和邏輯性為追求，以文字、圖表和數(shù)學(xué)公式為具體表現(xiàn)形式，以樸實、簡潔、嚴(yán)謹(jǐn)為基本特性.毋庸置疑，在物理教學(xué)中物理語言占主導(dǎo)地位，然而,在不違背科學(xué)原理,不拘泥于本意的前提下適當(dāng)引入古文名句，既能活躍課堂氛圍，提高教學(xué)效率,又能為培養(yǎng)文理兼通的人才,彌合人文和科學(xué)之間的隔閡貢獻(xiàn)力量，從而提升物理教育的內(nèi)涵.

1 古文名句融入物理教學(xué)的必要性

在物理教學(xué)中融入古文名句，是以學(xué)生喜聞樂見的形式闡釋、說明、論證物理知識、方法及思想.對學(xué)生而言，他們都潛移默化地受到過傳統(tǒng)文化的熏陶，或多或少有一定的文化基礎(chǔ)，一些耳熟能詳?shù)墓盼拿涑霈F(xiàn)在物理教學(xué)中，較為容易獲得他們的感知和認(rèn)同.對教師而言，句中蘊理、理中含韻，在物理教學(xué)中引入極富韻味和美感的古文名句既能展現(xiàn)物理之理，又能顯示文化之妙；既能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又能錘煉教師的教學(xué)藝術(shù).

1.1 有利于促進(jìn)人文與科學(xué)的融合

科學(xué)和人文的融合是社會和諧、人類發(fā)展的必然選擇.著名物理學(xué)家吳健雄曾指出，為了避免出現(xiàn)社會可持續(xù)發(fā)展的危機(jī)，當(dāng)前一個刻不容緩的問題是消除現(xiàn)代文化中的兩種文化——科學(xué)文化和人文文化——之間的隔閡[1].人文科學(xué)與自然科學(xué)的相互滲透響應(yīng)了時代的呼喚，古文名句是中華傳統(tǒng)文化幾千年文明的結(jié)晶，是經(jīng)過歷史演化、沉淀的人文精髓；物理學(xué)是自然科學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科，是人類探究、認(rèn)識甚至是改變自然的重要成果.從這個意義上來說，古文名句融入物理教學(xué)，不僅是中華傳統(tǒng)文化與物理學(xué)的融合，更是人文與科學(xué)的融合統(tǒng)一.

1.2 有利于培養(yǎng)文理兼通的人才

科技創(chuàng)新呼喚文理兼通的高素質(zhì)人才.從人的左右腦平衡開發(fā)的角度講，物理學(xué)習(xí)需要左腦開展理性思維和邏輯思維，而傳統(tǒng)文化的學(xué)習(xí)需要右腦來進(jìn)行感性思維和形象思維，左右腦的相互溝通意味著把邏輯思維和形象思維更好地融合起來，這大大有助于喚醒創(chuàng)造的潛能.因此，將古文名句融入物理教學(xué)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、語言表達(dá)能力和分析解決問題的能力，并在認(rèn)識上跨越人文科學(xué)與自然科學(xué)的知識鴻溝，開闊視野，實現(xiàn)全面發(fā)展.

2 古文名句釋物理學(xué)知識

古文名句的意韻總是比直接顯現(xiàn)的形象和平淡無奇的描述更為深遠(yuǎn)和更具吸引力，學(xué)生更樂于接受.因此,應(yīng)盡量用凝煉、淺顯、豐富、和諧的古文名句創(chuàng)設(shè)某一意境，把事物本質(zhì)的深微處表現(xiàn)出來，幫助學(xué)生把物理學(xué)的難點知識與從文學(xué)意境中得到的感性認(rèn)識聯(lián)系起來，感悟物理學(xué)的真諦，從而達(dá)到突破難點的目的.根據(jù)教學(xué)實踐，以下略舉幾例予以說明.

2.1 參考系

運動具有相對性，為描述物體的運動而選的標(biāo)準(zhǔn)物叫做參考系.參考系的選取是任意的，但不同的參考系對同一物體運動情況的描述是不同的.例如，站在運動著的船上的人手中拿著一個物體，在同船的人看來它是不動的，但岸上的人看到它和船一起動，這是因為船上的人以船為參考系，而岸上的人以岸為參考系.事實上我國西漢成書的《尚書緯·考靈曜》中，就有類似的描述：“地恒動不止，而人不知，譬如人在大舟中，閉牗而坐，舟行不覺也.”這里人不知地動，是因為人以地為參考系；而人不覺舟行，是因為人以舟為參考系.又如,唐代李白《早發(fā)白帝城》中“兩岸猿聲啼不住，輕舟已過萬重山”，船上的人以“萬重山”為參考系，船在運動；如果船上的人以船為參考系，則會得出船不動,山在動的感官結(jié)果.再如,宋代詞人柳永《蝶戀花》中的“衣帶漸寬終不悔，為伊消得人憔悴”，此處以人為參考系，衣帶變寬了；反之,若以衣帶為參考系，則是人變瘦了，變憔悴了.

2.2 勢能

“勢能”是力學(xué)中的一個重要概念，它起源于對保守力做功的分析.保守力做功只與物體的始末位置有關(guān)，與過程無關(guān)，而且其大小為具有能量量綱的兩個表達(dá)式的差值.這兩個表達(dá)式都是相互作用與相對位置的乘積，據(jù)此引入“勢能”的概念.既然包括相互作用這一項，那么，勢能就是屬于系統(tǒng)的，即勢能是因系統(tǒng)內(nèi)各物體間保守力的作用而存在的.機(jī)械能守恒定律中包含勢能這一項，初學(xué)者總以為該定律是針對某一物體而言的，殊不知既然描述物體動能與勢能之間的轉(zhuǎn)換，機(jī)械能守恒定律一定是針對某一系統(tǒng)的.為幫助學(xué)生理解勢能的概念，可引入唐代杜甫《登高》中的名句“無邊落木蕭蕭下，不盡長江滾滾來”來營造意境.從物理學(xué)的角度來說，“落木”之所以“下”是由于受到了地球引力的作用，“不盡長江滾滾來”則揭示著水的重力勢能轉(zhuǎn)化為“滾滾”動能.這里無論是“落木”還是“滾滾長江水”，都與地球構(gòu)成一個系統(tǒng)，它們所受的重力都是來自于地球的引力，因而“木”和“水”的勢能是屬于系統(tǒng)的.勢能又是與相對位置有關(guān)的能量，成語“蓄勢待發(fā)”中的“勢”可理解為勢能，勢能需要“蓄”，怎么“蓄”呢？將物體放在相對高處就有了重力勢能.有了“勢”，才能“發(fā)”，“發(fā)”的過程就是將勢能轉(zhuǎn)化為動能的過程.

2.3 熵增原理

熵增原理說明了熱力學(xué)過程進(jìn)行的方向，孤立系統(tǒng)進(jìn)行不可逆過程時，系統(tǒng)的熵要增加，而熵增加意味著能量品質(zhì)的退化.例如，煤和石油的燃燒，盡管燃燒前后能量仍然守恒，但是熵增加了，能量品質(zhì)退化了，這也許可以說明煤和石油的不可再生性質(zhì).熵是個抽象的概念，玻爾茲曼認(rèn)為熵S與微觀狀態(tài)數(shù)W之間存在S=klnW，熵增加的過程就是系統(tǒng)微觀狀態(tài)數(shù)增加的過程，是系統(tǒng)從有序趨于無序的過程.自然界任何熱力學(xué)過程都不可能自動地復(fù)原，要使系統(tǒng)從終態(tài)回到初態(tài)必需借助外界的作用，由此可見，熱力學(xué)系統(tǒng)所進(jìn)行的不可逆過程的初態(tài)和終態(tài)之間有差異，這種差異決定了過程的方向.例如，成語“覆水難收”，說的就是熵增加的過程，熵增加意味著潑出去的水較未潑之前微觀狀態(tài)數(shù)增多，更加趨于無序，因而“難收”，即無序不能自發(fā)地回到有序，潑出去的水難以回到原來的狀態(tài).又如，李白《將進(jìn)酒》中“君不見黃河之水天上來，奔流到海不復(fù)回；君不見高堂明鏡悲白發(fā)，朝如青絲暮成雪”.說的也是熱力學(xué)過程具有不可逆性，在沒有外力的情況下(即孤立系統(tǒng))，奔流到海的黃河水不能再回到“天”上(或者說地勢高的地方)，而早晨的青絲到了晚上變成了白發(fā)，該過程也是不可逆轉(zhuǎn)的.

2.4 氣體分子速率分布的歸一化

2.5 磁介質(zhì)磁化與電介質(zhì)極化

順磁質(zhì)的磁化是指當(dāng)順磁質(zhì)處在外磁場中時，在磁力矩的作用下，各分子磁矩的取向都具有轉(zhuǎn)到與外磁場方向相同的趨勢而出現(xiàn)附加磁場，附加磁感強(qiáng)度遠(yuǎn)小于外磁場的磁感強(qiáng)度，因而，順磁質(zhì)是一種弱磁質(zhì).但是鐵磁質(zhì)因為有磁疇的存在，其附加磁感強(qiáng)度比外磁場的磁感強(qiáng)度在數(shù)值上一般要大幾十倍到數(shù)千倍，甚至達(dá)到數(shù)百萬倍.如果用古文名句來描述這種情況，那就是“青出于藍(lán)而勝于藍(lán)”，“青”指附加磁場強(qiáng)度，“藍(lán)”代表外磁場，正是因為在外磁場的作用下才出現(xiàn)附加磁場，因而“青出于藍(lán)”；而附加磁場的磁感強(qiáng)度遠(yuǎn)大于外磁場的磁感強(qiáng)度，則是“青勝于藍(lán)”的佐證了.由此引申開去，順磁質(zhì)的磁化就是“青出于藍(lán)而弱于藍(lán)”了.與此類似，電介質(zhì)在外電場的作用下，出現(xiàn)極化電荷，極化電荷產(chǎn)生的電場強(qiáng)度小于外電場的電場強(qiáng)度，也是“青出于藍(lán)而弱于藍(lán)”.而處于外電場中的導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡后，感應(yīng)電荷激發(fā)的感應(yīng)電場與外電場的強(qiáng)度相同，那就是“青出于藍(lán)而等于藍(lán)”了.

2.6 衍射

機(jī)械波和電磁波都有衍射現(xiàn)象，衍射又稱為繞射，是波遇到障礙物或小孔后通過散射繼續(xù)傳播的現(xiàn)象.以單縫衍射為例，衍射條紋中明紋的寬度與縫寬成反比，與入射波長成正比，即波長一定時，單縫寬度越小，圖樣越寬，衍射效應(yīng)越明顯；若縫寬一定，入射波長越長，衍射角越大，衍射效應(yīng)越明顯.日常生活中聲波的波長大于光波，因而，對于同一縫而言，聲波比光波的衍射效應(yīng)更明顯.用“未見其人先聞其聲”可以說明這種情況.按理說光速遠(yuǎn)大于聲速，同時發(fā)出的光和聲音應(yīng)該是光先被人所感知，例如，人們往往先看到閃電，后聽到雷聲.“未見其人先聞其聲”與此相反，那是因為此問題的核心在于波的衍射強(qiáng)弱問題，而不是傳播快慢問題，也就是說對于同一個障礙物，聲波較光波的衍射效應(yīng)更為明顯，因一般情況下聲音比光的波長要長，聲音繞過障礙物的能力比光要強(qiáng)，所以，還未看到人就聽到了他的聲音.又如成語“隔墻有耳”，原本出自《管子·君臣下》：“墻有耳，伏寇在側(cè).墻有耳者，微謀外泄之謂也.”其意思是說隔著一道墻，也有人偷聽.從物理學(xué)的角度來說，它也是說明聲波的衍射，即聲音繞過圍墻為外人所探知.事實上，包括成語在內(nèi)的古文名句的誕生總是基于人們的生活實踐，否則為什么不說“隔墻有眼”呢？那是因為一般圍墻的高度為幾米，而聲波的波長一般可達(dá)十幾米，比圍墻的高度要長，所以，它能發(fā)生明顯的衍射繞過高墻，使墻外的人聽到；而光波的波長較短(400～760 nm)，遠(yuǎn)小于高墻尺寸，所以，人身上發(fā)射出來的光不能衍射到墻外，墻外的人就無法看到墻內(nèi)的人.

3 古文名句釋物理學(xué)方法和思想

物理學(xué)是立體的、全面的，物理知識背后隱藏的方法論、文化性更能陶冶人的情操，充實人的心靈.在古文名句中往往能找到一些與物理學(xué)方法所對應(yīng)的描述.如無限延伸思維方法，伽利略的“理想斜面實驗”，就是利用無限延伸思維，得出力不是維持物體運動的原因.而王勃的“落霞與孤鶩齊飛，秋水共長天一色”正是無限延伸思維的典型代表.又如，對比聯(lián)想方法，德布羅意將實物粒子與光做對比而得出實物粒子也具有波粒二象性；而李白的“桃花潭水深千尺，不及汪倫送我情”就是將潭水之深與感情之深做了對比；杜牧的“停車坐愛楓林晚，霜葉紅于二月花”將霜葉之紅與二月花之紅做了對比……

此外，有些古文名句本身就蘊涵著豐富的哲理，用其來描述物理學(xué)思想具有得天獨厚的優(yōu)勢，下面以互補(bǔ)性原理和統(tǒng)一性原理為例來展開.

3.1 互補(bǔ)性原理

量子力學(xué)是20世紀(jì)物理學(xué)的輝煌成就之一.量子力學(xué)理論的創(chuàng)立者之一尼爾斯·波爾以“互補(bǔ)性原理”作為他理解量子現(xiàn)象的元哲學(xué)，他認(rèn)為：“一些經(jīng)典概念的任何確定應(yīng)用，將排除另一些經(jīng)典概念的同時應(yīng)用，而另一些經(jīng)典概念在另一種條件下卻是闡明現(xiàn)象所同樣不可缺少的.”其基本思想就是要完整地獲得關(guān)于微觀客體的知識，必須使用兩組既相互排斥又相互補(bǔ)充的經(jīng)典物理學(xué)概念，只有這些經(jīng)典概念的總和才能提供整體性量子現(xiàn)象的完全圖景.協(xié)調(diào)互相對立、彼此排斥的波動和粒子這兩種描述的唯一辦法，就是對經(jīng)典概念加以非經(jīng)典的應(yīng)用.于是反映波動性、粒子性互相排斥的兩幅微觀世界的圖景只不過是互為補(bǔ)充的一副圖景.“存在的相反形式終究會統(tǒng)一成一個實體，這就是互補(bǔ)原理”[1],它不僅對微觀客體的表現(xiàn)給予了協(xié)調(diào)一致的解釋，而且還點綴出量子力學(xué)形式體系的思想靈魂，已經(jīng)成為支撐哥本哈根學(xué)派思想大廈的柱石[1].

互補(bǔ)原理的精髓在于在一個概念體系中允許存在著矛盾，存在著不相容之處，而中國古代道家思想則善于把看似不相容的東西融合在一個體系當(dāng)中.老子“萬物負(fù)陰而抱陽”，陰陽相生相勝、相反相成，由一分化為二，萬物都由兩種性質(zhì)上相反的對立面而構(gòu)成.莊子“吾求之于陰陽”、“吾又奏之以陰陽之和”、“吾又欲官陰陽，以遂群生”，反映了對矛盾的對立面——陰陽之間相互依存、彼此聯(lián)結(jié)、相互促進(jìn)、互相推動、互相滲透、互相貫通的理解以及對“陰陽同一”的欲求.也就是說我們所處的世界，或者其中任何具體事物，都是二元對立而又統(tǒng)一的，都在對立面的互生互動中不斷運行發(fā)展(如太極圖之陰陽消長)[1].1937年，波爾到訪中國，他發(fā)現(xiàn)自以為最得意的科學(xué)創(chuàng)見——互補(bǔ)思想，居然在中國古代文明中早就是一塊哲學(xué)的基石，感到十分震驚，后來還根據(jù)中國古代的太極圖來設(shè)計他的族徽[2].

宋代張載在闡述事物的運動變化時，也引進(jìn)了事物對立統(tǒng)一的觀念.他說：“兩不立，則一不可見，一不可見，則兩之用息.”這是因為任何一物總是有虛實、動靜、聚散和清濁等相反的特性，從而造成了“循環(huán)迭至，聚散相蕩，升降相求，絪溫相楺，蓋相兼相制，欲一之而不能”(見《正蒙·參兩》).由此可見，張載已認(rèn)識到自然界中總存在正、反兩個方面，一切自然變化，無非是正、反兩方面相互斗爭、運動變化的結(jié)果.

3.2 統(tǒng)一性原理

統(tǒng)一性原理承認(rèn)物質(zhì)世界具有共同的物質(zhì)性.牛頓在其《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中的 “哲學(xué)中的推理法則”中的第二條認(rèn)為“對于自然界中同一類結(jié)果，必須盡可能歸之于同一種原因”.[1]愛因斯坦也說：“從那些看來與直接可見的真理十分不同的復(fù)雜現(xiàn)象中認(rèn)識到它們的統(tǒng)一性，那是一種壯麗的感覺.”[1]正基于這種認(rèn)識，愛因斯坦晚年近30年的時間致力于統(tǒng)一場論的研究.

傳統(tǒng)文化中的天人合一思想和物理學(xué)的“統(tǒng)一性原理”具有相似的思想內(nèi)核.“天人合一”是中國古典哲學(xué)的基本觀念之一，是指人和自然在本質(zhì)上是相通的，故一切人和事均應(yīng)順乎自然規(guī)律，達(dá)到人與自然和諧.如老子說：“人法地，地法天，天法道，道法自然.”即表明人與自然的一致與相通.《禮記·中庸》記載：“誠者天之道也，誠之者，人之道也.”認(rèn)為人只要發(fā)揚“誠”的德性，即可與天一致.而董仲舒則明確提出：“天人之際，合而為一”，這已成為兩千年來儒家思想的一個重要觀點.

4 小結(jié)與展望

文學(xué)與自然科學(xué)是矛盾統(tǒng)一的，科學(xué)和文化的融合是社會和諧、人類發(fā)展的必然選擇.作為自然科學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科，物理課程的優(yōu)化一直得到了廣泛的關(guān)注.作為中華傳統(tǒng)文化的主要載體，古文名句對民族語言的健康發(fā)展有極大的推動作用.將古文名句融入物理教學(xué)一方面將物理知識化抽象為形象，有助于從文學(xué)的維度給物理學(xué)注入新的靈魂，以新的思維方式去領(lǐng)悟、理解物理學(xué)；另一方面又有助于糾正當(dāng)前教育中科學(xué)與人文分化的傾向[3]，促進(jìn)科學(xué)與人文的融合.如果說這種融合是一串珍珠的話，我們只是擷取了其中的一兩顆，卻也觀察到了璀璨的光芒.相信在科學(xué)與人文相融合的大背景下[4]，古文名句融入物理教學(xué)會越來越發(fā)人深省，越來越異彩紛呈.

參考文獻(xiàn)

1 倪光炯,王炎森.物理與文化——物理思想與人文精神的融合(第二版) .北京：高等教育出版社，2009.5,50～51,195,287～289

2 羅發(fā)海,程民治.“道”與現(xiàn)代物理學(xué).合肥：安徽大學(xué)出版社，2006.59

3 熊萬杰.將中華傳統(tǒng)文化思想融入物理教學(xué)之初探.物理與工程，2009(2)：35～37

4 熊萬杰,袁鳳芳,溫景立.中華傳統(tǒng)文化中有關(guān)物理學(xué)以及方法論的知識.物理通報，2011(2)：85～88