解世雄（嘉應(yīng)學(xué)院，廣東梅州 514015）

?

“天人合一”觀念對物理教學(xué)的啟示

解世雄
（嘉應(yīng)學(xué)院，廣東梅州 514015）

摘 要物理文化是西方文化的精髓，而“天人合一”則是中華文化的核心概念，兩者本無交集．學(xué)生學(xué)習(xí)物理的困難激發(fā)筆者四處尋找靈感，這里用“天人合一”統(tǒng)整筆者的一些實(shí)踐案例．首先談?wù)勎锢斫處煹木綉B(tài)；其次介紹“天人合一”的觀念；最后敘述“天人合一”對物理教學(xué)的幾點(diǎn)啟示：構(gòu)建階梯課堂，構(gòu)建活的課堂，構(gòu)建人性化課堂，構(gòu)建審美課堂．

關(guān)鍵詞天人合一；物理教學(xué)；課堂

1 物理教師：人在囧途

20世紀(jì)70年代流行一句口號：“學(xué)好數(shù)理化，走遍天下都不怕”，在筆者心中如同春風(fēng)化雨，物理多么神圣，多么令人向往．恢復(fù)高考的當(dāng)年（1977年12月），筆者參加高考并被錄在師范大學(xué)物理系，班上60個同學(xué)，師大教師子弟就有6個，可想而知當(dāng)年物理教師專業(yè)有多熱門．

“三十年河?xùn)|，三十年河西”，當(dāng)前物理學(xué)科降溫到不可思議的地步．人民教育出版社彭前程先生在為我校師生作報告時，列舉國內(nèi)對中學(xué)生調(diào)查的一組數(shù)據(jù)：

在“令人最厭惡的學(xué)科”中物理排名第二；最難學(xué)的學(xué)科物理排名第一．

如今，物理學(xué)專業(yè)在師范院校中淪落為最不受歡迎的專業(yè)，而在與近幾屆的學(xué)生座談交流中，學(xué)生反映最強(qiáng)烈的困惑是：“學(xué)不懂，沒有用”．這個問題在筆者頭腦中縈繞多年也難以真正解決，這是一個物理共同體的問題，個人的力量太渺小，寫出來讓物理教育家們共同去思考、解決．

筆者在地方高校工作33年，深知基礎(chǔ)物理教師工作之不易，物理專業(yè)前沿研究對實(shí)驗(yàn)條件要求高，國際同行水準(zhǔn)高，這個國際性的學(xué)科，基礎(chǔ)物理教師職稱晉升不易，教學(xué)難以激起學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣．老師身在囧途，照本宣科，念PPT成為常態(tài)，物理教學(xué)就這樣惡性循環(huán)．客觀地說，相當(dāng)多的物理教師缺乏深厚的教育理論，缺乏國際教育的理念，更沒有自己的教育概念，缺乏科學(xué)史哲知識，缺乏中華文化功底，用接受訓(xùn)練時的理科思維做教育之事，不能做的做不了，能做的沒動力做好．

本人多年研究物理文化，終于明白，“物理文化不只是知識體系，更是時代文化的組成部分；物理教育不只是概念和規(guī)律的演繹，更是高尚文化的傳承與創(chuàng)新．”［1］

在中國進(jìn)行物理文化教育，避不開中華文化的影響．筆者以為，中華傳統(tǒng)文化可以在某些方面彌補(bǔ)物理文化見物不見人的冷漠，給物理教育一些營養(yǎng)．

2 “天人合一”觀念簡釋

“天人合一”是耳熟能詳?shù)囊痪涑烧Z，歷經(jīng)兩千多年的演化、傳承，經(jīng)久不衰．20世紀(jì)80年代中期張岱年的一篇《中國哲學(xué)中的‘天人合一’思想剖析》引發(fā)熱議．目前，期刊網(wǎng)收錄的以“天人合一”為題的論文竟多達(dá)1924篇，核心期刊406篇．

筆者不想介入這場考證和爭論，而憑借自己的眼光去選擇一些能為我所用的觀點(diǎn)，以激發(fā)物理教師的靈感．

中國古代學(xué)者關(guān)于“天人合一”的論述多而雜，李申先生從《四庫全書》中共找到二百余條明確表述“天人合一”的材料．發(fā)現(xiàn)“天”包含5層意思：（1）天是與人發(fā)生感應(yīng)的存在；（2）天是賦予人以吉兇禍福的存在；（3）天是人們敬畏、侍奉的對象；（4）天是主宰人，特別是主宰王朝的存在；（5）天是賦予人仁義禮智本性的存在［2］．

而馮友蘭先生則歸納為：“一是物質(zhì)之天，即與地對應(yīng)的天；二是主宰之天，即所謂黃天上事，有人格的天；三是命運(yùn)之天，即人生中無可奈何的東西；四是自然之天，即自然運(yùn)動變化；五是義禮之天，即宇宙的最高原理與法則．”［3］

由此可見，“天人合一”是一個典型的哲學(xué)概念，與所有哲學(xué)概念一樣，它經(jīng)歷了漫長的形成、提煉、詮釋、泛化、爭論的過程．這樣形成學(xué)術(shù)概念常常作為后人靈感來源，幫助啟發(fā)人們思考相關(guān)問題，幫助相關(guān)學(xué)科成長．

在對天人關(guān)系的認(rèn)識上，中國古代形成了兩種不同的觀念：一是天人合一，認(rèn)為天是與人相通的，關(guān)聯(lián)的，天道與人道一致的，合二為一的；另外是天人相分，認(rèn)為天與人，自然界與人類相互轉(zhuǎn)化的，各有各的屬性和規(guī)律［4］．而贊成天人合一方向是學(xué)術(shù)界的主流方向．

孔子在《論語》中“知天命”“畏天命”涉及了人天關(guān)系的領(lǐng)悟．

道家的一些思想也反映了天人合一的思想，老子說：“人法地，地法天，天法道，道法自然”［5］，道法自然，順應(yīng)自然．

莊子認(rèn)為，天與人本來就是合一的，“天地與我養(yǎng)生，而物與我為一”［6］．

關(guān)于“天人合一”西漢董仲舒的格言：“天有喜怒之氣，哀樂之心，與人相副，從類合之，天人一也”［7］．

古人“天人合一”的理論概括似乎比較玄乎，但是我們考察中國古代人們的生活則可以清晰地看到，天人合一是一種生存狀態(tài)，一種古代人類的生存智慧．例如：游牧民族的生存方式逐水草而居；而農(nóng)耕民族則春播冬藏，不違農(nóng)時；靠山吃山，靠水吃水．人們的活動受天地氣候的影響，日出而作、日落而息．一切重大社會活動講究天時、地利、人和，這些都是天人合一思想的體現(xiàn)和實(shí)踐基礎(chǔ)．

3 “天人合一”對物理教學(xué)的幾點(diǎn)啟示

物理學(xué)的理論體系，本質(zhì)上是從亞里士多德開啟的西方理性思維方法，伽利略的實(shí)驗(yàn)方法，牛頓的歸納與數(shù)學(xué)化方法發(fā)展起來的，中華文化對之并無貢獻(xiàn)．但是任何文化都有其局限，也有其合理部分．分析東西方科學(xué)文化，我們不能簡單地說誰比誰更好、更優(yōu)秀．東西方文化是可以互補(bǔ)的人類文化．著名物理學(xué)家海森堡說過：“在人類思想發(fā)展史中，最有成效的發(fā)展幾乎總是發(fā)生在兩種不同思想的交匯點(diǎn)上，他們可能發(fā)源于人類文化中十分不同的部分、不同的時期、不同的文化環(huán)境或不同的宗教傳統(tǒng)．”

物理教學(xué)和物理學(xué)不同，教學(xué)離不開人，離不開學(xué)生的興趣與理解記憶．物理教學(xué)方法的創(chuàng)新，如同烹飪方法的創(chuàng)新一樣，不同文化烹飪方法的交融與啟發(fā)，可以創(chuàng)作出眾多新鮮的式樣，滿足我們的需要．從中華智慧中獲取靈感，更加關(guān)注學(xué)生，關(guān)注學(xué)生的感受，根據(jù)教師的特長創(chuàng)造性地進(jìn)行有特色有個性化的物理教學(xué)．天人合一在科技史上無大貢獻(xiàn)，但是，確可以啟發(fā)物理教學(xué)的靈感：

3．1 人生有階段，規(guī)律有層次，構(gòu)建階梯物課理堂

我們的教材，尤其是大學(xué)物理教材基本上是按照學(xué)科內(nèi)在邏輯體系所寫，為了盡可能簡短地、邏輯嚴(yán)密地構(gòu)造知識體系，一本教材不外乎實(shí)驗(yàn)、概念、定律、定理和數(shù)學(xué)推導(dǎo)，而科學(xué)方法，價值觀，科學(xué)人物等文化要素完全被擠掉，或者說教材呈現(xiàn)給學(xué)生的是后現(xiàn)代科學(xué)階段的物理學(xué)，沒有歷史上的發(fā)現(xiàn)與爭論，也沒有物理學(xué)家的喜怒哀樂與探究，更沒有方法論突破帶來的變化．大學(xué)生說“學(xué)不懂”這就非常正常，因?yàn)樗麄儾豢赡苁翘觳偶尤牛異垡蛩固故枪J(rèn)的最聰明的人，他說過一句話：“當(dāng)數(shù)學(xué)家進(jìn)入廣義相對論研究領(lǐng)域，我越來越看不懂了．”

我在與學(xué)生的座談中聽到最多的是：“學(xué)不懂，沒有用”．這要求我們物理老師反思，我認(rèn)為首先要給學(xué)生分析所謂懂的幾個層面（或階梯）：

（1）知道的“懂”——現(xiàn)象感知；

（2）方法論的“懂”——方法提煉；

（3）知識結(jié)論的“懂”——結(jié)論的理解；

（4）數(shù)學(xué)推導(dǎo)的“懂”——數(shù)學(xué)應(yīng)用．

教材和老師基本上是重現(xiàn)（3）、（4），而（1）、（2）往往被忽略．教材因?yàn)槠邢蓿梢院喡?，但是教師要還原生動的過程和方法給學(xué)生，因而物理教師要心中有物理學(xué)家進(jìn)行探索的故事，要準(zhǔn)確掌握物理學(xué)科發(fā)展的方法與變遷．物理學(xué)像一個英雄老人，我們僅是給青少年談?wù)撚⑿劾先说某墒焖枷牒屠碚?，必然枯燥乏味，我們?yīng)通過故事還原他的精彩人生，學(xué)生才會更加敬重，更加親近物理學(xué)．

物理教師可以根據(jù)學(xué)生的需求和接受水平，對教學(xué)的具體知識進(jìn)行目標(biāo)分析，明確告訴學(xué)生哪些知識是僅僅需要知道，哪些是需要理解，哪些是需要掌握，而需要掌握的知識，并非都有精細(xì)量化，更多的是掌握方法和應(yīng)用．我們中學(xué)老師灌輸給學(xué)生的“懂”，實(shí)際是應(yīng)試的“懂”，這種“懂”成為學(xué)生學(xué)習(xí)大學(xué)物理的心理障礙，老師一定要讓學(xué)生懂得物理的多樣化、多層面，降低他們的學(xué)習(xí)難度和心理恐懼．

3．2 人是活的，天也是活的，構(gòu)建活的物理課堂

根據(jù)形式邏輯的基本理論，我們的思維過程可以簡化為概念、判斷、推理，而物理學(xué)則是把紛紜復(fù)雜的大千世界理想化，進(jìn)而找到邏輯起點(diǎn)．物理理論通常由基本概念、定律、定理構(gòu)成，而應(yīng)用則只是鋪墊和延伸．從理論上看，這是再完美不過的體系啦，但是這種美要經(jīng)過長期訓(xùn)練，成為科學(xué)家級別的智者才能感受得到．

對于學(xué)生來說，活生生的自然界變成了一些難以理解的干巴巴的概念和數(shù)學(xué)公式，而學(xué)物理的過程就是背概念、記公式、背樣題、解目標(biāo)題、考試，成為費(fèi)曼批評的自我繁衍系統(tǒng)．精英教育時期這樣做沒有問題，因?yàn)樗袑W(xué)習(xí)者都將從事科學(xué)或工程專業(yè)，而當(dāng)今信息化時代，從事工程和科學(xué)（或科學(xué)教育）的人遠(yuǎn)比學(xué)習(xí)物理的人少得多，他們看不到學(xué)習(xí)的直接用處，又找不到學(xué)習(xí)的樂趣，問題就出來了．

筆者在講解加速度概念時，曾經(jīng)讓兩個學(xué)生到教室前面來做轉(zhuǎn)圈比賽，引入轉(zhuǎn)動加速度．“學(xué)完加速度概念知識后，可以讓學(xué)生探究人類對于加速度的感知與忍耐極限問題的研究．加速度是一個客觀存在的物理現(xiàn)象，我們每個人都對它有所感知，但是我們是被動的，甚至我們并不知道，我們每個人對加速度都有一個耐受極限．有些人耐受強(qiáng)（殲擊機(jī)駕駛員、宇航員），有些人耐受弱（很怕坐車的女性），當(dāng)他們承受較大加速度時（如坐太空穿梭、過山車等），他們的反應(yīng)完全不同．這個問題可以有多種設(shè)計和研究方案．也可以利用動物進(jìn)行輔助試驗(yàn)．”［8］

講完能量轉(zhuǎn)換與守恒定律后，組織學(xué)生討論動物和人的胖瘦問題，會非常生動有趣．有一位女生認(rèn)為保持良好身材，需要多吃肉，因?yàn)槿馐硠游锒冀∶溃硪晃粍t認(rèn)為吃草可以健美，如牛、馬、羊等．通過討論學(xué)生得到比較正確的認(rèn)識：動物或人從食物吸收的能量與其運(yùn)動消耗的能量的增量成為胖瘦的關(guān)鍵因素．

當(dāng)然，這類的討論是活的，能夠激發(fā)學(xué)生的思維，顯然不能代替知識的“主食”，但是這種“香料”必不可少．

3．3 人、天規(guī)律相似，構(gòu)建人性化的課堂

物理學(xué)中的許多規(guī)律不僅適用于物，也適用于人．因?yàn)槿撕吞於伎煽醋鲝?fù)雜系統(tǒng)．

例如，量子力學(xué)中狀態(tài)函數(shù)的歸—化條件是一個很難理解的概念，但是如果我們用人的變化規(guī)律來類比就非常簡單，我們知道人的死亡是確定無疑的，是100%的，即歸—化的．而各種因素導(dǎo)致的死亡方式，對個人不確定，病死、車禍、自殺、天災(zāi)、戰(zhàn)爭等各有一定的概率，而各種概率的總和為1，這也是歸一化．

另外，熱力學(xué)第二定律關(guān)于熱力學(xué)狀態(tài)的不可逆性問題，即熵增加原理dS＞0，揭示了封閉系統(tǒng)的規(guī)律．學(xué)生很難理解其統(tǒng)計解釋．

與此類似，我們?nèi)说膹纳剿?，從小到大到老也是一種不可逆的過程．如李白的“君不見黃河之水天上來，奔騰到海不復(fù)還，君不見高堂明鏡悲白發(fā)，朝如青絲暮成雪．”

如果熱力學(xué)系統(tǒng)是開放的，即從外界吸收信息、能量系統(tǒng)就會走向有序．這就是普利高津解決了的物理系統(tǒng)的退化和生物系統(tǒng)進(jìn)化的矛盾的精髓．

如前所述，地表水事實(shí)上是一個開放系統(tǒng)，從太陽吸收陽光的能量成為一個可逆過程．而李白看到的地球系統(tǒng)是不可逆過程．

當(dāng)我們講到熵這個非常令人頭痛的問題時，我們需要大膽地與人聯(lián)系起來，就會化枯燥為生動，化抽象為具體，讓學(xué)生終生難忘．

例如，改革開放前，廣東雖然對海外開放，但是三大民系（客家民系、潮汕民系、廣府民系）相對封閉．改革開放三十多年北方人口大遷徙后，廣府民系的后代相當(dāng)多呈現(xiàn)雜交優(yōu)勢，平均身高估計提高5cm．也就是說人在一個相對封閉的系統(tǒng)就會受熱力學(xué)第二定律即不可逆地退化的制約，即近親繁殖必然退化，系統(tǒng)開放親緣關(guān)系越遠(yuǎn)就越有利于優(yōu)生．類似的問題，如果在同一塊土地上種莊稼，不換種，不換土，幾代以后就退化，開放即換種或換土才能持續(xù)豐收．

再如，麥克斯韋速率分布是一個枯燥的公式也很難理解．如果我們用人來類比問題就迎刃而解了．怎樣類比呢？身高——速度；年齡——溫度，地域——分子密度，即可以得到在同一地域、同一民系下，身高與年齡的分布關(guān)系，類似速率分布問題．

總之，我們可以找到許多有意思的案例加到物理課堂，把學(xué)生的學(xué)習(xí)推向一個人化的、促進(jìn)思維發(fā)展的課堂．

3．4 天是美的，人是美的，構(gòu)建審美的物理課堂

追求美是人的文化天性，每個人都有審美的潛質(zhì)，吃飽飯就有審美需要，會審美，人就不寂寞，創(chuàng)造了美，人就幸福．人們在闡釋天人合一的內(nèi)涵時，認(rèn)為人與環(huán)境的和諧，熱愛與保護(hù)自然環(huán)境乃是天人合一的現(xiàn)代啟示，因此在物理課堂中滲透美育，使學(xué)生通過感受自然之美從而培養(yǎng)其熱愛自然的情感，使學(xué)生了解物理學(xué)及其相關(guān)技術(shù)發(fā)展的美妙歷程，使學(xué)生知道決定物理學(xué)道路的物理學(xué)家的故事與審美，使學(xué)生了解最美的物理實(shí)驗(yàn)及其對科技進(jìn)步與社會發(fā)展的影響．

生活中美的東西很多，文學(xué)就是最善于煽情、抒情，制造意境之美，而科學(xué)之美的感知需要長期的思考和學(xué)習(xí)，優(yōu)質(zhì)物理課堂的一個重要任務(wù)就是帶領(lǐng)學(xué)生去感知和欣賞各種物理美．

物理美有許多經(jīng)典案例：古希臘的自然觀是真實(shí)而美麗的；牛頓運(yùn)動定律、萬有引力定律、麥克斯韋方程組是簡捷而美麗的；愛因斯坦相對論方程是相信美是自然最高準(zhǔn)則，而大膽放棄伽利略變換，選擇洛倫茲變換而發(fā)明出來的；狄拉克的反物質(zhì)理論完全是建立在對稱的美學(xué)原理基礎(chǔ)上的，丁肇中等一批科學(xué)家至今還在尋找反物質(zhì)等．

我們每個物理教師要構(gòu)建自己的物理美學(xué)系統(tǒng)并引導(dǎo)學(xué)生建立相應(yīng)的系統(tǒng)．我經(jīng)過長期的思考就有一個明確的物理美系統(tǒng)：

最美的方法與原理系統(tǒng)，如理想化方法、模型法、分類法、歸納法、類比法、實(shí)驗(yàn)法、統(tǒng)計法、估算法、探究法等；簡單性原理、統(tǒng)一性原理、守恒原理、對稱原理、對應(yīng)原理、互補(bǔ)原理、可觀察原理．［9］

最美的物理概念：如時間、位移、速度、能量、熵、溫度、電子、電阻、干涉、光譜、原子核等；

最美的物理規(guī)律：物理規(guī)律之美集中體現(xiàn)在物理公式上面，天體和地球上紛繁復(fù)雜的各種機(jī)械運(yùn)動，用把它們的相互關(guān)系表現(xiàn)出來．

1877年玻耳茲曼從統(tǒng)計的觀點(diǎn)出發(fā)提出如

下著名公式：

微觀粒子的波粒二象性公式E＝hν，P＝h／λ，不但表現(xiàn)了二象性的統(tǒng)一，也表現(xiàn)了二象性的互補(bǔ)，互補(bǔ)和統(tǒng)一都表現(xiàn)了和諧美．

愛因斯坦著名的質(zhì)能方程E＝mc2，僅用3個物理量之間的簡單函數(shù)關(guān)系，既揭示了物體具有的能量跟它的質(zhì)量之間的關(guān)系，又解釋了核反應(yīng)的質(zhì)量虧損現(xiàn)象，這充分體現(xiàn)了物理規(guī)律的簡捷美．

由于篇幅關(guān)系最美的物理實(shí)驗(yàn)就不再敘述．

總之，物理美體現(xiàn)在物理現(xiàn)象中，體現(xiàn)在物理概念中，體現(xiàn)在物理規(guī)律中，體現(xiàn)在物理研究方法中，體現(xiàn)在探究過程中．物理美是質(zhì)樸的美，是統(tǒng)一和諧的美，是對稱的美，是實(shí)在普適的美．大美無爭，與做各種事情一樣，物理教學(xué)做到最高境界就是審美境界．

參考文獻(xiàn)

［1］［9］ 解世雄．物理文化與教育［M］．北京：科學(xué)出版社，2009，封面：27．

［2］ 李申．天人合一說［M］．北京：國家圖書館出版社，2013：1．

［3］ 馮友蘭．中國哲學(xué)史［M］．上海：生活讀書新知三聯(lián)出版社，2008：46．

［4］ 胡化凱．中國古代科學(xué)思想二十講［M］．合肥：中國科技大學(xué)出版社，2013：77．

［5］ 道德經(jīng)．第十五章．

［6］ 莊子．齊物論．

［7］ 董仲舒．春秋繁露陰陽義［M］．上海：上海古籍出版社，1991：8．

［8］ 解世雄．物理教學(xué)論課程的理論與實(shí)踐探究［M］．廣州：廣東高等教育出版社，2013：51．

REVELATION OF PHYSICS TEACHING BASED ON THE CONCEPT OF UNITY OF HEAVEN AND MAN

Xie Shixiong
（Jiaying University，Meizhou，Guangdong 514015）

AbstractPhysical culture is the essence of western culture，while core concept of the Chinese culture is unity of heaven and man．Originally，there is no interaction between them．However，difficulties about learning physics faced by students stimulated me to looking around for inspirations．Here，some practical cases are introduced with the concept of unity of heaven and man．Firstly，we talk about the embarrassment of physics teachers．Secondly，we introduce the ideal of unity of heaven and man．At last，we discuss some points of revelation to physics teaching based on the unity of heaven and man including the construction of ladder class，the construction of live class，the construction of humanized class，and the construction of aesthetic class．

Key wordsunity of heaven and man；physics teaching；class

作者簡介：解世雄，男，教授，主要研究方向?yàn)槲锢砦幕⑽锢碚n程與教學(xué)論．mzxsx＠163．com

收稿日期：2015－03－03