鄒萬芳 羅 穎

(贛南師范大學物理與電子信息學院 江西 贛州 341000)

物理·科學·文化

基于物理與美術平行發(fā)展史的學科融合教學模式研究*

鄒萬芳 羅 穎

(贛南師范大學物理與電子信息學院 江西 贛州 341000)

物理和美術是人類文明成果的兩種表現形式，雖各有特點，但追求的本質是相同的，都在各自的領域里對自然和社會進行細致地觀察和創(chuàng)新性地描述．物理與美術共同的主題是時間和空間，諸多內容是基于對稱與不對稱之間的相互影響．通過在教學中融入物理與美術的平行發(fā)展歷程以及共通點，探索出一條學科融合文理貫通的新的教學改革模式．

物理 美術 平行發(fā)展 共通 學科融合

“我們國家怎樣才能培養(yǎng)出杰出人才？” 這是著名的“錢學森之問”．大學之“大”不在于占地面積多么大，經費的額度多么大，而在于學科交叉的潛能有多大，為“大跨度聯想”提供的空間有多大．在西方，從古羅馬的“七藝”教育到當今的常春藤大學，無不強調文理的貫通．

現在比較常見的教育模式讓學生認為自然科學和人文科學是分立的兩個軌跡運行，分別代表理性思想和感性思維．知識的增長是一個漫長的過程，人文和自然科學的融合對這個過程是有幫助的．

然而在物理學科教學和人才培養(yǎng)中，如何具體實現學科交叉，文理貫通，如何具體建立人文科學和自然科學的聯系．這是教育工作者面臨的一個很具體也很棘手的問題．關于物理理論之美、物理實驗之美以及物理現象之美的探討很多．

本文試圖從另一個角度物理與美術的平行發(fā)展歷程的角度，探索文理之間是相通的，是相互影響和相互促進的．

1 物理與美術都是人類認識自然過程中創(chuàng)造性活動的成果

科學泰斗愛因斯坦曾說過：“音樂和物理學領域中的研究工作在起源上是不同的，可是被共同的目標聯系著，這就是對表達未知的東西的企求．”[1]著名物理學家李政道也指出：“事實上如一個硬幣的兩面，科學和藝術源于人類活動最高尚的部分，都追求著深刻性、普遍性、永恒和富有意義．”[2]美國著名物理學家戴維·玻姆也說過：“就物理學充滿真知灼見而言，它實在是藝術．”[3]這些知名學者的觀點，都充分反映出了美術和物理的發(fā)展真諦．

物理與美術都是人類社會認識自然過程中創(chuàng)造性活動的成果，只是屬于兩個不同的分支而已．依據系統(tǒng)科學的觀點，美術和物理擁有共同的根基，同屬于人類社會生產的文化認知，卻又從不同的角度以多種方式反哺于社會生產．為了闡釋物理和美術之間的發(fā)展關系，本文采用語義的方法予以說明[4]．對比圖1和圖2關于自然的客觀語義三角和主觀語義三角，我們可以看出，物理和美術都是人類在認識自然過程中創(chuàng)造性活動的成果．物理學家通過探索物質運動的基本原理和規(guī)律認識思考自然，如圖1所示.美術家則通過審美、情感和想象力認識描繪自然，如圖2所示[5]．

圖1 自然的客觀語義三角

圖2 自然的主觀語義三角

縱觀美術和物理的進步，都是以人類的創(chuàng)造力為基礎，從不同的角度認知自然，并以特有的方式進行表現，共同成長于社會生活的土壤中，汲取養(yǎng)分，如同孿生兄弟一樣，彼此相望，枯榮相依，興衰與共[6]．它們在不同的角度運用自己特有的專業(yè)方式方法去追求真理，反映人類社會發(fā)展的真諦．

2 物理與美術具有平行的發(fā)展歷程

眾所周知，物理和美術是對自然的兩種不同認知方式，物理學以物質運動的客觀世界為研究對象，要求精確嚴格，而美術則表現奔放，展示主觀混沌的世界，甚至體現了一些虛幻和夢想，但物理和美術卻有著平行發(fā)展的歷程．美國著名學者史萊因在《藝術與物理學》中指出，凡是創(chuàng)新篇的藝術創(chuàng)造，凡是開先河的物理研究，都會探究到實在的本質． “科學上存在這樣的情況，即科學發(fā)現出現之后，人們發(fā)覺它對物質世界的描述早已被以往的藝術家以奇妙的方式放入了自己的作品．”[7]這是對物理與美術歷史淵源的追溯，足以反映出物理和美術擁有平行的發(fā)展歷程．

首先，物理和美術在意識形態(tài)和微觀機制上都是相互影響的，物理學關注物質運動的客觀世界，美術的諸多創(chuàng)作靈感正是源于此，而物理學的抽象和建模也包括了許多美術化的思想和理念，是多種美術形態(tài)的總結和概括[8]．也就是說，物理和美術是共同存在和發(fā)展的，既有以美術為導向的物理，如牛頓的經典力學理論使人們見到了“萬花筒式的混亂的自然界”，愛因斯坦的相對論也是諸種美學形態(tài)的匯集；也有建立在物理基礎之上的美術，如印象派繪畫就是建立在物理學中的色光原理基礎上的，如法國畫家莫奈的《印象：日出》，就是這樣的一副典型作品[9]．

再從它們涉足的研究領域來看，對于外部世界的探討，經常是殊途同歸[10]．如：美術之父喬托在繪畫過程中感悟出透視原理并進行了積極的應用，形成了獨特的繪畫風格和特色．喬托擺脫了傳統(tǒng)畫派的束縛，他以真實的自然為基準，然后融入自己的情感和想象力，創(chuàng)造活靈活現的特色作品，如《金門相遇》、《基督下十字架》和《猶大之吻》．后來，通過馬薩喬、烏切洛、弗蘭西斯加和阿爾貝提等人的不斷總結和完善，西方寫實主義畫派正是在此基礎上建立并發(fā)展起來．300年后物理學中牛頓的絕對時空觀與這種寫實主義畫派有個共同點，那就是對現實的模仿．時空觀對于事物運動的表述，是絕對和永恒的，而判斷物體的運動與否，是需要一定參照物的，亦稱參考系．喬托之后200年，物理學之父伽利略研究物體運動狀態(tài)時引入了參考系，開啟了物理學發(fā)展的新紀元．藉此可以證明，物理學和美術的發(fā)展歷程是相互獨立，但卻意外地得到了本質上相同或相近的結果，亦或結果之間擁有較強的聯系．

隨著社會的進步，愛因斯坦于1905年提出了狹義相對論，否定了絕對參考系的觀點，即在一個參照系中觀察到的時間(空間)間隔在另一個參照系中表現為空間(時間)效應．在不久之后的1907年，畢加索的繪畫杰作《亞威農少女》也從絕對時空跨越到相對時空，未來主義畫派在繪畫中體現了時間的變化，運用了幾何化的四維時空表現手法，使得時間空間同時展現在繪畫中，這也是西方立體主義畫派的開創(chuàng)之作，與愛因斯坦的狹義相對論的時空觀不謀而合[11]．無論是愛因斯坦還是畢加索，他們的發(fā)現和創(chuàng)作，在各自的領域里都是顛覆性的．美國學者米勒在《愛因斯坦·畢加索——空間、時間和動人心魄之美》中，用比較管理法把愛因斯坦和畢加索的生平傳記進行了深入的調查和研究，驚奇地發(fā)現，愛因斯坦對物理的研究和畢加索對美術的探索是平行前進的[12]．美國作家施泰因也說過，“‘畢加索可能看到的事情，有它自己的實在，這個實在不是我們看到的事物的實在，而是事物存在的實在．’這句話也同樣適合于愛因斯坦．”米勒和施泰因的觀點都可以表明，20世紀的物理和美術是平行發(fā)展的．

以馬蒂斯為首的野獸主義畫派，用顏料管擠出來的色彩進行作畫，以顏色變化引起視網膜的振動，突出浪漫主義或神秘主義的形象，由此，色彩成為了繪畫作品中最重要的組成部分．野獸主義畫派運用顏色變化實現了光的革命，他們認為：物體的色彩完全是任意的，色彩就是繪畫的根本目的，野獸派領袖法國畫家弗拉芒克曾說過：“我們擺弄色彩，就和擺弄火藥一樣，目的是讓它們轟轟烈烈地發(fā)出光來．”而此時物理學家已認識到不同顏色的本質是不同波長的光，具有代表性的是麥克斯韋提出的電磁波理論，這是物理學史上的第二個里程碑[13]．

自1910年開始，沒有情節(jié)的抽象型繪畫開始在歐洲流行起來，典型代表人物是康定斯基，其作品《第一幅抽象水彩》是“無意”中創(chuàng)作的，標志著美術史上對客觀現象的最后突破．后來的《即興21a》，更是具象繪畫到抽象繪畫過渡時期的典型作品，它屬于康定斯基無意識中突然產生于精神內部的東西．物理學史上的量子物理理論也是普朗克“無意”中獲得的，從普朗克到德布羅意的科學探索猶如康定斯基作品的成長歷程，對自然的認知不約而同的從形象具體走向抽象深奧，他們是20世紀的抽象主義藝術家和量子物理學家[14]．

總之，物理與美術是人類對自然描述的兩個不同但又相互平行、互補的方面，它們都經歷了從觀察自然到描繪自然，進而思考自然的平行發(fā)展歷程．

3 物理與美術的共同主題是時間和空間

時間和空間是所有人用身體器官和心靈去感知自然界時首先要觸及的東西，物理學者研究世間萬事萬物的本質，關注是物質運動的客觀世界，而物質運動的基本形式就是時間和空間，同樣，美術家在創(chuàng)作時，也是對時間和空間的好奇和深度感悟．1897年2月，與梵高、塞尚齊名的法國后印象派畫家高更在傳世杰作《我們從哪里來？我們是誰？我們往哪里去？》中，采用夢幻的畫面方式，以獨特的單純、粗放、遠古、唯美的裝飾風語言，對生命和宇宙尋求答案，暗寓著畫家哲理性的對生命意義的追問，把讀者引入似真非真的時空延續(xù)之中．1988年的愚人節(jié)，當代最杰出的理論物理學家霍金的傳世杰作《時間簡史》問世，它與高更的作品相距近百年的時間，同樣提出了人類對世界的認知度問題，用通俗易懂的文字，對遙遠星系、黑洞、“時間箭頭”等進行了詳細的闡述，解答了人們宇宙是什么樣的、空間和時間以及相對論等疑問．通讀全文，再來思考狹義相對論以及時間、宇宙的起源等，就會如夢初醒，迎刃而解．高更和霍金，分屬不同的年代、民族和國家，職業(yè)背景差異明顯，探索的問題在本質上卻是相同的，都是對宇宙的來龍去脈有無限的追問，憑著一顆好奇心在自己的專業(yè)領域里自由地翱翔．因此，可以說，物理與美術的共同主題是時間和空間．

4 物理與美術的諸多內容是基于對稱與不對稱之間的相互影響

從美學的觀點來看，由于欣賞視角的不同，既存在對稱美，也存在非對稱美．對稱反映萬維宇宙“無”的特征，它是一種圓滿；不對稱反映單元宇宙的生命之力，不同就說明有生機，對稱中含有不對稱的差異，不對稱中又有對稱的影子，對稱與不對稱之間還可以相互轉換．

觀察我們的日常生活，無論是自然的還是人為的，對稱無處不在，如動植物的軀體、潔白的雪花、絢麗的花瓣，還有雄偉的建筑和精美的工藝品等，這些美毋庸置疑都以多樣化地形式體現在美術的發(fā)展史中．在物理學中，也有許多有趣的對稱現象，如力的相互作用、軸對稱、球對稱、旋轉對稱、時空對稱、抽象對稱和規(guī)范對稱等，還有一些對稱性的術語，正電和負電，南極和北極，并聯和串聯等．物理學中最具有影響力的對稱美當屬那些守恒定律，如左右對稱與宇稱守恒、時間對稱與能量守恒、空間對稱與動量守恒、電磁對稱與最小作用原理等．依照對稱的規(guī)律來研究物理問題，無疑也會大大降低難度．

無獨有偶，不對稱在美術中也是常見的．法國19世紀著名畫家柯鑼的《孟特芳丹的回憶》就是一幅典型具有不對稱特色的作品，傾斜的枝干凸顯出婀娜多姿的舞蹈美．人物畫中，側坐的人物姿態(tài)更加優(yōu)美、形象更自然和舒展大方．梵高1888 年2 月的作品《割掉耳朵后的自畫像》中三角形不對稱的臉孔，揭示了他性格中令人不可捉摸卻又令人感動的一面，給世人留下了深刻的印象．名揚世界的維納斯雕像殘缺的雙臂也是不對稱美的重要作品，我國的陰陽圖也是一個非對稱分割的圓．物理學中有哪些不對稱現象和規(guī)律呢？生物體內蛋白質的分子也呈不對稱的結構形式，宇宙中的絕大多數星系都不是球對稱的，1956年的圣誕節(jié)，美籍華裔女物理學家吳健雄證明：宇稱在弱相互作用中不守恒，也即左右對稱被破壞，它顛覆了自然定律中的左右交換下的對稱性[15]．

從上文的論述中，我們不難發(fā)現，物理與美術的諸多內容是基于對稱與不對稱之間相互影響的．

5 結束語

美術是指利用一定的平面或空間進行創(chuàng)作的藝術，它主要包括繪畫、雕塑、建筑和設計等多個門類，美術來源于生活，融入靈魂和思維，是藝術家們通過藝術活動把自然現象和社會生活反映出來，其中融入了藝術家的情感和思想觀念等元素．物理的發(fā)展從伽利略至今，主要研究時間、空間、物質和能量及其相互之間的聯系等問題，注重以客觀實際為依據，對自然界中發(fā)生的現象予以剖析，認知其發(fā)展規(guī)律．物理學中描述的現象及其規(guī)律不以物理學家的意志為轉移，但是在什么時候和用什么方式去探索和剖析物理現象，卻依賴于學者們的創(chuàng)造力．

多數人以為，物理和美術之間相隔著不可逾越的鴻溝，但追根溯源，物理與美術追求的本質是相同的，都在對自然和社會進行細致地觀察和創(chuàng)新性地描述．縱觀物理和美術的發(fā)展歷程，時空是它們的永恒主題，同屬人類在認知自然過程中創(chuàng)造性活動的成果，二者擁有平行的發(fā)展歷程．

把物理與美術的平行發(fā)展歷程和共通點融合到物理學科教學工作中，讓學生在學習物理的過程中融入藝術教育，從而使得學生對物理的理解能夠更加形象和深刻，并對物理學習產生濃厚的興趣．讓理工科的學生認識到嚴謹抽象的物理理論也具有形象生動的一面，也可以讓藝術專業(yè)的學生感受到物理知識的藝術魅力，有利于不同專業(yè)學生之間的相互交流和合作．

1 許良英.愛因斯坦文集(卷1)．北京: 商務印書館. 1977.246

2 李政道．科學與藝術．自然雜志，1997，19(1):1～5

3 施大寧.時間與空間——物理與藝術的共同主題.民主與科學，2006(3) :48～49

4 Frege G. On Concept and Object.Oxford: Oxford University Press.1892.42

5 Igal Galili, Barbara Zinn. Physics and Art ——A Cultural Symbiosis in Physics Education. Science & Education，2007(16):441～460

6 程民治.從科學與藝術的和諧性看物理科學美.合肥工業(yè)大學學報(社會科學版),2004,18(6):165～170

7 史萊因著．藝術與物理學——時空和光的藝術觀與物理觀．暴永寧，吳伯澤，譯．長春：吉林人民出版社,2001.32

8 王麗萍，馬賢榮. 硬幣的兩面:物理與藝術. 物理教學，2015，37(9)：78～80

9 楊正瓴,楊正穎,王鳳梅. 印象派繪畫與狹義相對論物理學比較研究. 天津大學學報(社會科學版)，2001，3(4):315～319

10 劉兵. 在物理學與藝術之間對世界之認識的平行性——以愛因斯坦與畢加索為例.科學，2004，56(6):42～4511 楊翠云,劉海英.從物理和藝術的平行發(fā)展談物理教學的藝術之美.桂林師范高等?？茖W校學報，2010，24(4): 189～191

12 米勒著．愛因斯坦·畢加索——空間、時間和動人心魄之美．方在慶，伍梅紅，譯．上海：上海科技教育出版社，2003.63

13 施大寧. 物理與藝術．北京:科學出版社，2010.79～80

14 Annarita Angelini,Rossella Lupacchini.The Art of Science.Springer International Publishing，2014.66～67

15 楊建鄴. 物理學之美． 北京： 北京大學出版社， 2011. 181～191

ResearchonTeachingModeofDisciplineIntegrationBasedontheParallelDevelopmentHistoryofPhysicsandArt

Zou Wanfang Luo Ying

(Department of Physics and Electronic Information, Gannan Normal University, Ganzhou, Jiangxi 341000)

Physics and art are the two manifestations of human civilization. Although there are different characteristics,the pursuit of the essence is the same.They are all meticulous observation and creative description of nature and society in their respective fields.It is found that the common themes of physics and art are in space and time. That is mutual influence between symmetry and asymmetry based on physics and art.Through putting the parallel development progress and the commons of physics and art into the teaching,the new reform mode in education is explored by the discipline integration of arts and sciences.

physics; art; the parallel development; commons; discipline integration

*2014年江西省藝術科學規(guī)劃項目，項目編號：YG201408；2015年校級教學改革研究課題“視覺藝術作品在物理課程教學中的應用探討”.

鄒萬芳(1981- )，女，講師，主要從事激光技術及其應用方面的研究.

2017-03-07)