物理美学思想探析

左庆峰

(贺州学院 机电学院，广西 贺州 542899;华南师范大学，广东 广州 510631)

引 言

在人类探究宇宙奥秘、揭示自然规律的伟大历程中，物理与美学结下了不解之缘。作为自然科学的物理本身虽然不是美学，但它与美有着水乳交融的联系。在对物理世界的探索过程中，物理学家基于对物理美学内涵的深刻理解，并运用美学观点进行探索研究，从而取得了辉煌成果。所以物理学家对物理学的探索过程，就是对物理美学的创造、鉴赏、再创造的过程。虽然我们不是物理学家，但我们是物理教学工作者，研究和推广物理美学思想，并将其应用到实际工作中，为推进物理新课程改革作出应有的贡献，这是我们义不容辞的责任。鉴于此，本文拟对物理美学思想进行一些探索。

1 物理美学的概念

1．1 美学的发展和建立

“对汉字中‘美’的原意，《说文解字》这样说:‘美，甘也，从羊从大。羊在六畜主给膳也，美与善同意’”。‘美’与羊有关，这表明‘美’是人类审美意识自觉化的一种体现。在人类社会的发展进程中，人类的生命活动始终与“美”相伴，“审美意识的出现推动着审美活动的发展。在这种交互作用中，人类在审美实践中日益发展起来的审美意识，经过杰出人物的总结、概括，通过理论形式表达出来，便产生了美学思想”［1］8－9。

美学一词来源于希腊语aesthesis。最初的意义是“对感观的感受”。由德国哲学家亚历山大·戈特布利·鲍姆加登首次使用的。1750年他的《美学(Aesthetica)》一书的出版标志了美学做为一门独立的学科的产生。

1．2 美学与物理学

美学在传统古典艺术的概念中通常被定义为研究“美”(Sch＆ouml;nheit)的学说。现代哲学将美学定义为认识艺术、科学、设计和哲学中认知感觉的理论和哲学。一个客体的美学价值并不是简单的被定义为“美”和“丑”，而是去认识客体的类型和本质。

现代学者认为，“美学不是美，而是与美有关的科学”;“美学不属于自然科学，而属于人文科学”［1］1;“美学是研究人类审美活动规律的人文科学”［1］6。

“美学以审美活动为研究对象，而审美活动是人类社会生活的一部分，是人的生命活动和文化活动，无论是作为审美活动的客体，还是作为审美活动的主体，又都与人类其他活动相关，具有与时代、与社会、与自然、与人类不可分离的综合性。美学与其他学科也往往互渗互融，具有学科之间的广泛关联性［1］21－22。”

物理学是一门揭示物理存在与运动规律的自然科学。它科学地揭示了自然规律，同时也展示了自然、人类与科学的艺术魅力。物理中有自然的美，也有科学和艺术的美。在物理学发展的过程中，物理学家在探索物理学规律的艰辛旅程中，一方面总是伴随着对美的热烈追求，另一方面又强烈的表现出他们精神上的种种美德。他们既是物理学家，又是物理美学大师。可见，物理与美学的结合是一件十分自然而又必然的事情。

1．3 物理美学

笔者认为，物理美学是研究物理探究过程中的审美活动规律的一门学问。物理美学是物理与美学相交叉的学科，是科学美学在物理学科上的具体表现，作为哲学体系中最重要的美学和作为自然科学基础的物理学相联系的物理美学本身就是一个博大精深的学科，它所研究的对象是自然科学研究中的美学性质和美学表现。关于物理美学这门学科的建立，还需要进行系统的理论研究，形成完整的学科体系，对广大的物理学工作者来说，还有大量的工作要做，在此暂且不做深入阐述，笔者只想借物理的美学表征来论述自己对物理美学思想的理解。

2 物理美学思想概论

2．1 物理美学思想的实质

所谓的物理美学思想，笔者认为就是人们在探索物理世界的过程中所表现出来的那种追求真、善、美的人生态度、价值观念以及从事物理研究所特有的思维方式和方法。它是具有物理特色的美学思想。它是物理学工作者的灵魂和行动指南。

2．2 物理美学思想的主要内容

笔者认为物理美学思想的主要内容应该包括物理人生观、物理价值观、物理审美观和物理方法论。

2．2．1 物理人生观

人生观是指人们对人生问题的根本看法。主要内容是对人生目的、意义的认识和对人生的态度，具体包括公私观、义利观、苦乐观、荣辱观、幸福观和生死观等。至于物理人生观，笔者认为，是指物理学工作者在从事物理学工作过程中所形成的风格独特的人生观。

古往今来，许多伟大的物理学家，都给大家展现着他们独具物理特色的人生观。从他们的实际行动中我们可以体会到他们对人生观所作出的非同寻常的诠释。正如布拉格所说:“他们(指科学家)的成就有一种价值，他们赖以工作的精神则有另一种价值，并且后者的价值远比前者更值得向往。可以正确地说，一些最伟大的科学家，世界从他们的生活中比从他们的发现中得到的更多”，“他们对真理的崇敬和追求真理的无私奉献比他们所建立的定律有更高的价值”;爱因斯坦说:“照亮我的道路，并且不断地给我新的勇气愉快地正视生活的理想，是善、美和真”，“探索真理比占有真理更为可贵”，“追求客观真理和知识是人的最高和永恒的目标”，“凡是小事上对真理持轻率态度的人，在大事上也是不可信的”;玻恩说:“没有一种科学是同生活绝对脱离的，即使是最沉着的科学家同样也是一个人;他希望是正确的，希望看到他的直觉被证实;他希望成名，希望成为一个有成就的人。这样一些希望，正像对知识的渴望一样，是他工作的动机”;薛定谔说:“真正的科学家宁可容忍无知，也不靠猜测填补知识的空白”，“坚定不移地面对一个未知的事物，而且将它作为进一步探索的促进因素和路标，在科学家心中是自然而然的和必备的气质”;杨政宁说:“常常有同学问我做物理工作成功的要素是什么?我想要素可以归纳为三个P:Perception——眼光，看准什么东西，就抓住不放;Persistence——坚持，看对了就坚持;Power——力量，有了力量能够闯过关，遇到困难你要闯下去。”从中可见，物理学家们对人生目的、意义的认识是以追求真理(即追求真善美)为人生目标，以探索和获取真理为生命动力;对人生的态度是在真理面前永远做一个虚心的学习者和探索者，脚踏实地地工作，遇到困难永不放弃。

2．2．2 物理价值观

价值观是指一个人对周围的客观事物(包括人、事、物)的意义、重要性的总评价和总看法。而物理价值观，笔者认为是指物理学工作者对价值问题的根本看法，包括对价值的实质、构成、标准的独特认识。

纵观物理学的发展史，我们会发现许多物理学家也为我们树立起了光辉的价值典范。正如富兰克林所说:“我们在享受着他人的发明给我们带来的巨大益处，我们也必须乐于用自己的发明去为他人服务”;爱迪生说:“我的人生哲学是工作，我要揭示大自然的奥妙，为人类造福”;汤姆孙说:“我坚持奋战五十余年，致力于科学的发展。用一个词可以道出我最艰辛的工作特点，这个词就是‘失败’”;法拉第说:“希望你们年轻的一代，也能像蜡烛为人照明那样，不一分热发一分光，忠诚而踏实地为人类伟大事业贡献自己的力量。”从中可见物理学家们的价值观是以为人类谋福利为己任，甘愿将自己毕生的精力甚至生命投入到探索物理世界的奥妙中。

2．2．3 物理审美观

审美观是指人对美的理解和评价。而物理审美观，笔者认为是指物理学工作者在探索物理世界的过程中所领悟到的对物理美的理解和评价。

“许多近代、现代的大物理学家，都从各个角度强烈表述他们深深感受到的物理的美［2］121。”居里夫人说过:“科学的探索研究，其本身就含有至美。”英费尔德也指出:“当你领悟到一个出色的公式时，你会得到同听巴哈的乐曲一样的感情。”玻姆说:“就物理学充满真知灼见而言，它实在是艺术”。波尔发现电子模型后，爱因斯坦赞叹道:“这是思想领域中最高的音乐神韵。”爱因斯坦曾经描述说，物理学是至善至美的科学，他还特别把物理的美归纳为“简单、和谐、完善、统一”。杨振宁在《美与物理》一文中曾谈到:“物理学原理有它的结构，这个结构有它美和妙的地方。而各个物理学工作者，对于这个结构不同的美和妙之处，有不同的感受”。这是杨振宁对物理美的重要观点，曾被广泛引用［3］35。“物理美在近、现代物理学家的成果中展示得更加充分。爱恩斯坦的相对论，被众多的物理学家誉为优雅绝美的伟大艺术品”［2］122。由此可见，物理审美观集中体现在物理学家对物理规律的认识、探索以及对研究成果的评价中。在他们眼里，物理学的美，是一种艺术的美，但它又与艺术美有很大的不同——物理学的美完全建立在“真”之基础上，是真和美的统一。

2．2．4 物理方法论

方法论是指人们认识世界、改造世界的一般方法，是人们用什么样的方式、方法来观察事物和处理问题。而物理方法论，笔者认为是指物理学工作者在探索物理世界的过程中发现问题、思考问题和解决问题的方式和方法。

在物理学的发展史上，很多物理学研究方法被物理学家们发现并被广泛采用，不断推动着物理学的研究向前发展。比如有演绎法、归纳法、实验法、类比法、等效法、近似法等等。每一种研究方法在人们研究物理的过程中都获得过伟大的成功而受到大家的推崇和效用。随着物理研究的不断深入和发展，“现代科学方法更注重多种方法的辩证统一(如归纳与演绎、理论与实践、逻辑与直觉等)，爱恩斯坦的大量论述是这种科学方法的突出代表”。对物理方法的研究还产生了高于一般具体方法而介于哲学原理与物理理论之间的物理方法论原理。主要有:简单性原理、统一性原理、数学化原理、守恒原理、对称性原理、对应原理、互补原理、可观察性原理、基元性原理、相对性原理、真和美的统一原则等。例如，对称性原理，既是物理学家们探索物理世界的指导思想，也是研究方法。N·玻尔在谈到对称性对粒子物理学的影响时，曾经强调说:“人们在对称性关系的研究中寻求了前进的途径，而且，从那里起，通过很多种粒子的迅速的相继发现，这种途径已被提到了重要的地位”［4］253。又如，对简单性原理，牛顿曾宣扬:“大自然不喜欢用多余的原因来装饰”，“因为自然界喜欢简单化”;R·P·费恩曼说:“大自然具有简单性，因此才非常优美”［4］283;海森堡更是一针见血地说:“如果我们追随毕达哥拉斯的思路，我们可以希望基本的运动定律最后将是一个数学上很简单的定律”，“这个事实与毕达哥拉斯的宗教相符合，而许多物理学家在这方面也具有同样的信仰，但还没有一个令人信服的论据足以证明它必然如此”［4］299－300。可见，物理研究方法是以美感为基础的，既是人们对“知识的追求，也是对美的追求”［5］8。

我国著名教育家蔡元培(20世纪20年代)提倡:“智育与美育并举”;美国物理学家和物理教育家拉比认为:“只有把科学和人文科学融为一体，我们才能期望达到与我们的时代和我们这一代人相称的智慧的顶点”;新《物理课程标准》将过程与方法、情感态度与价值观作为课程目标，这些都充分强调了物理教学既要注重对学生进行科学教育，也要注重对学生进行人文教育，让学生既得到科学素养的培养，又得到人文素养的培养，成长为一个全面发展的人。要实现以上目标，笔者认为唯有将物理美学思想渗透到物理教学的每一个环节中。那么，如何将物理美学思想融入物理教学中呢?

3 将物理美学思想融入物理教学的主要途径

3．1 把物理学史作为贯穿物理教学的主线

物理教科书往往是以知识为主线安排教学内容的，如果物理教师完完全全按照教科书的知识主线去教学生，那么学生只能学到一些死的知识、死的结论，无法实现新《物理课程标准》提出的三维教学目标的要求。笔者认为，在物理教学中要真正实现新《物理课程标准》提出的三维教学目标的要求，可以把物理学史作为贯穿物理教学的主线。物理学的发展史其实也包含着物理美学思想的发展史，“物理学史中蕴藏着大量深邃、内洽的科学美。这种美的熏陶，将引导学生追求物理学的美，同时也陶冶他们的情操，让物理学家正直的人格、正派的作风、坚强的意志、纯洁的心灵、高尚的情感、坚定的信念成为他们终生学习的楷模，同时，又让学生感受到物理学理论的美，学习物理学家智慧和创造所产生的崇的美”［6］206。可见，将物理学史作为贯穿物理教学的主线，让学生既理解了所学物理知识得来的方法和过程，又体会到了物理学家们在追求真理的过程中所付出的艰辛和奉献，最终自主而又自然地建构起自己的物理知识体系，掌握了发现问题和解决问题的方法，获得了能力的提高。

3．2 以科学方法作为围绕物理教学的核心

因为物理“教材一般都是将科学方法作隐性处理的”［6］202，所以一般的物理教师在物理概念、规律、理论的教学中，只是告诉学生结果而不会告诉这种结果取得的过程，这同样是不符合新《物理课程标准》的要求的。物理学家们“创立的物理学既包括博大精深的科学知识，又具有鲜明的方法论特征，两者同时是不可或缺的要素。物理学的每次重大发展总是带来了方法论的重大发展”［6］202。莱辛有一句名言——对真理的追求同时也是对美的追求。由此可知，以科学方法作为围绕物理教学的核心，就是用物理学家们在探究物理世界过程中那种“崇尚科学美的思想和创造实践，引导学生去认识自然界的质朴和统一，认识科学理论的简单、对称、和谐与普适性的内在的美，从中培养起他们的科学鉴赏力，培养他们科学创造的能力”［6］207，同时也培养了学生的审美情趣和提高了学生的审美能力。

3．3 将科学探究作为实现物理教学的重要手段

传统的物理教学模式“过于注重知识的传授和过于强调接受学习”［7］63，致使学生出现人文教育的缺失，学生的科学素养和人文素养发展极不平衡，最终导致学生中出现严重的厌学情绪和道德、诚信危机。我国新一轮的基础教育课程改革将“科学探究”列入新课程标准，强调科学探究对学生来说既是一种学习方式，也是学习目标，还是学习内容 ;对教师来说是一种重要的教学方式之一。科学探究教学要求物理教师以学生为主体，尊重学生已有的知识结构，创设各种物理情境，引导和鼓励学生进行科学探究，让“学生在科学探究活动中，通过经历与科学工作者进行科学探究时的相似过程，学习知识与技能，体验科学探究的乐趣，学习科学家的科学探究方法，领悟科学的思想和精神”［8］193。其实，科学探究教学的特点是与审美教育的情感体验性特点相一致的，审美教育“要求在实施美育时，既不要进行灌输，采取强制手段，也不要鼓动意志、毅力，而要通过亲身情感体验促使受教育者心甘情愿地而又主动积极地投入自我情感，从中获得自我教育”［1］356。所以，将科学探究作为实现物理教学的重要手段，不仅有助于培养和发展学生的审美情感，而且能让学生在情感愉悦之中充分发挥自觉性、积极性、创造性，去主动探求知识，发现真理。在这样的教学氛围下，学生的科学素养和人文素养都能得到很好的培养，成长为一个身、心、智都健康的人。

综上所述，在新课程改革理念下，物理教师应该认真学习和研究物理美学思想，并将物理美学思想自觉地融入到物理教学中，做新课程改革的实践者和开拓者。

［1］顾永芝.美学原理［M］.南京:东南大学出版社，2008.

［2］厚宇德.物理文化与物理学史［M］.杭州:浙江科学技术出版社，2004.

［3］刘健平.杨振宁的物理美学思想研究［J］.皖西学院学报，2009(2).

［4］刘佑昌.现代物理思想渊源［M］.北京:清华大学出版社，2010.

［5］邱雄.物理美学赏析［M］.福州:福建教育出版社，2002.

［6］蔡铁权.物理教学丛论 －基础教育课程改革视野下的中学物理教学［M］.北京:科学出版社，2005.

［7］刘力.新课程理念下的物理教学论［M］.北京:科学出版社，2007.

［8］廖伯琴.世纪之交中国基础教育物理课程改革［M］.北京:北京师范大学出版社，2010.