浅谈物理教学的艺术性

巩晓阳+琚伟伟+王翚+王辉

摘  要：教学效果的好坏，很大程度上取决于教师的教学手段、方法是否生动形象，是否引起情感交流与共鸣，是否具有艺术性。成功的教学本身就是艺术的创造。本文提出了艺术教学的改革思路，用实例阐述了物理教学具有艺术性的策略和方法。

关键词：大学物理教学;教学艺术;科学美

教学艺术就是教师在科学的教学观和审美原理的指导下，旨在省时高效地达到教育目的所使用的具有个性独特性、创造性的教学方法[1]。人们常说“爱美是人的天性”，美的事物、美的画面人人喜欢。在物理学中蕴含着美的现象、美的方程、美的理论，一个物理学教师指导学生发现物质世界中美的物理现象，学习物理学理论中美的物理规律，激发学生对自然科学的兴趣，引导学生继续探索未知的物理规律，教师的教学就是成功的。这里需要教师有方法、有技巧、有能力、有激情，所以“成功的教学本身就是艺术的创造”。

目前在物理课堂教学中，我们很不愿意看到：“低头一族”出现，上课一直在玩手机;“游戏一族”出现，彻夜沉迷游戏中;“宅男一族”出现，足不出户。我们也很不情愿看到：一部分学生对科学的兴趣远远比不上对文艺明星的兴趣，宁愿花费巨资挤破头去看一场明星演唱会，也不愿在校园里免费听一场专业的专题讲座;一部分学生不关心大学期间学习什么，只关心将来怎样找个轻松高薪的工作。如著名翻译家杨绛先生给一个高中毕业倾诉人生困惑的人诚恳而不客气的话：“你的问题在于书读得不多而想法太多。”读书，读科技书，读专业书成了困难事。要让学生身心回归课堂，让青年学生热爱科学、热爱物理学，唯有改革教学;作为物理教师，也要讲究教学的艺术性。

1.激发求知欲望

物理学是理论、实验与应用相结合的一门学科，理论严密，实验精巧，应用广泛。著名粒子物理学家、诺贝尔物理学奖获得者丁肇中博士回答记者提问时说：“科学改变了整个人类的生活”。将理论、实验和应用结合起来，要求教师课前备课要精心设计教学程序。好的物理课程应能启迪学生的心灵，点燃学生的思想火花，激发学生的情感、兴趣和意志。规章制度可以把学生约束在课堂上，幽默风趣的讲解可以把学生思想吸引在课堂上，但是还不够！真正能深入学生头脑，打动学生的内心，激发学生的探索欲望，必须是教学本身！物理教学课堂上可以设计几个不合理的结果引导学生思考，甚至可以故意出错引导学生改错。比如，讲解电磁学中电容的定义时，提出问题：同学们，老师请大家帮忙买个电容是1法拉的球形电容器好吗？同学们就会去思索和计算，单独一个球形电容器是孤立电容器，利用孤立电容器计算方法计算电容，（r是半径），得到。结果一出，大家惊呼，比地球半径大得多，可见法拉是个多么大的单位，所以才有微法、皮法等单位。这种教学效果，极大地激发了学生的求知欲，对结果也会有较深刻的记忆。

2. 引起学生情感共鸣

我们曾对我校物理学院2014级应用物理学、材料物理、光电科学与技术三个专业做过调查，在最感兴趣的物理学前沿领域中，宇宙反物质的存在、黑洞与虫洞理论研究名列前茅;在最崇拜的物理学家中当然有爱因斯坦和霍金。经过一番准备，课堂教学这样展开：讲狭义相对论之初，引入爱因斯坦著名的“追光理论”实验和小时候“三个小板凳”的故事，从真实趣味的案例，引导学生从爱因斯坦的思索出发，揭示狭义相对论的发现和成果。之后，加入广义相对论初步知识，尤其是引伸出黑洞理论。这里介绍天才的英国物理学家、著名科普著作《时间简史》的作者霍金。他爱打赌的个性引起学生的哄笑，可是在一次次打赌中，对科学问题的争辩和实验过程的验证，让这位大物理学家在黑洞方面的研究取得了一个又一个的突破。那个歪着头坐在轮椅上的霍金的照片，那个全身只有眼睛和三个手指能活动的物理学家，那个早已被医生宣判死刑，但大脑极度活跃的大师，以其坚强的意志和卓越的成就引起学生强烈的情感共鸣。他顽强的生命力、不畏困难坚强奋斗的精神在课堂上传递着极大的正能量。

“居里点”是材料在铁磁体和顺磁体之间改变的温度，是居里先生在实验室发现的磁石的一个物理特性。居里夫妇对物理学和化学的影响是巨大的，他们在艰难的生活和艰苦的实验条件下，发现了放射性元素钋和镭，尤其是镭的发现为许多人提供了一夜暴富的机会，却让生活贫困的居里一家买不起一克镭用于实验。面对记者的采访，居里夫人说：“请给我一克镭”。因为长期接触放射性物质，居里夫人因恶性白血病逝世。然而，一代伟大的物理学家以自己的生命为后人提供警示：在探索真理的过程中，从未知到已知，无数伟大的科学家奉献了青春甚至生命。如今，我们只有在特定的区域内穿好特定的防护服才能查阅放在铅盒里的居里夫妇留下的手稿。在物理课堂上，以规范实验操作、爱惜现在优良的实验条件、珍惜自己身体为主题的宣讲引起学生深深的共鸣。

3.找准学生心理状态的“固有频率”，使教学信息收发达到同步

我们调查发现，学生对“纳米和纳米材料”的兴趣在所有物理学知识领域中是最高的。纳米尺度为10–9m，纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围（1～100nm）或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10～100个原子紧密排列在一起的尺度。纳米技术是用原子、分子制造物质的科学技术。纳米的神奇之处在于原子的尺度是纳米级，深入原子，可以使组合分子用人工或机器来实现，从而可以任意组合所有种类的分子，让“操纵原子不是梦”。20世纪50年代初，著名物理学家、诺贝尔奖获得者费米曾说“如果有一天可以按人的意志来安排一个个原子，那将会是怎样的奇迹？”[2]。1981年美国IBM公司两位科学家利用量子隧道效应发明扫描隧道显微镜，放大倍数达百万亿，同时在实验中发现了操纵原子的方法。另外，研究发现当物质达到纳米尺度时（大约在0.1～100nm范围内），物质的性能将发生突变，出现特殊性能。磁性材料如铁钴合金，如果做成20～30nm大小，磁畴变成单磁畴，磁性比原来提高1000倍。其原因是磁畴中每个原子排列并不很规则，而变成单磁畴后，各个原子排列很规则，对外显示强磁性。因此，人们在材料研究上上升到了一个新的高度。

不管是物理专业课程中的普通物理学（含力、热、电、光、原子物理）、四大力学（理论力学、热力学与统计物理、电动力学、量子力学），还是非物理专业的大学物理学课程，或简或繁，均可在课堂上适当地引入学生感兴趣的物理学前沿领域知识。讲到半导体，“LED照亮世界”是最好的课题;讲到电磁感应，磁悬浮超导可以适当地引入。知道学生对什么感兴趣，有意引导，达到共振，教学效果的“振幅”才是最大的。

4.训练学生具有批判性思维的能力，提高科学素养

北京师范大学包景东老师在《格物致理——批判性科学思维》一书中指出[3]，目前大学物理教学通常的流程是：教师在课堂上讲授正确的知识，学生在课后做正确的练习，但缺乏批判性思维的训练和科学精神的引导。南开大学教授、首届高等学校教学名师奖获得者顾沛老师总结自己的教学个性中有一条：“故意出错”。在我们的物理学教学中，出现“错误”不可怕，能引导学生指出“错误”就很有益处。故意出错如同相声演员抖的包袱，能引起学生的思索与判断。在课堂教学中，抖出一个又一个包袱，提出一个又一个问题，设置一个又一个障碍，让学生在批判中学习，在解决问题中进步。笔者在课堂上曾设置一个场景：登上月球的两名宇航员，是不是必须穿宇航服？宇航服上应具备哪些功能，利用什么物理学原理来实现？两名宇航员如何才能对话？同学们提出了很多设想：防冷，防辐射，利用无线电波，等等。这些设想综合运用了物理学中热传导、声波和电磁波、薄膜干涉屏蔽外界辐射等物理学原理。在讨论和批判中，许多物理学知识得以融会贯通，学生的科学素养得以提升。

5.展示物理科学美，揭示物理理论内在美

天体物理学家邦迪（Hemann Bondi）说：“当我提出一个我认为中肯、合理的建议时，爱因斯坦一点也不驳斥它，而只是说，‘噢，好丑……，他深信美是理论物理学上探求重要答案的指导原则。”物理现象缤纷多彩，物理学理论简洁对称，却蕴含着深奥的科学道理。科学美的典范是麦克斯韦方程组：形式简单，对仗工整，道理深刻，涵盖了电磁世界中所有的物理规律，使每一位物理学家都陶醉其中。后来，玻耳兹曼情不自禁地引用歌德的诗句说“难道这些是上帝写的吗？”[4]

著名物理学家杨振宁引用唐代诗人高适的诗句“性灵出万象，风骨超常伦”来描述狄拉克方程和反粒子理论[4]。他认为，一方面狄拉克方程确实包罗万象，而用“出”字描述狄拉克的灵感尤为传神。另一方面，狄拉克不顾玻尔、海森堡、泡利等当时大物理学家的冷嘲热讽，始终坚持他的理论，正合“风骨超常伦”。优美的诗句，描述了优美绝伦的图画和思想境界，却又完美地阐释了一个物理学大师的风格与理论。在狄拉克看来，“使一个方程具有美感，比使它去符合实验更重要。”

美亦是科学的本性之一。物理学家们在探索自然界物质运动的规律时，无论是他们所运用的巧妙的思想方法，或是他们勤劳和智慧的结晶——简单、和谐的物理理论，还是他们在追求真理过程中所体现的严谨求实、锲而不舍的科学精神，无不向人们展示科学自身的至美，无不向学生传达物理学的本质是真、价值是善、追求是美。

艺术之所以具有诱人的魅力，在于它有三大突出特点：形象性、情感性和创造性。教学效果的好坏很大程度上取决于教师的教学手段、方法是否生动形象，是否引起情感交流与共鸣，是否具有艺术性。爱因斯坦说：“在科学思维中常常伴着诗的因素，真正的科学和真正的音乐要求同样的想象过程。”把教学作为一次次艺术创作，做物理教学的艺术家，探索创新的物理教学之路，是我们青年教师努力的方向。

参考文献：

[1] 王升. 教学艺术的特点及掌握之策略[J].上海教育科研，1996（4）：40-41.

[2] 白春礼. 纳米科技：梦想与现实[C].2004年中国纳米技术应用研讨会论文集，2004：1-18.

[3] 包景东.格物致理——批判性科学思维[M].北京：科学出版社，2014.

[4] 杨振宁.美与物理[J].物理，2002，31（4）：193-199.

[基金项目：河南省教育厅高等教育教学改革项目（2014197）;河南科技大学重大教育教学改革项目（2014ZD-009）]

[责任编辑：夏鲁惠]endprint