“天人合一”观念对物理教学的启示

解世雄（嘉应学院，广东梅州 514015）



“天人合一”观念对物理教学的启示

解世雄
（嘉应学院，广东梅州 514015）

摘 要物理文化是西方文化的精髓，而“天人合一”则是中华文化的核心概念，两者本无交集．学生学习物理的困难激发笔者四处寻找灵感，这里用“天人合一”统整笔者的一些实践案例．首先谈谈物理教师的窘态；其次介绍“天人合一”的观念；最后叙述“天人合一”对物理教学的几点启示：构建阶梯课堂，构建活的课堂，构建人性化课堂，构建审美课堂．

关键词天人合一；物理教学；课堂

1 物理教师：人在囧途

20世纪70年代流行一句口号：“学好数理化，走遍天下都不怕”，在笔者心中如同春风化雨，物理多么神圣，多么令人向往．恢复高考的当年（1977年12月），笔者参加高考并被录在师范大学物理系，班上60个同学，师大教师子弟就有6个，可想而知当年物理教师专业有多热门．

“三十年河东，三十年河西”，当前物理学科降温到不可思议的地步．人民教育出版社彭前程先生在为我校师生作报告时，列举国内对中学生调查的一组数据：

在“令人最厌恶的学科”中物理排名第二；最难学的学科物理排名第一．

如今，物理学专业在师范院校中沦落为最不受欢迎的专业，而在与近几届的学生座谈交流中，学生反映最强烈的困惑是：“学不懂，没有用”．这个问题在笔者头脑中萦绕多年也难以真正解决，这是一个物理共同体的问题，个人的力量太渺小，写出来让物理教育家们共同去思考、解决．

笔者在地方高校工作33年，深知基础物理教师工作之不易，物理专业前沿研究对实验条件要求高，国际同行水准高，这个国际性的学科，基础物理教师职称晋升不易，教学难以激起学生的学习热情和兴趣．老师身在囧途，照本宣科，念PPT成为常态，物理教学就这样恶性循环．客观地说，相当多的物理教师缺乏深厚的教育理论，缺乏国际教育的理念，更没有自己的教育概念，缺乏科学史哲知识，缺乏中华文化功底，用接受训练时的理科思维做教育之事，不能做的做不了，能做的没动力做好．

本人多年研究物理文化，终于明白，“物理文化不只是知识体系，更是时代文化的组成部分；物理教育不只是概念和规律的演绎，更是高尚文化的传承与创新．”［1］

在中国进行物理文化教育，避不开中华文化的影响．笔者以为，中华传统文化可以在某些方面弥补物理文化见物不见人的冷漠，给物理教育一些营养．

2 “天人合一”观念简释

“天人合一”是耳熟能详的一句成语，历经两千多年的演化、传承，经久不衰．20世纪80年代中期张岱年的一篇《中国哲学中的‘天人合一’思想剖析》引发热议．目前，期刊网收录的以“天人合一”为题的论文竟多达1924篇，核心期刊406篇．

笔者不想介入这场考证和争论，而凭借自己的眼光去选择一些能为我所用的观点，以激发物理教师的灵感．

中国古代学者关于“天人合一”的论述多而杂，李申先生从《四库全书》中共找到二百余条明确表述“天人合一”的材料．发现“天”包含5层意思：（1）天是与人发生感应的存在；（2）天是赋予人以吉凶祸福的存在；（3）天是人们敬畏、侍奉的对象；（4）天是主宰人，特别是主宰王朝的存在；（5）天是赋予人仁义礼智本性的存在［2］．

而冯友兰先生则归纳为：“一是物质之天，即与地对应的天；二是主宰之天，即所谓黄天上事，有人格的天；三是命运之天，即人生中无可奈何的东西；四是自然之天，即自然运动变化；五是义礼之天，即宇宙的最高原理与法则．”［3］

由此可见，“天人合一”是一个典型的哲学概念，与所有哲学概念一样，它经历了漫长的形成、提炼、诠释、泛化、争论的过程．这样形成学术概念常常作为后人灵感来源，帮助启发人们思考相关问题，帮助相关学科成长．

在对天人关系的认识上，中国古代形成了两种不同的观念：一是天人合一，认为天是与人相通的，关联的，天道与人道一致的，合二为一的；另外是天人相分，认为天与人，自然界与人类相互转化的，各有各的属性和规律［4］．而赞成天人合一方向是学术界的主流方向．

孔子在《论语》中“知天命”“畏天命”涉及了人天关系的领悟．

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

庄子认为，天与人本来就是合一的，“天地与我养生，而物与我为一”［6］．

关于“天人合一”西汉董仲舒的格言：“天有喜怒之气，哀乐之心，与人相副，从类合之，天人一也”［7］．

古人“天人合一”的理论概括似乎比较玄乎，但是我们考察中国古代人们的生活则可以清晰地看到，天人合一是一种生存状态，一种古代人类的生存智慧．例如：游牧民族的生存方式逐水草而居；而农耕民族则春播冬藏，不违农时；靠山吃山，靠水吃水．人们的活动受天地气候的影响，日出而作、日落而息．一切重大社会活动讲究天时、地利、人和，这些都是天人合一思想的体现和实践基础．

3 “天人合一”对物理教学的几点启示

物理学的理论体系，本质上是从亚里士多德开启的西方理性思维方法，伽利略的实验方法，牛顿的归纳与数学化方法发展起来的，中华文化对之并无贡献．但是任何文化都有其局限，也有其合理部分．分析东西方科学文化，我们不能简单地说谁比谁更好、更优秀．东西方文化是可以互补的人类文化．著名物理学家海森堡说过：“在人类思想发展史中，最有成效的发展几乎总是发生在两种不同思想的交汇点上，他们可能发源于人类文化中十分不同的部分、不同的时期、不同的文化环境或不同的宗教传统．”

物理教学和物理学不同，教学离不开人，离不开学生的兴趣与理解记忆．物理教学方法的创新，如同烹饪方法的创新一样，不同文化烹饪方法的交融与启发，可以创作出众多新鲜的式样，满足我们的需要．从中华智慧中获取灵感，更加关注学生，关注学生的感受，根据教师的特长创造性地进行有特色有个性化的物理教学．天人合一在科技史上无大贡献，但是，确可以启发物理教学的灵感：

3．1 人生有阶段，规律有层次，构建阶梯物课理堂

我们的教材，尤其是大学物理教材基本上是按照学科内在逻辑体系所写，为了尽可能简短地、逻辑严密地构造知识体系，一本教材不外乎实验、概念、定律、定理和数学推导，而科学方法，价值观，科学人物等文化要素完全被挤掉，或者说教材呈现给学生的是后现代科学阶段的物理学，没有历史上的发现与争论，也没有物理学家的喜怒哀乐与探究，更没有方法论突破带来的变化．大学生说“学不懂”这就非常正常，因为他们不可能是天才加全才．爱因斯坦是公认的最聪明的人，他说过一句话：“当数学家进入广义相对论研究领域，我越来越看不懂了．”

我在与学生的座谈中听到最多的是：“学不懂，没有用”．这要求我们物理老师反思，我认为首先要给学生分析所谓懂的几个层面（或阶梯）：

（1）知道的“懂”——现象感知；

（2）方法论的“懂”——方法提炼；

（3）知识结论的“懂”——结论的理解；

（4）数学推导的“懂”——数学应用．

教材和老师基本上是重现（3）、（4），而（1）、（2）往往被忽略．教材因为篇幅有限，可以简略，但是教师要还原生动的过程和方法给学生，因而物理教师要心中有物理学家进行探索的故事，要准确掌握物理学科发展的方法与变迁．物理学像一个英雄老人，我们仅是给青少年谈论英雄老人的成熟思想和理论，必然枯燥乏味，我们应通过故事还原他的精彩人生，学生才会更加敬重，更加亲近物理学．

物理教师可以根据学生的需求和接受水平，对教学的具体知识进行目标分析，明确告诉学生哪些知识是仅仅需要知道，哪些是需要理解，哪些是需要掌握，而需要掌握的知识，并非都有精细量化，更多的是掌握方法和应用．我们中学老师灌输给学生的“懂”，实际是应试的“懂”，这种“懂”成为学生学习大学物理的心理障碍，老师一定要让学生懂得物理的多样化、多层面，降低他们的学习难度和心理恐惧．

3．2 人是活的，天也是活的，构建活的物理课堂

根据形式逻辑的基本理论，我们的思维过程可以简化为概念、判断、推理，而物理学则是把纷纭复杂的大千世界理想化，进而找到逻辑起点．物理理论通常由基本概念、定律、定理构成，而应用则只是铺垫和延伸．从理论上看，这是再完美不过的体系啦，但是这种美要经过长期训练，成为科学家级别的智者才能感受得到．

对于学生来说，活生生的自然界变成了一些难以理解的干巴巴的概念和数学公式，而学物理的过程就是背概念、记公式、背样题、解目标题、考试，成为费曼批评的自我繁衍系统．精英教育时期这样做没有问题，因为所有学习者都将从事科学或工程专业，而当今信息化时代，从事工程和科学（或科学教育）的人远比学习物理的人少得多，他们看不到学习的直接用处，又找不到学习的乐趣，问题就出来了．

笔者在讲解加速度概念时，曾经让两个学生到教室前面来做转圈比赛，引入转动加速度．“学完加速度概念知识后，可以让学生探究人类对于加速度的感知与忍耐极限问题的研究．加速度是一个客观存在的物理现象，我们每个人都对它有所感知，但是我们是被动的，甚至我们并不知道，我们每个人对加速度都有一个耐受极限．有些人耐受强（歼击机驾驶员、宇航员），有些人耐受弱（很怕坐车的女性），当他们承受较大加速度时（如坐太空穿梭、过山车等），他们的反应完全不同．这个问题可以有多种设计和研究方案．也可以利用动物进行辅助试验．”［8］

讲完能量转换与守恒定律后，组织学生讨论动物和人的胖瘦问题，会非常生动有趣．有一位女生认为保持良好身材，需要多吃肉，因为肉食动物都健美，另一位则认为吃草可以健美，如牛、马、羊等．通过讨论学生得到比较正确的认识：动物或人从食物吸收的能量与其运动消耗的能量的增量成为胖瘦的关键因素．

当然，这类的讨论是活的，能够激发学生的思维，显然不能代替知识的“主食”，但是这种“香料”必不可少．

3．3 人、天规律相似，构建人性化的课堂

物理学中的许多规律不仅适用于物，也适用于人．因为人和天都可看作复杂系统．

例如，量子力学中状态函数的归—化条件是一个很难理解的概念，但是如果我们用人的变化规律来类比就非常简单，我们知道人的死亡是确定无疑的，是100%的，即归—化的．而各种因素导致的死亡方式，对个人不确定，病死、车祸、自杀、天灾、战争等各有一定的概率，而各种概率的总和为1，这也是归一化．

另外，热力学第二定律关于热力学状态的不可逆性问题，即熵增加原理dS＞0，揭示了封闭系统的规律．学生很难理解其统计解释．

与此类似，我们人的从生到死，从小到大到老也是一种不可逆的过程．如李白的“君不见黄河之水天上来，奔腾到海不复还，君不见高堂明镜悲白发，朝如青丝暮成雪．”

如果热力学系统是开放的，即从外界吸收信息、能量系统就会走向有序．这就是普利高津解决了的物理系统的退化和生物系统进化的矛盾的精髓．

如前所述，地表水事实上是一个开放系统，从太阳吸收阳光的能量成为一个可逆过程．而李白看到的地球系统是不可逆过程．

当我们讲到熵这个非常令人头痛的问题时，我们需要大胆地与人联系起来，就会化枯燥为生动，化抽象为具体，让学生终生难忘．

例如，改革开放前，广东虽然对海外开放，但是三大民系（客家民系、潮汕民系、广府民系）相对封闭．改革开放三十多年北方人口大迁徙后，广府民系的后代相当多呈现杂交优势，平均身高估计提高5cm．也就是说人在一个相对封闭的系统就会受热力学第二定律即不可逆地退化的制约，即近亲繁殖必然退化，系统开放亲缘关系越远就越有利于优生．类似的问题，如果在同一块土地上种庄稼，不换种，不换土，几代以后就退化，开放即换种或换土才能持续丰收．

再如，麦克斯韦速率分布是一个枯燥的公式也很难理解．如果我们用人来类比问题就迎刃而解了．怎样类比呢？身高——速度；年龄——温度，地域——分子密度，即可以得到在同一地域、同一民系下，身高与年龄的分布关系，类似速率分布问题．

总之，我们可以找到许多有意思的案例加到物理课堂，把学生的学习推向一个人化的、促进思维发展的课堂．

3．4 天是美的，人是美的，构建审美的物理课堂

追求美是人的文化天性，每个人都有审美的潜质，吃饱饭就有审美需要，会审美，人就不寂寞，创造了美，人就幸福．人们在阐释天人合一的内涵时，认为人与环境的和谐，热爱与保护自然环境乃是天人合一的现代启示，因此在物理课堂中渗透美育，使学生通过感受自然之美从而培养其热爱自然的情感，使学生了解物理学及其相关技术发展的美妙历程，使学生知道决定物理学道路的物理学家的故事与审美，使学生了解最美的物理实验及其对科技进步与社会发展的影响．

生活中美的东西很多，文学就是最善于煽情、抒情，制造意境之美，而科学之美的感知需要长期的思考和学习，优质物理课堂的一个重要任务就是带领学生去感知和欣赏各种物理美．

物理美有许多经典案例：古希腊的自然观是真实而美丽的；牛顿运动定律、万有引力定律、麦克斯韦方程组是简捷而美丽的；爱因斯坦相对论方程是相信美是自然最高准则，而大胆放弃伽利略变换，选择洛伦兹变换而发明出来的；狄拉克的反物质理论完全是建立在对称的美学原理基础上的，丁肇中等一批科学家至今还在寻找反物质等．

我们每个物理教师要构建自己的物理美学系统并引导学生建立相应的系统．我经过长期的思考就有一个明确的物理美系统：

最美的方法与原理系统，如理想化方法、模型法、分类法、归纳法、类比法、实验法、统计法、估算法、探究法等；简单性原理、统一性原理、守恒原理、对称原理、对应原理、互补原理、可观察原理．［9］

最美的物理概念：如时间、位移、速度、能量、熵、温度、电子、电阻、干涉、光谱、原子核等；

最美的物理规律：物理规律之美集中体现在物理公式上面，天体和地球上纷繁复杂的各种机械运动，用把它们的相互关系表现出来．

1877年玻耳兹曼从统计的观点出发提出如

下著名公式：

微观粒子的波粒二象性公式E＝hν，P＝h／λ，不但表现了二象性的统一，也表现了二象性的互补，互补和统一都表现了和谐美．

爱因斯坦著名的质能方程E＝mc2，仅用3个物理量之间的简单函数关系，既揭示了物体具有的能量跟它的质量之间的关系，又解释了核反应的质量亏损现象，这充分体现了物理规律的简捷美．

由于篇幅关系最美的物理实验就不再叙述．

总之，物理美体现在物理现象中，体现在物理概念中，体现在物理规律中，体现在物理研究方法中，体现在探究过程中．物理美是质朴的美，是统一和谐的美，是对称的美，是实在普适的美．大美无争，与做各种事情一样，物理教学做到最高境界就是审美境界．

参考文献

［1］［9］ 解世雄．物理文化与教育［M］．北京：科学出版社，2009，封面：27．

［2］ 李申．天人合一说［M］．北京：国家图书馆出版社，2013：1．

［3］ 冯友兰．中国哲学史［M］．上海：生活读书新知三联出版社，2008：46．

［4］ 胡化凯．中国古代科学思想二十讲［M］．合肥：中国科技大学出版社，2013：77．

［5］ 道德经．第十五章．

［6］ 庄子．齐物论．

［7］ 董仲舒．春秋繁露阴阳义［M］．上海：上海古籍出版社，1991：8．

［8］ 解世雄．物理教学论课程的理论与实践探究［M］．广州：广东高等教育出版社，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

作者简介：解世雄，男，教授，主要研究方向为物理文化、物理课程与教学论．mzxsx＠163．com

收稿日期：2015－03－03