吳磊峰

在高中物理教育中，提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的同時(shí)加強(qiáng)其人文素養(yǎng)的教育，已逐漸成為人們的共識(shí)。那么，在深化新課改的背景下，如何有效地在高中物理教學(xué)中提升學(xué)生人文素養(yǎng)呢？融入生命化教育便是其中一個(gè)重要內(nèi)容。

生命化教育是指在以人為本思想指導(dǎo)下，追求人的發(fā)展的一種教育理念。生命化的物理教育需要真善美的統(tǒng)一。筆者結(jié)合自身教學(xué)實(shí)踐認(rèn)為，在高中物理教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生在“求真”的體驗(yàn)、“至善”的追求和“臻美”的熏陶中回歸生命化教育，是提升學(xué)生人文素養(yǎng)的三條可行途徑。

一、在“求真”的體驗(yàn)中提升生命價(jià)值

在物理教育過(guò)程中，可引導(dǎo)學(xué)生在“求真”的體驗(yàn)中把物理學(xué)習(xí)過(guò)程從認(rèn)識(shí)、理性的范疇擴(kuò)展到情感、人格等領(lǐng)域，使學(xué)生在“求真”的體驗(yàn)中獲得成功的機(jī)會(huì)，獲得探索世界和自我的機(jī)會(huì)，體驗(yàn)生命的力量與意義，從而提升生命的價(jià)值。

物理研究過(guò)程體現(xiàn)著物理學(xué)家的探索精神。我們可引導(dǎo)學(xué)生從物理學(xué)的歷史、物理學(xué)家的事例、物理學(xué)的發(fā)展來(lái)領(lǐng)略一種物理的價(jià)值觀——追求真理。如哥白尼在遭到天主教會(huì)的敵視和許多天文學(xué)家反對(duì)的情況下，提出了他的革命性理論——“日心說(shuō)”；1800年，托馬斯·楊提出“干涉”概念時(shí)，在當(dāng)時(shí)的英國(guó)，很多人不理解他的理論，甚至一些人認(rèn)為“干涉原理”是極其荒謬和不合邏輯的。除了通過(guò)這樣的事例引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)物理學(xué)家對(duì)真理的追求外，還可以在物理概念、規(guī)律的學(xué)習(xí)和物理實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑精神和探索精神。

例如，在“磁場(chǎng)”一章的教學(xué)中，我們按圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以明顯觀察到小磁針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。學(xué)生會(huì)很自然地認(rèn)為，這一現(xiàn)象的產(chǎn)生原因與圖2的奧斯特實(shí)驗(yàn)是完全相似的。事實(shí)果真如此嗎？教師可讓學(xué)生以專題研修的方式進(jìn)行探索。

實(shí)驗(yàn)中小磁針離真空管的距離為cm數(shù)量級(jí)，查閱相關(guān)資料容易得到真空管中電流強(qiáng)度為mA數(shù)量級(jí)，查得直線電流磁場(chǎng)B=KI/r，則估算真空管的磁感強(qiáng)度數(shù)量級(jí)為10-9 T左右。這一數(shù)值比地磁場(chǎng)的數(shù)量級(jí)10-5 T還要小得多！可見，原有的判斷是錯(cuò)誤的。學(xué)生思考后就能理解，造成小磁針偏轉(zhuǎn)的主因是感應(yīng)圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)。

物理研究過(guò)程也體現(xiàn)著物理學(xué)家的實(shí)證精神。例如，焦耳通過(guò)近40年的實(shí)驗(yàn)研究，先后采用不同方法做了400多次實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定熱功當(dāng)量，為熱運(yùn)動(dòng)與其他運(yùn)動(dòng)的相互轉(zhuǎn)換以及能量守恒等問(wèn)題，提供了無(wú)可置疑的證據(jù)；密立根是光的波動(dòng)論理論的忠實(shí)擁護(hù)者，他做光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)是為了證明經(jīng)典理論的正確性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻證偽了他的論斷，證實(shí)了愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程的正確性，在事實(shí)面前他坦然服從了真理，他這種求真的科學(xué)態(tài)度成了科學(xué)史上的一段佳話。教學(xué)過(guò)程中，教師可引導(dǎo)學(xué)生從質(zhì)疑精神出發(fā)，結(jié)合實(shí)證精神體會(huì)相關(guān)的科學(xué)規(guī)范。

例如，在“波的干涉”教學(xué)中，我們常會(huì)看到一些教輔資料上出現(xiàn)了“通過(guò)話筒繪制聲波干涉圖樣”的所謂“實(shí)驗(yàn)題”，實(shí)驗(yàn)方案如圖3所示。學(xué)生對(duì)教材中水波的干涉實(shí)驗(yàn)（如圖4）印象深刻，因此對(duì)圖3所謂的“實(shí)驗(yàn)題”做起來(lái)也往往“得心應(yīng)手”。此時(shí)，正是學(xué)生體驗(yàn)“求真”的極好時(shí)機(jī)。

首先，教師要鼓勵(lì)學(xué)生勇于質(zhì)疑看似嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)方案是否一定可行？也要引導(dǎo)學(xué)生理性探索。設(shè)聲波頻率f為600Hz，估算聲波波長(zhǎng)λ約為0.6m，則干涉加強(qiáng)點(diǎn)和減弱點(diǎn)的間隔Δd最小約為0.3m左右。平常所用的8K紙長(zhǎng)度約為52cm。對(duì)比上述數(shù)據(jù)可知，此實(shí)驗(yàn)方案的可行性值得懷疑！

其次，要培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)證精神，可事先準(zhǔn)備好方案中的實(shí)驗(yàn)器材當(dāng)堂驗(yàn)證，也可讓學(xué)生課后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室深入探究。此方案經(jīng)歷實(shí)證后當(dāng)然無(wú)法成功，但深入思考可知，除前述因素外，室內(nèi)眾多反射波的疊加亦將影響此方案的可行性。

再者，還可引入現(xiàn)行科學(xué)研究及生產(chǎn)生活中一些違反實(shí)證精神的造假制假事例，在討論和體驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出批評(píng)，使學(xué)生在張揚(yáng)個(gè)性的切身體驗(yàn)中傳承求真、求實(shí)的價(jià)值觀，提升生命的價(jià)值。

物理教育有責(zé)任把科學(xué)方法和科學(xué)“求真”的理性思維傳遞給青年一代，使他們?cè)凇扒笳妗钡捏w驗(yàn)中提升生命的價(jià)值。

二、在“至善”的追求中加強(qiáng)生命對(duì)話

愛(ài)因斯坦曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“大部分人都以為是才智成就了科學(xué)家。他們錯(cuò)了，是品格。”一位物理學(xué)家的品格，在很多時(shí)候體現(xiàn)為奉獻(xiàn)精神和理性精神。奉獻(xiàn)精神和理性精神體現(xiàn)了物理學(xué)家在社會(huì)責(zé)任上的良心與擔(dān)當(dāng)，也體現(xiàn)了他們?cè)趯W(xué)術(shù)研究中的批判與創(chuàng)新。

奉獻(xiàn)精神就是造福人類的精神，不計(jì)名利的精神。眾多的物理學(xué)家，具有為科學(xué)、為國(guó)家、為人類奉獻(xiàn)的精神。例如，法拉第歷經(jīng)十年艱苦探索，經(jīng)歷無(wú)數(shù)次失敗和挫折，憑著頑強(qiáng)的毅力和“不管干什么都行，只要是為科學(xué)服務(wù)”的奉獻(xiàn)精神，發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象；我國(guó)“兩彈一星”功勛獎(jiǎng)獲得者王淦昌、鄧稼先等物理學(xué)家為了國(guó)家和民族的利益，幾十年隱姓埋名，頑強(qiáng)拼搏；居里夫人發(fā)現(xiàn)鐳后將成果無(wú)償奉獻(xiàn)等。這些科學(xué)家的人格力量讓人肅然起敬，他們是用整個(gè)生命在進(jìn)行著探索和研究。引導(dǎo)學(xué)生了解這些物理學(xué)家的奉獻(xiàn)精神，加強(qiáng)生命的對(duì)話，就是對(duì)生命化教育的有效回歸。

理性精神則體現(xiàn)為科學(xué)家的良知和對(duì)社會(huì)的責(zé)任感。如二戰(zhàn)期間，愛(ài)因斯坦從人類的正義感出發(fā)，勸說(shuō)美國(guó)總統(tǒng)羅斯福搶在納粹德國(guó)之前研制原子彈；當(dāng)研制成功后，他又從人類的良知和社會(huì)責(zé)任感出發(fā)，和“原子彈之父”奧本海默一起，聯(lián)袂反對(duì)使用原子彈。我們應(yīng)該通過(guò)這樣的例子，引導(dǎo)學(xué)生在加強(qiáng)生命對(duì)話與交流中認(rèn)識(shí)到：科學(xué)和技術(shù)都是“雙刃劍”，它們?cè)诖龠M(jìn)社會(huì)發(fā)展和進(jìn)步的同時(shí)，也會(huì)給人類帶來(lái)負(fù)面影響。在現(xiàn)行的中學(xué)物理教材中，“能源的利用與環(huán)境”“能源與可持續(xù)發(fā)展”“核力與核能”等都是“至善”教育的極好內(nèi)容。除物理概念和規(guī)律的教學(xué)外，在物理習(xí)題教學(xué)中，也可引入相關(guān)的情景，從“至善”的目的出發(fā)培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感，如在“分子的大小”教學(xué)中，可自編并引入如下習(xí)題：

2005年4月4日，載有將近12萬(wàn)噸原油的葡萄牙籍油輪“阿提哥”號(hào)在大連海域觸礁擱淺，并發(fā)生原油泄漏事故。這次泄漏事故使該區(qū)域養(yǎng)殖的海產(chǎn)品遭受“滅頂之災(zāi)”，我國(guó)有110多家養(yǎng)殖企業(yè)向該油輪所屬的公司和其參加保險(xiǎn)的保險(xiǎn)協(xié)會(huì)提起訴訟。因此，石油流入海中，危害極大。試分析下述問(wèn)題：

（1）據(jù)研究：1mL石油可滴1000滴，把一滴石油滴在平靜的湖面上，可擴(kuò)展成面積為2.5m2的油膜，由此可估算出石油分子的直徑為多少？

（2）已知原油的密度為0.91×103kg/m3。如果一艘油輪泄漏1t原油，假設(shè)原油能盡可能散開，則約有多大的海面被污染？（保留一位有效數(shù)字）

（3）體會(huì)一下，如果一艘萬(wàn)噸油輪泄漏，造成的危害將有多大？

對(duì)第（2）和第（3）小題，若再配以相應(yīng)的多媒體材料則教學(xué)效果更佳，如海鳥被困在油污中無(wú)法飛翔（如圖5）而溺斃；被油污污染的海豹、海豚，一次又一次躍出水面試圖把油污甩掉，但終因精疲力竭沉入海底等。教師可進(jìn)一步說(shuō)明，潛在的損害可能進(jìn)一步擴(kuò)展到事件發(fā)生地的生態(tài)系統(tǒng)中，這種影響是深遠(yuǎn)的，因?yàn)槿祟愐苍谑秤煤．a(chǎn)品。

除此之外，對(duì)前人和他人勞動(dòng)成果的尊重、不剽竊他人成果、不做違背倫理的科學(xué)研究等都可以作為加強(qiáng)生命對(duì)話的內(nèi)容，使物理學(xué)習(xí)和研究在理性精神和奉獻(xiàn)精神下做出規(guī)范，以此幫助學(xué)生形成健全的人格和高尚的品德，構(gòu)建正確的人生觀和價(jià)值觀。

三、在“臻美”的熏陶中提高生命質(zhì)量

早在古希臘時(shí)，畢達(dá)哥拉斯學(xué)派就把對(duì)自然奧秘的探索與對(duì)自然美的追求統(tǒng)一起來(lái)。此后，人類對(duì)科學(xué)美的追求越來(lái)越執(zhí)著，哥白尼、開普勒、伽利略和牛頓等都不同程度地接受了古希臘的美學(xué)思想，美學(xué)思想在物理研究中的作用也越來(lái)越不容忽視。

物理學(xué)本身蘊(yùn)含著豐富的美學(xué)思想。除物理學(xué)規(guī)律的簡(jiǎn)潔明快外，物理學(xué)在理論體系和研究方法上也極盡簡(jiǎn)潔之美。如在力學(xué)規(guī)律的學(xué)習(xí)過(guò)程中，教師可引導(dǎo)學(xué)生逐步體會(huì)，地上做機(jī)械運(yùn)動(dòng)的萬(wàn)物和茫茫宇宙中無(wú)數(shù)繁星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，卻都蘊(yùn)含在F=ma和F=G這樣簡(jiǎn)潔的小式子內(nèi)。在物理概念的學(xué)習(xí)中，也應(yīng)包含美學(xué)內(nèi)容，如“熱運(yùn)動(dòng)”，曾是讓眾多物理學(xué)家爭(zhēng)論了一個(gè)多世紀(jì)的問(wèn)題，最后卻以“大量分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)”這樣簡(jiǎn)潔的文字作了結(jié)論。又如機(jī)械運(yùn)動(dòng)是自然界存在的一種運(yùn)動(dòng)形式，紛繁復(fù)雜而類型眾多，但卻以“物體和物體間的位置變化”作了簡(jiǎn)潔的概括。在物理方法教育的過(guò)程中，更可滲透美學(xué)內(nèi)容，如物理中的理想化方法，是從復(fù)雜的物理現(xiàn)象和物理過(guò)程中，抓住最本質(zhì)的特征，舍棄無(wú)關(guān)因素，撇開次要因素，抽象出簡(jiǎn)潔明了、主題突出的理想化模型，如質(zhì)點(diǎn)、理想氣體、點(diǎn)電荷、點(diǎn)光源等。這猶如繪畫藝術(shù)中的寫意畫，簡(jiǎn)潔的幾筆就把事物的特征勾畫得淋漓盡致，給人一種簡(jiǎn)潔美的享受。

對(duì)稱美與和諧美等特征在物理學(xué)中也有大量例證。在中學(xué)物理教學(xué)中，教師可引導(dǎo)學(xué)生從物質(zhì)存在的形式、物理概念和規(guī)律的形式、物理過(guò)程等方面體會(huì)對(duì)稱美。在物質(zhì)存在形式上的對(duì)稱美，如正電荷與負(fù)電荷、磁體的N極與S極、粒子與反粒子等。至于物理概念和規(guī)律表達(dá)形式上的對(duì)稱美，在中學(xué)物理中主要有力學(xué)中的動(dòng)能定理（w合=ΔEk）和動(dòng)量定理（I合=ΔP）；力學(xué)中簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的周期T=2π和電學(xué)中LC回路電磁振蕩的周期T=2π；電場(chǎng)與磁場(chǎng)等。物理過(guò)程中的對(duì)稱美，如電生磁和磁生電、動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能和勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能等。對(duì)物理教學(xué)中眾多物理規(guī)律的數(shù)學(xué)形式，則可引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)其中存在的完美的統(tǒng)一和和諧，如：運(yùn)動(dòng)學(xué)中自由落體、豎直上拋、豎直下拋，以及其他各種勻加速直線運(yùn)動(dòng)與勻減速直線運(yùn)動(dòng)的十幾個(gè)公式都可以統(tǒng)一于兩個(gè)公式：vt=v0+at和s=v0t+at2之中。教師可充分挖掘教材中的類似資源，使學(xué)生在“臻美”的過(guò)程中得到熏陶，真正體會(huì)到物理學(xué)是親切并有趣的。感受物理學(xué)的美學(xué)思想是學(xué)生生命成長(zhǎng)過(guò)程中不可或缺的一部分。

物理學(xué)家的研究過(guò)程就是“臻美”的過(guò)程。追求真理固然是物理研究的目標(biāo)，但在許多物理學(xué)家的心目中，追求美也是物理研究的目的。龐加萊說(shuō)過(guò)，科學(xué)家“研究自然是因?yàn)樗麄儚闹械玫搅藰?lè)趣，而他們得到樂(lè)趣是因?yàn)樗?。如果自然不美，它就不值得去探求，生命也不值得存在?！庇纱丝梢?，物理學(xué)家對(duì)物理學(xué)的探索過(guò)程，其實(shí)也是對(duì)物理美的發(fā)掘、鑒賞、再創(chuàng)造的過(guò)程。在物理教學(xué)中，也可以體現(xiàn)這樣的“臻美”過(guò)程。如在《光的反射和折射》的教學(xué)中，對(duì)于折射定律的得出過(guò)程，由實(shí)驗(yàn)得出折射角和入射角的數(shù)據(jù)后，教師可引導(dǎo)學(xué)生按照“臻美”的目標(biāo)向有序、直觀、簡(jiǎn)潔的方向逐步探究：

1.無(wú)序→有序：能否從無(wú)序的數(shù)據(jù)（如表1）中直接找出有序的規(guī)律？學(xué)生結(jié)合前幾組數(shù)據(jù)猜想可能折射角隨入射角正比變化。

2.抽象→直觀：能否把較為抽象的列表形式轉(zhuǎn)化為更直觀的形式以尋找相互關(guān)系？師生合作把表中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖象形式（如圖6），可發(fā)現(xiàn)入射角較大時(shí)r和i的關(guān)系明顯不符合正比關(guān)系，較為復(fù)雜。

3.復(fù)雜→簡(jiǎn)潔：直接探究r和i的關(guān)系較為復(fù)雜，那么，換一個(gè)角度間接出發(fā)能否找到更簡(jiǎn)潔的關(guān)系呢？如角度平方的關(guān)系、角度正切的關(guān)系。學(xué)生可分組試驗(yàn)，逐步得到角度正弦的關(guān)系（如圖7）。

因此，在物理教育中，完全可以結(jié)合物理學(xué)的美學(xué)思想和物理學(xué)家對(duì)美的追求，引導(dǎo)學(xué)生在“臻美”的熏陶中提高生命質(zhì)量，以積極向上的態(tài)度面對(duì)學(xué)習(xí)、面對(duì)生活。

如果說(shuō)“求真”需要科學(xué)的素質(zhì)，“至善”對(duì)應(yīng)哲學(xué)的思維，則“臻美”更多地反映了藝術(shù)的修養(yǎng)。本文所述的三條提升人文素養(yǎng)的途徑，在具體的教學(xué)方式上，可以在物理必修課程中以“隱性滲透”的方式進(jìn)行，即在教學(xué)過(guò)程中不花大量篇幅做專門介紹，而是在建立物理概念、引出物理規(guī)律的過(guò)程中，在階段性復(fù)習(xí)、小結(jié)的過(guò)程中，不失時(shí)機(jī)地滲透“求真”“至善”“臻美”的相關(guān)內(nèi)容，使學(xué)生有所感悟；也可以在物理選修課程中以“顯性開設(shè)”的方式進(jìn)行，即在必修課程教學(xué)的同時(shí)，開設(shè)“物理文化”“科學(xué)美”“物理與人文”等選修課程，以課程的方式傳承物理文化，提升學(xué)生的人文素養(yǎng)。