鞏曉陽(yáng)+琚偉偉+王翚+王輝

摘??要：教學(xué)效果的好壞，很大程度上取決于教師的教學(xué)手段、方法是否生動(dòng)形象，是否引起情感交流與共鳴，是否具有藝術(shù)性。成功的教學(xué)本身就是藝術(shù)的創(chuàng)造。本文提出了藝術(shù)教學(xué)的改革思路，用實(shí)例闡述了物理教學(xué)具有藝術(shù)性的策略和方法。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理教學(xué);教學(xué)藝術(shù);科學(xué)美

教學(xué)藝術(shù)就是教師在科學(xué)的教學(xué)觀和審美原理的指導(dǎo)下，旨在省時(shí)高效地達(dá)到教育目的所使用的具有個(gè)性獨(dú)特性、創(chuàng)造性的教學(xué)方法[1]。人們常說(shuō)“愛(ài)美是人的天性”，美的事物、美的畫(huà)面人人喜歡。在物理學(xué)中蘊(yùn)含著美的現(xiàn)象、美的方程、美的理論，一個(gè)物理學(xué)教師指導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)物質(zhì)世界中美的物理現(xiàn)象，學(xué)習(xí)物理學(xué)理論中美的物理規(guī)律，激發(fā)學(xué)生對(duì)自然科學(xué)的興趣，引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)探索未知的物理規(guī)律，教師的教學(xué)就是成功的。這里需要教師有方法、有技巧、有能力、有激情，所以“成功的教學(xué)本身就是藝術(shù)的創(chuàng)造”。

目前在物理課堂教學(xué)中，我們很不愿意看到：“低頭一族”出現(xiàn)，上課一直在玩手機(jī);“游戲一族”出現(xiàn)，徹夜沉迷游戲中;“宅男一族”出現(xiàn)，足不出戶。我們也很不情愿看到：一部分學(xué)生對(duì)科學(xué)的興趣遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上對(duì)文藝明星的興趣，寧愿花費(fèi)巨資擠破頭去看一場(chǎng)明星演唱會(huì)，也不愿在校園里免費(fèi)聽(tīng)一場(chǎng)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)題講座;一部分學(xué)生不關(guān)心大學(xué)期間學(xué)習(xí)什么，只關(guān)心將來(lái)怎樣找個(gè)輕松高薪的工作。如著名翻譯家楊絳先生給一個(gè)高中畢業(yè)傾訴人生困惑的人誠(chéng)懇而不客氣的話：“你的問(wèn)題在于書(shū)讀得不多而想法太多。”讀書(shū)，讀科技書(shū)，讀專(zhuān)業(yè)書(shū)成了困難事。要讓學(xué)生身心回歸課堂，讓青年學(xué)生熱愛(ài)科學(xué)、熱愛(ài)物理學(xué)，唯有改革教學(xué);作為物理教師，也要講究教學(xué)的藝術(shù)性。

1.激發(fā)求知欲望

物理學(xué)是理論、實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用相結(jié)合的一門(mén)學(xué)科，理論嚴(yán)密，實(shí)驗(yàn)精巧，應(yīng)用廣泛。著名粒子物理學(xué)家、諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者丁肇中博士回答記者提問(wèn)時(shí)說(shuō)：“科學(xué)改變了整個(gè)人類(lèi)的生活”。將理論、實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用結(jié)合起來(lái)，要求教師課前備課要精心設(shè)計(jì)教學(xué)程序。好的物理課程應(yīng)能啟迪學(xué)生的心靈，點(diǎn)燃學(xué)生的思想火花，激發(fā)學(xué)生的情感、興趣和意志。規(guī)章制度可以把學(xué)生約束在課堂上，幽默風(fēng)趣的講解可以把學(xué)生思想吸引在課堂上，但是還不夠！真正能深入學(xué)生頭腦，打動(dòng)學(xué)生的內(nèi)心，激發(fā)學(xué)生的探索欲望，必須是教學(xué)本身！物理教學(xué)課堂上可以設(shè)計(jì)幾個(gè)不合理的結(jié)果引導(dǎo)學(xué)生思考，甚至可以故意出錯(cuò)引導(dǎo)學(xué)生改錯(cuò)。比如，講解電磁學(xué)中電容的定義時(shí)，提出問(wèn)題：同學(xué)們，老師請(qǐng)大家?guī)兔I(mǎi)個(gè)電容是1法拉的球形電容器好嗎？同學(xué)們就會(huì)去思索和計(jì)算，單獨(dú)一個(gè)球形電容器是孤立電容器，利用孤立電容器計(jì)算方法計(jì)算電容，（r是半徑），得到。結(jié)果一出，大家驚呼，比地球半徑大得多，可見(jiàn)法拉是個(gè)多么大的單位，所以才有微法、皮法等單位。這種教學(xué)效果，極大地激發(fā)了學(xué)生的求知欲，對(duì)結(jié)果也會(huì)有較深刻的記憶。

2.?引起學(xué)生情感共鳴

我們?cè)鴮?duì)我校物理學(xué)院2014級(jí)應(yīng)用物理學(xué)、材料物理、光電科學(xué)與技術(shù)三個(gè)專(zhuān)業(yè)做過(guò)調(diào)查，在最感興趣的物理學(xué)前沿領(lǐng)域中，宇宙反物質(zhì)的存在、黑洞與蟲(chóng)洞理論研究名列前茅;在最崇拜的物理學(xué)家中當(dāng)然有愛(ài)因斯坦和霍金。經(jīng)過(guò)一番準(zhǔn)備，課堂教學(xué)這樣展開(kāi)：講狹義相對(duì)論之初，引入愛(ài)因斯坦著名的“追光理論”實(shí)驗(yàn)和小時(shí)候“三個(gè)小板凳”的故事，從真實(shí)趣味的案例，引導(dǎo)學(xué)生從愛(ài)因斯坦的思索出發(fā)，揭示狹義相對(duì)論的發(fā)現(xiàn)和成果。之后，加入廣義相對(duì)論初步知識(shí)，尤其是引伸出黑洞理論。這里介紹天才的英國(guó)物理學(xué)家、著名科普著作《時(shí)間簡(jiǎn)史》的作者霍金。他愛(ài)打賭的個(gè)性引起學(xué)生的哄笑，可是在一次次打賭中，對(duì)科學(xué)問(wèn)題的爭(zhēng)辯和實(shí)驗(yàn)過(guò)程的驗(yàn)證，讓這位大物理學(xué)家在黑洞方面的研究取得了一個(gè)又一個(gè)的突破。那個(gè)歪著頭坐在輪椅上的霍金的照片，那個(gè)全身只有眼睛和三個(gè)手指能活動(dòng)的物理學(xué)家，那個(gè)早已被醫(yī)生宣判死刑，但大腦極度活躍的大師，以其堅(jiān)強(qiáng)的意志和卓越的成就引起學(xué)生強(qiáng)烈的情感共鳴。他頑強(qiáng)的生命力、不畏困難堅(jiān)強(qiáng)奮斗的精神在課堂上傳遞著極大的正能量。

“居里點(diǎn)”是材料在鐵磁體和順磁體之間改變的溫度，是居里先生在實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)的磁石的一個(gè)物理特性。居里夫婦對(duì)物理學(xué)和化學(xué)的影響是巨大的，他們?cè)谄D難的生活和艱苦的實(shí)驗(yàn)條件下，發(fā)現(xiàn)了放射性元素釙和鐳，尤其是鐳的發(fā)現(xiàn)為許多人提供了一夜暴富的機(jī)會(huì)，卻讓生活貧困的居里一家買(mǎi)不起一克鐳用于實(shí)驗(yàn)。面對(duì)記者的采訪，居里夫人說(shuō)：“請(qǐng)給我一克鐳”。因?yàn)殚L(zhǎng)期接觸放射性物質(zhì)，居里夫人因惡性白血病逝世。然而，一代偉大的物理學(xué)家以自己的生命為后人提供警示：在探索真理的過(guò)程中，從未知到已知，無(wú)數(shù)偉大的科學(xué)家奉獻(xiàn)了青春甚至生命。如今，我們只有在特定的區(qū)域內(nèi)穿好特定的防護(hù)服才能查閱放在鉛盒里的居里夫婦留下的手稿。在物理課堂上，以規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作、愛(ài)惜現(xiàn)在優(yōu)良的實(shí)驗(yàn)條件、珍惜自己身體為主題的宣講引起學(xué)生深深的共鳴。

3.找準(zhǔn)學(xué)生心理狀態(tài)的“固有頻率”，使教學(xué)信息收發(fā)達(dá)到同步

我們調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)“納米和納米材料”的興趣在所有物理學(xué)知識(shí)領(lǐng)域中是最高的。納米尺度為10–9m，納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍（1～100nm）或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料，這大約相當(dāng)于10～100個(gè)原子緊密排列在一起的尺度。納米技術(shù)是用原子、分子制造物質(zhì)的科學(xué)技術(shù)。納米的神奇之處在于原子的尺度是納米級(jí)，深入原子，可以使組合分子用人工或機(jī)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而可以任意組合所有種類(lèi)的分子，讓“操縱原子不是夢(mèng)”。20世紀(jì)50年代初，著名物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者費(fèi)米曾說(shuō)“如果有一天可以按人的意志來(lái)安排一個(gè)個(gè)原子，那將會(huì)是怎樣的奇跡？”[2]。1981年美國(guó)IBM公司兩位科學(xué)家利用量子隧道效應(yīng)發(fā)明掃描隧道顯微鏡，放大倍數(shù)達(dá)百萬(wàn)億，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了操縱原子的方法。另外，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)物質(zhì)達(dá)到納米尺度時(shí)（大約在0.1～100nm范圍內(nèi)），物質(zhì)的性能將發(fā)生突變，出現(xiàn)特殊性能。磁性材料如鐵鈷合金，如果做成20～30nm大小，磁疇變成單磁疇，磁性比原來(lái)提高1000倍。其原因是磁疇中每個(gè)原子排列并不很規(guī)則，而變成單磁疇后，各個(gè)原子排列很規(guī)則，對(duì)外顯示強(qiáng)磁性。因此，人們?cè)诓牧涎芯可仙仙搅艘粋€(gè)新的高度。

不管是物理專(zhuān)業(yè)課程中的普通物理學(xué)（含力、熱、電、光、原子物理）、四大力學(xué)（理論力學(xué)、熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理、電動(dòng)力學(xué)、量子力學(xué)），還是非物理專(zhuān)業(yè)的大學(xué)物理學(xué)課程，或簡(jiǎn)或繁，均可在課堂上適當(dāng)?shù)匾雽W(xué)生感興趣的物理學(xué)前沿領(lǐng)域知識(shí)。講到半導(dǎo)體，“LED照亮世界”是最好的課題;講到電磁感應(yīng)，磁懸浮超導(dǎo)可以適當(dāng)?shù)匾?。知道學(xué)生對(duì)什么感興趣，有意引導(dǎo)，達(dá)到共振，教學(xué)效果的“振幅”才是最大的。

4.訓(xùn)練學(xué)生具有批判性思維的能力，提高科學(xué)素養(yǎng)

北京師范大學(xué)包景東老師在《格物致理——批判性科學(xué)思維》一書(shū)中指出[3]，目前大學(xué)物理教學(xué)通常的流程是：教師在課堂上講授正確的知識(shí)，學(xué)生在課后做正確的練習(xí)，但缺乏批判性思維的訓(xùn)練和科學(xué)精神的引導(dǎo)。南開(kāi)大學(xué)教授、首屆高等學(xué)校教學(xué)名師獎(jiǎng)獲得者顧沛老師總結(jié)自己的教學(xué)個(gè)性中有一條：“故意出錯(cuò)”。在我們的物理學(xué)教學(xué)中，出現(xiàn)“錯(cuò)誤”不可怕，能引導(dǎo)學(xué)生指出“錯(cuò)誤”就很有益處。故意出錯(cuò)如同相聲演員抖的包袱，能引起學(xué)生的思索與判斷。在課堂教學(xué)中，抖出一個(gè)又一個(gè)包袱，提出一個(gè)又一個(gè)問(wèn)題，設(shè)置一個(gè)又一個(gè)障礙，讓學(xué)生在批判中學(xué)習(xí)，在解決問(wèn)題中進(jìn)步。筆者在課堂上曾設(shè)置一個(gè)場(chǎng)景：登上月球的兩名宇航員，是不是必須穿宇航服？宇航服上應(yīng)具備哪些功能，利用什么物理學(xué)原理來(lái)實(shí)現(xiàn)？?jī)擅詈絾T如何才能對(duì)話？同學(xué)們提出了很多設(shè)想：防冷，防輻射，利用無(wú)線電波，等等。這些設(shè)想綜合運(yùn)用了物理學(xué)中熱傳導(dǎo)、聲波和電磁波、薄膜干涉屏蔽外界輻射等物理學(xué)原理。在討論和批判中，許多物理學(xué)知識(shí)得以融會(huì)貫通，學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)得以提升。

5.展示物理科學(xué)美，揭示物理理論內(nèi)在美

天體物理學(xué)家邦迪（Hemann?Bondi）說(shuō)：“當(dāng)我提出一個(gè)我認(rèn)為中肯、合理的建議時(shí)，愛(ài)因斯坦一點(diǎn)也不駁斥它，而只是說(shuō)，‘噢，好丑……，他深信美是理論物理學(xué)上探求重要答案的指導(dǎo)原則?！蔽锢憩F(xiàn)象繽紛多彩，物理學(xué)理論簡(jiǎn)潔對(duì)稱(chēng)，卻蘊(yùn)含著深?yuàn)W的科學(xué)道理?？茖W(xué)美的典范是麥克斯韋方程組：形式簡(jiǎn)單，對(duì)仗工整，道理深刻，涵蓋了電磁世界中所有的物理規(guī)律，使每一位物理學(xué)家都陶醉其中。后來(lái)，玻耳茲曼情不自禁地引用歌德的詩(shī)句說(shuō)“難道這些是上帝寫(xiě)的嗎？”[4]

著名物理學(xué)家楊振寧引用唐代詩(shī)人高適的詩(shī)句“性靈出萬(wàn)象，風(fēng)骨超常倫”來(lái)描述狄拉克方程和反粒子理論[4]。他認(rèn)為，一方面狄拉克方程確實(shí)包羅萬(wàn)象，而用“出”字描述狄拉克的靈感尤為傳神。另一方面，狄拉克不顧玻爾、海森堡、泡利等當(dāng)時(shí)大物理學(xué)家的冷嘲熱諷，始終堅(jiān)持他的理論，正合“風(fēng)骨超常倫”。優(yōu)美的詩(shī)句，描述了優(yōu)美絕倫的圖畫(huà)和思想境界，卻又完美地闡釋了一個(gè)物理學(xué)大師的風(fēng)格與理論。在狄拉克看來(lái)，“使一個(gè)方程具有美感，比使它去符合實(shí)驗(yàn)更重要?！?/p>

美亦是科學(xué)的本性之一。物理學(xué)家們?cè)谔剿髯匀唤缥镔|(zhì)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律時(shí)，無(wú)論是他們所運(yùn)用的巧妙的思想方法，或是他們勤勞和智慧的結(jié)晶——簡(jiǎn)單、和諧的物理理論，還是他們?cè)谧非笳胬磉^(guò)程中所體現(xiàn)的嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、鍥而不舍的科學(xué)精神，無(wú)不向人們展示科學(xué)自身的至美，無(wú)不向?qū)W生傳達(dá)物理學(xué)的本質(zhì)是真、價(jià)值是善、追求是美。

藝術(shù)之所以具有誘人的魅力，在于它有三大突出特點(diǎn)：形象性、情感性和創(chuàng)造性。教學(xué)效果的好壞很大程度上取決于教師的教學(xué)手段、方法是否生動(dòng)形象，是否引起情感交流與共鳴，是否具有藝術(shù)性。愛(ài)因斯坦說(shuō)：“在科學(xué)思維中常常伴著詩(shī)的因素，真正的科學(xué)和真正的音樂(lè)要求同樣的想象過(guò)程。”把教學(xué)作為一次次藝術(shù)創(chuàng)作，做物理教學(xué)的藝術(shù)家，探索創(chuàng)新的物理教學(xué)之路，是我們青年教師努力的方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]?王升.?教學(xué)藝術(shù)的特點(diǎn)及掌握之策略[J].上海教育科研，1996（4）：40-41.

[2]?白春禮.?納米科技：夢(mèng)想與現(xiàn)實(shí)[C].2004年中國(guó)納米技術(shù)應(yīng)用研討會(huì)論文集，2004：1-18.

[3]?包景東.格物致理——批判性科學(xué)思維[M].北京：科學(xué)出版社，2014.

[4]?楊振寧.美與物理[J].物理，2002，31（4）：193-199.

[基金項(xiàng)目：河南省教育廳高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目（2014197）;河南科技大學(xué)重大教育教學(xué)改革項(xiàng)目（2014ZD-009）]

[責(zé)任編輯：夏魯惠]endprint