“天人合一”觀念對物理教學的啟示

解世雄（嘉應學院，廣東梅州 514015）

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“天人合一”觀念對物理教學的啟示

解世雄
（嘉應學院，廣東梅州 514015）

摘 要物理文化是西方文化的精髓，而“天人合一”則是中華文化的核心概念，兩者本無交集．學生學習物理的困難激發筆者四處尋找靈感，這里用“天人合一”統整筆者的一些實踐案例．首先談談物理教師的窘態；其次介紹“天人合一”的觀念；最后敘述“天人合一”對物理教學的幾點啟示：構建階梯課堂，構建活的課堂，構建人性化課堂，構建審美課堂．

關鍵詞天人合一；物理教學；課堂

1 物理教師：人在囧途

20世紀70年代流行一句口號：“學好數理化，走遍天下都不怕”，在筆者心中如同春風化雨，物理多么神圣，多么令人向往．恢復高考的當年（1977年12月），筆者參加高考并被錄在師范大學物理系，班上60個同學，師大教師子弟就有6個，可想而知當年物理教師專業有多熱門．

“三十年河東，三十年河西”，當前物理學科降溫到不可思議的地步．人民教育出版社彭前程先生在為我校師生作報告時，列舉國內對中學生調查的一組數據：

在“令人最厭惡的學科”中物理排名第二；最難學的學科物理排名第一．

如今，物理學專業在師范院校中淪落為最不受歡迎的專業，而在與近幾屆的學生座談交流中，學生反映最強烈的困惑是：“學不懂，沒有用”．這個問題在筆者頭腦中縈繞多年也難以真正解決，這是一個物理共同體的問題，個人的力量太渺小，寫出來讓物理教育家們共同去思考、解決．

筆者在地方高校工作33年，深知基礎物理教師工作之不易，物理專業前沿研究對實驗條件要求高，國際同行水準高，這個國際性的學科，基礎物理教師職稱晉升不易，教學難以激起學生的學習熱情和興趣．老師身在囧途，照本宣科，念PPT成為常態，物理教學就這樣惡性循環．客觀地說，相當多的物理教師缺乏深厚的教育理論，缺乏國際教育的理念，更沒有自己的教育概念，缺乏科學史哲知識，缺乏中華文化功底，用接受訓練時的理科思維做教育之事，不能做的做不了，能做的沒動力做好．

本人多年研究物理文化，終于明白，“物理文化不只是知識體系，更是時代文化的組成部分；物理教育不只是概念和規律的演繹，更是高尚文化的傳承與創新．”［1］

在中國進行物理文化教育，避不開中華文化的影響．筆者以為，中華傳統文化可以在某些方面彌補物理文化見物不見人的冷漠，給物理教育一些營養．

2 “天人合一”觀念簡釋

“天人合一”是耳熟能詳的一句成語，歷經兩千多年的演化、傳承，經久不衰．20世紀80年代中期張岱年的一篇《中國哲學中的‘天人合一’思想剖析》引發熱議．目前，期刊網收錄的以“天人合一”為題的論文竟多達1924篇，核心期刊406篇．

筆者不想介入這場考證和爭論，而憑借自己的眼光去選擇一些能為我所用的觀點，以激發物理教師的靈感．

中國古代學者關于“天人合一”的論述多而雜，李申先生從《四庫全書》中共找到二百余條明確表述“天人合一”的材料．發現“天”包含5層意思：（1）天是與人發生感應的存在；（2）天是賦予人以吉兇禍福的存在；（3）天是人們敬畏、侍奉的對象；（4）天是主宰人，特別是主宰王朝的存在；（5）天是賦予人仁義禮智本性的存在［2］．

而馮友蘭先生則歸納為：“一是物質之天，即與地對應的天；二是主宰之天，即所謂黃天上事，有人格的天；三是命運之天，即人生中無可奈何的東西；四是自然之天，即自然運動變化；五是義禮之天，即宇宙的最高原理與法則．”［3］

由此可見，“天人合一”是一個典型的哲學概念，與所有哲學概念一樣，它經歷了漫長的形成、提煉、詮釋、泛化、爭論的過程．這樣形成學術概念常常作為后人靈感來源，幫助啟發人們思考相關問題，幫助相關學科成長．

在對天人關系的認識上，中國古代形成了兩種不同的觀念：一是天人合一，認為天是與人相通的，關聯的，天道與人道一致的，合二為一的；另外是天人相分，認為天與人，自然界與人類相互轉化的，各有各的屬性和規律［4］．而贊成天人合一方向是學術界的主流方向．

孔子在《論語》中“知天命”“畏天命”涉及了人天關系的領悟．

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

莊子認為，天與人本來就是合一的，“天地與我養生，而物與我為一”［6］．

關于“天人合一”西漢董仲舒的格言：“天有喜怒之氣，哀樂之心，與人相副，從類合之，天人一也”［7］．

古人“天人合一”的理論概括似乎比較玄乎，但是我們考察中國古代人們的生活則可以清晰地看到，天人合一是一種生存狀態，一種古代人類的生存智慧．例如：游牧民族的生存方式逐水草而居；而農耕民族則春播冬藏，不違農時；靠山吃山，靠水吃水．人們的活動受天地氣候的影響，日出而作、日落而息．一切重大社會活動講究天時、地利、人和，這些都是天人合一思想的體現和實踐基礎．

3 “天人合一”對物理教學的幾點啟示

物理學的理論體系，本質上是從亞里士多德開啟的西方理性思維方法，伽利略的實驗方法，牛頓的歸納與數學化方法發展起來的，中華文化對之并無貢獻．但是任何文化都有其局限，也有其合理部分．分析東西方科學文化，我們不能簡單地說誰比誰更好、更優秀．東西方文化是可以互補的人類文化．著名物理學家海森堡說過：“在人類思想發展史中，最有成效的發展幾乎總是發生在兩種不同思想的交匯點上，他們可能發源于人類文化中十分不同的部分、不同的時期、不同的文化環境或不同的宗教傳統．”

物理教學和物理學不同，教學離不開人，離不開學生的興趣與理解記憶．物理教學方法的創新，如同烹飪方法的創新一樣，不同文化烹飪方法的交融與啟發，可以創作出眾多新鮮的式樣，滿足我們的需要．從中華智慧中獲取靈感，更加關注學生，關注學生的感受，根據教師的特長創造性地進行有特色有個性化的物理教學．天人合一在科技史上無大貢獻，但是，確可以啟發物理教學的靈感：

3．1 人生有階段，規律有層次，構建階梯物課理堂

我們的教材，尤其是大學物理教材基本上是按照學科內在邏輯體系所寫，為了盡可能簡短地、邏輯嚴密地構造知識體系，一本教材不外乎實驗、概念、定律、定理和數學推導，而科學方法，價值觀，科學人物等文化要素完全被擠掉，或者說教材呈現給學生的是后現代科學階段的物理學，沒有歷史上的發現與爭論，也沒有物理學家的喜怒哀樂與探究，更沒有方法論突破帶來的變化．大學生說“學不懂”這就非常正常，因為他們不可能是天才加全才．愛因斯坦是公認的最聰明的人，他說過一句話：“當數學家進入廣義相對論研究領域，我越來越看不懂了．”

我在與學生的座談中聽到最多的是：“學不懂，沒有用”．這要求我們物理老師反思，我認為首先要給學生分析所謂懂的幾個層面（或階梯）：

（1）知道的“懂”——現象感知；

（2）方法論的“懂”——方法提煉；

（3）知識結論的“懂”——結論的理解；

（4）數學推導的“懂”——數學應用．

教材和老師基本上是重現（3）、（4），而（1）、（2）往往被忽略．教材因為篇幅有限，可以簡略，但是教師要還原生動的過程和方法給學生，因而物理教師要心中有物理學家進行探索的故事，要準確掌握物理學科發展的方法與變遷．物理學像一個英雄老人，我們僅是給青少年談論英雄老人的成熟思想和理論，必然枯燥乏味，我們應通過故事還原他的精彩人生，學生才會更加敬重，更加親近物理學．

物理教師可以根據學生的需求和接受水平，對教學的具體知識進行目標分析，明確告訴學生哪些知識是僅僅需要知道，哪些是需要理解，哪些是需要掌握，而需要掌握的知識，并非都有精細量化，更多的是掌握方法和應用．我們中學老師灌輸給學生的“懂”，實際是應試的“懂”，這種“懂”成為學生學習大學物理的心理障礙，老師一定要讓學生懂得物理的多樣化、多層面，降低他們的學習難度和心理恐懼．

3．2 人是活的，天也是活的，構建活的物理課堂

根據形式邏輯的基本理論，我們的思維過程可以簡化為概念、判斷、推理，而物理學則是把紛紜復雜的大千世界理想化，進而找到邏輯起點．物理理論通常由基本概念、定律、定理構成，而應用則只是鋪墊和延伸．從理論上看，這是再完美不過的體系啦，但是這種美要經過長期訓練，成為科學家級別的智者才能感受得到．

對于學生來說，活生生的自然界變成了一些難以理解的干巴巴的概念和數學公式，而學物理的過程就是背概念、記公式、背樣題、解目標題、考試，成為費曼批評的自我繁衍系統．精英教育時期這樣做沒有問題，因為所有學習者都將從事科學或工程專業，而當今信息化時代，從事工程和科學（或科學教育）的人遠比學習物理的人少得多，他們看不到學習的直接用處，又找不到學習的樂趣，問題就出來了．

筆者在講解加速度概念時，曾經讓兩個學生到教室前面來做轉圈比賽，引入轉動加速度．“學完加速度概念知識后，可以讓學生探究人類對于加速度的感知與忍耐極限問題的研究．加速度是一個客觀存在的物理現象，我們每個人都對它有所感知，但是我們是被動的，甚至我們并不知道，我們每個人對加速度都有一個耐受極限．有些人耐受強（殲擊機駕駛員、宇航員），有些人耐受弱（很怕坐車的女性），當他們承受較大加速度時（如坐太空穿梭、過山車等），他們的反應完全不同．這個問題可以有多種設計和研究方案．也可以利用動物進行輔助試驗．”［8］

講完能量轉換與守恒定律后，組織學生討論動物和人的胖瘦問題，會非常生動有趣．有一位女生認為保持良好身材，需要多吃肉，因為肉食動物都健美，另一位則認為吃草可以健美，如牛、馬、羊等．通過討論學生得到比較正確的認識：動物或人從食物吸收的能量與其運動消耗的能量的增量成為胖瘦的關鍵因素．

當然，這類的討論是活的，能夠激發學生的思維，顯然不能代替知識的“主食”，但是這種“香料”必不可少．

3．3 人、天規律相似，構建人性化的課堂

物理學中的許多規律不僅適用于物，也適用于人．因為人和天都可看作復雜系統．

例如，量子力學中狀態函數的歸—化條件是一個很難理解的概念，但是如果我們用人的變化規律來類比就非常簡單，我們知道人的死亡是確定無疑的，是100%的，即歸—化的．而各種因素導致的死亡方式，對個人不確定，病死、車禍、自殺、天災、戰爭等各有一定的概率，而各種概率的總和為1，這也是歸一化．

另外，熱力學第二定律關于熱力學狀態的不可逆性問題，即熵增加原理dS＞0，揭示了封閉系統的規律．學生很難理解其統計解釋．

與此類似，我們人的從生到死，從小到大到老也是一種不可逆的過程．如李白的“君不見黃河之水天上來，奔騰到海不復還，君不見高堂明鏡悲白發，朝如青絲暮成雪．”

如果熱力學系統是開放的，即從外界吸收信息、能量系統就會走向有序．這就是普利高津解決了的物理系統的退化和生物系統進化的矛盾的精髓．

如前所述，地表水事實上是一個開放系統，從太陽吸收陽光的能量成為一個可逆過程．而李白看到的地球系統是不可逆過程．

當我們講到熵這個非常令人頭痛的問題時，我們需要大膽地與人聯系起來，就會化枯燥為生動，化抽象為具體，讓學生終生難忘．

例如，改革開放前，廣東雖然對海外開放，但是三大民系（客家民系、潮汕民系、廣府民系）相對封閉．改革開放三十多年北方人口大遷徙后，廣府民系的后代相當多呈現雜交優勢，平均身高估計提高5cm．也就是說人在一個相對封閉的系統就會受熱力學第二定律即不可逆地退化的制約，即近親繁殖必然退化，系統開放親緣關系越遠就越有利于優生．類似的問題，如果在同一塊土地上種莊稼，不換種，不換土，幾代以后就退化，開放即換種或換土才能持續豐收．

再如，麥克斯韋速率分布是一個枯燥的公式也很難理解．如果我們用人來類比問題就迎刃而解了．怎樣類比呢？身高——速度；年齡——溫度，地域——分子密度，即可以得到在同一地域、同一民系下，身高與年齡的分布關系，類似速率分布問題．

總之，我們可以找到許多有意思的案例加到物理課堂，把學生的學習推向一個人化的、促進思維發展的課堂．

3．4 天是美的，人是美的，構建審美的物理課堂

追求美是人的文化天性，每個人都有審美的潛質，吃飽飯就有審美需要，會審美，人就不寂寞，創造了美，人就幸福．人們在闡釋天人合一的內涵時，認為人與環境的和諧，熱愛與保護自然環境乃是天人合一的現代啟示，因此在物理課堂中滲透美育，使學生通過感受自然之美從而培養其熱愛自然的情感，使學生了解物理學及其相關技術發展的美妙歷程，使學生知道決定物理學道路的物理學家的故事與審美，使學生了解最美的物理實驗及其對科技進步與社會發展的影響．

生活中美的東西很多，文學就是最善于煽情、抒情，制造意境之美，而科學之美的感知需要長期的思考和學習，優質物理課堂的一個重要任務就是帶領學生去感知和欣賞各種物理美．

物理美有許多經典案例：古希臘的自然觀是真實而美麗的；牛頓運動定律、萬有引力定律、麥克斯韋方程組是簡捷而美麗的；愛因斯坦相對論方程是相信美是自然最高準則，而大膽放棄伽利略變換，選擇洛倫茲變換而發明出來的；狄拉克的反物質理論完全是建立在對稱的美學原理基礎上的，丁肇中等一批科學家至今還在尋找反物質等．

我們每個物理教師要構建自己的物理美學系統并引導學生建立相應的系統．我經過長期的思考就有一個明確的物理美系統：

最美的方法與原理系統，如理想化方法、模型法、分類法、歸納法、類比法、實驗法、統計法、估算法、探究法等；簡單性原理、統一性原理、守恒原理、對稱原理、對應原理、互補原理、可觀察原理．［9］

最美的物理概念：如時間、位移、速度、能量、熵、溫度、電子、電阻、干涉、光譜、原子核等；

最美的物理規律：物理規律之美集中體現在物理公式上面，天體和地球上紛繁復雜的各種機械運動，用把它們的相互關系表現出來．

1877年玻耳茲曼從統計的觀點出發提出如

下著名公式：

微觀粒子的波粒二象性公式E＝hν，P＝h／λ，不但表現了二象性的統一，也表現了二象性的互補，互補和統一都表現了和諧美．

愛因斯坦著名的質能方程E＝mc2，僅用3個物理量之間的簡單函數關系，既揭示了物體具有的能量跟它的質量之間的關系，又解釋了核反應的質量虧損現象，這充分體現了物理規律的簡捷美．

由于篇幅關系最美的物理實驗就不再敘述．

總之，物理美體現在物理現象中，體現在物理概念中，體現在物理規律中，體現在物理研究方法中，體現在探究過程中．物理美是質樸的美，是統一和諧的美，是對稱的美，是實在普適的美．大美無爭，與做各種事情一樣，物理教學做到最高境界就是審美境界．

參考文獻

［1］［9］ 解世雄．物理文化與教育［M］．北京：科學出版社，2009，封面：27．

［2］ 李申．天人合一說［M］．北京：國家圖書館出版社，2013：1．

［3］ 馮友蘭．中國哲學史［M］．上海：生活讀書新知三聯出版社，2008：46．

［4］ 胡化凱．中國古代科學思想二十講［M］．合肥：中國科技大學出版社，2013：77．

［5］ 道德經．第十五章．

［6］ 莊子．齊物論．

［7］ 董仲舒．春秋繁露陰陽義［M］．上海：上海古籍出版社，1991：8．

［8］ 解世雄．物理教學論課程的理論與實踐探究［M］．廣州：廣東高等教育出版社，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

作者簡介：解世雄，男，教授，主要研究方向為物理文化、物理課程與教學論．mzxsx＠163．com

收稿日期：2015－03－03