淺談物理教學的藝術性

鞏曉陽+琚偉偉+王翚+王輝

摘??要：教學效果的好壞，很大程度上取決于教師的教學手段、方法是否生動形象，是否引起情感交流與共鳴，是否具有藝術性。成功的教學本身就是藝術的創造。本文提出了藝術教學的改革思路，用實例闡述了物理教學具有藝術性的策略和方法。

關鍵詞：大學物理教學;教學藝術;科學美

教學藝術就是教師在科學的教學觀和審美原理的指導下，旨在省時高效地達到教育目的所使用的具有個性獨特性、創造性的教學方法[1]。人們常說“愛美是人的天性”，美的事物、美的畫面人人喜歡。在物理學中蘊含著美的現象、美的方程、美的理論，一個物理學教師指導學生發現物質世界中美的物理現象，學習物理學理論中美的物理規律，激發學生對自然科學的興趣，引導學生繼續探索未知的物理規律，教師的教學就是成功的。這里需要教師有方法、有技巧、有能力、有激情，所以“成功的教學本身就是藝術的創造”。

目前在物理課堂教學中，我們很不愿意看到：“低頭一族”出現，上課一直在玩手機;“游戲一族”出現，徹夜沉迷游戲中;“宅男一族”出現，足不出戶。我們也很不情愿看到：一部分學生對科學的興趣遠遠比不上對文藝明星的興趣，寧愿花費巨資擠破頭去看一場明星演唱會，也不愿在校園里免費聽一場專業的專題講座;一部分學生不關心大學期間學習什么，只關心將來怎樣找個輕松高薪的工作。如著名翻譯家楊絳先生給一個高中畢業傾訴人生困惑的人誠懇而不客氣的話：“你的問題在于書讀得不多而想法太多。”讀書，讀科技書，讀專業書成了困難事。要讓學生身心回歸課堂，讓青年學生熱愛科學、熱愛物理學，唯有改革教學;作為物理教師，也要講究教學的藝術性。

1.激發求知欲望

物理學是理論、實驗與應用相結合的一門學科，理論嚴密，實驗精巧，應用廣泛。著名粒子物理學家、諾貝爾物理學獎獲得者丁肇中博士回答記者提問時說：“科學改變了整個人類的生活”。將理論、實驗和應用結合起來，要求教師課前備課要精心設計教學程序。好的物理課程應能啟迪學生的心靈，點燃學生的思想火花，激發學生的情感、興趣和意志。規章制度可以把學生約束在課堂上，幽默風趣的講解可以把學生思想吸引在課堂上，但是還不夠！真正能深入學生頭腦，打動學生的內心，激發學生的探索欲望，必須是教學本身！物理教學課堂上可以設計幾個不合理的結果引導學生思考，甚至可以故意出錯引導學生改錯。比如，講解電磁學中電容的定義時，提出問題：同學們，老師請大家幫忙買個電容是1法拉的球形電容器好嗎？同學們就會去思索和計算，單獨一個球形電容器是孤立電容器，利用孤立電容器計算方法計算電容，（r是半徑），得到。結果一出，大家驚呼，比地球半徑大得多，可見法拉是個多么大的單位，所以才有微法、皮法等單位。這種教學效果，極大地激發了學生的求知欲，對結果也會有較深刻的記憶。

2.?引起學生情感共鳴

我們曾對我校物理學院2014級應用物理學、材料物理、光電科學與技術三個專業做過調查，在最感興趣的物理學前沿領域中，宇宙反物質的存在、黑洞與蟲洞理論研究名列前茅;在最崇拜的物理學家中當然有愛因斯坦和霍金。經過一番準備，課堂教學這樣展開：講狹義相對論之初，引入愛因斯坦著名的“追光理論”實驗和小時候“三個小板凳”的故事，從真實趣味的案例，引導學生從愛因斯坦的思索出發，揭示狹義相對論的發現和成果。之后，加入廣義相對論初步知識，尤其是引伸出黑洞理論。這里介紹天才的英國物理學家、著名科普著作《時間簡史》的作者霍金。他愛打賭的個性引起學生的哄笑，可是在一次次打賭中，對科學問題的爭辯和實驗過程的驗證，讓這位大物理學家在黑洞方面的研究取得了一個又一個的突破。那個歪著頭坐在輪椅上的霍金的照片，那個全身只有眼睛和三個手指能活動的物理學家，那個早已被醫生宣判死刑，但大腦極度活躍的大師，以其堅強的意志和卓越的成就引起學生強烈的情感共鳴。他頑強的生命力、不畏困難堅強奮斗的精神在課堂上傳遞著極大的正能量。

“居里點”是材料在鐵磁體和順磁體之間改變的溫度，是居里先生在實驗室發現的磁石的一個物理特性。居里夫婦對物理學和化學的影響是巨大的，他們在艱難的生活和艱苦的實驗條件下，發現了放射性元素釙和鐳，尤其是鐳的發現為許多人提供了一夜暴富的機會，卻讓生活貧困的居里一家買不起一克鐳用于實驗。面對記者的采訪，居里夫人說：“請給我一克鐳”。因為長期接觸放射性物質，居里夫人因惡性白血病逝世。然而，一代偉大的物理學家以自己的生命為后人提供警示：在探索真理的過程中，從未知到已知，無數偉大的科學家奉獻了青春甚至生命。如今，我們只有在特定的區域內穿好特定的防護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，以規范實驗操作、愛惜現在優良的實驗條件、珍惜自己身體為主題的宣講引起學生深深的共鳴。

3.找準學生心理狀態的“固有頻率”，使教學信息收發達到同步

我們調查發現，學生對“納米和納米材料”的興趣在所有物理學知識領域中是最高的。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成的材料，這大約相當于10～100個原子緊密排列在一起的尺度。納米技術是用原子、分子制造物質的科學技術。納米的神奇之處在于原子的尺度是納米級，深入原子，可以使組合分子用人工或機器來實現，從而可以任意組合所有種類的分子，讓“操縱原子不是夢”。20世紀50年代初，著名物理學家、諾貝爾獎獲得者費米曾說“如果有一天可以按人的意志來安排一個個原子，那將會是怎樣的奇跡？”[2]。1981年美國IBM公司兩位科學家利用量子隧道效應發明掃描隧道顯微鏡，放大倍數達百萬億，同時在實驗中發現了操縱原子的方法。另外，研究發現當物質達到納米尺度時（大約在0.1～100nm范圍內），物質的性能將發生突變，出現特殊性能。磁性材料如鐵鈷合金，如果做成20～30nm大小，磁疇變成單磁疇，磁性比原來提高1000倍。其原因是磁疇中每個原子排列并不很規則，而變成單磁疇后，各個原子排列很規則，對外顯示強磁性。因此，人們在材料研究上上升到了一個新的高度。

不管是物理專業課程中的普通物理學（含力、熱、電、光、原子物理）、四大力學（理論力學、熱力學與統計物理、電動力學、量子力學），還是非物理專業的大學物理學課程，或簡或繁，均可在課堂上適當地引入學生感興趣的物理學前沿領域知識。講到半導體，“LED照亮世界”是最好的課題;講到電磁感應，磁懸浮超導可以適當地引入。知道學生對什么感興趣，有意引導，達到共振，教學效果的“振幅”才是最大的。

4.訓練學生具有批判性思維的能力，提高科學素養

北京師范大學包景東老師在《格物致理——批判性科學思維》一書中指出[3]，目前大學物理教學通常的流程是：教師在課堂上講授正確的知識，學生在課后做正確的練習，但缺乏批判性思維的訓練和科學精神的引導。南開大學教授、首屆高等學校教學名師獎獲得者顧沛老師總結自己的教學個性中有一條：“故意出錯”。在我們的物理學教學中，出現“錯誤”不可怕，能引導學生指出“錯誤”就很有益處。故意出錯如同相聲演員抖的包袱，能引起學生的思索與判斷。在課堂教學中，抖出一個又一個包袱，提出一個又一個問題，設置一個又一個障礙，讓學生在批判中學習，在解決問題中進步。筆者在課堂上曾設置一個場景：登上月球的兩名宇航員，是不是必須穿宇航服？宇航服上應具備哪些功能，利用什么物理學原理來實現？兩名宇航員如何才能對話？同學們提出了很多設想：防冷，防輻射，利用無線電波，等等。這些設想綜合運用了物理學中熱傳導、聲波和電磁波、薄膜干涉屏蔽外界輻射等物理學原理。在討論和批判中，許多物理學知識得以融會貫通，學生的科學素養得以提升。

5.展示物理科學美，揭示物理理論內在美

天體物理學家邦迪（Hemann?Bondi）說：“當我提出一個我認為中肯、合理的建議時，愛因斯坦一點也不駁斥它，而只是說，‘噢，好丑……，他深信美是理論物理學上探求重要答案的指導原則。”物理現象繽紛多彩，物理學理論簡潔對稱，卻蘊含著深奧的科學道理。科學美的典范是麥克斯韋方程組：形式簡單，對仗工整，道理深刻，涵蓋了電磁世界中所有的物理規律，使每一位物理學家都陶醉其中。后來，玻耳茲曼情不自禁地引用歌德的詩句說“難道這些是上帝寫的嗎？”[4]

著名物理學家楊振寧引用唐代詩人高適的詩句“性靈出萬象，風骨超常倫”來描述狄拉克方程和反粒子理論[4]。他認為，一方面狄拉克方程確實包羅萬象，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、泡利等當時大物理學家的冷嘲熱諷，始終堅持他的理論，正合“風骨超常倫”。優美的詩句，描述了優美絕倫的圖畫和思想境界，卻又完美地闡釋了一個物理學大師的風格與理論。在狄拉克看來，“使一個方程具有美感，比使它去符合實驗更重要。”

美亦是科學的本性之一。物理學家們在探索自然界物質運動的規律時，無論是他們所運用的巧妙的思想方法，或是他們勤勞和智慧的結晶——簡單、和諧的物理理論，還是他們在追求真理過程中所體現的嚴謹求實、鍥而不舍的科學精神，無不向人們展示科學自身的至美，無不向學生傳達物理學的本質是真、價值是善、追求是美。

藝術之所以具有誘人的魅力，在于它有三大突出特點：形象性、情感性和創造性。教學效果的好壞很大程度上取決于教師的教學手段、方法是否生動形象，是否引起情感交流與共鳴，是否具有藝術性。愛因斯坦說：“在科學思維中常常伴著詩的因素，真正的科學和真正的音樂要求同樣的想象過程。”把教學作為一次次藝術創作，做物理教學的藝術家，探索創新的物理教學之路，是我們青年教師努力的方向。

參考文獻：

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

[2]?白春禮.?納米科技：夢想與現實[C].2004年中國納米技術應用研討會論文集，2004：1-18.

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

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

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

[責任編輯：夏魯惠]endprint