求美启德：转识成智的价值追寻，本文主要内容关键词为：价值论文,启德论文,转识成智论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
“转识成智”作为当代教育的核心价值追求，旨在转知识学习为智慧生长，转“知识本位”的教育为“智慧主体”的教育，转培养“知识人”为塑造“智慧者”。通过创设充满着爱、洋溢着情、体现着乐的教育情境，培养聪明的、自由的、尚善的、有创造潜能的智慧学生[1]。转识成智涵盖着转知识为能力、化情意为德行、变传承为创新。 那么，在物理教育中如何化情意为德行？如何促进学生知、意、情的全面发展，而达到真、善、美的和谐统一？如何实现德行的连续自证，进而转识成智？核心的一个字——美！因为对美的追求是人类社会进步的不竭动力，也是科学家进行科学探索的精神情愫。自然之美愉悦身心，引领人类去欣赏、探索、发现，科学和艺术之美为文明进步插上腾飞的双翼，陶冶性情、创造奇迹、净化心灵，凝练成求真、尚善、臻美的人性之美。因此，追寻科学美的脚步，开启欣赏美、发现美、创造美的航程，让学生在学习中感受科学规律之美、体悟科学方法之美、领会科学精神之美，可以促进学生以美怡情、以美求真、以美尚善，进而以美启德，转识成智。 一、感受科学规律之美，以美怡情 谈到美，你或许会立刻想到山的雄浑、水的灵动，想到花的鲜艳、叶的芬芳，抑或想到书画的传神、音乐的悠扬……法国社会哲学家韦伊说：“科学的真正主题是世界之美。”[2]科学的简洁美令人陶醉，对称美令人惊叹，和谐美令人心驰神往，多样统一美令人拍案叫绝，它们也像一首诗、一幅画、一曲交响乐，令人精神愉悦。 1.公式表述，简洁之美 用简洁的数学公式描述规律是物理学家对美的追求。物理学家总是力图透过纷纭繁杂、变化多端的物理现象，总结凝练出普适、不变的物理规律，并用简明的数学公式表达出来。以力与运动的关系为例，牛顿第二定律F=ma，这个仅有三个字母表达的关系式就揭示了力与运动内在的本质联系。物理教学中围绕这一极具简洁美的式子，可从力是使物体产生加速度的原因出发，用控制变量法探究加速度a与力F和质量m的定量关系，进而外推到物体受多个力作用时
，再借助加速度，运动情况也可从匀加速、匀减速直线运动发散到匀变速曲线运动中，从a与F具有同时性（瞬时），运动也可推及变加速运动中。学生一步步深入了解这一简洁公式的丰富蕴涵，其审美体验和臻美思维也会与日俱增。正如伽利略所说：“自然之书用数学写成”，物理规律的数学化也让物理成为一门精致、完善的学科。如牛顿的万有引力定律
，概括了普遍存在于天地间各种物体之间的一种相互作用，赋予了复杂多变的世界以秩序与和谐，其美妙令人叹为观止！爱因斯坦的质能方程
，将自然界存在的最普遍的两种形式——质量和能量联系在一起，而成为美学教科书中科学美的典范。组织教学时，把握好这些规律的形式美，必能以美怡情。 有些物理规律无需用公式表达，用精辟的语言来概括，读起来也如诗一般美妙。如“一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止”“一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行”“感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化”，这些表述是对大量事实进行归纳和总结的产物，它们精炼准确、深刻普遍、简洁优美。 因此，教学过程中让学生充分感受物理规律的数学描述之美、语言表达之美，让学生像欣赏艺术品一样欣赏规律的理性之美，可激发其在追求科学美的征途上不断攀登追求。 2.图景图像，外显之美 美妙的图景是物理创造中最常用的直觉思维。牛顿曾将自己的科研与画家的创作相类比，他说：“我始终把思考的主题像一幅画般摆在面前，再一点一线地去勾勒，直到整幅画慢慢地凸显出来。”德国天文学家开普勒在研究行星运动时，发现第谷记录的数据与哥白尼假想的圆形轨道总不能拟合，而当他把行星轨道由圆形改为椭圆形，并最终确定太阳在椭圆轨道的一个焦点上时，他高兴地跳了起来，喊出的第一句话是：“感谢上帝，让我看到了美！”如图1所示是一幅美丽的量子围栏图景。它是在扫描隧道显微镜下把48个Fe原子搬到Cu表面上构成的。随着20世纪90年代纳米科技的发展，科学家能够按自己设计的图景随心所欲地操纵并重新排列原子或原子团，使其具有人们希望的特性。这时，科学家也能像艺术家一样，在微观世界创造出动人的美景。
图景之美，可以化抽象为形象；图像之美，可以变隐逸为明了。图景和图像是学好物理的左膀右臂，它们与数学公式相辅相成，相得益彰。 3.结构模型，想象之美 在近代物理中，微观世界不像宏观世界“眼见为实”，科学家对这些不能直接用我们的身体感知的对象，常借用艺术的手法，通过科学想象来引导和建立清晰的理论模型和生动的物理概念。如汤姆生发现电子后首先提出原子的“枣糕”模型，以此说明原子可以再分，且具有电中性。但卢瑟福的α粒子散射实验否定了“枣糕”模型，因为实验表明原子中绝大部分是空的。于是，卢瑟福类比太阳系的行星运动模型，描绘了一幅原子核式结构模型的图景。不过，卢瑟福的原子核式结构模型仍不完美，玻尔又在此基础上提出了玻尔模型，通过能级假说、轨道假说、跃迁假说，成功解释了原子的稳定性和氢原子的明线光谱。可见，理论结构模型基于科学想象，它能不断孕育新奇的思想，亦能激发无穷的探究乐趣。 生动形象的结构模型，同样可以为理解物理概念和规律提供帮助。如爱因斯坦的广义相对论揭示了在引力作用下时空发生弯曲的规律。这个用微分几何描述的引力场理论着实深奥难懂，时空弯曲也异常陌生而难以理解，但通过如图3所示的模型展示，时空弯曲顿时不复神秘，还平添了几分亲切感。空间电场线、磁感线的分布图又何尝不是如此。法拉第的“神来之笔”铺平了学习和研究的道路。它们都起到了化隐为显、变虚无缥缈为触手可及的作用。
综上所述，感受科学规律之美就是要立体地赏析它的简洁之美、外显之美、想象之美，让求知和求美同行，臻美伴学习成长。当学生能像欣赏一首优美的诗一样品味简洁和谐的公式表述时，像鉴赏一尊冷峻的雕塑一样审视直观明了的图景图像时，像聆听一曲雄壮的交响乐一样洞悉亦真亦幻的结构模型时，自然会产生愉悦的心理体验，产生对科学的亲近、热爱，乃至着迷。 二、体悟科学方法之美，以美求真 但丁说过：“美是真理的光辉。”科学探索的历程中饱含着对美和真理的追求，科学之美激发了科学家无限的创造力。物理学家韦尔也曾说：“我的工作总是力图把真和美统一起来。但当我必须在两者中挑选一个时，我总是选择美。”也就是说，相信自然规律的简洁、秩序、和谐是科学家的一贯信仰和动力源泉[3]。科学臻美思维在本质上体现着美与真的统一，它始终伴随着科学理论的指引和科学实验的检验，是严谨的直觉与想象。我们进行物理思想教育就是要以美启真、以真促美。 1.哲学思辨，点亮思想 思辨源于“问题”，创新始于“好奇”。自然科学的研究和发展与哲学思辨有着密不可分的关系，哲学思辨点亮了思想的火花，其关于人与自然、人与社会的哲学思考至今影响着我们的思维方式。如中国哲学的特点是“天人合一”，即人与自然是融为一体的。古希腊哲学观是“天人相分”，即将自然作为研究对象，人是超然物外的。因为东西方的哲学观点不尽相同，也使得东西方文化存在明显差异。 谈哲学思辨，首先要谈一谈古希腊的哲学思想。古希腊的先哲们早就思考着世界是怎样产生的，物体是怎样运动的。哲学的直觉思辨播下了许多问题的种子，产生了许多天才的思想。尽管有些在今天看来是错误的或有缺陷的。如亚里士多德认为力是物体运动的原因；托勒密提出的地心说；德谟克利特提出物体是由原子构成的，但他的原子是不能再分的。但是，瑕不掩瑜，物理教科书中多次显露怀旧情结，是因为哲学思辨推开了一扇窗，拓宽了人类认识世界的视野；点燃了一把火，照亮了人类前行的道路。 自伽利略确立了以实验为核心的科学研究方法后，自然科学才从哲学中分离出来。但哲学思辨一直伴随着科学前行，它们既独立发展，又经常汇合交融，哲学思考成为科学探索的先遣队，哲学批判成为科学进步的诤友[4]。如爱因斯坦创立相对论时，对绝对参考系进行了怀疑，哲学批判使他大胆提出了光速不变原理和狭义相对性原理，他的批判性思维获得了巨大的成功。 今天，物理教育中进行哲学思辨教育的目的是让学生领略哲学思辨的神奇魅力。因为哲学保持着与生俱来的提问形式，哲学不是给出结论的，而是提供思路的，不是指明具体实施的，而是辨明方向的。社会进步、科学发展要用哲学去思考，用科学去创造。 2.实验求证，披沙拣金 为什么说伽利略确立的以实验为核心的研究方法是科学和哲学的分水岭，开启了近代科学的大门呢？让我们再来看一看伽利略是如何进行自由落体运动的实验研究的。 伽利略的实验研究大致可分六个步骤循序渐进地再现： （1）伽利略用逻辑判断推翻了亚里士多德的“物体越重，落得越快”的论断，用著名的比萨斜塔实验证实了重球和轻球下落同样快[5]。 （2）伽利略的美学信念使他坚信：自由落体运动应该是一种最简单的变速运动。他由此提出猜想假设：这种匀变速运动要么是速度随时间均匀变化，要么是速度随位移均匀变化。 （3）运用数学进行推理：当速度随时间均匀变化时，推导出的结论是简洁的，当初速度为0时，位移x与时间t的二次方成正比。 （4）设计实验方案：在当时的实验条件下，既没有今天实验室常用的打点计时器、频闪照相仪测时间，更没有光电门测速度，能用的只是滴水计时法。为了延缓运动过程，伽利略巧妙地采用铜球沿阻力很小的斜面滚下，用以“冲淡”重力。 （5）进行实验验证：伽利略控制变量时间t，验证位移x与时间t的关系，得出
然后不断增大斜面倾角，重复上百次实验。 （6）分析论证：铜球沿斜面滚下的运动是匀加速直线运动，其规律为
，在此基础上合理外推至90°角，即自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动。 由此可见，伽利略科学思想方法可归纳为：观察现象、提出问题→提出猜想假说→运用逻辑（数学）推理→设计实验方案→进行实验、搜集证据→分析与论证→对假说进行修正和推广……其核心就是实验。即一切理论以实验为依据，又不断用实验进行检验，从而摆脱了通过哲学思辨来决定谁是谁非的局面。正是如此，物理学从此走出泥途荒滩，经典如云，大师辈出。同时，伽利略的实验设计也美妙绝伦。为易于观察而“冲淡”重力作用，减缓实验过程；采用控制变量法进行测量；合理外推，形成一般性规律。 翻开物理教科书，闪耀实验思想之美的经典实验比比皆是。如万有引力常量的测定，在牛顿发现万有引力定律100多年以后，才由英国物理学家卡文迪许（Henry Cavendish，1731-1810）利用扭秤装置测出。这一实验设计之美在于“光放大原理”的巧妙运用，它展现了平衡美的魅力。 物理是一门以实验为基础的科学，重视实验是学好物理的前提。因此，物理教育中要让学生感到实验求证是一个艰辛并快乐的过程。让学生乐于在实验室流连徜徉，熟悉实验操作规范；养成严谨求实的实验习惯，踏踏实实的实验态度；学会设计实验方案、选择实验器材、观察并记录实验数据、运用数学方法推理论证、总结实验规律。唯如此，学生才能掌握实验的精髓，领略方法的奇妙。 3.科学假说，智慧结晶 在求真与求美的科学探究历程中，实验的作用毋庸置疑，但提出问题、猜想假说同样功不可没。因为，猜想与假设是创造性思维中最活跃的因素，是探究活动中最美丽的花朵。关于科学探究，美国作家马克·吐温是这样评价的：“科学真是迷人。根据零星的事实，增添一点猜想，竟能赢得那么多收获！”就连外行人都能看出科学探究中猜想假说的神奇魅力。 假说是科学理论的先导，是科学探究中最重要的智力活动，它指明新观察和实验的方向，预见新事实的存在[6]。就像哥伦布相信地球是圆的这一假说，发现了“新大陆”美洲一样，物理学上一次次重大的物理革命，都离不开科学假说。牛顿力学是历史上的第一次物理革命。星星在天上跑，苹果往地上掉，牛顿假说认为这两个现象是由同一个机制引起的，这就是“万有引力”，他由此统一了天体运动和地面上物体运动的规律。第二次物理革命是麦克斯韦对电、磁和光的统一。他通过对电和磁的对称性研究，提出位移电流假说，建立了对称、完美的麦克斯韦方程组。又根据方程的波动解，预言了电磁波的存在，并大胆提出光是一种电磁波，由此电、磁和光和谐统一了。进入近代物理，科学假说更是起到了不可估量的作用，它直接推动了标志第三次物理革命的相对论的诞生，引导了标志第四次物理革命的量子力学的建立。假说是“众里寻他千百度”后的直觉顿悟，假说是逻辑思维、形象思维和灵感思维交融的智慧结晶。 人类不断探索宇宙世界奥秘，从哲学思辨到科学探究，一路披荆斩棘，追求着外在、内在高度精确的和谐统一，取得了举世瞩目的辉煌成绩。科学研究方法也极大地丰富了人们的想象，增强了人们的探究欲望，点燃了人们的创新火焰，科学家在求真与求美的道路上游刃有余，奏响了一曲求真、尚善、臻美的凯歌。这正是物理教育中要追寻的臻美思维和科学德行。为此，积极创造条件，在课内、课外多开展科学探究、研究性学习等活动，让学生更好地体悟科学思维方法之美，实现转识成智。 三、领会科学精神之美，以美启德 作为启迪智慧生长的物理教育，不仅要整合知识，让学生透过变化的物理现象感受到内在的规律之美，而且要厘清知识形式，让学生在再现知识形成的过程中体悟知识的思维方式、检验方式和表达形式之美，更要深入挖掘知识旨趣，让学生在目的、意义、宗旨的维度上领略科学精神及科学家的精神之美。 1.求实精神，薪火相传 科学精神首先是人类探索和追求真理的精神，即实事求是的求实精神。求实精神要求我们在学习和研究中既要仰望星空、开阔思路，又要脚踏实地、严谨求实。 科学的求实精神具体表现在：观察和实验不仅是科学研究的起点，同时也是科学理论的仲裁者。一切被称为科学的理论，都必须建立在实验的基础之上，并能接受实践严格的、反复的检验[7]。以电磁感应现象的发现为例，在奥斯特发现电生磁后，法拉第思考，按照对称性原理，磁也应该能生电啊！凭着坚定的信念，法拉第开始了探索之旅。在整整十年艰辛的探究中，他尝试的各种方法，厚厚的日记本里总记录着“不行”“毫无反应”“未显示作用”……这就是实事求是的科学态度。但面对困境，他始终没有放弃，终于破解了磁生电的密码。原来产生感应电流的条件竟然如此简单！那就是：只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，回路中就会有感应电流产生。而此前安培“坐失良机”，科拉顿“跑失良机”，问题都在于他们在稳定的磁场中寻找答案，而法拉第最终突破了这一思维禁锢，锲而不舍、反复实验的求实精神开出了绚丽的花朵。 物理教育中，我们要用事实告诫学生，科学探索的征程没有坦途，科学实验的结果也很难尽如人意。很可能你的探索也同安培、科拉顿一样功亏一篑，但不管你喜不喜欢，实事求是的求实作风必须伴随始终。我们要学习科学家的坦荡胸怀，学习他们锐意进取的得失观：探索过程中，实验结果如愿以偿固然可喜，实验结果大相径庭，或许预示着重大的突破，其结果更加值得深入探究。就如迈克耳孙—莫雷实验和黑体辐射实验一样，两朵乌云引发了两场大暴雨。这种实事求是的科学精神是人类最宝贵的财富，值得我们继承和发扬。 2.创新精神，继往开来 怀疑是创新的前提，想象是创新的羽翼。如果没有对地心说的怀疑，就不会有哥白尼的日心说；如果没有对超距作用的怀疑，就不会有法拉第的“场”理论；如果没有对牛顿绝对时空观的怀疑，就不会有爱因斯坦的相对论。人类的科学事业就是在不停地怀疑和创新中向前推进的。 科学的怀疑精神和创新精神，让科学家不断由表及里、去伪存真地追求真理。我们可以从光和实物粒子的波粒二象性的探究过程了解这一精神所谱写的历史佳话。早在17世纪中叶，关于光的本性牛顿就提出了微粒说，惠更斯提出了波动说，在解释光的直线传播、光的反射、光的折射上做了有益的探索。19世纪初，托马斯·杨的光的干涉和菲涅尔的光的衍射实验无可辩驳地证明了光的波动学说，而19世纪中叶，麦克斯韦的光的电磁说更是锦上添花。然而光电效应现象又让科学家一筹莫展。20世纪初，爱因斯坦的光子说和光电效应方程再显神威。由此人们认识到光应具有波粒二象性。那么，实物粒子是否具有波动性呢？德布罗意凭着敏锐的直觉，通过逆向思维，提出实物粒子也具有波动性的假说，这一假说终被晶体的电子衍射实验证实。光和实物粒子的波粒二象性的认识经历了山重水复，终于柳暗花明。其间，科学探究展示了诱人的魅力。科学创新精神结出累累硕果，它令人陶醉、催人奋进。 创新精神赋予科学创造以强大的生命力，促使科学家在自由想象中不断探索未知，开创科学技术的新领域。物理教育也需要将教的科学、教的艺术与教的智慧相融合，以不断开启和丰富学生创造的心智，唤醒和开发学生创造的潜能。 3.理性精神，彪炳千秋 科学理性精神就是相信物质世界是有序的、规律的、和谐的，并能够通过科学实践和逻辑推理被人认识。理性是人类的生存智慧，对大自然的理性探索大致经历了一个由“自然解释”“数理解释”到“逻辑分析”的过程，科学家前赴后继，用智慧透过神话的迷雾，迎来理性思维之光。 科学理性精神体现在科学家身上，透射出的是一种执着追求真理的非功利的高尚人格。历代科学家在追求真理道路上表现出来的理性精神，在科研与生活中表现出来的优秀品质，总能超越时空，激励我们追求卓越。德谟克利特说：“找到天下一件事物的原因，其快乐有甚于当波斯国王。”反映的就是非功利的理性精神；这种精神被卢瑟福演绎为科学探索中勇往直前、百折不回的“鳄鱼精神”；而爱因斯坦更是将其升华，他自觉融科学精神和人文精神于一体，在科学实践中跳出学科樊篱，引领科学文化与人文文化走向和谐统一的大科学时代，彰显了夺目的德行光辉[8]。 然而，在一般人心中，科学的理性世界是一个枯燥生硬、抽象难懂、缺乏情感的冷冰冰的世界，科学理性精神与人文关怀精神被相对割裂，科学家也往往被扭曲为不通人情世故、不食人间烟火的怪人。其实，科学世界本身也是一个十分丰富的人文世界；科学在创造物质文明的同时，也在创造着精神文明；科学在追求知识和真理的同时，也在追求着人类自身的进步和发展；科学如同人类其他各项创造性活动一样，充满着勃勃生机，充满着最高尚、最纯洁的生命力[9]。 综上所述，科学精神以求实为指向，以创新为动力，以理性为核心，贯穿于科学家的行为实践中，它是追求科学美的内驱力，是人类文化的精髓。同时，科学精神和人文精神在深层次上是统一的、融通的，它们的终极关怀是一致的，那就是真善美的统一。 哈佛大学有一扇很小的校门，正面刻着“入门以增长智慧”，反面刻着“离开以后更好地回报祖国与社会”。今天我们引领学生走进物理世界的大门，就是要让学生学到求真的科学、尚善的文化、臻美的艺术。让学生在开展科学想象、实验探究、奇思妙想创作、研究性学习等活动中，深深感受物理规律的和谐美、对称美、简洁美、多样统一美，体悟物理方法中的思辨之美、实验之美、探究之美，领会科学的求实、创新和理性精神之美。在美的浸润下完成德行自证，实现转识成智。
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