第27卷 第5期大庆师范学院学报V o.l27 N o.5 2007年10月J OURNAL OF DAQ I NG NORMA L UN IVERS I TY O ctobe r,2007应用物理学史促进科学教育与艺术教育的统一郑晓波(浙江师范大学物理系,浙江金华321004)摘 要:科学和艺术的结合是人类思想发展的主流,在教育过程中重视科学教育和艺术教育的结合,是培养具有良好人文精神和创新能力的人才的重要途径。

物理学史,能帮助学生认识到科学与艺术之间的关系,有利于促成科学教育和艺术教育的结合。

关键词:物理学史;科学;艺术;人文作者简介:郑晓波(1974-),男,浙江兰溪人,浙江师范大学硕士研究生,从事物理教学论研究。

中图分类号:O4-0 文献标识码:A 文章编号:1006-2165(2007)05-0090-03 收稿日期:2007-04-04庄子云: 天地有大美而不语,四时有明法而不议,万物有成理而不说;圣人者,原天地之美,而达万物之理。

,可见 美 是客观存在的,但 美 不自美,而是需要人去欣赏、去探究的。

物理学史,能帮助学生认识到科学与艺术之间的关系,有利于促成科学教育和艺术教育的结合。

1科学和艺术二者在本质上是统一的科学和艺术,尽管它们的研究方法有异,而且所采用的表达语言也存在较大的不同,但本质上都是人类对世界的一种探究,都面对世界存在和人类存在的神秘性,并试图认识之、解释之,所以,二者在本质上应是统一的。

如时间、空间的意义,光的奥秘,宇宙和人性的起源等等,从人类诞生之日起,就是它们永恒的主题。

爱因斯坦曾说:[1] 在那不再是个人企求和欲望主宰的地方,在那自由的人们惊奇的目光探索和注视的地方,人们进入了艺术和科学的王国,如果通过逻辑语言来描绘我们对事物的观察和体验,这就是科学;如果用有意识的思维难以理解而通过直觉感受来表达我们的观察和体验,这就是艺术。

二者共同之处就是摒弃专断,超越自我的献身精神。

著名物理学家、诺贝尔获得者李政道教授多次提出: 艺术和科学的共同基础是人类的创造力,它们追求的目标都是真理的普遍性 。

事实上如一枚硬币的两面,科学和艺术源于人类活动最高尚的部分,都追求着深刻性、普遍性、永恒和富有意义 [2]。

伟大艺术的美学鉴赏和伟大科学观念的理解都需要智慧 [3]。

无论从我个人的经历,还是从世界文明史的发展来看,科学与艺术、科技与人文都是不可分离的 [4]。

著名画家吴冠中认为:[5] 科学与艺术虽然在技法上迥然不同,但在思维上却有共通之处,即探索未知、情愫相同。

二者就像是一对亲密的战友,相互渗透和影响。

已故中国美协主席、著名画家吴作人先生曾说:[6] 将来科学发展了,艺术与艺术形式决不会停留在一种状态上.美术为科学服务,反过来科学推动美术。

可见,科学和艺术都是惟有人类才拥有的文化现象,并且紧密而又令人惊奇地相互关联着。

2在物理学史中,科学和艺术是互渗、互动和互补的求真和审美也是互渗、互动、互补的,它们常非常奇妙地相互交融、相互补充。

艺术连通虚幻、想象,留下了愉快的对接口,以善于虚拟真实的功能,并联和引领科学。

科学不断扩充艺术的内涵,同时逐渐消除二者的矛盾和断痕。

没有艺术,科学会变得毫无生趣、不近人情;没有科学,艺术将变得无所依托,荒谬不堪。

可见,科学和艺术之间确实是彼此互相需要,而为了实现双方的这个需要,就必须在二者之间构架起一座桥梁,为此,赫伯特 巴特菲尔德在他的 近代科学的起源 的引言中表达了这样一个确信:[7] 鉴于90科学在西方文明史上扮演的角色,科学史无论是就其自身的权力,还是就其作为艺术与科学之间长期以来一直需要的桥梁来说,它迟早会获得重要的地位,这一点是毋庸置疑的。

结合物理学史和艺术发展史,我们可见二者原本一体,之后分化,而今则日趋融合。

如欧洲的近代史开始于文艺复兴,它是以杰出的艺术家达 芬奇、米开朗基罗、拉斐尔等艺术家为象征的,随之而来的才是科学的空前繁荣。

达 芬奇本人就是一位杰出的科学大师,他的 蒙娜丽莎 更是一幅注入了生命的艺术极品。

艺术更贴近人性,而人性的充分扩展才生长出艺术般的科学,且不让科学失去人性。

3利用物理学史进行科学美学的教育,是提高学生科学鉴赏力的一个有效手段可是,传统的教育使科学和艺术分离,从事理工学习的人过于偏重抽象思维,从事艺术学习的人过于偏重形象思维;物理教科书中没有引自艺术领域的参考文献,艺术家也很少说明一件艺术作品与物理学的关系 这同样也是一个不争的事实。

为了解决这个矛盾,不少哲学家、文学家、教育家、艺术家和物理学家都认为:科学和艺术的结合是人类思想发展的主流,在教育过程中重视科学教育和艺术教育的结合,是培养具有良好人文精神和创新能力的人才的重要途径。

如蔡元培就曾提倡 智育与美育并举,科学与艺术并重 ,他还说: 世之有道德者,无不有赖于艺术和科学 [8]。

利用物理学史进行科学美学的教育,是提高学生科学鉴赏力的一个有效手段。

事实上,科学美学的研究早已有之。

古希腊人知道,一根棍从黄金分割点分割最为美妙,这被欧几里德(公元前330-前257年)编入 几何原理 。

而在古希腊更早时候,毕达哥拉斯(公元前580-前550年)把对自然奥秘的探索与对自然美的追求统一起来,他们称一切立体图形最美的是球形,一切平面图形中最美的是圆形;他们提出 数即万物 和 宇宙和谐 的概念,这样,寻求数的和谐,即寻求宇宙的和谐,便成为推动天文学发展的基本路标。

从托勒密到哥白尼、开普勒、伽利略和牛顿,就是在这个路标的指引之下向着正确的方向前进的。

牛顿创造了前无古人的伟业,牛顿三大定律和万有引力定律组成的经典力学体系实现了物理学史上第一次大综合,首次把天、地统一起来,蒲柏写诗盛赞道:[1] 自然与它的奥秘/都隐藏在黑暗中/上帝说/让牛顿去吧/于是一切顿现光明。

牛顿彰显世界的秩序与和谐的画面,能使后人获得美的感受,这样的感受是普遍而又深刻的。

20世纪以来,以相对论和量子力学为代表的现代物理学革命的兴起,使我们重新认识时间、空间、光和物质运动,在更大的深度上推动了科学美学的发展。

康德说过:[1] 世界上只有两种东西能够深深地震撼人们的心灵,一件是我们心中崇高的道德准则,另一件是我们头顶灿烂的星空。

科技的进步,如利用哈勃空间望远镜,我们可以避开大气层的干扰而拍得十分精彩的天文照片,使我们能够欣赏到宇宙的浩瀚美,使我们的心灵受到一种深层次的震撼。

在纳米科学实验中利用电子显微镜我们又可以得到另具有艺术欣赏价值的显微照片,同样能够激发出人们美好的想象。

1982年出现的世界上第一台扫描隧道显微镜(S T M),科学家不仅可以用它显示单个原子在物质表面的排列状态,还能够进行单个的原子和分子操纵,如科学家用ST M针尖将48个铁原子形成量子围栏,这样我们便得到了一件视觉艺术珍品。

在这里,科学,同时也是艺术,而且是细微极处的伟大的行为艺术,科学家和艺术家也就合二为一了。

生物学家沃森和物理学家克里克利用X射线衍射的方法成功测定了DNA的双螺旋结构,不禁让人感叹生命曲线之美的神奇和奥妙。

4物理学史有助于认清美学和科学创新之间的关系美是真理的光辉 ,这句拉丁格言告诉我们,如果我们学会辨认 美 ,那么,我们将能够更加容易地探究得到真理,即美能引真。

培根也曾说:[7] 自然的奥秘在被艺术搅动起来的时候比让它们独自活动时更容易暴露出来。

著名物理学家费恩曼曾指出:[3] 干物理得有鉴赏力。

所谓鉴赏力,就是那种善于从真、善、美的结合上敏锐抓住事物的本质去创建理论的能力,这就是一种高超的审美能力。

费恩曼正是凭着自身的审美直觉去洞察自然界内在的美,创造了 费恩曼图 ,并提出了一种新的重整化理论,因此而得到诺贝尔物理学奖。

这被施大宁称为是 形象与抽象、图象与方程、艺术家与科学家结合的典范 [8]。

历史上,众多的物理学家在各自的科学创造实践中,不仅感受到物理理论的审美价值,而且在科学美学原则的指导下,创造出了不少显示自然之美的杰作。

如在牛顿的万有引力定律、麦克斯韦的电磁场方程组和爱因斯坦的相对论就体现了某种的 完美的结构 ,而对称性、守恒定律、最小作用原理则是显示了某种 普遍特性 。

科学家本人由于在科学发现中亲历科学美的神奇体验,直接接受科学美的启示,所以他们极力推崇科学美学的重要性,典型的有,如狄拉克认为:[14] 让方程式优美比让方程式符合事实更重要 如美国物理学家弗里曼 戴森曾引用过的一句名言:[15] 我的工作总是尽力把真和美统一起来;但当我必须在两91者中挑一个时,我通常选择美。

可是对于平常公众来说,由于他们未能参与科学创造,不能充分感受那种类似于科学家对于科学美的体验。

常常是,科学家本人在向普通公众传达他们在科研中获得的对于他们自己来说是非常真实的对于科学美的体验时,普通公众也许会觉得有些稀奇、夸张。

从某种意义来说,一些研究物理学史的人或科学史家可能对此较为公允。

如申先甲等人在物理学史的研究中发现:[9] 美学因素不仅渗透到科学创造的原动力之中,而且也渗透到科学理论体系的构建和表达中,美学原则潜在地影响着科学成果的内容和形式。

有人甚至把 美学价值 的大小看做是评价一个科学理论成就大小的重要标准。

而科学史家库恩则是以为[10] 考虑对称性以及以符号表示的简单性和优美性,考虑数学美的其他各种形式,这在艺术和科学中都有其重要作用。

不过在艺术中,美学本身就是创造的目的。

而在科学中,它顶多是一个工具,亦即当几种理论在其它方面旗鼓相当时进行选择的一个标准,或者只是一种能启发想象,以设法找到解决麻烦的专业疑难的关键性指南。

只有当它解开了疑难,只有当科学家的美学与大自然的美学相一致时,美学才在科学发展中发生良好作用。

在科学中,美学很少是目的本身,而且从来不是首要的。

在这里,观念的差异也许可以归结为视角转换的原因,运用物理学史可以引发物理学家和公众之间的对话,在二者之间建立起沟通的桥梁,从而有助于使他们对科学美的认识更加深入、更加全面。

最后,物理学史融合科学教育与艺术教育,美化学生的心灵。

审美是必然离不开审美的主体的,因而,在物理教育中,应当借助于物理学史上的这些科学大师崇尚理性、统一、秩序、规律和和谐,即崇尚科学美的思想和实践,引导学生去认识自然界的质朴的统一,认识科学理论的简单、对称、统一、和谐与普适性的内在的美;用科学大师们在感受美的过程中获得的体验去唤起学生的类似的体验,从而培养起他们的科学鉴赏力,并以追求科学美的思想充实自己,塑造自己,丰富自己的精神世界,完善人格的塑造,实现自身的美化,培育深邃的科学洞察力,开发科学潜能,在未来的科技工作中发挥自己的才干。

[参考文献][1]吴全德.科学美 科学中美的哲学和科学中的艺术[J].科学中国人,2004(2):36-37.[2]李政道.论科学与艺术[EB/OL].http://www.sci en ce-art.co /articl e.php?i d=1998.[3]蔡铁权.物理教学丛论[M].北京:科学出版社,2005:206-207.[4]李政道.李政道先生致 促进人文教育与科学教育的融合高级研讨会 的贺信[J].中国高教研究,2002(6):13.[5]张蕾殷,燕召.科学巨匠与艺术大师携手探求艺术与科学内在联系[N].光明日报.2006-11-12.[6]吴同椿. 科学美术创新 的思考[EB/OL].h tt p:///h t m l/D ir/2005/04/25/7889.h t m.[7]赫伯特 巴特菲尔德.近代科学的起源[M].张丽萍,郭贵春,等译.北京:华夏出版社,1988:1,90.[8]施大宁.物理与艺术[M].北京:科学出版社,2005:2,6.[9]李艳平,申先甲.物理学史教程[M].北京:科学出版社,2003:17[10]库恩.必要的张力[M].范岱年,纪树立,等译.北京:北京大学出版社,2004:333.R eseach on U si ng H istory of Physics to I m prove the Integrationbet w een Science Education and Hu manity Educati onZ H ENG X iao-bo(Physics Depart m en,t Zhe jiang Nor m alUn i v ersity,Ji n hua321004,Ch i n a)Abst ract:It is the m ai n strea m,a m ong the develop m ent of a ll k i n ds o f hu m an ideo log ies,to i n tegrate sc-i ence and art i n this era,and it can a lso be regarded as an i m portant approach for us to f o rster personsw it h good hu m anity and i n novati v e ab illity.H istory of physics can help st u dents rea lise the c l o se relationsh i p bet w een sc-i ence and ar,t and i m prove the i n tegrati o n bet w een science educati o n and hum an ity educati o n.K ey w ords:histo r y of physics;sc i e nce;ar;t hu m anity92。