关于古文名句融入物理教学的思考*①

熊万杰 戴占海 郭子政

(华南农业大学理学院应用物理系 广东 广州 510640)

古文名句是中华传统文化的载体，它的具体形式包括诗、词、歌、赋、格言、成语、文言短句等.古文名句不同于物理语言，前者以求美为灵魂，从文化的角度提炼日常生活中的某种事实，或现实或修辞地(如比喻、夸张)进入到联想和情感的领空；而后者则以科学性和逻辑性为追求，以文字、图表和数学公式为具体表现形式，以朴实、简洁、严谨为基本特性.毋庸置疑，在物理教学中物理语言占主导地位，然而,在不违背科学原理,不拘泥于本意的前提下适当引入古文名句，既能活跃课堂氛围，提高教学效率,又能为培养文理兼通的人才,弥合人文和科学之间的隔阂贡献力量，从而提升物理教育的内涵.

1 古文名句融入物理教学的必要性

在物理教学中融入古文名句，是以学生喜闻乐见的形式阐释、说明、论证物理知识、方法及思想.对学生而言，他们都潜移默化地受到过传统文化的熏陶，或多或少有一定的文化基础，一些耳熟能详的古文名句出现在物理教学中，较为容易获得他们的感知和认同.对教师而言，句中蕴理、理中含韵，在物理教学中引入极富韵味和美感的古文名句既能展现物理之理，又能显示文化之妙；既能激发学生的学习兴趣，又能锤炼教师的教学艺术.

1.1 有利于促进人文与科学的融合

科学和人文的融合是社会和谐、人类发展的必然选择.著名物理学家吴健雄曾指出，为了避免出现社会可持续发展的危机，当前一个刻不容缓的问题是消除现代文化中的两种文化——科学文化和人文文化——之间的隔阂[1].人文科学与自然科学的相互渗透响应了时代的呼唤，古文名句是中华传统文化几千年文明的结晶，是经过历史演化、沉淀的人文精髓；物理学是自然科学的基础学科，是人类探究、认识甚至是改变自然的重要成果.从这个意义上来说，古文名句融入物理教学，不仅是中华传统文化与物理学的融合，更是人文与科学的融合统一.

1.2 有利于培养文理兼通的人才

科技创新呼唤文理兼通的高素质人才.从人的左右脑平衡开发的角度讲，物理学习需要左脑开展理性思维和逻辑思维，而传统文化的学习需要右脑来进行感性思维和形象思维，左右脑的相互沟通意味着把逻辑思维和形象思维更好地融合起来，这大大有助于唤醒创造的潜能.因此，将古文名句融入物理教学，有助于培养学生的学习能力、语言表达能力和分析解决问题的能力，并在认识上跨越人文科学与自然科学的知识鸿沟，开阔视野，实现全面发展.

2 古文名句释物理学知识

古文名句的意韵总是比直接显现的形象和平淡无奇的描述更为深远和更具吸引力，学生更乐于接受.因此,应尽量用凝炼、浅显、丰富、和谐的古文名句创设某一意境，把事物本质的深微处表现出来，帮助学生把物理学的难点知识与从文学意境中得到的感性认识联系起来，感悟物理学的真谛，从而达到突破难点的目的.根据教学实践，以下略举几例予以说明.

2.1 参考系

运动具有相对性，为描述物体的运动而选的标准物叫做参考系.参考系的选取是任意的，但不同的参考系对同一物体运动情况的描述是不同的.例如，站在运动着的船上的人手中拿着一个物体，在同船的人看来它是不动的，但岸上的人看到它和船一起动，这是因为船上的人以船为参考系，而岸上的人以岸为参考系.事实上我国西汉成书的《尚书纬·考灵曜》中，就有类似的描述：“地恒动不止，而人不知，譬如人在大舟中，闭牗而坐，舟行不觉也.”这里人不知地动，是因为人以地为参考系；而人不觉舟行，是因为人以舟为参考系.又如,唐代李白《早发白帝城》中“两岸猿声啼不住，轻舟已过万重山”，船上的人以“万重山”为参考系，船在运动；如果船上的人以船为参考系，则会得出船不动,山在动的感官结果.再如,宋代词人柳永《蝶恋花》中的“衣带渐宽终不悔，为伊消得人憔悴”，此处以人为参考系，衣带变宽了；反之,若以衣带为参考系，则是人变瘦了，变憔悴了.

2.2 势能

“势能”是力学中的一个重要概念，它起源于对保守力做功的分析.保守力做功只与物体的始末位置有关，与过程无关，而且其大小为具有能量量纲的两个表达式的差值.这两个表达式都是相互作用与相对位置的乘积，据此引入“势能”的概念.既然包括相互作用这一项，那么，势能就是属于系统的，即势能是因系统内各物体间保守力的作用而存在的.机械能守恒定律中包含势能这一项，初学者总以为该定律是针对某一物体而言的，殊不知既然描述物体动能与势能之间的转换，机械能守恒定律一定是针对某一系统的.为帮助学生理解势能的概念，可引入唐代杜甫《登高》中的名句“无边落木萧萧下，不尽长江滚滚来”来营造意境.从物理学的角度来说，“落木”之所以“下”是由于受到了地球引力的作用，“不尽长江滚滚来”则揭示着水的重力势能转化为“滚滚”动能.这里无论是“落木”还是“滚滚长江水”，都与地球构成一个系统，它们所受的重力都是来自于地球的引力，因而“木”和“水”的势能是属于系统的.势能又是与相对位置有关的能量，成语“蓄势待发”中的“势”可理解为势能，势能需要“蓄”，怎么“蓄”呢？将物体放在相对高处就有了重力势能.有了“势”，才能“发”，“发”的过程就是将势能转化为动能的过程.

2.3 熵增原理

熵增原理说明了热力学过程进行的方向，孤立系统进行不可逆过程时，系统的熵要增加，而熵增加意味着能量品质的退化.例如，煤和石油的燃烧，尽管燃烧前后能量仍然守恒，但是熵增加了，能量品质退化了，这也许可以说明煤和石油的不可再生性质.熵是个抽象的概念，玻尔兹曼认为熵S与微观状态数W之间存在S=klnW，熵增加的过程就是系统微观状态数增加的过程，是系统从有序趋于无序的过程.自然界任何热力学过程都不可能自动地复原，要使系统从终态回到初态必需借助外界的作用，由此可见，热力学系统所进行的不可逆过程的初态和终态之间有差异，这种差异决定了过程的方向.例如，成语“覆水难收”，说的就是熵增加的过程，熵增加意味着泼出去的水较未泼之前微观状态数增多，更加趋于无序，因而“难收”，即无序不能自发地回到有序，泼出去的水难以回到原来的状态.又如，李白《将进酒》中“君不见黄河之水天上来，奔流到海不复回；君不见高堂明镜悲白发，朝如青丝暮成雪”.说的也是热力学过程具有不可逆性，在没有外力的情况下(即孤立系统)，奔流到海的黄河水不能再回到“天”上(或者说地势高的地方)，而早晨的青丝到了晚上变成了白发，该过程也是不可逆转的.

2.4 气体分子速率分布的归一化

2.5 磁介质磁化与电介质极化

顺磁质的磁化是指当顺磁质处在外磁场中时，在磁力矩的作用下，各分子磁矩的取向都具有转到与外磁场方向相同的趋势而出现附加磁场，附加磁感强度远小于外磁场的磁感强度，因而，顺磁质是一种弱磁质.但是铁磁质因为有磁畴的存在，其附加磁感强度比外磁场的磁感强度在数值上一般要大几十倍到数千倍，甚至达到数百万倍.如果用古文名句来描述这种情况，那就是“青出于蓝而胜于蓝”，“青”指附加磁场强度，“蓝”代表外磁场，正是因为在外磁场的作用下才出现附加磁场，因而“青出于蓝”；而附加磁场的磁感强度远大于外磁场的磁感强度，则是“青胜于蓝”的佐证了.由此引申开去，顺磁质的磁化就是“青出于蓝而弱于蓝”了.与此类似，电介质在外电场的作用下，出现极化电荷，极化电荷产生的电场强度小于外电场的电场强度，也是“青出于蓝而弱于蓝”.而处于外电场中的导体达到静电平衡后，感应电荷激发的感应电场与外电场的强度相同，那就是“青出于蓝而等于蓝”了.

2.6 衍射

机械波和电磁波都有衍射现象，衍射又称为绕射，是波遇到障碍物或小孔后通过散射继续传播的现象.以单缝衍射为例，衍射条纹中明纹的宽度与缝宽成反比，与入射波长成正比，即波长一定时，单缝宽度越小，图样越宽，衍射效应越明显；若缝宽一定，入射波长越长，衍射角越大，衍射效应越明显.日常生活中声波的波长大于光波，因而，对于同一缝而言，声波比光波的衍射效应更明显.用“未见其人先闻其声”可以说明这种情况.按理说光速远大于声速，同时发出的光和声音应该是光先被人所感知，例如，人们往往先看到闪电，后听到雷声.“未见其人先闻其声”与此相反，那是因为此问题的核心在于波的衍射强弱问题，而不是传播快慢问题，也就是说对于同一个障碍物，声波较光波的衍射效应更为明显，因一般情况下声音比光的波长要长，声音绕过障碍物的能力比光要强，所以，还未看到人就听到了他的声音.又如成语“隔墙有耳”，原本出自《管子·君臣下》：“墙有耳，伏寇在侧.墙有耳者，微谋外泄之谓也.”其意思是说隔着一道墙，也有人偷听.从物理学的角度来说，它也是说明声波的衍射，即声音绕过围墙为外人所探知.事实上，包括成语在内的古文名句的诞生总是基于人们的生活实践，否则为什么不说“隔墙有眼”呢？那是因为一般围墙的高度为几米，而声波的波长一般可达十几米，比围墙的高度要长，所以，它能发生明显的衍射绕过高墙，使墙外的人听到；而光波的波长较短(400～760 nm)，远小于高墙尺寸，所以，人身上发射出来的光不能衍射到墙外，墙外的人就无法看到墙内的人.

3 古文名句释物理学方法和思想

物理学是立体的、全面的，物理知识背后隐藏的方法论、文化性更能陶冶人的情操，充实人的心灵.在古文名句中往往能找到一些与物理学方法所对应的描述.如无限延伸思维方法，伽利略的“理想斜面实验”，就是利用无限延伸思维，得出力不是维持物体运动的原因.而王勃的“落霞与孤鹜齐飞，秋水共长天一色”正是无限延伸思维的典型代表.又如，对比联想方法，德布罗意将实物粒子与光做对比而得出实物粒子也具有波粒二象性；而李白的“桃花潭水深千尺，不及汪伦送我情”就是将潭水之深与感情之深做了对比；杜牧的“停车坐爱枫林晚，霜叶红于二月花”将霜叶之红与二月花之红做了对比……

此外，有些古文名句本身就蕴涵着丰富的哲理，用其来描述物理学思想具有得天独厚的优势，下面以互补性原理和统一性原理为例来展开.

3.1 互补性原理

量子力学是20世纪物理学的辉煌成就之一.量子力学理论的创立者之一尼尔斯·波尔以“互补性原理”作为他理解量子现象的元哲学，他认为：“一些经典概念的任何确定应用，将排除另一些经典概念的同时应用，而另一些经典概念在另一种条件下却是阐明现象所同样不可缺少的.”其基本思想就是要完整地获得关于微观客体的知识，必须使用两组既相互排斥又相互补充的经典物理学概念，只有这些经典概念的总和才能提供整体性量子现象的完全图景.协调互相对立、彼此排斥的波动和粒子这两种描述的唯一办法，就是对经典概念加以非经典的应用.于是反映波动性、粒子性互相排斥的两幅微观世界的图景只不过是互为补充的一副图景.“存在的相反形式终究会统一成一个实体，这就是互补原理”[1],它不仅对微观客体的表现给予了协调一致的解释，而且还点缀出量子力学形式体系的思想灵魂，已经成为支撑哥本哈根学派思想大厦的柱石[1].

互补原理的精髓在于在一个概念体系中允许存在着矛盾，存在着不相容之处，而中国古代道家思想则善于把看似不相容的东西融合在一个体系当中.老子“万物负阴而抱阳”，阴阳相生相胜、相反相成，由一分化为二，万物都由两种性质上相反的对立面而构成.庄子“吾求之于阴阳”、“吾又奏之以阴阳之和”、“吾又欲官阴阳，以遂群生”，反映了对矛盾的对立面——阴阳之间相互依存、彼此联结、相互促进、互相推动、互相渗透、互相贯通的理解以及对“阴阳同一”的欲求.也就是说我们所处的世界，或者其中任何具体事物，都是二元对立而又统一的，都在对立面的互生互动中不断运行发展(如太极图之阴阳消长)[1].1937年，波尔到访中国，他发现自以为最得意的科学创见——互补思想，居然在中国古代文明中早就是一块哲学的基石，感到十分震惊，后来还根据中国古代的太极图来设计他的族徽[2].

宋代张载在阐述事物的运动变化时，也引进了事物对立统一的观念.他说：“两不立，则一不可见，一不可见，则两之用息.”这是因为任何一物总是有虚实、动静、聚散和清浊等相反的特性，从而造成了“循环迭至，聚散相荡，升降相求，絪温相楺，盖相兼相制，欲一之而不能”(见《正蒙·参两》).由此可见，张载已认识到自然界中总存在正、反两个方面，一切自然变化，无非是正、反两方面相互斗争、运动变化的结果.

3.2 统一性原理

统一性原理承认物质世界具有共同的物质性.牛顿在其《自然哲学的数学原理》中的 “哲学中的推理法则”中的第二条认为“对于自然界中同一类结果，必须尽可能归之于同一种原因”.[1]爱因斯坦也说：“从那些看来与直接可见的真理十分不同的复杂现象中认识到它们的统一性，那是一种壮丽的感觉.”[1]正基于这种认识，爱因斯坦晚年近30年的时间致力于统一场论的研究.

传统文化中的天人合一思想和物理学的“统一性原理”具有相似的思想内核.“天人合一”是中国古典哲学的基本观念之一，是指人和自然在本质上是相通的，故一切人和事均应顺乎自然规律，达到人与自然和谐.如老子说：“人法地，地法天，天法道，道法自然.”即表明人与自然的一致与相通.《礼记·中庸》记载：“诚者天之道也，诚之者，人之道也.”认为人只要发扬“诚”的德性，即可与天一致.而董仲舒则明确提出：“天人之际，合而为一”，这已成为两千年来儒家思想的一个重要观点.

4 小结与展望

文学与自然科学是矛盾统一的，科学和文化的融合是社会和谐、人类发展的必然选择.作为自然科学的基础学科，物理课程的优化一直得到了广泛的关注.作为中华传统文化的主要载体，古文名句对民族语言的健康发展有极大的推动作用.将古文名句融入物理教学一方面将物理知识化抽象为形象，有助于从文学的维度给物理学注入新的灵魂，以新的思维方式去领悟、理解物理学；另一方面又有助于纠正当前教育中科学与人文分化的倾向[3]，促进科学与人文的融合.如果说这种融合是一串珍珠的话，我们只是撷取了其中的一两颗，却也观察到了璀璨的光芒.相信在科学与人文相融合的大背景下[4]，古文名句融入物理教学会越来越发人深省，越来越异彩纷呈.

参考文献

1 倪光炯,王炎森.物理与文化——物理思想与人文精神的融合(第二版) .北京：高等教育出版社，2009.5,50～51,195,287～289

2 罗发海,程民治.“道”与现代物理学.合肥：安徽大学出版社，2006.59

3 熊万杰.将中华传统文化思想融入物理教学之初探.物理与工程，2009(2)：35～37

4 熊万杰,袁凤芳,温景立.中华传统文化中有关物理学以及方法论的知识.物理通报，2011(2)：85～88