什么是物理這是一個十分基礎(chǔ)的問題。翻開任何一本物理教科書，都不難找到這樣的定義：物理學(xué)是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)、物質(zhì)相互作用和運動規(guī)律的自然科學(xué)。但這只是對于物理這門科學(xué)在學(xué)術(shù)意義上的一種界定。而我們所面對的“物理”，它同時又是一門課程，于是就有必要從教育意義的層面上去進(jìn)行一番再認(rèn)識、再分析，以挖掘蘊含在其中的豐富內(nèi)涵。首先，物理是一門科學(xué)。物理學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，它是發(fā)展最成熟、高度定量化的精密科學(xué)，又是具有方法論性質(zhì)、被人們公認(rèn)為最重要的基礎(chǔ)科學(xué)。物理學(xué)取得的成果極大地豐富了人們對物質(zhì)世界的認(rèn)識，有力地促進(jìn)了人類文明的進(jìn)步。正如國際純粹物理和應(yīng)用物理聯(lián)合會第23屆代表大會的決議《物理學(xué)對社會的重要性》指出的，物理學(xué)是一項國際事業(yè)，它對人類未來的進(jìn)步起著關(guān)鍵性的作用：探索自然，驅(qū)動技術(shù)，改善生活以及培養(yǎng)人才。上世紀(jì)初相對論和量子力學(xué)的建立，為物理學(xué)的飛速發(fā)展插上了雙翅，取得了空前輝煌的成就，以致于人們將20世紀(jì)稱譽為“物理學(xué)的世紀(jì)”。什么21世紀(jì)呢？有一種流行的說法：21世紀(jì)是生命科學(xué)的世紀(jì)。其實，這句話更確切的表述應(yīng)該是：21世紀(jì)是物理科學(xué)全面介入生命科學(xué)的世紀(jì)。生命科學(xué)只有與物理相結(jié)合，才有可能取得更大的發(fā)展。展望物理學(xué)的未來，充滿著機遇與挑戰(zhàn)。李政道先生在《物理的挑戰(zhàn)》一文中，曾提出21世紀(jì)物理領(lǐng)域所面對的四大難題：為什么一些物理現(xiàn)象在理論上對稱但實驗結(jié)果不對稱？為什么一半的基本粒子不能單獨存在而且看不見？為什么全宇宙90%以上的物質(zhì)是暗物質(zhì)？為什么每個類星體的能量竟然是太陽能量的1015倍？這些問題極大地激勵著人們不懈探索的勇氣與熱情?？梢灶A(yù)見，一旦撥去這幾朵籠罩在物理天空中的烏云，物理學(xué)將會展現(xiàn)出更加燦爛的前景。其次，物理又是一種智能。誠如諾貝爾物理學(xué)獎得主、德國科學(xué)家玻恩所言：“如其說是因為我發(fā)表的工作里包含了一個自然現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，倒不如說是因為那里包含了一個關(guān)于自然現(xiàn)象的科學(xué)思想方法基礎(chǔ)。”物理學(xué)之所以被人們公認(rèn)為一門重要的科學(xué)，不僅僅在于它對客觀世界的規(guī)律作出了深刻的揭示，還因為它在發(fā)展、成長的過程中，形成了一整套獨特而卓有成效的思想方法體系。正因為如此，使得物理學(xué)當(dāng)之無愧地成了人類智能的結(jié)晶，文明的瑰寶。大量事實表明，物理思想與方法不僅對物理學(xué)本身有價值，而且對整個自然科學(xué)，乃至社會科學(xué)的發(fā)展都有著重要的貢獻(xiàn)。有人統(tǒng)計過，自20世紀(jì)中葉以來，在諾貝爾化學(xué)獎、生物及醫(yī)學(xué)獎，甚至經(jīng)濟學(xué)獎的獲獎?wù)咧?，有一半以上的人具有物理學(xué)的背景；——這意味著他們從物理學(xué)中汲取了智能，轉(zhuǎn)而在非物理領(lǐng)域里獲得了成功?！催^來，卻從未發(fā)現(xiàn)有非物理專業(yè)出身的科學(xué)家問鼎諾貝爾物理學(xué)獎的事例。這就是物理智能的力量。難怪國外有專家十分尖銳地指出：沒有物理修養(yǎng)的民族是愚蠢的民族!當(dāng)今，物理學(xué)的觸角已經(jīng)伸向眾多領(lǐng)域，并取得了越來越大的成就，以至我們很難再用傳統(tǒng)的眼光去界分什么是物理學(xué)了。1995年在我國廈門舉行了第十九屆國際統(tǒng)計物理學(xué)大會，會上交流論文的涉及面十分廣泛，諸如植物的花序、DNA藥物系統(tǒng)、交通的流量、文字的存儲等等，光看這些篇目，似乎都不太象是物理。什么，究竟什么是物理呢？幾年前，美國《今日物理》雜志，曾就此問題向讀者廣泛征求意見。最后，他們推崇的答案是：物理學(xué)家所做的就是物理學(xué)。這話乍聽似覺偏頗，其實不無道理。因為在今天看來，物理學(xué)更多的是體現(xiàn)出一種智能，“代表著一套獲取知識、組織和應(yīng)用知識的有效步驟和方法，把這套方法用到什么問題上，這問題就變成了物理學(xué)。”（趙凱華語）再次，物理還是一種文化。從廣義來說，文化指的是人類歷史實踐過程中創(chuàng)造的物質(zhì)財富和精神財富的總和。它包括科學(xué)文化和人文文化。同樣地，物理學(xué)家在長期科學(xué)實踐中所創(chuàng)造的大量物質(zhì)產(chǎn)品與精神產(chǎn)品，也就構(gòu)成了物理文化。物理文化是科學(xué)文化的重要組成部分。大家知道，物理學(xué)是以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)，它的基本研究方式就是實踐，因而在客觀性上表現(xiàn)為“真”；物理學(xué)創(chuàng)造的成果最終是為了造福于人類，它在目的性上體現(xiàn)出“善”；另外，物理學(xué)還在人的情感、意識等多方面反映了“美”。正因為物理學(xué)本身兼具真、善、美的三重屬性，我們完全有理由說，物理不僅是一種文化，而且是一種高層次、高品位的文化。物理學(xué)是求真的。物理最講究實證，物理學(xué)家在科學(xué)研究活動中最基本的態(tài)度就是實事求是，堅守“實踐是檢驗真理唯一標(biāo)準(zhǔn)”的原則。正如物理學(xué)家費曼所說：“不論你的想法有多美，不論你什么聰明，更不論你名氣有多大，只要與實驗不符便是錯了，簡簡單單，這就是科學(xué)”?？梢哉f，物理學(xué)的發(fā)展史，就是一部不斷修正錯誤、不斷逼近真理的“求真”史。物理學(xué)是從善的。物理學(xué)致力于將人從自然中解放出來，從必然王國走向自由王國，幫助人們不斷認(rèn)識自己，促使人的生活趨于高尚。這是物理學(xué)的價值取向和終極目標(biāo)，因而物理學(xué)的本質(zhì)是從善的；另外，物理學(xué)家的行為也是從善的。愛因斯坦曾這樣評價居里夫人和以她為代表的杰出物理學(xué)家：“第一流人物對時代和歷史進(jìn)程的意義，在其道德方面，也許比單純的才智成就更大”。他們那種嚴(yán)謹(jǐn)求實的態(tài)度、獻(xiàn)身科學(xué)的精神，熱愛人民的情懷等等，對于后人無疑是一份尤為珍貴的人文財富。物理學(xué)是至美的。德國物理學(xué)家海森伯說過：美是真理的光輝；羅馬哲學(xué)家普洛丁又說過：善是美的本原。由此，物理學(xué)因真而美、因善而美就是十分自然的了。物理的美屬于科學(xué)美，主要體現(xiàn)于簡單、對稱和統(tǒng)一；對稱則統(tǒng)一，統(tǒng)一則簡單，它們構(gòu)成了物理學(xué)的基本美學(xué)準(zhǔn)則。翻開物理學(xué)的篇章，可以發(fā)現(xiàn)到處都跳動著美的音符，體現(xiàn)了人們對美的追求與創(chuàng)造。僅以統(tǒng)一性為例。當(dāng)代物理學(xué)的發(fā)展，正朝著兩個相反的研究方向延伸：最宏大的宇宙與最微小的粒子。令人感到驚訝的是，隨著研究的深入，它們兩者并非是分道揚鑣、越走越遠(yuǎn)，反倒顯示出不少殊途同歸、相反相成的跡象。例如，粒子物理學(xué)的一些研究成果常被天體物理學(xué)家所借鑒，用來探尋宇宙早期演化的圖象；(正由于此，粒子物理學(xué)在某種意義上也被稱為“宇宙考古學(xué)”。) 反過來，宇宙物理學(xué)的研究也為粒子物理學(xué)家提供了豐實的信息與印證。于是，物理學(xué)中兩個截然相反的分支，就這般奇妙地銜接在了一起——猶如一條怪蟒咬住了自己的尾巴。又如，英國物理學(xué)家狹拉克首先發(fā)現(xiàn)，在自然界的某些物理量之間存在著下列引人注目的關(guān)系：宇宙半徑/電子半徑≈1040，宇宙年齡/強衰變粒子壽命≈1040，氫核與電子的電力/氫核與電子的引力≈1040，……在上述比數(shù)中，宇宙這個最大的系統(tǒng)，與基本粒子這個最小系統(tǒng)之間，竟然珠聯(lián)璧合達(dá)到了如此完美的統(tǒng)一，讓我們再次領(lǐng)略到了物理世界的美，一種動人心弦的壯麗的美。正是這許多美不勝收的事例，激發(fā)起人們對大自然由衷的贊嘆與敬畏，難怪愛因斯坦會說：“宇宙間最不可理解的，就是宇宙是可以理解的”。通過以上分析，我們對于物理有了一個較為全面的認(rèn)識：它既是一門科學(xué)，又是一種智能，更是一種文化。作為一名物理教師，能對自己所任教的物理作一番全方位的審視與剖析，這是十分必要的。一方面可使我們看到，物理原來有著如此豐富的的內(nèi)涵，從而會更自覺、有意識的去挖掘和開發(fā)它的育人功能，全面提升教學(xué)質(zhì)量；另一方面又使我們看到，物理原來有著如此美好的稟性，從而會更加鐘愛物理，更有激情地去從事物理教學(xué)。我以為，只有真正熱愛物理的物理教師，才能做到不僅教會學(xué)生理解物理、應(yīng)用物理，而且還進(jìn)一步引導(dǎo)他們?nèi)ジ形蛭锢?、欣賞物理。二、為什么教物理這是一個看似簡單卻又十分根本的問題，要正確回答并非易事。筆者對此問題的認(rèn)識，就經(jīng)歷過從“知識本位”到“學(xué)科本位”，最后又回歸到“學(xué)生本位”這樣一個曲折漸進(jìn)的過程。有很長一段時期，我都把物理教學(xué)的目標(biāo)鎖定在知識層面上，認(rèn)為教物理就是要把物理知識盡可能多地傳授給學(xué)生，以供他們今后一生的受用。因為我信奉“知識就是力量”。然而令人困惑的是，我們授予學(xué)生什么多的物理知識，其中不乏象“F=ma”這類極其重要的知識，但在他們往后的生活和工作中，卻很少顯示出有什么直接的功用。以至過了若干年后，許多學(xué)生把所學(xué)的物理知識幾乎忘得一干二凈，用他們的話說，“全部都還給老師了”。我為此感到深深的失落；但每當(dāng)我向他們提出“高中三年豈不白讀了”的反詰時，這些離開學(xué)校多年的學(xué)生，卻又都會異口同聲地作出否定的回答，一致認(rèn)為高中階段的學(xué)習(xí)，對于他們的成長起到了重要的奠基作用，可又說不清究竟是哪些具體知識所起的作用。我想，這大概好比晚飯，誰都不會否認(rèn)吃飯對于生存的意義，然而誰又都說不清楚，吃了這頓飯究竟是在身上的什么地方長了塊肉。一位畢業(yè)已有二十余年的學(xué)生，曾與筆者聊起他“印象最深”的一堂物理課。原來那堂課講的是重力勢能。當(dāng)時為了說明重力勢能的相對性，我曾向?qū)W生提出過這樣的問題：有人站在五樓的窗臺上要往下跳，你說危險嗎？開始大家都認(rèn)為這太玩命了，后來仔細(xì)一琢磨，又全都樂了：你別往窗外跳，往窗里跳不就沒事了嗎？這位學(xué)生覺得這個例子特有意思，于是經(jīng)久不忘；但問他該例說明了什么物理知識時，他說忘了。正當(dāng)我面露憾色時，他緊接著的一番話卻令人寬慰，他說：“這個例子使我懂得凡事都是相對的，從不同角度看會有不同的結(jié)果”。盡管這堂課所傳授的物理知識，這位學(xué)生已經(jīng)遺忘殆盡，但通過有關(guān)知識的學(xué)習(xí)而凝煉成的思想、方法等，卻在他的心里銘刻上深深的印記。從這個意義上說，二十多年前的這堂物理課，對他不也是極有價值的嗎？學(xué)生從高中畢業(yè)后，他們中的大多數(shù)可能將告別物理，所學(xué)的物理知識終究會被忘記，到那時再回頭審視一下：物理教學(xué)留給他們的還有些什么呢？如果在他們的身上，體現(xiàn)不出物理所給予的才智與啟迪，那將是物理教學(xué)的失敗。由此看來，具體的知識通常只是作為教學(xué)的載體，在知識的背后還有更多值得我們?nèi)プ非蟮臇|西。正如我國資深科學(xué)家錢偉長教授說的：“我在大學(xué)里學(xué)的是物理學(xué)，……. 以物理學(xué)為對象我學(xué)到了調(diào)查研究，收集資料，分析資料和邏輯思維的能力，物理學(xué)的知識有時是很有用的，但通過物理學(xué)學(xué)到的這些能力，比物理學(xué)知識更有用。”錢老在讀書時就是通過“物理學(xué)”這個載體，獲得了很多比物理知識更重要的能力。所以，那種將物理教學(xué)等同于物理知識教學(xué)的看法是偏面的，而以“知識本位”來確立物理教學(xué)目標(biāo)取向的做法同樣是短視的。隨著教學(xué)實踐的深入，教師一般都會對自己所任教的學(xué)科日臻熟悉，從而格外鐘愛?？赡苁鞘芰诉@種職業(yè)情感的影響，我還一度把物理教學(xué)的目標(biāo)，定位于“將盡可能多的學(xué)生培養(yǎng)成為物理學(xué)家或物理工作者”。尤其是當(dāng)我從農(nóng)村普通中學(xué)調(diào)入重點高中，面對的是一個個聰穎好學(xué)的學(xué)生時，這種愿望愈顯強烈。但我不久就發(fā)現(xiàn)，其它學(xué)科的教師大概也出于各自的職業(yè)偏好，都對學(xué)生有著與我類似的期望。這樣一來，大家自掃門前雪，各唱各的調(diào)，沒能將各學(xué)科的分力凝聚成一股合力，實際效果當(dāng)然就差強人意了。尤其令我沮喪的是，班上那些物理學(xué)習(xí)優(yōu)秀的“得意門生”，日后直接從事物理專業(yè)的竟然也少之又少。正當(dāng)我陷于迷惘之時，復(fù)旦大學(xué)原校長楊福家先生的一則事例給了自己極大的啟迪。當(dāng)年復(fù)旦大學(xué)曾對核物理專業(yè)的畢業(yè)生的去向做過一次調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，只有不到十分之一的學(xué)生畢業(yè)后從事與核物理有關(guān)的工作，其余的都紛紛改行，活躍在金融、企業(yè)或行政等崗位上。對此，多數(shù)人都斷言這是物理系的失敗，而楊福家卻認(rèn)為這正是“復(fù)旦”的成功。因為，通過這四年本科的物理教育，使學(xué)生具備了良好的素質(zhì)，為他們今后的發(fā)展打下了堅實的基礎(chǔ)，于是畢業(yè)后都能很快適應(yīng)各種不同領(lǐng)域的工作。這也印證了趙凱華先生的話：“一個人學(xué)了物理之后干什么都可以，他的物理沒有白學(xué)。在我看來，對于學(xué)物理的人無所謂‘改行’……。”經(jīng)過上述曲折的認(rèn)識歷程，使我逐漸看清了物理教學(xué)最終目標(biāo)的聚焦點，既不在知識的本位上，也不在學(xué)科的本位上，而應(yīng)該落實在我們的教育對象——學(xué)生的本位上。對于“為什么教物理”這個問題，也可以反過來設(shè)問：“如果我們不教物理，學(xué)生不學(xué)物理，將會對他們今后的發(fā)展留下那些缺憾？”一種顯而易見的回答是，學(xué)生將因此學(xué)不到許多重要的物理知識。這話沒錯，但不夠全面。因為除此之外，學(xué)生還將失去更為重要的，有關(guān)科學(xué)方法、科學(xué)精神等方面的培養(yǎng)與熏陶，從而最終影響他們的科學(xué)素養(yǎng)的提高。當(dāng)前，物理已經(jīng)深入到社會的方方面面，成為每一位有教養(yǎng)的公民都必須懂得的知識。對于大多數(shù)學(xué)生來說，他今天學(xué)習(xí)物理的目的，恐怕不是為了明天去進(jìn)一步研究物理，而是有助于他去面對或決策所遇到的大量非物理的問題，為他們今后一生的文明、健康，高質(zhì)量的生活奠定基礎(chǔ)。正如《面向全體美國人的科學(xué)》一書中所說的：“教育的最高目標(biāo)是為了使人們能夠過一個實現(xiàn)自我和負(fù)責(zé)任的生活作準(zhǔn)備。” 據(jù)此，對于“為什么教物理”這個問題，最確切的答案就是：為提高全體學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)而教?！@應(yīng)該成為我們的物理教學(xué)觀。眾所周知，生物基因?qū)τ谏镞M(jìn)化有著非同小可的作用，極其細(xì)微的基因差異，往往會導(dǎo)致生物之間的巨大差別。受此啟發(fā)，有不少社會學(xué)者正致力于尋求在人類文化傳承與發(fā)展過程中，有著哪些最為核心的要素，從而提出了“文化基因”的概念，并將其定義為人類文化系統(tǒng)中的“遺傳密碼”。文化基因的核心是思維方式和價值觀念。人類的進(jìn)化比一般的生物進(jìn)化更為復(fù)雜，它具有雙重進(jìn)化機制，除了生物基因進(jìn)化機制外，還有文化基因進(jìn)化機制。教育正是推動文化基因機制的重要途徑。學(xué)校教育的要義，不只是文化現(xiàn)象的展示與詮釋，而在于文化基因的傳承和發(fā)展。物理教育當(dāng)然也不例外。什么，蘊含在物理教學(xué)中的“文化基因”究竟有些什么呢？筆者以為主要體現(xiàn)為三個方面，即科學(xué)知識、科學(xué)方法和科學(xué)精神，因為這三者是構(gòu)成科學(xué)素養(yǎng)最基本的要素。如果將科學(xué)素養(yǎng)比擬為一座金字塔，什么科學(xué)知識猶如塔基，科學(xué)方法就是塔身，科學(xué)精神則是塔尖。物理教學(xué)的最高宗旨，就是為了構(gòu)建這座宏偉的科學(xué)素養(yǎng)之塔而添磚加瓦。換言之，物理教學(xué)的核心價值就在于促進(jìn)學(xué)生實現(xiàn)三個轉(zhuǎn)化：一是把人類社會積累的知識轉(zhuǎn)化為學(xué)生個體的知識，使他們知識世界是什么樣的，成為一個客觀的人；二是把前人從事智力活動的思想方法轉(zhuǎn)化為學(xué)生認(rèn)識能力，使他們明白世界為什么是這樣的，成為一個理性的人；三是把蘊含在知識中的觀念、態(tài)度等轉(zhuǎn)化為學(xué)生的行為準(zhǔn)則，使他們懂得怎樣使世界更美好，成為一個創(chuàng)造的人。
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