物理开发科学娱乐功能

冯小刚的贺岁片比如：《手机》，《天下无贼》等犹如“精神大餐”，在带给人们几小时的娱乐之后，还能让人回味无穷……因为在这些好看的娱乐影片的背后隐藏着深刻的思想内涵．那么在高校（尤其是工科院校）的课堂教学中是否亦可以适当开发“娱乐性”，寓乐于教呢？我们向来习惯于将科学神圣化（认为科学深不可测，高不可攀），或实用化（将科学混同技术，学以致用，立竿见影）．在这种理念下，科学教育犹如“板着面孔一本正经的妇人”，实在是令人敬畏和厌倦．那么科学有没有“娱乐功能”呢？上海交通大学人文学院院长、科学史与科学哲学系博导江晓原教授给出了肯定的回答：科学有娱乐功能，当然是智力上的娱乐［1，2］．随着教育理念从“精英教育”向“大众化教育”的转化，我们日益意识到在缺乏活跃气氛的工科院校里有必要开发科学的娱乐功能，让以往“板着面孔，一本正经的妇人”模样的科学教育，变成“香艳的美女”，使得学生们愿意主动亲近她．笔者在北京印刷学院开设公共选修课《爱因斯坦时空与凡•高的天空》，进行了科学的“娱乐性”尝试，寓乐于教，事半功倍．

1在科学的理性中添加美的娱乐元素，能够感染学生，调动想象力

传统的课堂教学，教师总是只讲成熟完善的理论，以真理在握，居高临下的姿态，传道授业解惑，即便是数学公式书写得多么精确漂亮，逻辑推理多么严谨无误，却难以吸引学生们的眼球和注意力．相反，如果教师能够放下架子，以真诚热情的人格魅力，丰富的学识和赋予创意的表达，则课堂气氛就会得到明显改观．笔者热爱教学工作，喜欢把课堂教学设计为教师与学生共同参与的一件生动的“行为艺术作品”，那么呆板枯燥的课堂教学，就变成了大家一起做一场好玩的“智力游戏”，学生们自然会情绪高涨，乐此不疲．比如讲“科学美”，这个概念并没有确切的定义，随着时代而发展，也许永远不可能归结为一个固定不变的标准答案．这反而给学生留下了自由想象的空间和尽力发挥的余地，我们可以从美学角度，不妨从下列四个方面来欣赏科学美：和谐美、简单美、奇异美及对称美［3］．

关于和谐美：物理学中的热学统一了热力学（宏观、唯象）和统计物理（微观、唯理）；相对论电磁场统一了电场和磁场，如同宏伟的交响乐一样，带来震撼人心的统一和谐美！而量子力学中“波粒二象性”概念，所表达的神秘的互补性，如同生活中的男人和女人所体现的幸福的互补和谐美．关于简单美：在爱因斯坦狭义相对论中著名的质能关系式E＝mc2，这个看上去异常简洁的公式里，却蕴藏着巨大的威力，标志着原子时代的到来．而诗歌中最简单的莫过于北岛的现代诗：《生活》网．一个小小的“网”字，却包罗万象，一“网”打尽．它可以代表某种具体的网，诸如渔网，蜘蛛网之类；也可以代表高科技产品，如电子线路网，或internet网络；还可以象征一些抽象的网，如生活中的各种人际关系网．真是天罗地网，大网套小网，纠缠不清，内涵复杂（极端简单中可能包含着无限的复杂性）．受此启发，03级计算机4班的学生薛艺和诗一首：《中国人的处世原则》墙．一个简单的“墙”字，足以概括中国人的处世原则．像伟大的长城（不过是GreatWall），也没有逃出墙的制约；大富人家的深宅大院，曲径通幽；还有中国人喜欢深居简出，深藏不露；喜欢封闭自己，把心放在高墙之中，束之高阁……林林总总，不过是围着“墙”字打转转，未能从墙的禁锢中解脱出来．其他同学也纷纷向北岛致敬，创作了系列现代诗：如市场营销05－1班任飞银的现代诗《人际交往》环；电气08－1班张晶的现代诗《生活》窗；英语07－2班张烨的现代诗《信仰》虚；传播08－1班郭萍的现代诗《中国》结……关于奇异美：爱因斯坦广义相对论具有均衡的奇异美，因为广义相对论将一直被认为是完全独立的两个基本概念———时空和物质，联系并结合起来了．时空几何不是先验的、既定的，它由物质及其运动决定．广义相对论的基本思想可以概括为：“物质告诉时空如何弯曲，时空告诉物质如何运动”．即，物质的分布及其运动使其周围的时空发生弯曲，而时空的弯曲反过来影响物质的运动［4］．古希腊伟大的雕塑《断臂维纳斯》（如图1），则展现了令人惊叹的“完美有缺”的奇异美！关于对称美：对称性是指“对象在某种变换下的不变性”，因而对称美具有广泛而普适的意义．物理学中对称性及其破缺的思想成了指导性的原则之一，如在牛顿力学中对称性与三大守恒定律；粒子物理中李政道、杨振宁关于弱相互作用下宇称不守恒；分形中无限嵌套的自相似结构对称美等（如图2）［5］3．在艺术领域，对称与不对称微妙的和谐美更是比比皆是．绘画作品主要表现为空间上的对称与不对称美，如达•芬奇的《蒙娜•丽莎》［6］301，她的面部两侧及背景两侧地平线总体上是对称的，却又不完全对称，使得蒙娜丽莎的微笑神秘莫测（如图3）；科雷乔的《圣诞之夜》［6］303，则是通过光平衡了不对称的布局，凸显了光彩夺目的圣母子之美（如图4）．音乐作品表现为时间上的对称与不对称美，如法国印象派大师拉威尔1928年创作的《波莱罗》舞曲，在小鼓无休止的三拍子节奏的背景里，两个简单旋律不断反复（时间平移对称性），而各种配器营造的音乐色彩，在一次次的循环返复中如梦幻般的变换（不对称），诡秘而不确定，如同“冥府的永动机”……最后以明亮狂热的色彩力量压倒一切，戛然而止！舞蹈则是通过身体语言综合性地表达空间和时间的对称美，如在极赋身体表现魅力的拉丁舞蹈中，优秀的舞者总是能够恰如其分地控制舞姿，无论是前进、后退、旋转或是胯部的扭动等，均能很好地保持身体的垂直重心不变（空间对称性）［7］，用饱满的激情和完美的舞姿，流畅演绎音乐（时间对称性）（如图5）．

2颠倒师生关系，让学生走向讲台，刺激学生研究式学习，实现师生互动

“要学会一门新学问，就写一本关于它的书”———物理学家惠勒如是说；“要写一本关于它的书，就教一门关于它的课”———北师大哲学系田松博士如是说．其实大学生们早已厌倦了单调枯燥的填鸭式教学，何不与时俱进，赶后现代思潮，偶尔颠覆一下师生关系，让学生当一回老师呢？笔者在选修课《爱因斯坦时空与凡•高的天空》课堂教学中，特意安排了几次学生讲课的机会．一次是由设计艺术系多媒体专业03级2班的孙怡铭等几位女同学组织的讲座《凡•高作品欣赏》，恰逢2004年中法互办文化年，法国印象派画展正在中国美术馆展出，她们便利用周末时间去美术馆参观，并用数码相机拍照，制作成漂亮的PPT课件，在课堂上讲解时生动形象．由于她们是从纯艺术角度欣赏的，我从另外的角度作了点评补充：谢瑞尔（R．R．Shearer）指出，每一时代的主流绘画艺术背后都隐藏着一种深层数学结构———几何学．艺术领域两次最大的创新，一次是文艺复兴，另一次是20世纪初兴起的现代艺术．两次都与几何学的变革有关．前者与三维透视几何有关，后者与N维几何和非欧几何有关［5］44．如图6，后期印象派凡•高的作品《星月夜》，不同于三维透视几何．凡•高的《星月夜》显然不是肉眼看到的现实星空，而是凡•高内心超常的想象力加上外面的风景相互作用的幻象结果，如同爱因斯坦的广义相对论弯曲时空（时空与物质相互作用）一样，都是非欧几何．从这个角度，爱因斯坦的时空与凡•

高的天空是相通的！另一次是由管理系广告专业02级2班的学生王松川搞的讲座《摇滚乐欣赏》，由于这位学生酷爱摇滚，并有过创作摇滚乐的经历，经过他一个月的精心准备，梳理了摇滚乐的起源发展史、摇滚乐分类等，弄得颇“专业”的．由于是学生给学生讲课，更符合他（她）们自身的品味，有特别的亲和力，因而格外受到了同学们的欢迎，也带动了其他同学上网收集资料、相互合作、研究式的学习风气．学生们各显神通，展示了丰富的创造性和多方面的才华．教与学，学与教融合起来，教学相长．如此这般，笔者在与学生们的互动和研究式的教学中，尤其是吸收人文文化（包括绘画、音乐、舞蹈、文学及哲学等）的娱乐成分，制作精美的“糖衣”，包裹科学“炮弹”，炸开了学生们的思想闸门，任想象力一泻千里……而笔者也陶醉在“寓乐于教”中！