物理開發科學娛樂功能

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馮小剛的賀歲片比如：《手機》，《天下無賊》等猶如“精神大餐”，在帶給人們幾小時的娛樂之后，還能讓人回味無窮……因為在這些好看的娛樂影片的背后隱藏著深刻的思想內涵．那么在高校（尤其是工科院校）的課堂教學中是否亦可以適當開發“娛樂性”，寓樂于教呢？我們向來習慣于將科學神圣化（認為科學深不可測，高不可攀），或實用化（將科學混同技術，學以致用，立竿見影）．在這種理念下，科學教育猶如“板著面孔一本正經的婦人”，實在是令人敬畏和厭倦．那么科學有沒有“娛樂功能”呢？上海交通大學人文學院院長、科學史與科學哲學系博導江曉原教授給出了肯定的回答：科學有娛樂功能，當然是智力上的娛樂［1，2］．隨著教育理念從“精英教育”向“大眾化教育”的轉化，我們日益意識到在缺乏活躍氣氛的工科院校里有必要開發科學的娛樂功能，讓以往“板著面孔，一本正經的婦人”模樣的科學教育，變成“香艷的美女”，使得學生們愿意主動親近她．筆者在北京印刷學院開設公共選修課《愛因斯坦時空與凡•高的天空》，進行了科學的“娛樂性”嘗試，寓樂于教，事半功倍．

1在科學的理性中添加美的娛樂元素，能夠感染學生，調動想象力

傳統的課堂教學，教師總是只講成熟完善的理論，以真理在握，居高臨下的姿態，傳道授業解惑，即便是數學公式書寫得多么精確漂亮，邏輯推理多么嚴謹無誤，卻難以吸引學生們的眼球和注意力．相反，如果教師能夠放下架子，以真誠熱情的人格魅力，豐富的學識和賦予創意的表達，則課堂氣氛就會得到明顯改觀．筆者熱愛教學工作，喜歡把課堂教學設計為教師與學生共同參與的一件生動的“行為藝術作品”，那么呆板枯燥的課堂教學，就變成了大家一起做一場好玩的“智力游戲”，學生們自然會情緒高漲，樂此不疲．比如講“科學美”，這個概念并沒有確切的定義，隨著時代而發展，也許永遠不可能歸結為一個固定不變的標準答案．這反而給學生留下了自由想象的空間和盡力發揮的余地，我們可以從美學角度，不妨從下列四個方面來欣賞科學美：和諧美、簡單美、奇異美及對稱美［3］．

關于和諧美：物理學中的熱學統一了熱力學（宏觀、唯象）和統計物理（微觀、唯理）；相對論電磁場統一了電場和磁場，如同宏偉的交響樂一樣，帶來震撼人心的統一和諧美！而量子力學中“波粒二象性”概念，所表達的神秘的互補性，如同生活中的男人和女人所體現的幸福的互補和諧美．關于簡單美：在愛因斯坦狹義相對論中著名的質能關系式E＝mc2，這個看上去異常簡潔的公式里，卻蘊藏著巨大的威力，標志著原子時代的到來．而詩歌中最簡單的莫過于北島的現代詩：《生活》網．一個小小的“網”字，卻包羅萬象，一“網”打盡．它可以代表某種具體的網，諸如漁網，蜘蛛網之類；也可以代表高科技產品，如電子線路網，或internet網絡；還可以象征一些抽象的網，如生活中的各種人際關系網．真是天羅地網，大網套小網，糾纏不清，內涵復雜（極端簡單中可能包含著無限的復雜性）．受此啟發，03級計算機4班的學生薛藝和詩一首：《中國人的處世原則》墻．一個簡單的“墻”字，足以概括中國人的處世原則．像偉大的長城（不過是GreatWall），也沒有逃出墻的制約；大富人家的深宅大院，曲徑通幽；還有中國人喜歡深居簡出，深藏不露；喜歡封閉自己，把心放在高墻之中，束之高閣……林林總總，不過是圍著“墻”字打轉轉，未能從墻的禁錮中解脫出來．其他同學也紛紛向北島致敬，創作了系列現代詩：如市場營銷05－1班任飛銀的現代詩《人際交往》環；電氣08－1班張晶的現代詩《生活》窗；英語07－2班張燁的現代詩《信仰》虛；傳播08－1班郭萍的現代詩《中國》結……關于奇異美：愛因斯坦廣義相對論具有均衡的奇異美，因為廣義相對論將一直被認為是完全獨立的兩個基本概念———時空和物質，聯系并結合起來了．時空幾何不是先驗的、既定的，它由物質及其運動決定．廣義相對論的基本思想可以概括為：“物質告訴時空如何彎曲，時空告訴物質如何運動”．即，物質的分布及其運動使其周圍的時空發生彎曲，而時空的彎曲反過來影響物質的運動［4］．古希臘偉大的雕塑《斷臂維納斯》（如圖1），則展現了令人驚嘆的“完美有缺”的奇異美！關于對稱美：對稱性是指“對象在某種變換下的不變性”，因而對稱美具有廣泛而普適的意義．物理學中對稱性及其破缺的思想成了指導性的原則之一，如在牛頓力學中對稱性與三大守恒定律；粒子物理中李政道、楊振寧關于弱相互作用下宇稱不守恒；分形中無限嵌套的自相似結構對稱美等（如圖2）［5］3．在藝術領域，對稱與不對稱微妙的和諧美更是比比皆是．繪畫作品主要表現為空間上的對稱與不對稱美，如達•芬奇的《蒙娜•麗莎》［6］301，她的面部兩側及背景兩側地平線總體上是對稱的，卻又不完全對稱，使得蒙娜麗莎的微笑神秘莫測（如圖3）；科雷喬的《圣誕之夜》［6］303，則是通過光平衡了不對稱的布局，凸顯了光彩奪目的圣母子之美（如圖4）．音樂作品表現為時間上的對稱與不對稱美，如法國印象派大師拉威爾1928年創作的《波萊羅》舞曲，在小鼓無休止的三拍子節奏的背景里，兩個簡單旋律不斷反復（時間平移對稱性），而各種配器營造的音樂色彩，在一次次的循環返復中如夢幻般的變換（不對稱），詭秘而不確定，如同“冥府的永動機”……最后以明亮狂熱的色彩力量壓倒一切，戛然而止！舞蹈則是通過身體語言綜合性地表達空間和時間的對稱美，如在極賦身體表現魅力的拉丁舞蹈中，優秀的舞者總是能夠恰如其分地控制舞姿，無論是前進、后退、旋轉或是胯部的扭動等，均能很好地保持身體的垂直重心不變（空間對稱性）［7］，用飽滿的激情和完美的舞姿，流暢演繹音樂（時間對稱性）（如圖5）．

2顛倒師生關系，讓學生走向講臺，刺激學生研究式學習，實現師生互動

“要學會一門新學問，就寫一本關于它的書”———物理學家惠勒如是說；“要寫一本關于它的書，就教一門關于它的課”———北師大哲學系田松博士如是說．其實大學生們早已厭倦了單調枯燥的填鴨式教學，何不與時俱進，趕后現代思潮，偶爾顛覆一下師生關系，讓學生當一回老師呢？筆者在選修課《愛因斯坦時空與凡•高的天空》課堂教學中，特意安排了幾次學生講課的機會．一次是由設計藝術系多媒體專業03級2班的孫怡銘等幾位女同學組織的講座《凡•高作品欣賞》，恰逢2004年中法互辦文化年，法國印象派畫展正在中國美術館展出，她們便利用周末時間去美術館參觀，并用數碼相機拍照，制作成漂亮的PPT課件，在課堂上講解時生動形象．由于她們是從純藝術角度欣賞的，我從另外的角度作了點評補充：謝瑞爾（R．R．Shearer）指出，每一時代的主流繪畫藝術背后都隱藏著一種深層數學結構———幾何學．藝術領域兩次最大的創新，一次是文藝復興，另一次是20世紀初興起的現代藝術．兩次都與幾何學的變革有關．前者與三維透視幾何有關，后者與N維幾何和非歐幾何有關［5］44．如圖6，后期印象派凡•高的作品《星月夜》，不同于三維透視幾何．凡•高的《星月夜》顯然不是肉眼看到的現實星空，而是凡•高內心超常的想象力加上外面的風景相互作用的幻象結果，如同愛因斯坦的廣義相對論彎曲時空（時空與物質相互作用）一樣，都是非歐幾何．從這個角度，愛因斯坦的時空與凡•

高的天空是相通的！另一次是由管理系廣告專業02級2班的學生王松川搞的講座《搖滾樂欣賞》，由于這位學生酷愛搖滾，并有過創作搖滾樂的經歷，經過他一個月的精心準備，梳理了搖滾樂的起源發展史、搖滾樂分類等，弄得頗“專業”的．由于是學生給學生講課，更符合他（她）們自身的品味，有特別的親和力，因而格外受到了同學們的歡迎，也帶動了其他同學上網收集資料、相互合作、研究式的學習風氣．學生們各顯神通，展示了豐富的創造性和多方面的才華．教與學，學與教融合起來，教學相長．如此這般，筆者在與學生們的互動和研究式的教學中，尤其是吸收人文文化（包括繪畫、音樂、舞蹈、文學及哲學等）的娛樂成分，制作精美的“糖衣”，包裹科學“炮彈”，炸開了學生們的思想閘門，任想象力一瀉千里……而筆者也陶醉在“寓樂于教”中！