对于物理美的认同，早已成为物理学共同体不争的事实。早在两千多年前，毕达哥拉斯学派就提出了“美是和谐与比例”的美学思想。[1]近代物理学家哥白尼曾这样评价日心说：“我们发现在这种排列的背后是宇宙令人惊叹的对称性，以及天球的运动和大小之间明显的和谐关联。”[2]现代物理学家更是对美情有独钟，爱因斯坦认为：“从那些看来同直接可见的真理十分不同的各种复杂的现象中认识到它们的统一性，那是一种壮丽的感觉。”[3]57费曼说：“自然界具有简单性，因而是极其美丽的。”[4]可见，物理学家在探索自然过程中都有着深刻的美感体验。 然而，大多数学生学习物理的感受却与物理学家大相径庭。因为在我们学生的眼中，物理世界是一个严格服从物理规律的冰冷、死寂的世界，不容许个人进行主观创造，物理课本中充满了枯燥的数学推导和冷峻的物理公式，所以物理学没有丝毫美感可言。鉴于此，本文对物理美育展开深入的探讨与研究，以期对中学物理美育有所启示。 一、物理美的追问 要进行物理美育，首先应该明确物理美是什么，这是物理美育的本体论问题。目前，主要有四种观点。 第一种观点：物理学家海森堡认为，物理美是“部分同部分、部分同整体的固有协调”。[5]部分是指个别的物理规律，整体是指物理原理，通过数学关系把两个原本彼此独立的部分配合成一个整体，这样就产生了美。这一观点从形式美的角度探索了物理美的本质，不足之处在于仅仅看到美产生的客观条件，而忽视了产生美感的主观因素。 第二种观点把物理美归属于自然美。这种观点看到了物理学的研究对象是自然界，与自然美的研究对象是一致的，因此认为物理美属于自然美。[6]这种观点也存在理论困难，因为我们欣赏自然美借助的是直接感性的判断，不需要动用思想，而体验物理美却需要发挥理智的作用。因此需要将物理美和自然美加以区分，于是便有了第三种观点。 第三种观点源于物理学家彭加勒。他认为物理美“不是打动感官的美，也不是质地美和外观美；这样的美与科学无关，我意指那种比较深奥的美，这种美来自各部分的和谐秩序，并且纯粹的理智能够把握住它。”[7]这种观点看到物理学在研究过程中借助了逻辑和数学的理性工具，并用数学形态表现出物理学的定律和理论架构。它诉诸人的理智，由此便认定物理美不是感性的审美意象，而是一种理性美。 在第三种观点的基础上，就产生了第四种观点。这种观点认为，物理美不是简单的理性美，物理美的产生过程是感性和理性相互交融和统一的过程。[8]显然，这种观点明确了理性的作用，体现了物理美的特点。并且这种观点强调了感性因素是美的不可或缺的成分，不仅符合事实，而且与美学界对美的普遍认识有共同之处，因而体现出了很好的理论兼容性。 我们认为，所谓物理美就是在物理研究或学习中，通过理性和感性的相互交融在人的头脑中所形成的感性形象（即意象），是人在物理认识活动的基础上，对其中的物理图像再创造所形成的情、景、理相互交融的世界，即审美意象。 在这个意象世界里，学生会感到物我合一，陶醉其中。这种体验既不是聆听物理学家轶事，也不是观察新奇的物理实验，因为这些都还属于认知愉悦感，而审美体验的愉悦感远远不止于此。 需要说明的是，在物理学习中学生头脑中都会形成物理图像或物理图景，比如物体自由落体、天体圆周运动等等，但这些不是审美“意象”。审美意象是渗透了认知发现愉悦感和物理思维的图像，在审美意象中已经很难彻底分清物理图像、认知愉悦和物理思维，意象是主体的感性和理性完美融合的产物。可以说，意象的形成就是美感产生的标志。 不同的认识过程会造成审美意象的差异，进而物理美感也不尽相同。以彩虹为例，没有学过物理的人也能够感受到彩虹的美，但这种美仅仅是感性的美。物理学家通过测量发现虹成42°弧，红在外，紫在内；而霓却是50°弧，红在内，紫在外，这就增进了对自然的理解，形成了物理现象美。当物理学家发现42°弧和50°弧是由于太阳光通过小雨滴发生折射和反射形成的，这就构成了理论描述之美。进一步研究发现折射与反射现象可以通过麦克斯韦方程推导出来，此时的物理美就上升到了理论结构之美。[9] 事实上，物理教学中并不都是彩虹这样赏心悦目的美，更多的则是身边寻常事物、实验仪器等。这在许多外行看来毫无美感可言。但是，由于学生基于物理认识活动发挥想象，在头脑中对这些现象进行再创造，同样可以形成审美意象。正如彭加勒所说：“当我们不习惯在一起的东西意外相遇时，可能会产生出一种出乎意外的雅致感。”[10]例如，在学习物理之前，地球上物体下落和月球运行之间看似没有任何关联，当万有引力定律的成功发现使学生看到这两者服从同样的定律时，就会激发学生在头脑中形成一幅宇宙万物和谐运动的壮丽图像，从而产生物理美感。 那么，为什么很多学生没有物理美的体验呢？对此，爱因斯坦作出了很好的解释：“科学结论几乎总是以完成的形式出现在读者面前，读者体验不到探索和发现的喜悦，感觉不到思想形成的生动过程，也很难达到清楚地理解全部情况……”[3]115不难看出，科学知识本身不能产生美感，美感产生于知识发现过程之中。在这个过程中，有两个因素对美感的产生起着至关重要的作用。其一，伴随着创造性的解决问题，学生才会体会到发现的乐趣；其二，精密的逻辑推理、精巧的实验设计和隽永的科学思想方法，才能使学生体会到知识的内涵。因此，正是经历了创造性的科学认识活动，体验到了探索发现的乐趣，学生才会对物理现象进行了创造性想象，最终才能形成审美意象。
