从科技美学谈学习动力：为什么吹气冷，哈气热？

美是纯洁道德、丰富精神的重要源泉。没有美的滋养的人生必然是单调的、干涸的人生。为贯彻落实培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人的新时代教育方针，加强美育工作，提高同学们的审美素养，2023年7月31日上午，夏令营组织了题为《科技之美：学习和科研中幸福感的体会》的讲座。

讲座伊始，主讲人便抛出了为什么吹气冷，哈气热？这一问题，指出正确的学习和研究动机是实现高水平幸福感的前提。紧接着指出，学习和科研的正道上，往往伴随着强烈的美感和幸福感，并以物理学为例，阐述了现象之美、理论描述之美、理论结构之美和科技美中的形象美。最后，通过著名物理学家和化学家法拉第不凡的求学经历，主讲人从动力和方法两个方面讲述了我们应该如何提高学习与科研中的幸福程度。

　　1、引入：为什么吹气冷、哈气热？

首先，我们思考一个问题：为什么吹气冷、哈气热？从口中呼出的气体的温度大体是相同的，那为什么吹出来的空气会变冷呢？为了解答这个问题，我们可以做另一个实验，那就是双手合住，在双手之间留出一定空间，贴近该空间朝里吹气时，会感觉到热，而远离该空间朝里吹气时，会感觉到凉，后者与前者的区别在于远离双手吹气时卷入了环境中的空气。所以，我们推测，吹气冷而哈气热的（其中一个）原因是：相较于哈气，吹气时卷入了大量环境中的冷空气而使得到达人手上的气体温度较低。而吹气与哈气的主要区别在于吹气时气流速度更高。

那么新的问题来了：为什么高速气流能卷入周围的冷空气呢？如果我们把吹出来的气体看作一个气流柱，则可以作出如下解释：气流柱内的气体流速越高，其气压就越低，气流柱内外的压强差就越大，那么气流柱外的空气在压强差的作用下，流入气流柱内，与其中的气体充分混合，使得气流柱的气体温度变低。

生活中可以用伯努利原理解释的现象

犬鼠利用伯努利原理

上述高速气流柱内气压低使得周围冷空气卷入气流柱内的解释，其实就是流体力学领域的伯努利原理。而生活中大量的现象都可以用该原理进行解释，比如在两张纸之间吹气时两张纸会合拢、朝着插入液体中的吸管管口快速吹气时液体会从管口喷出等，甚至我们发现动物都会利用伯努利原理来给自己的小窝换气。而当人们掌握了现象背后的规律，就可以利用规律来解决实际问题，比如人们在设计喷壶时便利用了伯努利原理。

喷壶利用了伯努利原理

喷壶工作原理的简易演示

回到为什么吹气冷、哈气热？的问题，以此为基础，我们还可以进一步提问：如果环境温度高于吹出的气体温度会怎么样？如果手是湿的会怎么样？气体高速运动时自身温度会不会降低？通过不断追问，我们可以进行研究性的学习，甚至可以提出一些科学研究的新问题，由此可能得到原创研究成果。当人们在好奇心、美感体验等的驱使下，成功地认知世界、改造世界，心理上会获得很强的正反馈。正如著名物理学家费曼所说：对我而言，最大的奖赏，是发现的乐趣、探索的激情以及看到别人运用我的研究成果。

　　2、从美感和幸福感谈学习与科研中的正道

01 学习与科研中的正道

讲座ppt中关于两条道路的内容

学习与科研大体存在两条道路，第一条谓之正道，即人们在美感和其它诸多幸福感的驱使下，自己独立思考、主动学习、提出研究问题，经过自己努力，取得好的学习效果和原创科研成果，同时内心伴随着持久的幸福体验，包括惬意、愉悦、自豪、美感等。很多做出贡献的科学家本身就有着高水平的幸福感，而高水平的幸福感反过来支撑着他们做出更多有益于人类的研究成果。

在与正道相对应的第二条道路中，人们往往为了名利、为了改变命运而学习和科研。此时，人们常常会处于相对被动的学习状态，为了快速而高效地完成学习和科研任务，对待学习往往不求甚解、对待科研则往往跟踪模仿。这样一来，在情感体验方面，人们往往只能在取得成功的时候获得持久度较低的成就感等积极心理体验；而在学习效果方面，经常会出现费曼所说的能把各种物理概念和定律的语句背得滚瓜烂熟，会用公式精确解题，但是不知道那些概念、定律和公式是什么意思的问题。

02 科技之美（以物理学为例）

在杨振宁看来，物理学中存在三种美，即现象之美、理论描述之美、理论结构之美。

现象之美通过对自然的观察就可以获得，比如彩虹、雪花、蓝天、白云等，感受现象之美时并不需要特定的理论知识，只要留心就能享受这份大自然的馈赠。在现象之美中，值得一提的是自然现象的对称美，自然现象的对称美原则可以用于预测新现象的存在。

现象之美

对称之美

关于理论描述之美，杨振宁先生曾有这样的描述：当我们知道一个物理学的基本原理能够准确解释那么多复杂现象时，会有一种美的感受，这是诗人所无法写出来的，是一种庄严感，是一种神圣感，是一种第一次发现宇宙秘密时的畏惧感。例如，牛顿万有引力定律的发现，是17世纪自然科学最伟大的成果之一，它把地面上物体运动的规律和天体运动的规律统一了起来，对以后物理学和天文学的发展具有深远的影响。它第一次解释了（自然界中四种相互作用之一）一种基本相互作用的规律，在人类认识自然的历史上树立了一座里程碑。

理论结构之美指的是，当一个理论公式化时，就趋向于具有一个漂亮的数学结构。物理学家海森伯说过：如果自然界把我们引向极其简单而美丽的数学形式，我们就不得不认为这些形式是真的，它们显示出自然界的真正特征。狄拉克就曾为了追求他的理论的数学美，而作出了一个被称为狄拉克海的美丽假设。在这个假设模型中，狄拉克天才地预言了当时并不存在，似乎显得有些荒谬的正电子。

狄拉克

除了上面提到的现象之美、理论描述之美和理论结构之美外，我们还可以体会科技美中的形象美，例如，对所观察到的某铝合金组织形貌进行一定的颜色调整后，得到了一幅唯美的景象：大雪压青松，青松挺且直的青松雪景跃然纸上！

某铝合金中的青松雪景

　　3、如何提高学习与科研中的幸福程度

01 案例分析：法拉第的求学经历

法拉第生于一个贫苦铁匠家庭，只读了两年小学后上街当了报童，然后到一个书商家里当学徒。书商家书籍堆积如山，带着强烈的求知欲望，他如饥似渴地阅读各类书籍，汲取了许多自然科学方面的知识，尤其是《大英百科全书》中关于电学的文章，强烈地吸引着他。他努力地将书本知识付诸实践，利用废旧物品制作静电起电机，进行简单的化学和物理实验。他还与青年朋友们建立了一个学习小组，常常在一起讨论问题，交换思想。

法拉第的好学精神感动了一位书店的老主顾，在他的帮助下，法拉第有幸聆听了著名化学家汉弗莱戴维的演讲。他把演讲内容全部记录下来并整理清楚，回去和朋友们认真讨论研究。他还把整理好的演讲记录送给戴维，并且附信，表明自己愿意献身科学事业。结果他如愿以偿，20岁时担任了戴维的实验助手，从此，法拉第在戴维的指导下，正式开始了他的科学生涯，并在化学和物理学领域都取得了卓越的研究成果。

02 动力和方法

儿童天生是科学家，因为人天生就有认知的本能和探索的欲望。正如著名教育家苏霍姆林斯基所说：人的内心里有一种根深蒂固的需要总想感到自己是发现者、研究者、探寻者。在儿童的精神世界中，这种需求特别强烈。然而，如果不向这种需求提供养料，即不积极接触事实和现象，缺乏认识的乐趣，这种需求就会逐渐消失，求知兴趣也与之一道熄灭。因此，为了提高在学习与科研中的幸福程度，就需要我们回归与生俱来的认知本能和探索欲望，去体会探索的激情、认知的快乐和发现的乐趣！

讲座ppt中关于学习动力的故事

关于提高学习和科研中的幸福程度的具体方法：在学习上，要注意自学为主、透彻理解；在科研上，要明白强烈的幸福感往往来源于原创的工作。什么叫自学？所谓自学，在学习动力上，应是主动想学习的；在学习目的上，应是求真知的；而在学习态度上，应是不迷信，在信中疑、在疑中信的。所谓透彻理解，是指学什么就要学透彻，而学透彻的标志是要能自己看出所学内容存在的各种问题。正如著名数学家丘成桐所言：大学生成材之路非常简单。念好大学里的每门课程的基础上，集中精力把两门以上的专业基础课程学到通透的程度。通透的一个判据是：当你在一门课里面把基本功夫搞扎实以后，你就发现书里面很多是错的。

在科研上，原创的工作之所以能带来强烈的幸福体验，是因为在经过自己独立思考、主动学习，提出研究问题、努力解决问题并取得成果后，自己的求知欲得到了极大地满足，这种满足感深刻而持久，人们一旦体会过便一发不可收拾。这也是驱动着大量的科学家不断地探索未知、发现真理，不断地为科学的宏伟殿堂添砖加瓦的原因之所在。

费曼

　　小 结

将美育教育方针落实到青年学生的学习和科研中，一种正确的学习状态（正道）应该是这样的：学了忘不掉、过程幸福多、考试成绩好。学习和科研同样要走正道、行远路，而学习和科研的正道上一定伴随大量的幸福体验！