劉建榮

(江蘇省如東高級(jí)中學(xué),江蘇如東 226400)

1 問(wèn)題的提出

物理學(xué)是一門(mén)揭示物質(zhì)存在與運(yùn)動(dòng)規(guī)律的自然科學(xué).它科學(xué)地揭示了自然規(guī)律,同時(shí)也展示了自然、人類(lèi)與科學(xué)的藝術(shù)魅力.物理中有自然的美,也有科學(xué)和藝術(shù)的美,愛(ài)因斯坦曾經(jīng)描述說(shuō),物理學(xué)是至善至美的科學(xué),他還特別把物理的美歸納為“簡(jiǎn)單、和諧、完善、統(tǒng)一”.歷史上的科學(xué)家更是把自己所發(fā)現(xiàn)的科學(xué)規(guī)律描繪得美不勝收,哥白尼為他的日心說(shuō)這樣寫(xiě)道:“所有的這些軌道的中心便是太陽(yáng),難道說(shuō)在如此富麗堂皇的宮殿里,還能找出比這更好的地方來(lái)安置這樣一盞美妙的明燈使它能從這兒照亮一切嗎?”玻爾發(fā)現(xiàn)電子模型后,愛(ài)因斯坦贊嘆道:“這是思想領(lǐng)域中最高的音樂(lè)神韻.”“物理學(xué)的原理有它的結(jié)構(gòu),這個(gè)結(jié)構(gòu)有它的美和妙的地方,而各個(gè)物理學(xué)工作者,對(duì)于這個(gè)結(jié)構(gòu)的不同的美和妙的地方,有不同的感受.因?yàn)榇蠹矣胁煌母惺?所以每位工作者就會(huì)發(fā)展他自己獨(dú)特的研究方向和研究方法,也就是說(shuō)他會(huì)形成他自己的風(fēng)格.”楊振寧如此說(shuō).

這些科學(xué)家們對(duì)物理美妙的理解登上了科學(xué)的巔峰,我們作為物理教學(xué)工作者也應(yīng)該讓我們的學(xué)生親近物理的美妙,以達(dá)到開(kāi)發(fā)學(xué)生多元智能的目的,讓學(xué)生以一種享受知識(shí)的姿態(tài)走進(jìn)科學(xué)的殿堂.下面本人就怎樣讓中學(xué)生親近物理之美談?wù)勛约旱恼J(rèn)識(shí).

要讓學(xué)生親近物理之美.在物理教學(xué)中可以從下面幾個(gè)方面來(lái)滲透物理之美.

2 物理現(xiàn)象之美

物理現(xiàn)象千姿百態(tài)、美妙無(wú)窮.如星移斗轉(zhuǎn)、日夜交替、春秋輪回、物態(tài)互變等自然規(guī)律,因有序而美;光的反射與倒影、折射與海市蜃樓、色散與彩虹、日食和月食、光的衍射和干涉都有奇異的美;電磁現(xiàn)象的認(rèn)識(shí),原子能的利用,太空遨游,星際旅行都給人以震撼之美.

課堂上通過(guò)視頻展示,實(shí)驗(yàn)演示,圖文并茂的講解,讓學(xué)生欣賞、震撼,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣.

3 物理理論之美

3.1 統(tǒng)一美

客觀(guān)物質(zhì)世界盡管豐富多彩,但是其本質(zhì)上具有統(tǒng)一性.那么描述和揭示客觀(guān)世界的物理現(xiàn)象及物理規(guī)律的物理學(xué)也是具有統(tǒng)一性的,它顯示出一種崇高的美.誠(chéng)如愛(ài)因斯坦所說(shuō):“從那些看來(lái)直接可見(jiàn)的真理十分不同的各種復(fù)雜的現(xiàn)象中認(rèn)識(shí)到它們的統(tǒng)一性,那是一種壯麗的感覺(jué).”因此,追求理論的統(tǒng)一性,也就成為物理學(xué)大師們堅(jiān)定不移的信念和始終不渝的目標(biāo).正如物理學(xué)上電和磁的統(tǒng)一理論— —麥克斯韋理論.愛(ài)因斯坦為電磁作用與弱相互作用的統(tǒng)一耗盡了后半生精力.

在課堂上讓學(xué)生了解科學(xué)家們的大統(tǒng)一的思想,成為他們將來(lái)認(rèn)識(shí)和改造世界的武器.

3.2 簡(jiǎn)單美

3.3 和諧美

物理學(xué)的和諧性主要表現(xiàn)在其學(xué)科自身內(nèi)容協(xié)調(diào)和形式勻稱(chēng),而且與其他認(rèn)識(shí)體系是相容的、一致的.理論的各個(gè)部分以及各種理論之間的和諧、形式的對(duì)稱(chēng),無(wú)疑能給人一種和諧的美感.電磁波與光理論、萬(wàn)有引力定律與電荷相互作用的庫(kù)侖定律這種驚人的相似,能量守恒定律、動(dòng)量守恒定律、電荷守恒定律、質(zhì)能方程等反映這種物理的和諧美感.對(duì)稱(chēng)也是和諧的重要組成部分,從空間角度看,原子的核式結(jié)構(gòu)、晶體的空間點(diǎn)陣、磁體的兩極是對(duì)稱(chēng)的;物體的上升下落,圓周運(yùn)動(dòng)是對(duì)稱(chēng)的;物體的平衡、彈性形變、簡(jiǎn)諧振動(dòng)具有對(duì)稱(chēng)性;平面鏡成像、光與波的反射、電磁場(chǎng)的力線(xiàn)分布更具有對(duì)稱(chēng)美.從時(shí)間角度看,行星的公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)、理想單擺和簡(jiǎn)諧振動(dòng)、波的傳播都具有時(shí)間周期性的對(duì)稱(chēng)美.對(duì)稱(chēng)性的美學(xué)意境引起很多科學(xué)家的心馳神往,從伽利略時(shí)代開(kāi)始,物理學(xué)家就把追求理論上的對(duì)稱(chēng)性作為一種有效的研究手法,并取得了成功.例如法拉第受奧斯特“電生磁”現(xiàn)象的啟發(fā)之后發(fā)現(xiàn)了“磁生電”的現(xiàn)象,進(jìn)一步揭示了電磁聯(lián)系;后人還發(fā)現(xiàn)電場(chǎng)和磁場(chǎng)在規(guī)律上有許多驚人的對(duì)稱(chēng)關(guān)系.近50年來(lái),粒子物理與場(chǎng)論飛速發(fā)展,對(duì)稱(chēng)性的指引在其中起了決定性的作用.在粒子物理中,物理學(xué)家根據(jù)對(duì)稱(chēng)性預(yù)言并發(fā)現(xiàn)了正電子.在課堂教學(xué)中,一定要應(yīng)用列表法,比較教學(xué)法把相關(guān)的知識(shí)進(jìn)行比較對(duì)照學(xué)習(xí),羅列分類(lèi)記憶,可以大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效率,同時(shí)進(jìn)一步讓學(xué)生了解到物理和諧美的價(jià)值.

3.4 新奇美

“新奇”也是物理美的特點(diǎn).奇異美表現(xiàn)于物理概念、理論、模型等的新穎與奇特,表現(xiàn)在它們能夠巧妙地解釋物理現(xiàn)象.這新理論往往與我們的常識(shí)有多多少少的出入,但我們又會(huì)覺(jué)得不接受不行.比如說(shuō)反物質(zhì)、物質(zhì)波的概念,正反粒子相撞而湮滅的觀(guān)念,運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘變慢、運(yùn)動(dòng)的尺子變短、光線(xiàn)彎曲等理論,大大出乎了人們的意料.這些新穎、奇特、大膽、富有創(chuàng)造性的結(jié)論,無(wú)不使人們?cè)隗@奇之余產(chǎn)生奇異而和諧的美感.物理奇異思維其實(shí)就是創(chuàng)新思維,物理學(xué)家正是利用了奇異思維,才創(chuàng)立了各種美妙的模型和學(xué)說(shuō).偉大的愛(ài)因斯坦一生中創(chuàng)立了很多新奇的物理理論,其中“相對(duì)論”是新奇美的典范,它富有獨(dú)創(chuàng)性,開(kāi)創(chuàng)了物理學(xué)的新紀(jì)元,成為未來(lái)科學(xué)發(fā)展的理論基礎(chǔ).除了要讓學(xué)生了解科學(xué)家們的創(chuàng)造性成就的意義,還要告知學(xué)生創(chuàng)新是科學(xué)發(fā)展的源泉,是人類(lèi)進(jìn)步的階梯,在課堂上要鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)表自己獨(dú)到的見(jiàn)解,鼓勵(lì)學(xué)生一題多解,乃至于從學(xué)生的錯(cuò)解中發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新.

3.5 預(yù)見(jiàn)美

預(yù)見(jiàn)性是科學(xué)美的又一重要表現(xiàn),由于客觀(guān)世界發(fā)展是有規(guī)律可循的,具有一定的必然性,或者說(shuō)在一定程度上具有客觀(guān)的規(guī)定性(因果性),所以描述客觀(guān)世界發(fā)展規(guī)律的科學(xué)就具有這種特性,這在數(shù)學(xué)上反映為物理規(guī)律滿(mǎn)足一定的數(shù)學(xué)物理方程以及滿(mǎn)足一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律,同時(shí)事物的規(guī)定性又反映了物理內(nèi)涵與形式的相互聯(lián)系、相互統(tǒng)一.如麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在,并建立了麥克斯韋電磁場(chǎng)理論.現(xiàn)在的天文學(xué)家可以預(yù)測(cè)日食、月食發(fā)生的時(shí)間和觀(guān)測(cè)的地點(diǎn).課堂上可以讓學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí)預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,比如比較圓錐擺與單擺周期大小,讓學(xué)生先通過(guò)對(duì)圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)和單擺周期公式的認(rèn)識(shí)計(jì)算比較他們周期,再做實(shí)驗(yàn)比較.可以組織學(xué)生開(kāi)展一些與物理知識(shí)有關(guān)的研究性學(xué)習(xí),如“汽車(chē)超速的危害”、“日光燈故障分析及排查”、“電飯鍋常見(jiàn)故障排查”等等.讓學(xué)生獲得學(xué)有所成、學(xué)有所用的感覺(jué).

3.6 藝術(shù)美

如果說(shuō)藝術(shù)創(chuàng)造美,那么物理也在創(chuàng)造著藝術(shù),它為藝術(shù)的創(chuàng)造提供必要的物質(zhì)基礎(chǔ)和一定的理論依據(jù).各種樂(lè)器之所以具有不同的音色和韻律,你是否注意到其中物理學(xué)的貢獻(xiàn),尤其是電子樂(lè)器和各種音響設(shè)備的出現(xiàn),更能體現(xiàn)這一點(diǎn).繪畫(huà)藝術(shù)中更是離不開(kāi)物理,國(guó)外超現(xiàn)實(shí)主義畫(huà)家利用物理學(xué)中光聲規(guī)律創(chuàng)造藝術(shù)品;節(jié)日的聯(lián)歡晚會(huì)上,五彩斑爛,變幻莫測(cè)場(chǎng)面,更是離不開(kāi)光;一幅全息圖惟妙惟肖地真實(shí)重現(xiàn)了一個(gè)立體物體,這些都能給人以“藝術(shù)美”的享受,光學(xué)現(xiàn)象大都具有這種美感.在物理課堂上應(yīng)適時(shí)向?qū)W生介紹聲音和色彩形成的原理,讓學(xué)生了解物理學(xué)在音樂(lè)美術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用及對(duì)藝術(shù)的推動(dòng).

4 物理學(xué)家之美

物理理論的科學(xué)美具有很高的審美價(jià)值,而物理學(xué)家的精神美堪稱(chēng)無(wú)價(jià)之寶.中學(xué)生無(wú)論是從哥白尼的故事、愛(ài)迪生的發(fā)明,或者法拉第的發(fā)電機(jī)、周光召的原子彈,還是牛頓定律、麥克斯韋方程與愛(ài)因斯坦理論都能領(lǐng)略到偉人美的風(fēng)范.回顧物理學(xué)的發(fā)展史,可知這座輝煌的殿堂,凝聚了多少人的智慧和心血.其中牛頓和愛(ài)因斯坦這兩位科學(xué)巨人,永遠(yuǎn)是中學(xué)“德育”和“美育”的典范.牛頓(1642—1727),英國(guó)物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家,是17世紀(jì)科學(xué)革命的頂峰人物,因發(fā)現(xiàn)力學(xué)三大定律和萬(wàn)有引力被譽(yù)為“科學(xué)之父”.愛(ài)因斯坦(1879—1955),德國(guó)物理學(xué)家,被公認(rèn)為人類(lèi)歷史上最具創(chuàng)造才智的人物之一,他獨(dú)創(chuàng)的“相對(duì)論”家喻戶(hù)曉,他的一生對(duì)人類(lèi)認(rèn)識(shí)宇宙的貢獻(xiàn)是巨大的.物理學(xué)家被自然中的新奇吸引,激發(fā)奇妙的設(shè)想,在壯美奇觀(guān)中進(jìn)行智力探險(xiǎn),經(jīng)歷曲折艱辛和生死攸關(guān),通過(guò)優(yōu)美的實(shí)驗(yàn)以及科學(xué)的推理驗(yàn)證假設(shè),從而得出完美的理論.在課堂上要舍得花時(shí)間去講物理學(xué)史,要讓學(xué)生知道,科學(xué)家們這種艱苦卓越的探索過(guò)程所包含的藝術(shù)創(chuàng)造與獻(xiàn)身科學(xué)的精神美是無(wú)與倫比的,所有的科學(xué)家,都具有偉大的思想和天才的智慧,不餒的精神和高尚的品格,他們給人類(lèi)留下了豐富的物質(zhì)和精神財(cái)富,科學(xué)是美的,創(chuàng)造科學(xué)的人更美.

總之,我們?cè)谡n堂上進(jìn)行物理之美教育實(shí)現(xiàn)了讓學(xué)生感悟和應(yīng)用物理之美,影響和指導(dǎo)他的物理學(xué)習(xí);引起學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣,減輕心理壓力和學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān),提高學(xué)習(xí)效率;促進(jìn)學(xué)生理解與掌握知識(shí),發(fā)展創(chuàng)新思維;促進(jìn)智力發(fā)展;培養(yǎng)學(xué)生的品德;培養(yǎng)學(xué)生的審美能力和創(chuàng)造能力,進(jìn)而完善學(xué)生的人生觀(guān)和世界觀(guān).

1 張民生.中學(xué)物理教育學(xué).上海:上海教育出版社,1999.

2 裴云鵬.物理教學(xué)中的美學(xué)滲透.物理教學(xué)探討,1998(10).