新課程背景下物理教學(xué)與審美教育的有機結(jié)合

[摘要]無論在物質(zhì)世界中還是意識形態(tài)中都存在著美。物理學(xué)不僅蘊含著大量的真理，而且蘊含著豐富的美學(xué)特征，是真和關(guān)的統(tǒng)一體。物理科學(xué)的發(fā)展與美是密不可分的。挖掘科學(xué)美的素材并把它融入物理教學(xué)中實施美育，用物理學(xué)的科學(xué)美熏陶學(xué)生，有利于提高學(xué)生的美學(xué)素養(yǎng)及鑒賞和創(chuàng)造美的能力，從而促進學(xué)生全面、健康、協(xié)調(diào)的發(fā)展，對于物理教學(xué)和素質(zhì)教育的實施產(chǎn)生重要的促進作用。

[關(guān)鍵詞]

新課程；物理教學(xué)；審美教育；素質(zhì)教育

[中圖分類號]G642.0

[文獻標(biāo)識碼]A

[文章編號]1005—4634（2012）04—0070—04

0 引言

人類對物理科學(xué)的認(rèn)識是一個循序漸進的過程，理論上的每一次飛躍都標(biāo)志著人類對自然規(guī)律認(rèn)識的一次重大進步，都是理論與美的完美結(jié)合。在古代西方，畢達哥拉斯學(xué)派把對自然奧秘的探索與對自然美的追求統(tǒng)一起來，把“數(shù)的和諧”作為科學(xué)解釋的最高原則。17世紀(jì)以后，近代自然科學(xué)中興起的經(jīng)驗主義思潮，曾一度造成了科學(xué)與美學(xué)的某種分離，20世紀(jì)以來，以相對論和量子力學(xué)為代表的現(xiàn)代物理學(xué)革命的興起卻在更深的程度上推動了科學(xué)美學(xué)的發(fā)展。眾多的物理學(xué)家從各自的科學(xué)創(chuàng)造實踐中，感受到科學(xué)理論的審美價值。美學(xué)因素不僅成為科學(xué)創(chuàng)造的原動力，而且也成為科學(xué)理論體系中的重要組成部分，它滲透到科學(xué)的內(nèi)容及形式中，人們甚至把“美學(xué)價值”的大小看作是評價一個科學(xué)理論成就大小的重要標(biāo)志。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和時代的進步，美育已經(jīng)滲透到了各個學(xué)科和領(lǐng)域之中。著名教育家蔡元培曾經(jīng)說：“凡是學(xué)校里所有課程，都沒有與美育無關(guān)的。”在倡導(dǎo)素質(zhì)教育的今天，審美教育是對學(xué)科教學(xué)的重要補充，審美教育可以使學(xué)生在接受知識的同時，受到美學(xué)的熏陶。因此，研究和挖掘物理學(xué)中的科學(xué)美，在物理教學(xué)中滲透審美教育，應(yīng)逐漸成為廣大的教學(xué)工作者和教育研究人員重視和探討的教育改革問題。加強學(xué)生的審美教育，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，把德、智、體、美、勞這幾方面的教育工作有機結(jié)合起來，才能把學(xué)生培養(yǎng)成為時代發(fā)展所需要的高素質(zhì)人才。

1 我國傳統(tǒng)的物理教學(xué)模式的現(xiàn)狀

在我國傳統(tǒng)教學(xué)中，物理往往被視為專業(yè)性強的自然學(xué)科。物理學(xué)中的概念、定律、公式等具有深刻的理論性，他們往往用來解釋與現(xiàn)實較遠的概念性問題。因此，學(xué)生甚至教師都會對此望而生畏，學(xué)生當(dāng)然對此敬而遠之。其實，物理學(xué)中不僅有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)理論、紛繁的公式計算，換一種角度審視的時候，會突然發(fā)現(xiàn)物理學(xué)生僻的理論、公式中還充滿了美好的人文價值，而且這些往往與生活、實踐息息相關(guān)。因此，認(rèn)識并發(fā)掘物理學(xué)中的美學(xué)特征、美學(xué)思想，在遵循教學(xué)規(guī)律、教學(xué)方法的前提下，多角度、廣開思路使這種美學(xué)感悟融入到具體的教學(xué)中去，對促進學(xué)生樹立正確的物理學(xué)習(xí)觀念、培養(yǎng)物理學(xué)習(xí)興趣具有重要意義。

2 物理學(xué)中蘊含的美學(xué)特征

物理學(xué)是研究物質(zhì)運動的一般規(guī)律和物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)的科學(xué)。它揭示了自然界物質(zhì)的存在、構(gòu)成、運動及轉(zhuǎn)化等規(guī)律，反映了自然界內(nèi)在的本質(zhì)的美。雖然物理學(xué)的研究范圍極為廣泛，物理規(guī)律極為復(fù)雜，但物理學(xué)者普遍認(rèn)為，物理學(xué)中蘊含奇妙的美。哥白尼曾經(jīng)說過：“在哺育人的天賦才智的多種多樣的科學(xué)和藝術(shù)中，我認(rèn)為首先應(yīng)該用全副精力來研究那些與最美的事物有關(guān)的東西。”可見物理學(xué)與美有著密不可分的聯(lián)系。結(jié)合美學(xué)的基本原則和科學(xué)美學(xué)的判斷標(biāo)準(zhǔn)，可以從以下幾方面來欣賞物理世界的美。

2.1 物理現(xiàn)象的真實美

在自然界中存在許多美的物理現(xiàn)象。例如，雨后天空中出現(xiàn)的彩虹和霓；荷葉上晶瑩剔透的水珠；干涉條紋和衍射條紋；海市蜃樓；原子發(fā)射的線狀光譜等等。雖然它們產(chǎn)生的物理原因各不相同，但都是自然界非常美的物理現(xiàn)象，這些現(xiàn)象與其它形式的美不同，它們的美具有真實性。借助望遠鏡可以看到星云呈現(xiàn)出奇美的螺旋形，可以看到雙星迷人的色彩組合，可以看到無數(shù)的行星按照各自軌道運轉(zhuǎn)。借助顯微鏡可以看到微觀世界里令人驚嘆的奇妙景象，各種晶體結(jié)構(gòu)精巧美妙、巧奪天工……蘇聯(lián)物理學(xué)家曾這樣寫到：“我們具有利用最精密的儀器裝備起來的第六感官，它在我們眼前揭示了不尋常的物質(zhì)內(nèi)部世界，以至于很難用我們的意識去領(lǐng)會。這種微觀世界的美是童話故事所不能比擬的，因為這是真實的美。”

2.2 物理公式的簡潔美

物理現(xiàn)象紛繁雜亂，通過創(chuàng)造性勞動，從中概括出簡單明了而又規(guī)范和諧的物理公式，這就是一種科學(xué)美。科學(xué)創(chuàng)造的本身正是力圖用一個凝練簡潔的公式或規(guī)律去概括大量豐富的自然現(xiàn)象。例如，牛頓的萬有引力定律公式，它概括了宇宙間一切有質(zhì)量的物體之間都存在引力作用，并明確表述了力的大小與質(zhì)量、距離之間的關(guān)系，這個科學(xué)公式體現(xiàn)了物理公式的簡潔美，它帶來令人神往的美感，使人認(rèn)識到宇宙間萬物存在的力的關(guān)系。從萬有引力定律可以看出，公式美的重要原因是其成功的運用了“數(shù)學(xué)”，如電磁場的基本方程——麥克斯韋方程組，它確定了電荷、電流、電場、磁場的普遍聯(lián)系，用完美而簡潔的數(shù)學(xué)形式奠定了經(jīng)典電動力學(xué)的基礎(chǔ)。愛因斯坦的質(zhì)能方程，形式簡潔無比，但卻成為指導(dǎo)人類進一步認(rèn)識核反應(yīng)規(guī)律和從核反應(yīng)中去獲得巨大能量的基礎(chǔ)理論，其深刻的簡潔美是毋庸置疑的。牛頓第二定律把宏觀低速條件下各種機械運動的規(guī)律組成了一個秩序井然的集體。再如狄拉克方程、海森堡方程等等都是物理學(xué)理論架構(gòu)的骨干。它們提煉了幾個世紀(jì)的實驗工作與唯象理論的精髓，達到了科學(xué)研究的最高境界。它們以極度濃縮的數(shù)學(xué)語言寫出了物理世界的基本結(jié)構(gòu)，這些簡潔的公式都是以浩瀚的物質(zhì)世界為背景的，是科學(xué)家在創(chuàng)造過程中使之得到統(tǒng)一，從而顯示出了簡潔而和諧的美。

2.3 物理規(guī)律的對稱美

對稱性總是和美聯(lián)系在一起，對稱性思想已成為反映今天“自然科學(xué)時代的精神”的理論精華。在自然界，對稱現(xiàn)象是一個很常見的現(xiàn)象，對稱性分析能夠把許多問題高度簡化。但是，在這種現(xiàn)象的背后有著極為深刻的內(nèi)涵，它導(dǎo)致物理學(xué)中一個非常深刻的重大發(fā)現(xiàn)，就是對稱性和守恒律的內(nèi)在聯(lián)系。每一種對稱性總伴隨著一個守恒量：空間平移對稱導(dǎo)致動量守恒；時間平移對稱導(dǎo)致能量守恒；空間旋轉(zhuǎn)對稱導(dǎo)致角動量守恒；電荷共軛對稱導(dǎo)致電量守恒；空間鏡相對稱導(dǎo)致宇稱守恒……近50年來，粒子物理與場論飛速發(fā)展，對稱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)對稱性預(yù)言發(fā)現(xiàn)新粒子，正電子、歐米格負(fù)粒子和頂夸克等就是極好的例證。在場論中“對稱決定相互作用”，楊振寧和米爾斯根據(jù)某種對稱性提出了著名的楊一米爾斯場論，該理論的變換群決定了無質(zhì)量的粒子（稱為“規(guī)范玻色子”）的數(shù)目和性質(zhì)，規(guī)范玻色子在粒子之間來回跳舞就產(chǎn)生了相互作用，不同的玻色子決定不同的相互作用，如光子決定電磁相互作用，W或Z玻色子決定弱相互作用，膠子決定強相互作用，據(jù)科學(xué)家推測引力相互作用是由引力子所決定的。物理規(guī)律的對稱美已成為科學(xué)家研究物理理論的一個準(zhǔn)則和依據(jù)。自然原則中的內(nèi)在對稱性也當(dāng)之無愧的成為具有規(guī)范意義的美學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 物理理論的統(tǒng)一美

統(tǒng)一就是要求理論在不附加太多的基本假定的基礎(chǔ)上，盡可能前后一致地解釋更多的物理現(xiàn)象。如宏觀物體的機械運動是各種各樣的，牛頓力學(xué)卻能把地上、天上的物體所有運動規(guī)律統(tǒng)一起來；麥克斯韋電磁理論把電、磁、光統(tǒng)一起來；愛因斯坦廣義相對論把引力、時間、空間、物質(zhì)統(tǒng)一起來；德布羅意關(guān)系將微觀粒子的波動性與粒子性統(tǒng)一起來。眾所周知，自然界普遍存在著4種力：強相互作用、弱相互作用、電磁相互作用和引力相互作用，它們決定了現(xiàn)今自然界的各種物質(zhì)運動。物理學(xué)的終極目標(biāo)就是要將4種力統(tǒng)一成一種力，即所謂的大統(tǒng)一理論。如其所料，楊振寧與米爾斯發(fā)表了著名的楊一米爾斯場論，為攻進大統(tǒng)一理論的城堡打開了一個缺口，在此基礎(chǔ)上，蓋爾曼、格拉肖、薩拉姆和溫伯格等人迅速建立了弱電統(tǒng)一理論，隨后格拉肖、喬治等建立了強弱電統(tǒng)一理論。剩下的就是引力場與其它力之間的統(tǒng)一，這就需要科學(xué)家在今后的探索中去發(fā)現(xiàn)了。可見，物理事物千變?nèi)f化、千姿百態(tài)，但是自然界是統(tǒng)一的，客觀物理事物之間存在著內(nèi)在的聯(lián)系，也就使得物理理論存在統(tǒng)一美。

3 物理教學(xué)中實施美育的意義及措施

這里的美育，就是審美教育。一些學(xué)者把美育定義為一種高層次的積極情感，主要是一種愉悅身心、和諧自然的情感體驗，是一個情感釋放的過程。在遵循美學(xué)原則的基礎(chǔ)上，將其滲透到具體的教學(xué)中，既兼顧科學(xué)知識的傳遞、發(fā)展，又能體現(xiàn)科學(xué)知識的人文關(guān)懷。當(dāng)美育創(chuàng)造出和諧學(xué)習(xí)氛圍時，學(xué)習(xí)者的心理會輕松，思維變得活躍，這種情感狀態(tài)是有利于學(xué)習(xí)的最佳狀態(tài)。在物理教學(xué)中實施美育應(yīng)在遵循物理學(xué)教學(xué)規(guī)律、教學(xué)方法的前提下，結(jié)合物理教學(xué)目標(biāo)，根據(jù)學(xué)生審美心理和生理特點，幫助學(xué)生欣賞物理科學(xué)美、理性美的意境和特征，增強學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，調(diào)動其主動學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的主動性和創(chuàng)造性。

3.1 通過實驗教學(xué)，激發(fā)學(xué)習(xí)美的熱情

物理學(xué)本身不是美學(xué)，但物理學(xué)富含美的素材。物理學(xué)中涉及到大量的物理現(xiàn)象和自然現(xiàn)象，無不體現(xiàn)物理科學(xué)的自然美。例如，除前面提到過的美的現(xiàn)象外，電子繞核運動、天體的和諧運動；結(jié)晶體的多樣化、液體的表面張力；高壓放電、摩擦起電、磁石吸鐵、電磁感應(yīng)；四季變更、風(fēng)雨雷電的形成等等。以觀察實驗為基礎(chǔ)的實驗教學(xué)是最直接的讓學(xué)生感受物理科學(xué)美的手段。物理教學(xué)中，教師可以采用物理實驗這樣直觀的教學(xué)手段，創(chuàng)設(shè)美的教學(xué)環(huán)境，以滲透物理學(xué)中的科學(xué)美。另外，對那些物理實驗中不能或不容易實現(xiàn)的實驗現(xiàn)象和抽象的物理規(guī)律，教師則可以積極利用多樣化電教手段，如幻燈、投影、錄像、光碟、電腦、多媒體軟件等，使多種多媒體教學(xué)形式融入課堂教學(xué)之中，利用各種計算機軟件模擬詳細的物理實驗過程或物理規(guī)律演變，擺脫實驗的約束性，增加實驗的可見度，化抽象為形象，化繁瑣為簡單，展示物理過程，使學(xué)生自然產(chǎn)生一個直觀的感官記憶，這比死記硬背物理規(guī)律和定理要輕松和容易的多。盡量從現(xiàn)代日常生活中尋找物理現(xiàn)象，創(chuàng)設(shè)物理環(huán)境，讓學(xué)生獲得詳實、直觀、具體的感性美，使其積極投身到審美創(chuàng)造活動中，去體驗和感受物理學(xué)中的美，是培養(yǎng)學(xué)生審美的根本途徑。讓學(xué)生感受物理現(xiàn)象就在身邊，物理科學(xué)的自然美就在現(xiàn)實生活中，滿足學(xué)生視覺上美的享受，激發(fā)起對未知世界的探求欲望，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，從而產(chǎn)生強大的學(xué)習(xí)動力，提高學(xué)習(xí)效率。

3.2 培養(yǎng)審美能力，形成科學(xué)的審美觀

在教學(xué)中，教師的教學(xué)能否產(chǎn)生藝術(shù)效果，既取決于教師的教學(xué)藝術(shù)，也有賴于學(xué)生的藝術(shù)情趣。一個從未體驗過科學(xué)美的人在學(xué)習(xí)科學(xué)理論時可能會覺得遇到的不過是一大堆枯燥無味的符號、公式和圖表，毫無美感可言。正像一個毫無藝術(shù)素養(yǎng)的人聽到旋律優(yōu)美、節(jié)奏明快的音樂時會覺得那不過是叮叮咚咚的噪音；看到構(gòu)圖新穎、寓意深刻的繪畫時會覺得那只是一些五顏六色的堆積罷了。因此，在教學(xué)過程中教師不但要傳授物理規(guī)律，更要培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)審美觀，豐富學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力，塑造學(xué)生鑒賞美、挖掘美的能力。物理學(xué)原理體系的建立過程，就是物理學(xué)家們對自然界內(nèi)容豐富的科學(xué)內(nèi)涵和美學(xué)外延的認(rèn)知過程，物理美的思想對物理原理和規(guī)律的發(fā)現(xiàn)具有十分重要的促進作用，所以許多物理學(xué)家不但注重發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律而且還熱烈追求其獨特的科學(xué)美感，許多物理理論都是在這樣的思想指導(dǎo)下提出來的。所以，在給學(xué)生傳授物理知識的同時，物理教師應(yīng)該通過各種方式竭力使學(xué)生去領(lǐng)略物理學(xué)的美和它的意義，應(yīng)按照美的規(guī)律來傳授知識，使學(xué)生在愉快的教學(xué)過程中陶冶情操，使他們受到震撼和感染，從而提高學(xué)生的審美能力，促進學(xué)生創(chuàng)造性思維的發(fā)展。一個精通教學(xué)藝術(shù)、講究教學(xué)效果的教師在教學(xué)中一定會注重訓(xùn)練學(xué)生挖掘物理科學(xué)中美的能力。

3.3 運用物理學(xué)史，培養(yǎng)高尚的科學(xué)素養(yǎng)

物理學(xué)史是一部人類不斷走向文明的發(fā)展史，展現(xiàn)了科學(xué)家探索自然奧秘的艱難歷程，更為重要的是物理學(xué)家在不斷追求真理的過程中體現(xiàn)了他們的高尚品質(zhì)和值得后人學(xué)習(xí)的完美人格。每一個定理、定律背后都隱藏著科學(xué)家執(zhí)著奮斗的故事，對事實的發(fā)現(xiàn)最后往往成為對美的追逐，成為推動物理學(xué)發(fā)展的動力，為物理學(xué)發(fā)展指明了方向。因此，物理學(xué)家生平事跡則成為一部絕好的美育教材。結(jié)合相關(guān)理論的發(fā)現(xiàn)背景，可以達到加深學(xué)習(xí)認(rèn)識的目的。例如奧斯特發(fā)現(xiàn)了電能產(chǎn)生磁效應(yīng)之后，法拉第堅信自然界是和諧統(tǒng)一的，他用十年的時間終于發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。通過對學(xué)生進行物理學(xué)史教育，教師向?qū)W生傳遞的不僅是一段歷史，更重要的是科學(xué)家追求真理的精神，由此轉(zhuǎn)化為教學(xué)之美，可以陶冶學(xué)生的情操，美化他們的心靈，使學(xué)生有所感悟，有所收獲，潤物細無聲。

4 結(jié)束語

美國著名物理學(xué)家韋爾曾經(jīng)說過，“我的工作總是力圖把真和美統(tǒng)一起來。但當(dāng)我必須從兩者中挑選一個時，我總是選擇美。”一個科學(xué)理論的成功與否，美學(xué)價值是重要的衡量標(biāo)準(zhǔn)之一，因為它反映該理論給原本混亂的東西帶來了多少和諧。由歷代物理學(xué)家所精心雕琢的物理學(xué)大廈，可謂是一座輝煌壯麗的科學(xué)殿堂，它集諸種基本形式美與內(nèi)容美于一體，不僅向人們提供了對物質(zhì)世界規(guī)律性的認(rèn)識，同時也把一種令人心曠神怡的美景奉獻給了人類。愛因斯坦認(rèn)為美是探求理論物理學(xué)中一個重要的指導(dǎo)原則。對美的追求，如同對真的追求一樣，是物理學(xué)家進行科學(xué)研究的目標(biāo)。“美是智力的光輝。”這句拉丁格言深刻地反映了物理學(xué)和美學(xué)之間存在的內(nèi)在統(tǒng)一性。正如諾貝爾物理學(xué)獎獲得者阿爾分所說：“像畫家運用色調(diào)，雕刻家利用石膏，音樂家通過音符來表達自己的見解和感受一樣，科學(xué)家們是通過似乎是周圍的濃縮物的公式和定理來表現(xiàn)自己的高水平的美感的。”因此，追求美正是物理科學(xué)理論不斷向前發(fā)展的動力來源和研究方向。在當(dāng)今素質(zhì)教育的要求下，物理教學(xué)不能只偏重知識的傳授，忽視審美能力的培養(yǎng)，教師應(yīng)按照美的規(guī)律來傳授知識，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)美、欣賞美、創(chuàng)造美，讓物理教學(xué)充滿藝術(shù)，使學(xué)生在輕松愉快的教學(xué)活動中以追求美而探索，在探索中創(chuàng)新，享受學(xué)習(xí)的樂趣。