物理與美和我同行

謝名華

寫下這個標題的時候，我心里面想起了我的學生和我的物理教師.在我的印象中我的很多學生都對我說：教師，為什么物理那么難學？受力老是出錯、物理量總是混淆，物理過程是那么的抽象與難懂.總覺得物理枯燥、無味.在這里我要向我的學生道歉，我想究其原因某方面肯定是教師能力還有待提高，我還沒有像我的物理教師一樣，讓我的學生感受到物理的美，沒有讓美與物理和他同行.因為我堅信當他感受到物理藝術之美時，他會快樂，會有濃厚的興趣主動投入到物理的世界.

靜下心來重走一遍物理學前輩的探索之路，你會發現物理的世界風景很美、很豐富.哥白尼、開普勒.伽利略、笛卡爾、牛頓等這些近代科學舞臺上的巨匠都相信自然界是按照和諧優美的數學方式設計的，自然界是合理的、簡單的和有秩序的.因此，在探索自然界奧秘的過程中，他們往往是以科學美作為追求的目標，為此而不惜付出任何代價.通過努力而形成的物理理論在內容上、形式上也必然放射著科學美的光輝.

物理學之美還突出而集中的表現在牛頓的力學理論和麥克斯韋的電磁學理論等經典物理理論之中.物理學之美和其他實踐領域里的美一樣都以真為基礎，理論真才美，不真則不美.牛頓理論體系之美首先表現在它的真上.其次表現在這個體系的嚴密邏輯上.再次體現出自然規律的簡單性和統一性.他正是在這樣的美學思想指導下，去尋找萬物運動的最簡單的原因的.這一點在近現代物理研究中得到了繼承和發揚.如偉大的物理學家麥克斯韋建立了電磁場理論，并預言了電磁波的存在、光壓的存在，創立了光的電磁波說.這些學說和語言，都為后來的實踐所證實.麥克斯韋方程組，除了它內容的理性美之外，還充分顯示了形式上的對稱、統一、簡潔與和諧之美.作為物理學基礎的實驗也不乏其美.在經典物理學的創立進程中，伽利略的理想實驗，卡文迪許測定萬有引力恒量的實驗，安培、法拉第、歐姆、焦耳等物理學家的許多實驗；現代物理學中，湯姆遜確定電子的實驗，密立根測定最小電荷電量的實驗等，從設計思想之精巧，實驗技術之精湛，都給人以美的享受.特別是邁克耳孫實驗的美使許多物理學家為之激動不已，交口稱贊.愛因斯坦多次贊美“邁克耳孫的地球轉動實驗是多么美呀.”“我總認為邁克耳孫是實驗中的藝術家，他最大的樂趣似乎來自實驗本身的優美和所用方法的精湛.

作為一個應試教育高中生，在開始的階段顯然無法接觸并感受到以上所述的物理美.所以讓我們回到前文高中物理之美.我的物理教師告訴我的第一個物理之美在于掌控之美.想象一下，一個物體在你給它的受力條件和初速條件下，只能遵從你希望的運動形式運動下去；或者只要讓你看到物體外在的一點表現形式，就能分析出它為什么會這樣表現.整個就是魔術揭秘啊！為什么會這樣呢？因為我享受發現的過程.所以每次看到一個問題在那等著我去解決，都有一種新的期待.第二個物理之美在于簡潔深刻美.簡潔深刻美就是以簡潔的表現形式，反映出深刻的物理含義.當我在講解運動學追及相遇問題的時候，我常常會先讓學生用語言敘述兩物體的運動過程和臨界狀態并寫出函數式.這個時候往往會有很多學生不知從哪下手.此時我會和他們一起用運動情境圖和速度時間圖象將復雜的過程簡潔化.學生告訴我有種豁然開朗的感覺.再如歐姆定律的表達式，就以其簡潔的表現形式反映出電路中的交通規則，歐姆花費了十年的心血研究出這一規律，可以說它在解決電路問題上是非常深刻的；密度表達式為我們認識物質、鑒別物質提供了方法，雖然形式簡潔，但卻能給不同的物質確立了一個身份證，因此它又是深刻的；用速度來描述物體的運動快慢等.這種簡潔的表達方式能給人以美的享受.物理美的簡潔性并不是指物理內容本身簡單，而是物理理論體系的結構和物理規律的表達形式簡潔.簡潔的形式如同簡潔的詩句一樣，反映出深刻的內涵. 科學美中的對稱和諧美不僅指自然界物質形態的對稱和諧美，而且還包含其規律和思維所具有的廣泛對稱和諧美.如能量之間的轉化，豎直上拋、簡諧等運動中都具有對稱性，有時利用對稱性可以簡化物理過程的研究.讓學生在利用這種對稱之美將復雜問題簡單化的過程中產生喜悅心情.高中物理具有多樣統一美.即指物理所研究是從不同事物運動變化的多樣性中找出它們的內在聯系和共性，通過這種聯系和共性構成一個統一的理論體系，這就是科學美中的多樣統一美.也指高中物理美的多樣性.高中物理有各種各樣之美，它們各自獨立、各有特點，又相互聯系、相互依存.感受這些，養成從不同角度分析研究問題，在不知不覺之間、在快樂學習中學生不僅理解了各個知識點，而且從更高視野建立了高中物理知識的體系.

什么是物理之美？就是在我們研究各種物理現象，追尋新的物理規律的過程中所看到和體會到的讓我們愉悅甚至震撼的情感.這些情感必將促使我們與物理的關系更加的緊密，讓我們在物理的道路上走的更遠.什么是物理之美？物理之美就是在我們認識物理知識的每一個階段都能有不同的美的感受.我們所走過的每一個階段，都會讓我們對世界有更本質的認識，有趣的問題出現讓我們永遠不失探索的目標.物理與美永遠與我們同行.