在物理教學中發掘和運用美育要素

【摘 要】美，在物理教學中有著多樣的形式，在物理學史和科學家身上也有著豐富的內涵。然而，物理教學中對美的教育意義的認識與運用仍遠遠不足，這有待于我們在教學中深入發掘。

【關鍵詞】美 物理教學

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810（2014）07-0073-02

物理學是一門求真的科學，也是一門無處不閃爍著“美”的科學。當我們從美的角度“以美啟真”的時候，學生所獲得的不僅僅是對物理知識的接受，而且是一種愉悅而深刻的美的體驗，而這種美的體驗又往往會化為濃厚的學習興趣和持久的學習動機，推動學生不斷“求美致真”。美對我們來說，具有永恒的教育價值。

一 利用物理知識，深入發掘科學美

在科學領域也蘊涵著美，我們稱之為科學美。科學美在物理學中具有豐富多樣的形式。

1.統一美

盡管自然萬物繽紛多彩，千變萬化，但它們的存在和變化總是遵從一定的規律，這些規律奇妙地支配著自然界中不息的一切，使自然萬物運演得和諧有序，這種和諧有序性表現出來的美即統一美。比如，太陽系在銀河系中的運行，八大行星繞太陽的運行，肉眼看不到的微觀世界中電子繞原子核的運行，這些物體或粒子在尺寸上相去何止萬里，但它們卻都受萬有引力的制約，運動軌跡又何其相似！又如，水、聲、光截然不同，但它們卻可以在波的干涉與衍射規律中得到統一。“統一”的觀念不但使我們對世界的認識變得有序，而且還變得簡潔，這種化萬物于一胸的和諧舒朗的感受就是一種美的體驗。

2.守恒美

“恒常不變”可以給人“永恒”的美感，可稱之為守恒美。19世紀50年代，“能量轉換和守恒定律”的建立是科學史上的一件大事，被恩格斯高度評價為19世紀最偉大的“三大發現”之一。“能量轉換和守恒定律”不僅對科學界和哲學界產生了深遠的影響，而且以其對宇宙中總質能的“恒常不變”的完美體現深深打動了當時以及后來的科學家們。著名的物理化學家奧斯特瓦爾德就非常熱衷于這個原理，以致把它當作世界觀來宣傳。此外，還有質量守恒、動量守恒、宇稱守恒等等。

3.實驗美

物理實驗中表現出來的美就是實驗美。實驗美可以表現在實驗現象中，如白光透過棱鏡折射出的美麗彩光，統計物理實驗中大量小球隨機下落中表現出來的規律分布。同時，實驗美還體現在設計的精巧與絕妙之中，如邁克爾遜設計的測定光速的干涉實驗。為了提高精確度，他創立了多面旋轉法延長光路，采用每次實驗轉動裝置90°的辦法消除了系統誤差，他不能使地球停轉或倒轉，于是用河中行船來類比等等。這些設計思想是精妙絕倫的、美妙絕倫的，以至于愛因斯坦稱邁克爾遜為科學家中的藝術家。

4.對稱美

對稱的事物表現出的均衡對應的美即對稱美。靜電場中的“電勢、電壓”和地球引力場中“地勢、高度差”的概念就可看成是對應對稱的，電和磁的運動規律是對稱的，所有

共軛的物理量之間的關系是對稱的，就連物體的運動有時也是對稱的（比如在AB兩人相對而坐的桌上，把一支鉛筆從A側滾到B側，再讓它從B側滾到A側，這個“一來一往”的簡單過程就可以形象地說明運動的對稱性）。可見，在物理學領域，不論是概念、規律、過程、現象，都廣泛存在著對稱的形式，也就存在著對稱美。

5.形式美

指物理學內容在表現形式方面的外觀美。其表現如圖示、圖象、數學公式、符號等等。法拉第于1837年提出了“電場”、“磁場”的嶄新觀念。由于“場”看不見，摸不著，很難用文字來描述，經過周密的思考和分析，他最終提出了“力線”的假想，并用力線的圖示成功地描述了場的形象，從容流暢，內涵豐富，猶如繪畫領域中的寫意傳神。至于數學公式，有人說，數學公式本身就是一首首自然贊美詩，因為它們以無比簡潔的形式概括了物質世界深邃而神奇的規律，蘊涵了莊嚴、永恒、宏偉的意境。

二 從物理學史中和科學家身上感悟美

一部物理學史，就是一部孜孜求真的歷史，也是一部科學家們發現美、體驗美、創造美的富有激情的歷史。他們辛勤的勞動、瑰麗的想象、崇高的理想和堅定不渝的精神，無處不閃爍著美的光輝。

1.科學家的研究創造和他們的美學觀念有著密不可分的關系

在人類的各種活動中，美感是非常重要的。一個科學家面對自然規律的美以及和諧的宇宙秩序如果無動于衷，那么他們的創造是不可想象的。彭加勒在一篇文章中直率地說：“科學家不是因為有用才研究自然的。他研究自然是因為他從中得到快樂；他從中得到快樂是因為它美。若是自然不美，知識就不值得去求，生活就不值得去過了……”狄拉克也寫道：“讓方程式優美比讓方程式符合實驗更加重要”；玻姆表示：“物理學是洞察力的一種形式，因而也是藝術的一種形式”；費曼也說：“大自然具有一種質樸性，因而非常優美”……這一點在20世紀最偉大的物理學家之一的愛因斯坦身上表現得尤為突出。

愛因斯坦的一生，始終是帶著求美的激情去求真的。他具有物質世界和諧統一美的思想，并把探索和理解自然界的統一性作為他的最高目標。當他把麥克斯韋方程組應用到運動物體上時，發現了一些“不對稱”。而這“不對稱”使得牛頓力學普遍成立的相對原理在這里不再成立，即統一性遭到了破壞。他認為“統一性遭到破壞”不應是和諧自然界所固有的，也是他因此不能接受的。因此也就把問題轉移到了經典物理絕對時空觀的局限性的研究上，提出了狹義相對論。在此之后，他繼續基于對大自然內在統一性的理解與追求，又把相對性原理擴展到加速運動的參照系，最終建立了廣義相對論。不難想象，假如沒有對自然和科學的強烈美感，沒有因美感帶來的探索激情，也就沒有相對論的誕生。可見，美的思想在愛因斯坦的創造過程中起了尤為重要的推動作用。不僅如此，美還成為愛因斯坦研究價值的一個原則。邦迪在紀念愛因斯坦的文章寫道：“我記得最清楚的是，當我提出一個自以為有道理的設想時，愛因斯坦并不與我爭辯，而只是說，‘啊，多丑！’只要覺得一個方程是丑的，他就對之完全失去興趣，并且不能理解為什么還會有人愿在上面花這么多的時間。他深信，美是探求理論物理學中重要結果的一個指導原則。”

2.從物理學史中感悟科學家在探求真理的過程中表現出來的人格美

人格美可以向我們展示科學認識過程的艱難與曲折，可以喚起人們心中崇高的思想與情感，它是一種崇高的美，甚至是一種悲壯的美。

哥白尼提出的“日心說”，在今天已成為家喻戶曉的科學常識。然而在當時，“地球繞太陽運行”的觀點卻是不能被社會所理解和容納的。哥白尼的“天體運行論”終于導致了物理學史上著名的天文學革命。而布魯諾，就是這場革命中勇于為科學獻身的勇士。當他讀了哥白尼的著作后，他說：“如同一道霞光，它的出現應當使數百年來埋藏在盲目、無恥和嫉妒愚昧的黑暗山洞里的古代真正科學的太陽，也放光明。”他到處宣揚“日心說”，大膽批判宗教哲學，引起了羅馬宗教裁判所的恐懼，于1592年被捕入獄，于1600年2月17日被活活燒死在羅馬百花廣場上。臨刑前他依然堅定地說：“在宣布對我的判決時，你們比我接受這個判決要恐懼得多。”

伽利略也是一位維護和發展“日心說”的科學家，他也因宣傳真理觸怒了羅馬教皇，并以“反對教皇，宣傳邪說”的罪名被終身監禁。就算在雙目失明的情況下，他也沒有向教會妥協，最終死于幽禁之中。

正是因為哥白尼、布魯諾、伽利略等人的不懈追求與奮斗，才使得天文革命最終摧毀了“人類中心”和“天界是神圣的”等神學觀念，將自然科學從神學中解放出來，從此打開了近代自然科學的大門。

現在，雖然布魯諾的犧牲已成為歷史，崇尚科學與文明的社會再也不能容許對科學家的迫害，但是他們為科學獻身的精神依然鼓舞著后來的人們。眾多的科學家們淡泊名利，勇于向各種艱苦的條件挑戰，向各種未知的領域探尋，兢兢業業、嚴謹求實的精神不也是種樸素而崇高的人格美嗎？這種人格之美，對學生會產生深深的感召力，會激勵學生“迎難而上”、“決不放棄”。

綜上所述，物理學中，不僅存在著美的形式，而且蘊涵著美的思想與靈魂。美對于知識，好比是點石成金的神秘符咒；美對于人的全面發展，好比是架在知識、情感與道德間的橋梁。然而，在物理教學領域，人們對美的教育意義的認識與運用仍遠遠不足。人，不是知識的口袋，人的創造性不僅僅是知識與智力的累積。正如愛因斯坦所說，“照亮我的道路并且不斷地給我新的勇氣去愉快正視生活的理想，是善、美和真。”作為物理教師，應該充分認識到物理教學中美的客觀性、必要性，并從審美的角度結合學生的身心特點組織教學，以美啟真，求美致真。

參考文獻

[1]S.錢德拉薩克.美與科學對美的追求[J].科學與哲學，1980（4）

[2]閻金鐸.物理教學論[M].南寧：廣西教育出版社，2001

〔責任編輯：龐遠燕〕