品物理之美促學習之趣

連麗瓊

摘? ?要：物理學是研究自然界的物質結構、相互作用和運動規律的自然科學。物理學的美是抽象的理性美，物理教師在課堂上要善于挖掘物理之美，讓學生體驗到物理之美，從而激發學生學習物理的內驅力，長期保持學習物理的興趣， 發展創新思維，促進智力發展，同時也能培養學生的審美能力，幫助學生樹立正確的人生觀和世界觀，最終促進學生個體的全面發展。

關鍵詞：物理教學;簡潔美;對稱美;和諧美;哲學美

物理學是研究自然界的物質結構、相互作用和運動規律的自然科學[ 1 ]，它的美是一種抽象的理性美。物理學家海森堡曾經說過：“科學的探索者們最初往往是在美的光輝照耀下，去認識和發現真理的。對于一位喜歡物理的人來說，他之所以喜歡這門學問，是因為他看到并感受到這門學問的美。”因此，在物理教學中教師要善于引導學生去體會物理知識本質上的這種美，才能刺激學生學習物理的內驅力，讓學生從內心真正愛上物理。下面，簡要從幾個方面介紹物理學獨特的美。

1? 簡潔美

物理學最令人贊嘆的地方，就是具有一種“簡單明了”的簡潔之美。物理學的簡潔是指物理學理論體系的結構、物理規律的描述及其表達形式的簡潔。

例如，愛因斯坦的質能方程“E=mc2”， 一眼看去，這個公式實在太過樸實，但就像大智者往往若愚，簡潔無華的它用最精煉的語言和最少的符號，揭示了小到原子大到整個宏偉宇宙的深奧無比的自然規律，大道至簡地統一了物質和運動，把在經典力學中彼此獨立的質量守恒和能量守恒定律結合了起來形成了統一的“質能守恒定律”。愛因斯坦曾笑稱：“當結論看起來很簡單時，一定是上帝在回答。”例如，牛頓第二定律表達出運動和力的關系 “F=ma”無比簡單，卻又重要到難以估量，它昭示著經典物理學大廈的拔地而起，劃開了人類與自然關系的新紀元;再如，世界上各種作用力千奇百怪，但在本質上都可簡潔歸納為四種：強相互作用力和弱相互作用力、萬有引力和電磁力;又如，物質的種類千差萬別，物質的狀態各有不同，在熱傳遞過程中有的吸熱，有的放熱，有的溫度變化大，有的溫度變化小，有的質量大，有的質量小等等，但這些不同的物質形式在熱傳遞過程中卻遵循著相同的規律 “Q=cmΔt”，簡潔明快、還有速度v=，密度ρ=、壓強P=、熱值q=……不同領域不同物理量，卻用著同樣的表達方式——比值定義法，簡潔無比。正所謂“萬物速朽，唯有公式永恒”，物理學的大廈，正是由一個個無比簡潔卻涵蓋了多樣物理現象及深刻物理規律的公式擎起！

2? 對稱美

物理學在揭示自然界的物質、相互作用和運動規律的對稱性而產生的美感，稱為物理學的對稱美。在教學中教師要善于引導學生從對稱性來認識物理學中的現象、過程和規律，啟發學生從對稱美的角度去理解和掌握這些規律，激發學生學習物理的愉悅感，從而提高學習物理的興趣。

物理學的對稱美主要表現在以下幾個方面：

（1）物理現象中的對稱美

比如平面鏡成像、作用力與反作用力、二力平衡、引力與斥力等臂杠桿、正電荷與負電荷、正粒子與反粒子等等。

（2）物理過程中的對稱美

比如運動與靜止、“電生磁”與“磁生電”等。

（3）物理規律數學表達式中的對稱美

比如機械能守恒定律表達式mgh1 +1/2mv12 = mgh2 +1/2mv22、動量守恒定律表達式m1v1+m2v2+…= m1v11+m2v21+ …、萬有引力定律F=Gm1m2/r2和庫侖定律F=kq1q2/r2之間的對稱性等。

（4）物理規律空間圖形中的對稱美

比如簡諧運動的振動圖象、交變電流的圖象、凸透鏡和凹透鏡的光路圖、豎直上拋運動的位移—時間圖象、速度——時間圖象、勻速圓周運動圖象等都呈現出對稱美。

3? 和諧美

無論是古代物理學還是近代物理學，追求和諧是物理學的永恒主題，把物理規律的統一、對應、互補等諸個方面所反映出來的那種“和諧”視為美的典范[ 2 ]。在判斷一個用來描述宇宙的物理學理論是否合適時，愛因斯坦會問，如果我是上帝的話，會按這種方式來創造宇宙嗎[ 3 ]？對基礎設計的這一信念一直支撐著基礎物理學家，有正必有反，有陽必有陰，在貌似雜亂無章的自然世界背后，存在井然有序的和諧.

例如，在宏觀領域中，衛星總是圍繞著行星運轉，行星總圍繞著恒星運轉，恒星總繞著星系中心運轉，質量小的天體總是繞著質量大的天體運動，而所有天體的運動都有遵循著行星運動定律;在微觀領域中，原子世界也是一個有序和諧的世界，分子之間存在相互作用力，核外電子繞原子核做高速運動等等，無不配合得默契和諧，猶如在宇宙間合奏一首壯麗和諧的星空交響樂.

4? 哲學美

愛因斯坦說過，“哲學是其他一切學科之母，她生育并撫養了其他學科.”在物理學研究過程中，無時不刻在運用著哲學的解釋功能、分析功能、批判功能等.許多有名的物理學家如牛頓、愛因斯坦等，他們不僅是物理學家而且還是哲學家.我國物理學家陳佳洱也說過 ：“物理學不只是圖表和數據，它能帶給你很多更珍貴的東西：一種理性的思維方式、人生的哲學和人生的道路[ 4 ].”所以，物理教師在教學過程中要讓學生體會物理學中蘊藏的哲學美，從而培養學生正確的世界觀、人生觀和價值觀.

例如，通過“對立統一”規律是宇宙間的根本規律，引導學生認識到世界是多元的，做人要有寬廣的胸懷，允許有不同于自己的聲音存在;通過 “發展變化過程是量變引起質變的過程”，引導學生認識到對危險要防范于未然，以及當危險發生時透過現象看本質，學會追根溯源，找到根本原因才能解決問題;在眾多的物理學研究方法中，“控制變量法”引導學生做事要嚴謹，“轉換法”引導學生在生活中遇到問題不妨換個角度思考，也許就柳暗花明;“力的作用是相互的”引導學生與人交往要學會換位思考，“你有多痛我就有多痛”;“壓力的作用效果”“平面鏡成像物象大小關系”引導學生“耳聽為虛，眼見也不一定為實”，凡事不能想當然，要多思考等等.

總之，正如諾貝爾物理學獎獲得者維爾切克所說：“美，才是宇宙的唯一答案.”任何自然景致都會在歷史波濤中湮沒，只有抽象出來的美感才會永垂不朽！所以，物理教師在課堂上要善于挖掘物理之美，讓學生體驗物理之美，從而激發學生學習物理的內驅力，長期保持學習物理的興趣， 發展創新思維，促進智力發展，同時也培養學生的審美能力，幫助學生樹立正確的人生觀和世界觀，最終促進學生個體的全面發展.

參考文獻：

[1] 義務教育物理課程標準實驗教科書編寫組. 義務教育教科書，物理八年級全冊[M].上海： 上海科學技術出版社， 2001.

[2]衡炳鋒. 物理之美與物理教學之美[C]. 國家教師科研基金十二五階段性成果集（華東卷），2012.

[3]阿·熱，荀坤，勞玉軍.可怕的對稱——探索現代物理學中的美[M]. 湖南：湖南科學技術出版社，1992.

[4] 吳加澍. 中學物理教師的學科教學知識[J]. 物理教學， 2012（12）.