論中學物理課堂的美學教育

摘 要：作為美育理論基礎的美學與物理學，既相對獨立又相互交叉、滲透，物理學具有自身的科學美，體現了美學原理，物理教育中的美育應根據學科教育目標，結合中學生審美心理特點和生理特點，通過揭示物理學的“真”與“美”，使廣大中學生開闊視野、陶冶心靈、增強情趣。

關鍵詞：美育；簡單性；對稱性；和諧；破缺美；教學藝術

美學是充滿現代活力的學科。每個時代的人，都能夠以自己的鮮活的美感體驗，為美學提供嶄新的研究對象和新穎的研究課題。俗話說：愛美之心，人皆有之；我們在教學上還常說：興趣是最好的老師，而只有美好的事物才有興趣可言。雅典奧運會開幕式上，令人眼花繚亂、形形色色的高科技藝術形象震撼了世人，至今仍美味無窮。近年來，物理大師李政道多次邀請著名藝術家為物理科學前沿學科作專題繪畫的創舉，已在科學界和藝術界傳為佳話。這些事實表明，科學的探究必然要伴隨著對“美”的追求，這樣的科學才有生命力。

一、中學物理教學中的美育環節有那些基本任務

1、培養學生正確的審美觀，激發他們創造美的熱情。適時引導他們樹立對自然現象思維藝術的審美情趣，提高感受、鑒別和理解美的能力。

羅丹有一句名言：“生活中并不缺少美，而是缺少美的發現。”事實表明，凡對自然美和藝術美有追求的學生，一旦剖析了物理學的科學美，往往令他們在對物理學美的贊嘆中，提高學習物理的熱情，進而從嘗到學習成果的滋味中，更激勵他們主動學習、刻苦鉆研的精神。可以說，對科學美的認識是誘導學生學好物理學的橋梁。

2、培養學生高尚的情操，使他們成為身心健康、全面發展和有道德的人。

中學物理教材中涉及諸多著名物理學家。他們雖然國籍、年代、經歷不同，但他們都充分體現出為追求科學真理而不懈努力的美德，他們生平大量動人的事跡是一部絕好的美育教材，能激起學生心靈的震動。美育通過陶冶學生的心靈，起到以形悅心，以情感人，以美引善，以美育人的作用，從而培養學生具有優良的道德。

二、物理學在哪些方面體現了美學特征

中學物理教育的使命可表述為：培養學生認識宇宙，學會從物質組構和運動的繁雜、混亂無序之中，整理出統一的、簡潔的秩序和規律。楊振寧提出物理學具有“物理現象之美”、“理論描述之美”、“理論結構之美”。也有人認為，物理學的美學特征主要表現為“多樣統一美”、“和諧奇異美”、“簡潔明快美”等。這里就這幾個方面作一個簡要論述：

1、簡單美

物質世界的構成和運動，客觀地展現出“簡單”的風采：一切物質都由最簡單的粒子構成；光沿著最簡單的直線傳播；行星沿著簡單的幾何曲線運動；探究物體機械運動時也要求選取最簡單的參考系；等等。物理學家采用“寧可尋求簡單”的邏輯來研究物質世界。巧妙地從復雜的真實世界中，抽象出最簡單的物理模型，諸如質點、點電荷、彈簧振子、單擺、理想氣體、理想變壓器等等，以這些優美的理想模型概括出物質運動的基本規律，變復雜為簡單，既抽象又形象，給人帶來美的享受。

物理理論體系、規律在邏輯上的簡單美，更令人贊嘆。熱現象曾是物理學家爭論了一個多世紀的問題，最終卻以“大量分子的無規則運動”這么簡單的十個字做了精確總結；作為經典物理支柱的牛頓定律，在宏觀低速領域，實實在在地展現其簡潔和完美，牛頓第二定律的公式，其中比例系數的處理方案也體現了物理學的簡單性特征。

2、對稱美

探索物質世界的時空對稱性始終是物理學的熱門話題，最形象是鏡像對稱。諸如物體豎直上拋的上升過程與下降過程的時空對稱；光學中的空間對稱；交流電和電磁振蕩中的時間對稱。

在眾多物理概念中，包含著不少相呼應甚至是相對立的內容，如：動能與動量，電磁波與機械波，電場線與磁感線，“磁生電”和“電生磁”，再比如：做功有正負，波有縱橫，成像有虛實，電荷有正負，磁極有南北物質有正反等等。物理公式、定律表達方式上所反映的對稱性更是數不勝數。諸如庫侖定律中靜電力的平方反比關系就是追求跟萬有引力平方反比定律的對稱而獲得的。盧瑟福的原子模型的構想則得益于日本物理學家長岡半太郎的“土星系原子模型”，而長岡的思想也完全是出于對宏觀天體與微觀粒子間的對稱性考慮。可以說探尋宇宙的對稱性，已成為當代物理學發展的突破口。

3、和諧美

“和諧”是美學的一個重要法則。物質世界自身及物理理論的“統一”、“對應”乃是宇宙和諧的反映。

物理學龐大的知識體系，既遵循各自規律，又相互聯系，存在許多“同源”知識，深刻體現了物理學的歸一性、統一美。例如，安培分子電流假說達成了磁極與電流磁效應的共識；光以及物質的波粒二象性的證實為幾百年來粒子性與波動性的爭斗畫上了完美句號；簡諧運動及正弦交流電都與勻速圓周運動有著密切關系；楞次定律體現了電磁感應中磁通量的慣性，不僅與質量的力學慣性很相似，甚至也能跟生活中為人處世的定性、惰性相呼應，我曾經向學生提過一條生活中的楞次定律，說的是有一個人，當你得意忘形時給予理性勸阻，而當你情緒低落時給予支持和鼓勵，這就是遵循楞次定律的所謂良師益友。再比如，牛頓力學定律，把地上與天上的力統一起來；富蘭克林證實了天電和地電的統一，麥克斯韋把電、磁、光統一為電磁場理論；愛因斯坦相對論，又把牛頓力學與麥克斯韋電磁場理論統一了起來。而物質、能量、動量三大守恒定律乃是物質世界和諧性最完美的體現。

“多樣的統一”之美是人類追求的永恒主題。整個物理學史，在某種程度上也可以說是物理學大師們為建立統一的物理理論的奮斗史。是愛因斯坦畢生孜孜以求的目標，雖抱憾以終，但他的前瞻性思想，對現代物理進展影響深遠。尋求統一場論，仍是當今物理學的前沿課題之一。

4、破缺美

物理學大師勞厄說過，“物理學從來不具有一種對一切時代都是完美的形式；而且它也不可能具有完美的形式，因為它的內容的有限性總是和觀察量的無限豐富的多樣性相對立的”。永動機不可制成，絕對零度不可達到，光速之旅不可實現，統一場論遙遙無期，種種遺憾，也使人們對和諧的物理學產生了一絲破缺美，也成了人們繼續探究自然的動力。

奇異破缺與和諧的配置也是美的體現。不和諧在和諧的背景下才給人以美感。古人認為，圓是最和諧的，于是，托勒密和哥白尼就用圓形軌道建立起一幅和諧的宇宙圖景，開普勒用實驗觀察，發現了行星運動的橢圓軌道理論。看起來開普勒的發現完全偏離了世人對和諧的想象，然而站在牛頓力學的更高基礎上，這些發現又是驚人地和諧，開普勒的行星運動定律體現了和諧破缺美。現代物理學已經把“對稱加破缺”看作是一條重要的美學原則。

通過以上的論述，可見物理學在破譯宇宙密碼的同時，實實在在地展示了其“驚人的簡單”、“神秘的對稱”、“美妙的和諧”、“奇異的破缺”。

三、中學物理課堂中如何貫徹美學教育理念

1、美學教育對教師提出了更高的要求

首先，教師必須更新教育思想。實施美育的重大意義就是應當有利于激發學生的創造性，活躍學生的思想，同時也應當創造有利于學生個性發展的和諧環境。其次，教師須美感在先。要不斷加強美學修養，不斷提高自己的審美感受力、審美鑒賞力、審美創造力和審美表達力。

2、多渠道創設物理教育中的美育氛圍

物理教育中的美育滲透，要求教師及教育主管者應根據學生的審美心理特點，在物理教育全過程中處處創設美的氛圍。諸如在學校的教室、走廊里張貼體現科學美的掛圖；在科技櫥窗里展示優秀的物理實驗制作和報道最新學科前沿情況。另外，還可以創設開放性實驗室，培養學生創造性思維；在課外活動時，開設有關美學講座等。

3、懷美而教、努力展示物理課堂的教學藝術。

每堂物理課都應該是教師創作的優美作品，要求在授課藝術上充分體現物理學科自身的美學規律，產生審美效果。把自己對學生的關懷、鼓勵和期待之美意，表露在自己的教學儀態、教學語言和教學行為之中。還要根據教材中所蘊含的美感，跟物理學自身的美學特征緊密結合，激發學生的美感并產生共鳴。

總之，物理教師應該是從“塑造新一代心靈美的科學人才的工程師和藝術家”這一視角出發，在物理課堂中滲透美學教育。如果說學生是神話中的阿里巴巴，物理學是珍藏寶貝的山洞，那么，物理教育中的審美觀點就是“芝麻，芝麻開門吧!”的神秘符咒。調動學生的審美思維，啟發學生的審美聯想，讓學生樹立起這樣一種信念：宇宙存在著一種最終的簡單、對稱、和諧之美。有待他們去發現，去揭秘，去“原天地之美而達萬物之理”。

參考文獻：

[1]牟大全，物理教學藝術與研究[M]，濟南：山東教育出版社，2001.

[2]陳熙謀，胡望雨，舒幼生，物理教學與科學美教育[J]，物理通報1996，(12).

[3]趙順法，談高中物理美學教育的四個層次[J]，物理教學探討，2004，(05).