新課標下高中物理教學中“美”的再現與感受

摘 要：物理學史是物理美學的形成史，物理學家的人格與探索精神美得無與倫比。物理學的知識體系蘊含著豐富的知識，也是美學的寶貴資源。新課程下高中物理教學，應充分挖掘這種寶藏，將物理美與物理學習有機結合、相互滲透，讓學生快樂學習物理的同時得到物理美的享受。

關鍵詞：物理之美；高中新課程；物理教學；課堂再現美

“美是人們在欣賞某種體現了‘真’與‘善’相統一的事物時，感到的一種發自內心的、能滿足人們需要的創造活動的愉快感覺”。美的東西能給人以視覺、感覺、知覺上的愉快，給人以享受，給人以積極向上、進取的力量。美的內在和外在形式是均衡、對稱、和諧統一、簡潔有序的。物理科學的美在于它是建立在自然美的基礎上，用簡潔的語言描述了大自然遵循的規律，更重要的在于物理美學思想推動著物理學的發展。高中新課程背景下，物理教學不僅體現“知識與技能”、“過程與方法”，也十分注重“情感態度與價值觀”，注重學生感受自然規律的和諧與美妙，正如楊振寧先生所講：“學一個東西不只是要學到一些知識，學到一些技術方面特別的方法，而是更要對它的意義有一些了解，有一些欣賞。”物理學中富含美學思想：簡潔、對稱、和諧、有序、統一。在高中物理教學中滲透美學教育，可以使學生的身心得到健康和諧發展，可以激發學生學習物理的興趣，讓學生在學習物理的同時感受科學美，欣賞科學美，起到“以美啟真”的作用，并能在科學美思想的指導下進行探究活動。

一、 學物理學史，本身就是感受物理的美

“科學的探究者們最初往往是在美的光輝照耀下，去認識和發現真理”物理學家海森保說。

哥白尼深信完美的理論在數學上應該是“和諧與簡單”的，于是提出了“如果以太陽為中心，就能把地心說的80多個復雜的圓一下子減少到34個簡單有序的圓，且能把行星軌道的大小，運動的速度和排列順序聯系在一起，形成一個緊密有序的整體，充分顯示出宇宙的對稱與和諧”，終于建立了不朽的“日心說”。之后，開普勒深切地感受到日心說的美而放棄了他的老師第谷所贊成的“地心說”的觀點。他說：“我從靈魂的最深處證明它是真實的，我以難以想象的心情去欣賞它的美”，就這樣開普勒經過自己的不懈努力，終于提出了行星運動的三大規律，把天體的運動論述得如此簡單與和諧。

物理學家們把物理規律描述得如此簡潔，不能不說其對物理美追求之強烈。牛頓也僅用幾個簡潔的定律就概括了物質世界紛繁的運動現象；麥克斯韋概括電磁運動規律也才用了四個方程；發現折射角與入射角沒有成簡單的正比關系時，科學家并不放棄對美的追求，斯涅爾終于發現了入射角的正弦與折射角的正弦存在著簡單的正比關系。

對真理的追求必然伴隨著對美的追求，正如許多物理理論體系的建立，不僅是物理在邏輯思維上的成就，也是伴隨著物理學家們深信物理規律具有對稱、和諧統一的美而構建的。牛頓發現“萬有引力定律”，伴隨著天地統一的思想；盧瑟福提出原子核式結構模型，是受行星繞恒星運轉、衛星繞行星運轉模型的啟發，也是伴隨著微觀世界與宏觀世界統一的思想；麥克斯韋創立電磁理論，伴隨著對“電與磁的統一”的追求…… 物理學發展過程中的許多成就和每次大綜合都是科學家們在追求多樣統一美的思想指導下完成或將要完成的。

此外，物理學家們在探索中表現的精神也是無比之美！追隨著馬車演算的安培，望著遠去的馬車，注視著車廂上的縝密運算，發出的“太快了，太快了”的惋嘆，是一種癡情的美；構建了經典物理的宏偉大廈的牛頓在海濱玩耍時，向世人宣告“我有幸撿到‘美麗的貝殼’，是因為我站在巨人的肩膀上”，這是他謙遜的美；居里夫人百折不撓用二年多的時間研究鈾鹽，提煉出放射性元素，并命名為“釙”，以紀念自己的祖國，這是一種現身精神、愛國精神，是高尚的愛心美；中國現代物理學家王淦昌、錢三強、錢學森、鄧稼先，放棄國外優越的生活條件，毅然回國報效祖國，這是科學家門用實際行動譜寫了中華自強之壯美！

物理學史，物理學美是寶貴的財富，在新課程下高中物理教學中，更應充分利用這些資源，使學生在知、情、意、行上得到美的升華，使學生學到物理知識的同時，得到思想上的教育、情操的熏陶、心靈上的啟迪。

二、 物理知識體系蘊含著無限的物理之美

簡潔美，是物理學美最典型、最精粹之處。如：力與運動的關系，困惑人們幾千年，當其面紗一揭開，呈現出的關系卻是如此地簡明:“F=ma”。又如，愛因斯坦質能方程：“E=mc2 ”，形式十分簡單，內容卻極其豐富——用最精煉的語言、最少的符號，揭示了奧秘無窮的自然規律，不愧是嘆為觀止的簡潔美。再如理想模型的方法，就是科學家巧妙地將復雜的物理事物抽象出一個簡潔明了的物理模型，如質點、點電荷、理想氣體、剛體、絕對黑體、電場線等等，在高中的物理教材中“光滑面”、“細線”、“輕彈簧”、“單擺”、“自由落體”等也正是這種簡潔的思想。抓住主要因素，忽略次要因素，把物體的特征勾勒得既簡潔又合理，既抽象又形象，給人以美的享受！

對稱美，吸引了物理學家們在選擇可能描繪自然結構的數學表示時，選擇了對稱、簡潔的優美形式。如動能定理F·△s =△Ek與動量定理F·△t =△P 之間、庫倫定律F=■與萬有引力定律F=■之間，就蘊含著物理公式之間的數學對稱與簡潔。簡諧運動圖線、波動圖線的對稱體現了數學圖形的對稱；周期、節奏、頻率等體現了時間的對稱；杠桿的平衡、磁感線的分布、電荷的正負、等量同（異）種電荷電場線的分布、平面鏡成像等表現了物質的直觀形象在空間上的對稱等等。所有這些物理學上的對稱、協調都給人以恰到好處、渾然一體、輕松自由的美感。

多樣統一美，既體現了物質世界的千姿百態、豐富變化，又顯示了物理學的單純、有序、和諧、統一之美。如星空中：太陽、月亮和許多星星日復一日、月復一月、年復一年、周而復始，東起西落；彗星拖著長尾消失在茫茫的夜空，若干年后竟再次光臨地球。地面上：從高處自由下落的蘋果、梨或石頭，都會豎直掉到地面上，而不飛向天空；向前躍起的人和向前拋出的石頭，在空中“劃出”一條拋物線后都回到地面。這些看似毫不相干的現象，卻被牛頓用“萬有引力定律”概括得如此地統一、簡潔、有序！又如：撕裂長空的閃電、震耳欲聾的雷聲，我們在干燥季節里梳過頭發的塑料梳子能吸起輕小的物體；脫衣時，“啪啪”作響的衣服會自動靠近人體，這兩類強弱相差懸殊的現象，卻共同統一在物理學中的靜電中。不僅如此，麥克斯韋的電磁理論把磁、電、光統一起來；愛因斯坦的相對論又把牛頓力學與麥克斯韋電磁理論統一起來；原子、分子結構理論再把宇宙萬物統一起來。物質世界是多樣的，物理理論是多樣統一的！

三、 在高中物理教學活動中再現美、感受美

1、在物理圖像、圖形教學中展現物理的美

圖1三相交變電流的e-t圖像、圖2幾種常見的電場的電場線，圖像、圖形均衡、對稱，周期、頻率節奏感強富有韻律、美感。

圖3是“探究合外力一定的條件下，加速度與質量的關系”中追求兩者成簡單的正比關系的結果。（a與m不成正比，a與■成正比）

圖4是乳滴到堅硬的平面上反彈的高速攝影照片。反應出由于液體表面張力的作用，液體表面總要收縮到盡可能小的形狀——球形。圖片一樣驚奇地對稱、均衡，如音樂噴泉般，卻又貼近生活、貼近科學，讓學生學習物理的同時，也欣賞到物理的無限風光！

2、在高中物理習題教學中感受物理的美

物理是美的，在習題教學中應充分利用挖掘這種美，讓物理的教學更加高效，更加快樂。筆者在編寫教輔材料時，編制如下兩道題目，就滲透了運動的美，物理的美：

題目1：2008年8月8日，第29屆奧運會在我國北京開幕了，運動員們所展示運動的美令我們至今難以忘懷，圖5中四幅體育攝影作品所描述的體育運動中，能將運動員看成質點的是（ ）。

題目2：如圖6是體育攝影中“追拍法”的成功之作，攝影師眼中清晰的滑板運動員是靜止的，而模糊的背景是運動的，攝影師用自己的方式表達了運動的美，請問攝影師選擇的參考系是

（ ）。

A．大地 B. 太陽 C. 滑板運動員 D. 步行的人

這種物理中有美學，美學中有物理的科學美教育、滲透，不但能使學生更好地掌握物理學的真諦，而且能使學生把學習作為一種高級的審美活動，充分發揮學習的主動性、積極性。

3、在師生教學互動中再現、感受“物理之美妙”

教學不僅是一門科學，而且是一種藝術。掌握了這門藝術，可以創造出教學活動中的意境美，就可以使物理課堂滿堂生輝，給學生以激情和美的享受，激起他們高漲的學習情緒。例如：在講原子內的電子層分布時，向學生提問：有哪些現象與此類似？學生非常活躍，說太陽系行星的軌道排列與此對稱、類似，有的甚至設計一些小實驗來說明不同原子的原子核對電子的束縛力不同：一根繩（不同的繩相當于不同的力）的一端系著小物體（電子），另一端讓拳頭（原子核）抓住，拳頭稍一轉動，小物體便圍繞著拳頭旋轉。宏觀與微觀遙相呼應，物理與生活融為一體，不禁使學生的思維浮想聯翩，海闊天空，紛紛暢談物理的美妙。再如：學習通電導體周圍空間產生磁場后，可問學生：磁場能否產生電流？鼓勵學生大膽假設、討論，同時滲透美學思維。當通過實驗證實磁能生電時，學生抑制不住的興奮轉化為探求知識的動力，教師再因勢利導，讓學生總結出電和磁的對稱關系：電場和磁場，電矩和磁矩，電通量和磁能量等都是對稱的；但美中不足的是正、負電荷可以單獨存在，而磁體的南極、北極卻似乎不可分離？這么有趣的話題，引發了學生的激烈討論。因深信物理學的對稱美，同學們甚至回家后查閱各種資料，并設計了實驗進行檢驗，追逐著許多科學家們同樣的夢想——尋找磁單極子，尋找對稱之美……

物理美在延續，物理美在豐富。當教師在課堂上自己被教學活動中的意境美所陶醉時，學生的情緒也會被感染，這樣美感與理智互相滲透融合在一起時而產生的“諧振”時，教學就能產生最佳效果。

參考文獻：

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［3］張貴仕.中學物理教學參考［M］.西安：陜西師范大學雜志社，2001年特輯.

［4］廖伯琴.普通高中課程標準試驗教科書·物理［M］.濟南：山東科學技術出版社，2005.

［5］福建省普通教育教學研究室、福建省普通高中學生學業基礎會考綱要·物理［M］.福州：福建教育出版社，2009.