享受物理之“美”提高學(xué)習(xí)興趣

【摘要】物理被公認(rèn)是一門較難的學(xué)科，學(xué)生普遍覺得難學(xué)。本文試從物理規(guī)律的“簡單美、對稱美、和諧美、統(tǒng)一美”四個方面來挖掘物理學(xué)中“美”，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

【關(guān)鍵詞】簡單 對稱 和諧 統(tǒng)一

物理是一門綜合性較強(qiáng)的學(xué)科，學(xué)生普遍覺得難學(xué)，教師也覺得難教。學(xué)生學(xué)習(xí)物理時遇到的種種困難，有一部分是來自于學(xué)生自身心理、認(rèn)知水平、生活經(jīng)驗(yàn)、思維方式、方法等方面的因素。本文試從“美”的角度來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

美是什么？“美是人們在欣賞某種體現(xiàn)了‘ 真’ 與‘善’相統(tǒng)一的事物時，感到的一種發(fā)自內(nèi)心的、能滿足人們需要的創(chuàng)造活動的愉快感覺”。愛因斯坦曾經(jīng)描述說，物理學(xué)是至善至美的科學(xué)，他還特別把物理的美歸納為“簡單、和諧、完善、統(tǒng)一”。歷史上的科學(xué)家更是把自己所發(fā)現(xiàn)的科學(xué)規(guī)律描繪得美不勝收，如哥白尼為他的日心說這樣寫道：“所有的這些軌道的中心便是太陽，難道說在如此富麗堂皇的宮殿里，還能找出比這更好的地方來安置這樣一盞美妙的明燈使它能從這兒照亮一切嗎？”

物理學(xué)的美歸納起來就是愛因斯坦所描繪的“簡單、對稱、和諧、完善、統(tǒng)一”。

一、物理規(guī)律的簡單美

物理科學(xué)的美在于它的簡單。但這個簡單是指的物理表達(dá)形式的簡單而知識內(nèi)涵的豐富，是簡單和豐富，形式和內(nèi)涵的對立統(tǒng)一。一個很簡單的公式包含著深刻的內(nèi)容，一個條件很少的理論概括了豐富的事實(shí)，這就是簡單的美。

宇宙中紛亂的各種物體通過牛頓引入的質(zhì)點(diǎn)統(tǒng)為一體，牛頓只用幾條簡單的定律就概括了物質(zhì)世界紛繁的運(yùn)動現(xiàn)象。這些都體現(xiàn)了物理學(xué)理論整體的簡單美。又如牛頓定律以F=ma的簡單形式包含了宏觀世界力和運(yùn)動的全部特征和表象，這就是簡單的美。在物理方法上又如：理想化模型本身就是遵循簡單性原則。當(dāng)我們深入了解其內(nèi)涵時，不僅為其簡單的外表和深刻的內(nèi)涵所震動，而且越深入就越體會出它的美。

二、物理規(guī)律的對稱美

物理學(xué)揭示自然界物質(zhì)的存在、構(gòu)成、運(yùn)動及其轉(zhuǎn)化等規(guī)律的對稱性而產(chǎn)生的美感，稱為物理學(xué)的對稱美。表現(xiàn)為兩個方面：

（一）客觀物質(zhì)世界的對稱性美

在自然界中，我們可以發(fā)現(xiàn)許多時間上的對稱美，如電磁振蕩中的電流，電子繞核高速旋轉(zhuǎn)等等。還有空間對稱，如雪花有著完美的六角形晶體對稱，力學(xué)中的簡諧振動，光學(xué)中的平面鏡成像，都是空間對稱美的表現(xiàn)。

（二）物理理論的對稱性美

1. 形象對稱性美

對稱的形式有空間對稱（如圖形中的軸對稱、中心對稱及鏡像對稱），運(yùn)動形式的對稱，物理規(guī)律形式的對稱（即表達(dá)式的對稱）如高中物理中的點(diǎn)電荷周圍的等勢線，電場線是中心對稱，振動和波動圖象以及交流電圖象是軸對稱；交流電和電磁振蕩研究中出現(xiàn)的時間對稱；而物體豎直上拋的上升過程和下降過程是時空對稱；萬有引力定律F=Gm1m2/R2與庫倫定律F=Kq1q2/r2是公式形式上的對稱。

2. 抽象對稱

抽象對稱性方面，它并非是外在感性形象上的對稱。如力學(xué)中的運(yùn)動與靜止，勻速與變速，引力與斥力，作用力與反作用力，變力與恒力；電磁學(xué)中的正電與負(fù)電，磁體的N極和S極；光學(xué)中的反射與折射，物質(zhì)的波動性與粒子性；原子物理中的粒子與反粒子，重核的裂變與輕核的聚變等等。

3. 對稱與科學(xué)發(fā)現(xiàn)

對稱美對認(rèn)識自然界，對建立科學(xué)理論具有積極的推動作用，是物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)自然界物質(zhì)形態(tài)以及運(yùn)動圖景對稱性奧秘的強(qiáng)大動力。如電能生磁，磁能否生電呢？ 這令人感興趣的課題使許多科學(xué)家投入其中進(jìn)行探索，直到1831年，法拉第終于獲得了感應(yīng)電流，磁生電的預(yù)想終于實(shí)現(xiàn)了，人類從此進(jìn)入電氣化時代。

三、物理規(guī)律的和諧美

首先，物理學(xué)理論是和諧的。經(jīng)典牛頓力學(xué)的和諧性就表現(xiàn)在一種高度統(tǒng)一的“邏輯美”上，牛頓用歸納法獲得了力學(xué)的有關(guān)基本概念和三大運(yùn)動定律，又用演繹法從這些基本概念和定律出發(fā)，構(gòu)建起整座完美和諧的科學(xué)大廈。而高中物理中由物理概念、規(guī)律、公式這些抽象的方法去描述一個完整的、有秩序、有規(guī)律的物理世界的完美和諧的圖景。如振動圖象，波動圖象、導(dǎo)體的伏安特性曲線、交流電的圖象等等。

其次，物理學(xué)發(fā)展史也是物理學(xué)家不斷追求“和諧”的歷史。如在人們對光的本質(zhì)的認(rèn)識過程中充分體現(xiàn)著這一點(diǎn)。開始人們認(rèn)為光具有粒子性，它很好地解釋了光的直進(jìn)和光的反射現(xiàn)象，但到了19世紀(jì)初，人們成功地在實(shí)驗(yàn)室觀察到了光的干涉和衍射現(xiàn)象，這是波的特征，無法用微粒說來解釋，因而證明了波動說是正確的，同時也說明微粒說不和諧的一面，必須加以修正，再到后來光電效應(yīng)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，又認(rèn)識到光的波動理論有一定的局限性，光還具有粒子性，最后得到光具有波粒二象性這一和諧的理論。又如運(yùn)動和力的關(guān)系，原子結(jié)構(gòu)學(xué)說的建立等等，這些理論的建立和完善都是物理學(xué)家追求“和諧”的結(jié)果。

四、物理規(guī)律的多樣統(tǒng)一美

多樣復(fù)雜的物理學(xué)世界只有統(tǒng)一起來才有美感。牛頓力學(xué)把運(yùn)動統(tǒng)一起來，麥克斯韋把電磁現(xiàn)象統(tǒng)一起來，光電效應(yīng)把波、粒二象性統(tǒng)一起來，質(zhì)能方程把質(zhì)量和能量統(tǒng)一起來，這就是統(tǒng)一的美。

物理學(xué)的美給我們提供了豐富的美育材料，作為教育工作者，正是要把這樣的美變成學(xué)生情感素質(zhì)的一部分。平時教學(xué)中應(yīng)向?qū)W生展示物理知識的美的一面，激發(fā)學(xué)生愛美天性，使學(xué)生在美感的激發(fā)下，以良好的心態(tài)，愉悅的心情去思考問題，使思維能力、想象能力得到發(fā)展，激發(fā)學(xué)生探索這些美的科學(xué)規(guī)律和源泉，使學(xué)生對這些知識有更深的理解。

【參考文獻(xiàn)】

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