新課程背景下物理教學與審美教育的有機結合

[摘要]無論在物質世界中還是意識形態中都存在著美。物理學不僅蘊含著大量的真理，而且蘊含著豐富的美學特征，是真和關的統一體。物理科學的發展與美是密不可分的。挖掘科學美的素材并把它融入物理教學中實施美育，用物理學的科學美熏陶學生，有利于提高學生的美學素養及鑒賞和創造美的能力，從而促進學生全面、健康、協調的發展，對于物理教學和素質教育的實施產生重要的促進作用。

[關鍵詞]

新課程；物理教學；審美教育；素質教育

[中圖分類號]G642.0

[文獻標識碼]A

[文章編號]1005—4634（2012）04—0070—04

0 引言

人類對物理科學的認識是一個循序漸進的過程，理論上的每一次飛躍都標志著人類對自然規律認識的一次重大進步，都是理論與美的完美結合。在古代西方，畢達哥拉斯學派把對自然奧秘的探索與對自然美的追求統一起來，把“數的和諧”作為科學解釋的最高原則。17世紀以后，近代自然科學中興起的經驗主義思潮，曾一度造成了科學與美學的某種分離，20世紀以來，以相對論和量子力學為代表的現代物理學革命的興起卻在更深的程度上推動了科學美學的發展。眾多的物理學家從各自的科學創造實踐中，感受到科學理論的審美價值。美學因素不僅成為科學創造的原動力，而且也成為科學理論體系中的重要組成部分，它滲透到科學的內容及形式中，人們甚至把“美學價值”的大小看作是評價一個科學理論成就大小的重要標志。隨著社會經濟的發展和時代的進步，美育已經滲透到了各個學科和領域之中。著名教育家蔡元培曾經說：“凡是學校里所有課程，都沒有與美育無關的。”在倡導素質教育的今天，審美教育是對學科教學的重要補充，審美教育可以使學生在接受知識的同時，受到美學的熏陶。因此，研究和挖掘物理學中的科學美，在物理教學中滲透審美教育，應逐漸成為廣大的教學工作者和教育研究人員重視和探討的教育改革問題。加強學生的審美教育，提高學生的綜合素質和創新能力，把德、智、體、美、勞這幾方面的教育工作有機結合起來，才能把學生培養成為時代發展所需要的高素質人才。

1 我國傳統的物理教學模式的現狀

在我國傳統教學中，物理往往被視為專業性強的自然學科。物理學中的概念、定律、公式等具有深刻的理論性，他們往往用來解釋與現實較遠的概念性問題。因此，學生甚至教師都會對此望而生畏，學生當然對此敬而遠之。其實，物理學中不僅有嚴謹的科學理論、紛繁的公式計算，換一種角度審視的時候，會突然發現物理學生僻的理論、公式中還充滿了美好的人文價值，而且這些往往與生活、實踐息息相關。因此，認識并發掘物理學中的美學特征、美學思想，在遵循教學規律、教學方法的前提下，多角度、廣開思路使這種美學感悟融入到具體的教學中去，對促進學生樹立正確的物理學習觀念、培養物理學習興趣具有重要意義。

2 物理學中蘊含的美學特征

物理學是研究物質運動的一般規律和物質的基本結構的科學。它揭示了自然界物質的存在、構成、運動及轉化等規律，反映了自然界內在的本質的美。雖然物理學的研究范圍極為廣泛，物理規律極為復雜，但物理學者普遍認為，物理學中蘊含奇妙的美。哥白尼曾經說過：“在哺育人的天賦才智的多種多樣的科學和藝術中，我認為首先應該用全副精力來研究那些與最美的事物有關的東西。”可見物理學與美有著密不可分的聯系。結合美學的基本原則和科學美學的判斷標準，可以從以下幾方面來欣賞物理世界的美。

2.1 物理現象的真實美

在自然界中存在許多美的物理現象。例如，雨后天空中出現的彩虹和霓；荷葉上晶瑩剔透的水珠；干涉條紋和衍射條紋；海市蜃樓；原子發射的線狀光譜等等。雖然它們產生的物理原因各不相同，但都是自然界非常美的物理現象，這些現象與其它形式的美不同，它們的美具有真實性。借助望遠鏡可以看到星云呈現出奇美的螺旋形，可以看到雙星迷人的色彩組合，可以看到無數的行星按照各自軌道運轉。借助顯微鏡可以看到微觀世界里令人驚嘆的奇妙景象，各種晶體結構精巧美妙、巧奪天工……蘇聯物理學家曾這樣寫到：“我們具有利用最精密的儀器裝備起來的第六感官，它在我們眼前揭示了不尋常的物質內部世界，以至于很難用我們的意識去領會。這種微觀世界的美是童話故事所不能比擬的，因為這是真實的美。”

2.2 物理公式的簡潔美

物理現象紛繁雜亂，通過創造性勞動，從中概括出簡單明了而又規范和諧的物理公式，這就是一種科學美。科學創造的本身正是力圖用一個凝練簡潔的公式或規律去概括大量豐富的自然現象。例如，牛頓的萬有引力定律公式，它概括了宇宙間一切有質量的物體之間都存在引力作用，并明確表述了力的大小與質量、距離之間的關系，這個科學公式體現了物理公式的簡潔美，它帶來令人神往的美感，使人認識到宇宙間萬物存在的力的關系。從萬有引力定律可以看出，公式美的重要原因是其成功的運用了“數學”，如電磁場的基本方程——麥克斯韋方程組，它確定了電荷、電流、電場、磁場的普遍聯系，用完美而簡潔的數學形式奠定了經典電動力學的基礎。愛因斯坦的質能方程，形式簡潔無比，但卻成為指導人類進一步認識核反應規律和從核反應中去獲得巨大能量的基礎理論，其深刻的簡潔美是毋庸置疑的。牛頓第二定律把宏觀低速條件下各種機械運動的規律組成了一個秩序井然的集體。再如狄拉克方程、海森堡方程等等都是物理學理論架構的骨干。它們提煉了幾個世紀的實驗工作與唯象理論的精髓，達到了科學研究的最高境界。它們以極度濃縮的數學語言寫出了物理世界的基本結構，這些簡潔的公式都是以浩瀚的物質世界為背景的，是科學家在創造過程中使之得到統一，從而顯示出了簡潔而和諧的美。

2.3 物理規律的對稱美

對稱性總是和美聯系在一起，對稱性思想已成為反映今天“自然科學時代的精神”的理論精華。在自然界，對稱現象是一個很常見的現象，對稱性分析能夠把許多問題高度簡化。但是，在這種現象的背后有著極為深刻的內涵，它導致物理學中一個非常深刻的重大發現，就是對稱性和守恒律的內在聯系。每一種對稱性總伴隨著一個守恒量：空間平移對稱導致動量守恒；時間平移對稱導致能量守恒；空間旋轉對稱導致角動量守恒；電荷共軛對稱導致電量守恒；空間鏡相對稱導致宇稱守恒……近50年來，粒子物理與場論飛速發展，對稱性的指引在其中起了決定性的作用。在粒子物理中，物理學家根據對稱性預言發現新粒子，正電子、歐米格負粒子和頂夸克等就是極好的例證。在場論中“對稱決定相互作用”，楊振寧和米爾斯根據某種對稱性提出了著名的楊一米爾斯場論，該理論的變換群決定了無質量的粒子（稱為“規范玻色子”）的數目和性質，規范玻色子在粒子之間來回跳舞就產生了相互作用，不同的玻色子決定不同的相互作用，如光子決定電磁相互作用，W或Z玻色子決定弱相互作用，膠子決定強相互作用，據科學家推測引力相互作用是由引力子所決定的。物理規律的對稱美已成為科學家研究物理理論的一個準則和依據。自然原則中的內在對稱性也當之無愧的成為具有規范意義的美學標準。

2.4 物理理論的統一美

統一就是要求理論在不附加太多的基本假定的基礎上，盡可能前后一致地解釋更多的物理現象。如宏觀物體的機械運動是各種各樣的，牛頓力學卻能把地上、天上的物體所有運動規律統一起來；麥克斯韋電磁理論把電、磁、光統一起來；愛因斯坦廣義相對論把引力、時間、空間、物質統一起來；德布羅意關系將微觀粒子的波動性與粒子性統一起來。眾所周知，自然界普遍存在著4種力：強相互作用、弱相互作用、電磁相互作用和引力相互作用，它們決定了現今自然界的各種物質運動。物理學的終極目標就是要將4種力統一成一種力，即所謂的大統一理論。如其所料，楊振寧與米爾斯發表了著名的楊一米爾斯場論，為攻進大統一理論的城堡打開了一個缺口，在此基礎上，蓋爾曼、格拉肖、薩拉姆和溫伯格等人迅速建立了弱電統一理論，隨后格拉肖、喬治等建立了強弱電統一理論。剩下的就是引力場與其它力之間的統一，這就需要科學家在今后的探索中去發現了。可見，物理事物千變萬化、千姿百態，但是自然界是統一的，客觀物理事物之間存在著內在的聯系，也就使得物理理論存在統一美。

3 物理教學中實施美育的意義及措施

這里的美育，就是審美教育。一些學者把美育定義為一種高層次的積極情感，主要是一種愉悅身心、和諧自然的情感體驗，是一個情感釋放的過程。在遵循美學原則的基礎上，將其滲透到具體的教學中，既兼顧科學知識的傳遞、發展，又能體現科學知識的人文關懷。當美育創造出和諧學習氛圍時，學習者的心理會輕松，思維變得活躍，這種情感狀態是有利于學習的最佳狀態。在物理教學中實施美育應在遵循物理學教學規律、教學方法的前提下，結合物理教學目標，根據學生審美心理和生理特點，幫助學生欣賞物理科學美、理性美的意境和特征，增強學生學習物理的興趣，調動其主動學習的積極性，培養學生的主動性和創造性。

3.1 通過實驗教學，激發學習美的熱情

物理學本身不是美學，但物理學富含美的素材。物理學中涉及到大量的物理現象和自然現象，無不體現物理科學的自然美。例如，除前面提到過的美的現象外，電子繞核運動、天體的和諧運動；結晶體的多樣化、液體的表面張力；高壓放電、摩擦起電、磁石吸鐵、電磁感應；四季變更、風雨雷電的形成等等。以觀察實驗為基礎的實驗教學是最直接的讓學生感受物理科學美的手段。物理教學中，教師可以采用物理實驗這樣直觀的教學手段，創設美的教學環境，以滲透物理學中的科學美。另外，對那些物理實驗中不能或不容易實現的實驗現象和抽象的物理規律，教師則可以積極利用多樣化電教手段，如幻燈、投影、錄像、光碟、電腦、多媒體軟件等，使多種多媒體教學形式融入課堂教學之中，利用各種計算機軟件模擬詳細的物理實驗過程或物理規律演變，擺脫實驗的約束性，增加實驗的可見度，化抽象為形象，化繁瑣為簡單，展示物理過程，使學生自然產生一個直觀的感官記憶，這比死記硬背物理規律和定理要輕松和容易的多。盡量從現代日常生活中尋找物理現象，創設物理環境，讓學生獲得詳實、直觀、具體的感性美，使其積極投身到審美創造活動中，去體驗和感受物理學中的美，是培養學生審美的根本途徑。讓學生感受物理現象就在身邊，物理科學的自然美就在現實生活中，滿足學生視覺上美的享受，激發起對未知世界的探求欲望，提高學生的學習興趣和熱情，從而產生強大的學習動力，提高學習效率。

3.2 培養審美能力，形成科學的審美觀

在教學中，教師的教學能否產生藝術效果，既取決于教師的教學藝術，也有賴于學生的藝術情趣。一個從未體驗過科學美的人在學習科學理論時可能會覺得遇到的不過是一大堆枯燥無味的符號、公式和圖表，毫無美感可言。正像一個毫無藝術素養的人聽到旋律優美、節奏明快的音樂時會覺得那不過是叮叮咚咚的噪音；看到構圖新穎、寓意深刻的繪畫時會覺得那只是一些五顏六色的堆積罷了。因此，在教學過程中教師不但要傳授物理規律，更要培養學生的科學審美觀，豐富學生的想象力和創造力，塑造學生鑒賞美、挖掘美的能力。物理學原理體系的建立過程，就是物理學家們對自然界內容豐富的科學內涵和美學外延的認知過程，物理美的思想對物理原理和規律的發現具有十分重要的促進作用，所以許多物理學家不但注重發現物理規律而且還熱烈追求其獨特的科學美感，許多物理理論都是在這樣的思想指導下提出來的。所以，在給學生傳授物理知識的同時，物理教師應該通過各種方式竭力使學生去領略物理學的美和它的意義，應按照美的規律來傳授知識，使學生在愉快的教學過程中陶冶情操，使他們受到震撼和感染，從而提高學生的審美能力，促進學生創造性思維的發展。一個精通教學藝術、講究教學效果的教師在教學中一定會注重訓練學生挖掘物理科學中美的能力。

3.3 運用物理學史，培養高尚的科學素養

物理學史是一部人類不斷走向文明的發展史，展現了科學家探索自然奧秘的艱難歷程，更為重要的是物理學家在不斷追求真理的過程中體現了他們的高尚品質和值得后人學習的完美人格。每一個定理、定律背后都隱藏著科學家執著奮斗的故事，對事實的發現最后往往成為對美的追逐，成為推動物理學發展的動力，為物理學發展指明了方向。因此，物理學家生平事跡則成為一部絕好的美育教材。結合相關理論的發現背景，可以達到加深學習認識的目的。例如奧斯特發現了電能產生磁效應之后，法拉第堅信自然界是和諧統一的，他用十年的時間終于發現了電磁感應現象。通過對學生進行物理學史教育，教師向學生傳遞的不僅是一段歷史，更重要的是科學家追求真理的精神，由此轉化為教學之美，可以陶冶學生的情操，美化他們的心靈，使學生有所感悟，有所收獲，潤物細無聲。

4 結束語

美國著名物理學家韋爾曾經說過，“我的工作總是力圖把真和美統一起來。但當我必須從兩者中挑選一個時，我總是選擇美。”一個科學理論的成功與否，美學價值是重要的衡量標準之一，因為它反映該理論給原本混亂的東西帶來了多少和諧。由歷代物理學家所精心雕琢的物理學大廈，可謂是一座輝煌壯麗的科學殿堂，它集諸種基本形式美與內容美于一體，不僅向人們提供了對物質世界規律性的認識，同時也把一種令人心曠神怡的美景奉獻給了人類。愛因斯坦認為美是探求理論物理學中一個重要的指導原則。對美的追求，如同對真的追求一樣，是物理學家進行科學研究的目標。“美是智力的光輝。”這句拉丁格言深刻地反映了物理學和美學之間存在的內在統一性。正如諾貝爾物理學獎獲得者阿爾分所說：“像畫家運用色調，雕刻家利用石膏，音樂家通過音符來表達自己的見解和感受一樣，科學家們是通過似乎是周圍的濃縮物的公式和定理來表現自己的高水平的美感的。”因此，追求美正是物理科學理論不斷向前發展的動力來源和研究方向。在當今素質教育的要求下，物理教學不能只偏重知識的傳授，忽視審美能力的培養，教師應按照美的規律來傳授知識，引導學生發現美、欣賞美、創造美，讓物理教學充滿藝術，使學生在輕松愉快的教學活動中以追求美而探索，在探索中創新，享受學習的樂趣。