如何在物理教學中滲透美育

潘衛榮

蘇聯著名的教育家蘇霍姆林斯基曾講過，“我一千次確信：沒有一條富有詩意、感情和審美的清泉，就不可能有學生全面的智力發展。”在美育方面，我們的教育僅對學生進行文學、藝術美的熏陶，卻忽略了自然科學美，忽略了自然科學也和其它藝術一樣充滿美感。比如物理學中的一條定理、一個公式、一種新的理論，都會使物理學家迷戀和欣喜若狂。愛因斯坦稱贊盧瑟福的原子結構模型具有“思想領域中最高的音樂神樂”，而愛因斯坦的相對論則被人們稱為物理理論中最美的“藝術品”。新課標倡導，在物理教學中使學生“能領略自然界的奇妙與和諧，發展對科學的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗探索自然規律的艱辛與喜悅”，把美育放在課程目標三個維度中的“情感態度與價值觀”的首位。可見新課標中更加突出美育教育在中學物理教學中的重要性。

一、中學物理教學中美育的現狀

受傳統教育思想、教學理論的影響，以及社會、家長對學校的要求，我們的物理教學中存在著較嚴重的重學科知識教育輕美育的現象。具體表現在：1．重“靜態美育”，輕“動態美育”。現在很多學校都開設有美術班，對美術特長生進行繪畫功底的強化訓練，為升學服務，而絕大多數的同學很少接觸美學教育，甚至與美育無緣。這種急功近利的美育和一味追求升學率的做法是片面的、低層次的。2．重美育成果的顯現，輕美育底蘊的孕育。美育是潛移默化和時間積淀的結果，并不是一朝一夕就能速成的。然而，我們的學校卻存在著較嚴重的“突擊”現象，或為了迎接檢查驗收，或為接待參觀學習，或為了搞慶典，叫幾個繪畫功底較好的學生畫幾幅畫像模像樣地展出一下，辦個畫展。表面上看，學校的美育工作開展得有聲有色，使來者感覺賞心悅目，因此也贏得了眾多贊譽。而實際上，忽視了美育是沒有學科界限的，不同學科的美育對學生來說是全面的、系統的。這樣的學校美育才是有內涵和生命力的。3．重美育氛圍的渲染，輕學生內心世界的陶冶。美育往往被我們的學校作為面子工程來做。或在學校的樓梯口，或在教學樓的走廊上，我們經常能看到經裝裱后的學生自己創作的繪畫、書法作品。以為這是美育的全部，而忽視了學生的內在美，忽視對學生心靈美的熏陶。美不僅是視覺或聽覺的感知，更多的是靠學生的心智去體驗。

再仔細審視我們中學物理教學中的美育，我們不難發現：（1）從現實生活看，社會對一所學校教學質量的優劣評估是升學率。這樣就迫使學校領導和教師關注少數成績優異的同學，一味地注重大量的練習以及解題技巧的訓練，忙于應試，無暇考慮提高學生的全面素質，尤其是美育。（2）從教學過程看，教師往往為了應付檢查，在教案的教學目標“情感態度與價值觀”一欄寫上幾筆培養什么什么美的能力。但縱觀整個教學設計卻幾乎與美育無緣，尤其是教學反思中更難見有關美育的文字了。這種教學理念和教學方法與新課程理念的要求顯然相距甚遠。時代在呼喚：課堂教學中，教師要打破傳統的教學觀念，拓寬物理教學的領域，教學中對學生進行美育滲透，真正讓學生感受到物理學的美妙與和諧。激發學生學習的興趣，培養他們的健全人格。

二、美學原理與物理學的關系

根據有關學者從“三論”（控制論、信息論、系統論）和科學美的角度提出的美學三原理：情感轉移原理、和諧奇異原理和多樣統一原理。物理科學作為無機界科學的統稱，其理論、方法和手段在人類社會實踐中正向綜合化、整體化發展。世界物理圖象逐漸展示其統一性和整體性。龐大的物理知識群體，雖然各部分在體系、內容、方法和發展諸方面都有其自身的結構，但它們相互之間又有內在聯系。通過這種聯系而構成統一的整體，從而形成多樣統一之美。單調不美，多而雜、零而亂也不美，既有差異又有相互聯系、既多樣又統一，則顯得美。因而人類總是從不同的方面去追求世界的統一、自然的統一、社會的統一，即多樣統一，這實質上是對美的追求。多樣統一之美是人類永遠追求的目標。物理學的發展，恰好體現了物理學的這種多樣統一之美。

為了建立物理學的統一理論，許多物理學家為之奮斗不息、前赴后繼。牛頓力學，把地上的力學與天上的力學統一起來；麥克斯韋的電磁理論，把電、磁、光統一起來；愛因斯坦的相對論，則把牛頓力學與麥克斯韋的電磁理論統一起來……仔細察看二十世紀以來的物理進展，就會發現具有立體、交叉、分層次呈網狀的整體結構，向人們展示出物理學大廈優美、真實、和諧統一的框架，猶如巧奪天工的藝術精品，給人以享受不盡的美感。

三、發掘體驗物理科學之美

在中學物理教學中結合教學內容對學生進行美的教育，對于提高學習興趣、發展求知欲，使學生樂于探究自然界的奧秘，體驗探索自然規律的艱辛與喜悅，培養全面和諧發展的人。

1．思想之美。古希臘人認為“美是和諧與比例。”他們認為平面上最美的圖形是圓，空間最美的圖形是球。圓或球有著一種絕對的對稱與和諧，使整體與局部顯得十分協調悅目。所以他們認為天體都必然是球體，并在正圓軌跡上運轉。圓形也符合中國傳統的審美觀，它代表了終極完美，所以結婚稱為圓房，和尚的死也叫圓寂。哥白尼在他的《天體運行論》一書中用詩的語言贊美了太陽：“中央就是太陽，在這華美的宮殿里，為了能同時照亮一切，我們還能把這個發光體放在更好的位置上面嗎？太陽被稱為宇宙之燈，宇宙的主宰……太陽好象是坐在王位上統率著圍繞它轉的行星家族。”這種順序顯示出令人贊嘆的對稱性和軌道的運動與太陽大小的和諧。神圣的造物主的莊嚴作品是何等的偉大啊。哥白尼繼承了古希臘人的美學觀念，把正圓與勻速作為自己學說的基本原則。開普勒在研究行星運動時，認為哥白尼學說還沒有充分提示出宇宙的數的和諧性，它還可以更簡明、更美。在探尋行星運動規律中，開普勒遭到多次失敗，最后終于對勻速與正圓軌道這兩個傳統的觀念產生了懷疑。他大膽假設行星沿橢圓軌道運動，速度是變化的，越接近太陽，速度越快。這樣便發現了行星運動的第一、第二定律。圓可視為一種特殊的橢圓，橢圓包括了圓，因而橢圓不僅具有和諧之美，還具有多樣統一之美，比圓更美。

2．常數之美。中學物理中的常數，有的標志物質的某些特性，如物質的密度、比熱、導體的電阻率、電子的電荷等，還有一些常數，例如萬有引力常數、普朗克常數、阿佛加德羅常數，它們在物理定律中體現著兩個或兩個以上物理量之間相互變化的定量聯系，如萬有引力常數G，不管是地上的物體或天上的星體，它們之間的萬有引力都可用這一常數來計算。這是多么奇妙和神秘！這些在物理問題的討論中，始終保持不變的數，顯示了在無窮豐富的自然界中的統一和諧。物理常數的提出在科學發展中起了顯著的作用。不變的光速c對于狹義相對論的提出，普朗克常數h對于量子理論的發展，都起了極大的作用。所以有的常數可以作為物理學史某一發展階段的標志。萬有引力常數G可以作為牛頓力學發展階段的標志；光速c可以作為麥克斯韋電動力學發展階段的標志；普朗克常數h可以作為量子力學發展階段的標志。許多物理學家正是從這些常數出發去探求整個自然界的和諧與統一。

3．對稱之美。對稱在藝術、生物、數學、物理等學科中有不同的表現形式。對稱性會帶來平衡、穩定，因而感受到一種合乎規律的愉悅。所以，對稱性是美的事物的表現形式之一。在物理教學中接觸到的對稱性是非常普遍的。平面鏡成像，物體和它的像對稱；在電學中，電場和磁場對稱；光的波粒二象性理論，波和粒子對稱，微觀粒子和它的反粒子對稱；在豎直上拋物體運動中，上升和下落運動對稱；作用力和反作用力互相對稱等等。這些物理現象和理論的對稱性，充滿美的色彩，給人以啟迪，給人以快樂，體現了自然規律的一種內在美。對稱在物理學的發展中起了重要作用。古希臘的人對于對稱很重視。他們覺得世界的一切規律都是從對稱來的。愛因斯坦對于對稱也很注意。當德布羅意提出物質波理論時，愛因斯坦根據波的波粒二象性認為物質微粒也有二象性，因而立即對這種理論投了贊成票，促進了物質波理論的發展。法拉第從電場和磁場的對稱性出發，認識到既然電流有磁場，與之對稱，磁也能產生電，從而發現了電磁感應現象。狄拉克在提出著名的空穴理論后，根據對稱性的考慮，從理論上預言了電子的反粒子——正電子的存在。

4．守恒之美。中學物理中的守恒定律有動量守恒、機械能守恒、能的轉化和守恒定律、質量守恒、電荷守恒。這些守恒定律說明了自然界的各種現象是無限循環的，從而顯示出自然界的和諧與統一。守恒定律這條線索，可以從紛繁復雜的自然現象中洞悉自然的內在美，即顯示出一種守恒。能的轉化和守恒定律，恩格斯稱為“偉大的運動基本定律”，認為是十九世紀自然科學的三大發現之一。從力學的發展開始，伽利略在他的斜塔落體實驗中觀察到，從高處下落的物體，在最低處獲得的速度有可能使它跳回到原來的高度。笛卡爾則提出宇宙中運動動量守恒。惠更斯在彈性碰撞的研究中發現動能是守恒的。十九世紀由于力學、電磁學、生物學、化學的發展及蒸汽機的改進，使物理學家感到自然界存在一種統一的“力”，從而創立了“能”的概念。在這過程中，邁爾、焦耳、赫姆霍茨從不同的方面，用各自的方式提出了能的轉化和守恒定律。這一定律的發現，使各種形式的能都統一起來，朦朧的大自然被組合成一幅能量統一的圖案，顯得清楚明了，簡單易懂。

5．人生之美。科學史上的一些科學家獻身科學的精神，體現了一種光輝的人生美。法拉第是最偉大的科學家之一。他成名之后，世界各國贈給他的各種學位頭銜達九十四個之多，但他卻把所有榮譽和獎章都收藏起來，連最親近的朋友都從未見過。當有些人問他喜歡不喜歡這些榮譽，他說：“我從來沒有為追求這些榮譽而工作。”他完全可以要求死后安葬在威斯敏特大教堂中和偉大的牛頓安葬在一起，但他沒有這樣做。他死后安葬在海洛特公墓，墓碑上按他的要求只刻著他的姓名及生卒年月。德國科學家倫琴在發現X光射線后，當柏林通用電氣協會建議以高價換取他的新發現的專利權時，他堅持拒絕了這項建議。倫琴得到的諾貝爾獎金也遵照他的遺囑，贈送給他任教的維爾次堡大學，而他自己晚年由于通貨膨脹則過著很艱難的生活。

總之，物理學并不只是一些枯燥的公式和定理，而是蘊藏著豐富的內在美。這種美需要我們不斷挖掘，使其展露出光彩奪目的美麗色彩，尤其是在新課程全面實施的今天，把物理學中這些美。呈現給我們的學生，啟發學生用心智去體驗，使他們充分感受到物理學的美，從而激發他們的學習興趣，促使他們學好物理。同時，引導學生積極主動地去探索自然界的奧秘，使他們在探索中領會許多事物的本質與聯系，感受到知難而進，解疑釋惑，獲得新知識的愉快，從而培養學生的審美能力和健康的人格，促進社會的和諧發展。