淺析物理教學與科學美

摘 要：科學美具體表現(xiàn)為對稱性、簡單性、比例協(xié)調(diào)的和諧性、多樣化中的統(tǒng)一性、完美的數(shù)學形式等，這是學術界一般認定的科學美的特征。在物理教學中實施科學美教育，具有鮮明的特點、獨特的優(yōu)勢和特殊的功能。作為一名物理教師首先要能夠體會到物理學中的科學美，然后才能夠引導學生去領略、探索、創(chuàng)造美。本文從自然現(xiàn)象的奧妙美、物理理論的和諧美、物理思維的嚴謹美、科學精神的崇高美、物理創(chuàng)造的新奇美、科學探索的激情美等六個方面，結合教學實踐，論述如何在中學物理教學中實施科學美的教育。

關鍵詞：物理；教學；科學美

引言

科學美是美的形態(tài)的一種，科學美教育作為審美教育的子概念，具有審美教育的最基本的“感性”特征。科學美教育，不僅可以喚起學生的科學美感，培養(yǎng)學生熱愛科學的感情，奠定正確的科學觀，對科學探索和創(chuàng)造本身大有益處，更重要的是，它還能夠促進個體感性和理性的融合統(tǒng)一，維護個體心理功能的完整性和協(xié)調(diào)性，這便是科學美教育的一般功能。科學美具體表現(xiàn)為對稱性、簡單性、比例協(xié)調(diào)的和諧性、多樣化中的統(tǒng)一性、完美的數(shù)學形式等，這是學術界一般認定的科學美的特征。在物理教學中實施科學美教育，具有鮮明的特點、獨特的優(yōu)勢和特殊的功能。作為一名物理教師首先要能夠體會到物理學中的科學美，然后才能夠引導學生去領略、探索、創(chuàng)造美。下面我結合個人的教學體會談幾點拙見。

1 自然現(xiàn)象的奧妙美

新課標中明確指出，通過從自然、生活到物理的認識過程，能保持對自然界的好奇，初步領略自然現(xiàn)象中的美妙與和諧，對大自然有親近、熱愛、和諧相處的情感。不論何版本的新教材，都選擇了大量優(yōu)美和諧的圖片故事等，常見于章節(jié)的開篇之前用于創(chuàng)設情境，在奧妙揭示之時用于深化理解，在知識的應用之處用于提升境界。在教學過程中，我們應該要認真領會并加以運用。對于《光的色散》這一節(jié)，應先讓學生感受自然界中的彩虹、陽光照射下光碟反違商標反射出的七彩光等現(xiàn)象的美妙與和諧，而后提出問題，進行探究，最終了解光的色散，明確白光的組成，揭示其中的奧妙。這樣就可以讓學生在領略自然現(xiàn)象中的美妙與和諧的過程中，激發(fā)學生的情感，認識物理規(guī)律，領悟科學美的真諦。

在物理教學過程中，教師要通過對自然現(xiàn)象的揭密，讓學生領略到自然界在外觀上紛繁復雜，似乎雜亂無章，但在實質(zhì)上卻是和諧統(tǒng)一，具有規(guī)律可尋。不同物品反射出的七彩光的顏色的排列順序是一致的；用能量的概念將自然界中看似毫不相干的各種現(xiàn)象統(tǒng)一在一起；質(zhì)量的守恒、能量的守恒、電荷的守恒，這些的一致性都體現(xiàn)了形式的多樣性與本質(zhì)的統(tǒng)一性，外在的復雜性和內(nèi)在的單純性。也就是說，自然是統(tǒng)一的、單純的，即和諧的。宏觀世界如此，微觀世界亦然。物理學研究的對象首先就是自然世界，目的在于揭示自然的奧秘，現(xiàn)出自然的真貌，反映自然的規(guī)律。而科學美的實質(zhì)在于反映自然界的和諧。

2 物理理論的和諧美

物理實驗、物理理論、物理公式之所以美，首先在于它能夠把握客觀實在，反映自然界的內(nèi)在和諧。我們認為，是自然的和諧與統(tǒng)一決定了科學理論的和諧與統(tǒng)一，是大自然的和諧之美決定了科學理論的和諧之美。一種科學理論成果，如果揭示了自然界的規(guī)律，反映了自然界的和諧，它就不僅是“真”的，而且是“美”的。物理學史上，愛因斯坦的相對論，普朗克的量子論等等被人們稱為“科學的藝術品”。愛因斯坦曾稱贊玻爾所提出的原子中的電子殼層模型及其定律是“思想領域中最高的音樂神韻”。哥白尼的“日心”模型：太陽居中，眾星環(huán)繞，哥白尼自己就認為：“這種想法令人愉快。” 物理學習、科學研究的最高境界便是這種真與美的統(tǒng)一。

作為物理教師要不斷地體會物理理論的和諧之美，用心引領學生去感悟其中的和諧之美，讓學生也能獲取真正意義上的美感體驗，那么我們的教學就能夠提升到一個更高的境界。例如：對于光的反射定律我們要讓學生體會到其中的和諧對稱美，可以將整個定律歸結為“對稱”講授；在G＝mg規(guī)律的探索過程中，每在掛鉤上增加一個鉤碼，學生就能預測其結果。這就是學生在感悟內(nèi)在和諧的基礎上做出的反映，再由教師指明內(nèi)在的和諧之美，其效果是顯而易見的。在物理學中的每一公式也都反應出物理規(guī)律的數(shù)學完美形式，使學生對規(guī)律的理解、應用更趨簡單，我們就可以從美學角度加以引導深化。

3 物理思維的嚴謹美

物理學科要求學生的思維有一定的深刻性和靈敏性。在合力與分力的教學過程中，引導學生看課本中的三幅圖，創(chuàng)立一個問題情景，讓學生在這些信息中尋找與之相適應的知識，激活原有的知識體系，概括出有用的信息，進行受力分析從而建立起物體受力模型，然后進行討論、分析和研究得出合力與分力的概念。讓學生在對問題的研究中掌握研究物理問題的一般方法，即從對象到過程到受力分析，形成嚴謹?shù)奈锢硭季S方法，也就是追求科學美、形成科學美的美學意識過程。普里戈金曾說過：“事實分解或約化得越簡單、越清晰，人們越能從總體上、規(guī)律上把握自然，而那些能使人‘從無序中見出有序’的科學理論毫無疑問被認為是美的”。

物理思維過程就是要力圖把握自然的統(tǒng)一與和諧，這就具有了科學美的基本特性。自然事物與現(xiàn)象總是紛繁復雜的，而其背后的規(guī)律與本質(zhì)總是相對簡單的。因此，在某種意義上，科學研究——物理思維過程就是致力于追求其“簡單性”的過程，追求科學美的過程。在物理思維過程中常用到的歸納和演繹也同樣具備科學美的特性。歸納和演繹是統(tǒng)一于簡單性的，歸納的一般結果表達要求要盡量簡單，在此前提下，演繹才可能進行，簡單性是歸納的邏輯要求，也是演繹的邏輯前提。再者，在物理現(xiàn)象的分析、物理題的解答過程中的統(tǒng)一性、普適性、抽象性、完整性無不體現(xiàn)著嚴密邏輯、嚴謹統(tǒng)一的科學美。學生在掌握物理解題的基本方法，也就練就了科學嚴謹，條理清晰的思維方法。

4 科學精神的崇高美

科學精神作為人類文明的崇高精神，它表達的是一種敢于堅持科學思想的勇氣和不斷探求真理的意識，它具有豐富的內(nèi)涵和多方面特征。科學家們正是憑著鍥而不舍、不畏艱難險阻的精神，以非凡的勇氣和毅力，孜孜不倦地探索著科學的奧秘，在科學的各個領域做出了杰出的貢獻。這也是一個有成就的人應該具有的基本品質(zhì)。

新課程的總目標就要求：通過物理科的學習，使學生具有創(chuàng)新意識，能獨立思考，勇于有根據(jù)地懷疑，養(yǎng)成尊重事實、大膽想像的科學態(tài)度和科學精神。因此我們要將這些精神貫穿于整個物理教學的始終。在教學中，要通過科學探究，使學生經(jīng)歷基本的科學探究，學習科學探究方法的過程，形成尊重事實、探索真理的科學態(tài)度；在組織學生進行科學想像與科學推理，培養(yǎng)學生養(yǎng)成良好的思維習慣的過程中，促使學生形成敢于質(zhì)疑，勇于創(chuàng)新的科學精神；通過對物理學發(fā)展的大體發(fā)展、科學家的探索歷程的展示，接受科學態(tài)度和科學精神的熏陶。

具體地說，在物理教學中科學精神主要表現(xiàn)為求實精神、探索精神、合作精神、獨立精神、創(chuàng)新精神和懷疑精神以及養(yǎng)成實事求是、尊重自然規(guī)律的科學態(tài)度。同時還可以從科學精神中派生出多種多樣的精神，如公平、效益、競爭、嚴謹、求實、自由、民主等等精神。將這些精神抽象出來，使其具體化，引導學生在注重科學精神的形成過程中追求真善美的最高境界。

5 物理創(chuàng)造的新奇美

科學美客觀地存在于人類創(chuàng)造的科學發(fā)現(xiàn)和發(fā)明之中，它是人類在探索、發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律的過程中所創(chuàng)造的成果或形式。科學創(chuàng)造和藝術創(chuàng)造一樣，都要遵循和服從美的規(guī)律。科學創(chuàng)造本身就是一種美的創(chuàng)造。在學生的創(chuàng)造活動中，我們應當引導學生用美學的標準來嚴格要求。在評價學生的創(chuàng)造作品時，引導學生從美學的視角來評判。

物理創(chuàng)造中的科學美不僅體現(xiàn)于科學研究成果，而且顯現(xiàn)在科學創(chuàng)造過程。科學美是美的一種高級形式，是人按照美的規(guī)律創(chuàng)造的結晶。它是在人類審美心理、審美意識達到較高的發(fā)展階段，理論思維與審美意識交融、滲透的情況下產(chǎn)生的。科學家體驗到的不僅是科學理論蘊涵的美，同時還體驗著科學創(chuàng)造本身的美。對于不專門從事科學活動的人，在日常生活中更多地是感受到物化形態(tài)的科學設施和科學產(chǎn)品的美，譬如實驗室賞心悅目的各種器具、觀測儀器、火箭發(fā)射場氣勢宏大的動力裝置等等。而一個對科學稍有涉獵和接觸的正常人，在科學創(chuàng)造的過程中也能夠獲取美感體驗、獲取更多的新奇。因此我們在教學中不僅要讓學生感受創(chuàng)造出的作品之美，更要注意引導學生去體驗創(chuàng)造過程中的美。

6 科學探索的激情美

激發(fā)學生的求知欲，讓學生領略自然現(xiàn)象中的美妙與和諧，培養(yǎng)學生終身的探索興趣。這也是物理教學要達成的目標之一。很多著名科學家都在各自的科學實踐活動中感受、體驗和發(fā)現(xiàn)科學美的存在。愛因斯坦曾驚嘆邁克爾遜——莫雷實驗“所使用方法的精湛”和“實驗本身的優(yōu)美”。 同樣，我們也應該讓學生在科學探究中感受、體驗和發(fā)現(xiàn)科學美的存在，從低級反映過渡到高級反映。科學探索的過程就是求真求實的過程，但又不僅僅是發(fā)現(xiàn)，它還是創(chuàng)造，是重構。科學要求真，但又不只求真，它還求美，求藝術性。僅就揭示自然奧秘、發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律而言，它無疑是真的;而就其理論創(chuàng)造、思維方式而言，它無疑又是美的。

在科學探究過程中，我們要引導學生不僅“見出自然之真”，而且要“覺出自然之美”。譬如在歐姆定律的探究過程中，電阻一定時，電壓增加幾倍，電流也就增加幾倍；電壓一定時，電阻增加幾倍，電流就變?yōu)樵瓉淼膸追种弧⑵涮嵘娇茖W美的高度，讓學生透視其中的內(nèi)在和諧，使其獲取美感體驗。也只有這樣才能夠讓學生在更深程度上激發(fā)了他們的探索興趣，保持學生的探索熱情。促使他們的審美力在實踐活動中形成、發(fā)展和完善起來的。讓不同層次的學生經(jīng)歷不同的實踐活動，形成不同程度的科學美的鑒賞力，也就提升了他們的科學素養(yǎng)。

7 結論

一般而言科學美是指自然科學中的美，它包括自然科學中反映出來的自然美與科學理論體系的美。科學美應該包括兩方面的內(nèi)容，一方面是科學作為審美對象所具有的內(nèi)在聯(lián)系；另一方面是人作為審美主體的美感，兩者相融合才能形成科學美。因此，我們說科學美是人們認識客觀事物的內(nèi)在聯(lián)系，并在情感上激起的極大樂趣。現(xiàn)代生活已使科學美逐漸分化出來，成為跟自然美、社會美和藝術美平分秋色的相對獨立的第四審美形態(tài)。作為自然科學中的一個分支——物理學，在教學中要促使學生形成科學美感，提升學生的審美境界，具有更高的科學鑒賞力和審美力。使他們能夠從科學作品中獲得比平常人更多、更深、更強烈的美感體驗。

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