物理科學美的思考

【摘 要】物理學本身是一個美的世界，蘊含著豐富的科學美，認識與發掘物理學中的美，從美的角度去認識物理、研究物理，可以培養學生物理學習的情感、興趣和動機等非智力因素，改善思維結構等，加深對物理的理解，培養科學的審美觀念。本文提出了物理教學中融入美育的重要性和必然性，這是符合物理教學論原則及素質教育要求的。

【關鍵詞】物理科學美 審美 美育 藝術

【中圖分類號】G632 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810（2014）28-0125-02

一 物理科學美的豐富內蘊

1.物理科學的實驗美

實驗，是科學研究的重要環節。實驗美，是科學實驗展示出的美，它貫穿于整個物理實驗過程，體現在新巧的實驗設施、精湛的實驗技術、完美的實驗成果等方面。物理科學實驗美包括實驗設計美、實驗裝置美、操作美、現象美、結果美……

經典物理學中的伽利略自由落體實驗、伽利略勻加速運動實驗等，無不表現出物理實驗美。實驗的奇異美，還能強烈激發學生的學習興趣。例如，在新生開學的課堂上，筆者會給學生演示尖端放電現象、多鋼球剛性碰撞、“飲水鳥”實驗、兩書互相交疊的摩擦力實驗、起電機靜電實驗、磁懸浮實驗、牛頓管、共振現象演示等。實驗過程中，讓學生參與其中，他們熱情洋溢，求知欲得到極大激發。

親自動手設計實驗，使人產生強烈的愉悅美感。云南省會澤縣茚旺高級中學成立的科技興趣小組，每周一在課外活動時，實驗室全部對外開放，幾個教師在實驗室輔助學生做他們自己想做的實驗、小發明。利用閑置物品、損壞儀器、廢舊家用電器、生活用品等來進行實驗，另外還網購了一些材料讓學生進行組裝和探究。學生在此過程中玩得不亦樂乎，在實驗中探求實驗的內在美和實驗設計美，從而激發學生的學習興趣和持久動力。同時，實驗過程中也提升了學生的思維能力和創造能力。

2.物理科學的方法美

物理科學方法美是指物理學研究方法和思想方法所展現的美。作為一門實驗科學，物理學研究不拘于嚴密的完全歸納，大膽地根據有限的實驗，歸納出許多規律。事實證明，根據有限的實驗做出的這種不完全歸納，在經受了有限次實驗（踐）檢驗之后，已有效地形成了科學的內容和體系。經典物理學中，伽利略的研究方法是：對現象的一般觀察→提出工作假說→運用數學和邏輯的手段得出特殊推論→通過物理的或思想的實驗對推論進行檢驗→對假說進行修正和推廣。在現代物理學的研究中，人們更注重于關系和模型。

數學在物理中的應用美，數學成為物理語言中最簡練、最凝聚的語言。數學推導看起來雖很繁難，但當未知的茫茫宇宙與微微粒子的物理世界化為有限的幾個數學公式時，簡單美就會躍然紙上。

物理學之美還體現在物理本質的簡單美，物理規律具有簡潔美。例如，牛頓第二定律的表達式F=ma，就揭示了一切物體的機械運動規律；愛因斯坦的質能方程E=mc2，既揭示了能量與質量的關系，又解釋了核反應的質量虧損。物理中的對

稱美，如萬有引力公式F= 和庫侖定律F= 。

3.物理科學的理論美

闡明科學真理的科學理論既有理性的光輝又有藝術的色彩。科學家們還刻意追求理論的美和理性的美。他們把手里的論文和實驗報告看作是人類追求自然本質美的忠實記錄，看作是人類理性美的忠實記錄。

偉大的物理學家愛因斯坦發現的相對論，便是這個科學世界中一件絕美的杰作，著名物理學家朗道等曾把相對論看作是一切現有物理理論中最美的一個。玻恩也贊美道：“它在我看來像是一件偉大的藝術品，從遠處看去真令人喜愛和值得贊美。”一個物理理論的正確必須是“外在的事實證明”和“內在的完美”的統一。科學理論的博大精深和簡明透徹給人們以強烈的美的感染，這絲毫不遜色于藝術作品所給予人們的美的享受。酷愛音樂的愛因斯坦，視科學理論的美為“思想領域最高的音樂神韻”，說它能給人以“一種壯麗的感覺”。曾榮獲1978年度愛因斯坦獎金的英國理論物理學家史蒂芬·霍金，他以自己對“黑洞”理論的新見解打破了關于“黑洞”的傳統看法，因而轟動了科學界。著名物理學家西雅瑪認為霍金的論文是“物理學有史以來最出人意料的、最漂亮的論文之一”。另一位著名的“黑洞”理論專家說，霍金的成就好像是莫扎特創作了一整部交響樂一樣，把整個宇宙都記在腦子里了。無論怎么說，科學理論都可以是美的，也應該是美的。

二 物理科學美的教育

1.物理教學中要重視物理美學教育

物理美學思想是一種重要的思想方法，因此在物理教學中要貫穿物理美的教育。美籍物理學家楊振寧博士曾寫了《美與物理學》的文章，文中說道：“用專業知識教育人是不夠的，通過專業教育，人只可以成為一種有用的機器，但不能成為一個和諧發展的人。”因此，在物理教學中進行審美教育和美感教育是素質教育的重要組成部分。

對學生進行物理美學教育時，教師要讓學生從物理美的幾個特性去領悟物理知識中的“美”“妙”所在，從而激發學生學習物理的興趣，同時讓學生感受物理學家追求完美的精神。教師在教學的形式和手段上，要重視從實驗的設計思想和觀察現象上培養審美感。學生在欣賞和體驗美的同時，就學到了相關的物理知識，在玩中學，豈不樂哉！記得我的一位學生對我說：“老師，聽你講物理課就是一種享受。”就是由于我講課的同時穿插了美育故事并加以啟迪。揭示物理知識中的美，培養學生的審美觀和鑒賞美、創造美的能力。學生的這種追求美的意識將會成為其投身物理研究的動力源泉。

2.中學物理教學中物理美育的實施途徑

物理教育中的美育要求教師根據物理學的特點和學生的審美心理特點，在物理教育的各個環節進行美育滲透，挖掘物理思想、理論框架、物理規律中美的因素，培養學生美的感受力、鑒賞力和創造力，寓美育于知識教育之中。當然，教師首先應具備一定的審美能力，通過不斷地進修和學習來提高。

教師在實施美育時，多鼓勵學生大膽想象。在課外活動時通過網絡觀看宇宙、自然的美妙。建議學生看中央電視臺科教頻道，激發學生的審美創新意識。我們還為學生創造寬松的學習園地，如科技興趣小組、報刊閱覽室等。研究表明，科學與藝術互有促進性，絕大多數科學家都酷愛藝術，藝術能促進想象力。由此，我們的藝術課一直上到高三，從而加強了學生的發散創造思維。在教學過程中，教師要教會學生應用和建構物理模型，通過模型法來促進學生的認知發展，激發學生學習興趣，從而提高學生對中學物理的學習興趣。

物理學研究自然界物質運動最普遍的規律以及物質的結構和相互作用。自然界中的物質種類繁多、運動錯綜復雜，物理學家巧妙地從復雜的現實世界中，抽象出最簡單的各種物理模型。在形成理想模型時，舍棄次要的、非本質的因素，將復雜變為簡單，既簡潔又美觀、既抽象又形象，給我們帶來物質世界美的享受。所以，物理學家對物理學的探索過程，就是對物理科學美的創造、鑒賞、再創造的過程。

參考文獻

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[2]王宏金、程民治.物理科學臻美概論[M].濟南：山東教育出版社，1996

〔責任編輯：龐遠燕〕