在物理教學(xué)中發(fā)掘和運(yùn)用美育要素

【摘 要】美，在物理教學(xué)中有著多樣的形式，在物理學(xué)史和科學(xué)家身上也有著豐富的內(nèi)涵。然而，物理教學(xué)中對(duì)美的教育意義的認(rèn)識(shí)與運(yùn)用仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，這有待于我們?cè)诮虒W(xué)中深入發(fā)掘。

【關(guān)鍵詞】美 物理教學(xué)

【中圖分類號(hào)】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-4810（2014）07-0073-02

物理學(xué)是一門求真的科學(xué)，也是一門無處不閃爍著“美”的科學(xué)。當(dāng)我們從美的角度“以美啟真”的時(shí)候，學(xué)生所獲得的不僅僅是對(duì)物理知識(shí)的接受，而且是一種愉悅而深刻的美的體驗(yàn)，而這種美的體驗(yàn)又往往會(huì)化為濃厚的學(xué)習(xí)興趣和持久的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，推動(dòng)學(xué)生不斷“求美致真”。美對(duì)我們來說，具有永恒的教育價(jià)值。

一 利用物理知識(shí)，深入發(fā)掘科學(xué)美

在科學(xué)領(lǐng)域也蘊(yùn)涵著美，我們稱之為科學(xué)美。科學(xué)美在物理學(xué)中具有豐富多樣的形式。

1.統(tǒng)一美

盡管自然萬物繽紛多彩，千變?nèi)f化，但它們的存在和變化總是遵從一定的規(guī)律，這些規(guī)律奇妙地支配著自然界中不息的一切，使自然萬物運(yùn)演得和諧有序，這種和諧有序性表現(xiàn)出來的美即統(tǒng)一美。比如，太陽系在銀河系中的運(yùn)行，八大行星繞太陽的運(yùn)行，肉眼看不到的微觀世界中電子繞原子核的運(yùn)行，這些物體或粒子在尺寸上相去何止萬里，但它們卻都受萬有引力的制約，運(yùn)動(dòng)軌跡又何其相似！又如，水、聲、光截然不同，但它們卻可以在波的干涉與衍射規(guī)律中得到統(tǒng)一。“統(tǒng)一”的觀念不但使我們對(duì)世界的認(rèn)識(shí)變得有序，而且還變得簡潔，這種化萬物于一胸的和諧舒朗的感受就是一種美的體驗(yàn)。

2.守恒美

“恒常不變”可以給人“永恒”的美感，可稱之為守恒美。19世紀(jì)50年代，“能量轉(zhuǎn)換和守恒定律”的建立是科學(xué)史上的一件大事，被恩格斯高度評(píng)價(jià)為19世紀(jì)最偉大的“三大發(fā)現(xiàn)”之一。“能量轉(zhuǎn)換和守恒定律”不僅對(duì)科學(xué)界和哲學(xué)界產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，而且以其對(duì)宇宙中總質(zhì)能的“恒常不變”的完美體現(xiàn)深深打動(dòng)了當(dāng)時(shí)以及后來的科學(xué)家們。著名的物理化學(xué)家奧斯特瓦爾德就非常熱衷于這個(gè)原理，以致把它當(dāng)作世界觀來宣傳。此外，還有質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒、宇稱守恒等等。

3.實(shí)驗(yàn)美

物理實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出來的美就是實(shí)驗(yàn)美。實(shí)驗(yàn)美可以表現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中，如白光透過棱鏡折射出的美麗彩光，統(tǒng)計(jì)物理實(shí)驗(yàn)中大量小球隨機(jī)下落中表現(xiàn)出來的規(guī)律分布。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)美還體現(xiàn)在設(shè)計(jì)的精巧與絕妙之中，如邁克爾遜設(shè)計(jì)的測定光速的干涉實(shí)驗(yàn)。為了提高精確度，他創(chuàng)立了多面旋轉(zhuǎn)法延長光路，采用每次實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置90°的辦法消除了系統(tǒng)誤差，他不能使地球停轉(zhuǎn)或倒轉(zhuǎn)，于是用河中行船來類比等等。這些設(shè)計(jì)思想是精妙絕倫的、美妙絕倫的，以至于愛因斯坦稱邁克爾遜為科學(xué)家中的藝術(shù)家。

4.對(duì)稱美

對(duì)稱的事物表現(xiàn)出的均衡對(duì)應(yīng)的美即對(duì)稱美。靜電場中的“電勢(shì)、電壓”和地球引力場中“地勢(shì)、高度差”的概念就可看成是對(duì)應(yīng)對(duì)稱的，電和磁的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是對(duì)稱的，所有

共軛的物理量之間的關(guān)系是對(duì)稱的，就連物體的運(yùn)動(dòng)有時(shí)也是對(duì)稱的（比如在AB兩人相對(duì)而坐的桌上，把一支鉛筆從A側(cè)滾到B側(cè)，再讓它從B側(cè)滾到A側(cè)，這個(gè)“一來一往”的簡單過程就可以形象地說明運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性）。可見，在物理學(xué)領(lǐng)域，不論是概念、規(guī)律、過程、現(xiàn)象，都廣泛存在著對(duì)稱的形式，也就存在著對(duì)稱美。

5.形式美

指物理學(xué)內(nèi)容在表現(xiàn)形式方面的外觀美。其表現(xiàn)如圖示、圖象、數(shù)學(xué)公式、符號(hào)等等。法拉第于1837年提出了“電場”、“磁場”的嶄新觀念。由于“場”看不見，摸不著，很難用文字來描述，經(jīng)過周密的思考和分析，他最終提出了“力線”的假想，并用力線的圖示成功地描述了場的形象，從容流暢，內(nèi)涵豐富，猶如繪畫領(lǐng)域中的寫意傳神。至于數(shù)學(xué)公式，有人說，數(shù)學(xué)公式本身就是一首首自然贊美詩，因?yàn)樗鼈円詿o比簡潔的形式概括了物質(zhì)世界深邃而神奇的規(guī)律，蘊(yùn)涵了莊嚴(yán)、永恒、宏偉的意境。

二 從物理學(xué)史中和科學(xué)家身上感悟美

一部物理學(xué)史，就是一部孜孜求真的歷史，也是一部科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)美、體驗(yàn)美、創(chuàng)造美的富有激情的歷史。他們辛勤的勞動(dòng)、瑰麗的想象、崇高的理想和堅(jiān)定不渝的精神，無處不閃爍著美的光輝。

1.科學(xué)家的研究創(chuàng)造和他們的美學(xué)觀念有著密不可分的關(guān)系

在人類的各種活動(dòng)中，美感是非常重要的。一個(gè)科學(xué)家面對(duì)自然規(guī)律的美以及和諧的宇宙秩序如果無動(dòng)于衷，那么他們的創(chuàng)造是不可想象的。彭加勒在一篇文章中直率地說：“科學(xué)家不是因?yàn)橛杏貌叛芯孔匀坏摹Ｋ芯孔匀皇且驗(yàn)樗麖闹械玫娇鞓罚凰麖闹械玫娇鞓肥且驗(yàn)樗馈Ｈ羰亲匀徊幻溃R(shí)就不值得去求，生活就不值得去過了……”狄拉克也寫道：“讓方程式優(yōu)美比讓方程式符合實(shí)驗(yàn)更加重要”；玻姆表示：“物理學(xué)是洞察力的一種形式，因而也是藝術(shù)的一種形式”；費(fèi)曼也說：“大自然具有一種質(zhì)樸性，因而非常優(yōu)美”……這一點(diǎn)在20世紀(jì)最偉大的物理學(xué)家之一的愛因斯坦身上表現(xiàn)得尤為突出。

愛因斯坦的一生，始終是帶著求美的激情去求真的。他具有物質(zhì)世界和諧統(tǒng)一美的思想，并把探索和理解自然界的統(tǒng)一性作為他的最高目標(biāo)。當(dāng)他把麥克斯韋方程組應(yīng)用到運(yùn)動(dòng)物體上時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一些“不對(duì)稱”。而這“不對(duì)稱”使得牛頓力學(xué)普遍成立的相對(duì)原理在這里不再成立，即統(tǒng)一性遭到了破壞。他認(rèn)為“統(tǒng)一性遭到破壞”不應(yīng)是和諧自然界所固有的，也是他因此不能接受的。因此也就把問題轉(zhuǎn)移到了經(jīng)典物理絕對(duì)時(shí)空觀的局限性的研究上，提出了狹義相對(duì)論。在此之后，他繼續(xù)基于對(duì)大自然內(nèi)在統(tǒng)一性的理解與追求，又把相對(duì)性原理擴(kuò)展到加速運(yùn)動(dòng)的參照系，最終建立了廣義相對(duì)論。不難想象，假如沒有對(duì)自然和科學(xué)的強(qiáng)烈美感，沒有因美感帶來的探索激情，也就沒有相對(duì)論的誕生。可見，美的思想在愛因斯坦的創(chuàng)造過程中起了尤為重要的推動(dòng)作用。不僅如此，美還成為愛因斯坦研究價(jià)值的一個(gè)原則。邦迪在紀(jì)念愛因斯坦的文章寫道：“我記得最清楚的是，當(dāng)我提出一個(gè)自以為有道理的設(shè)想時(shí)，愛因斯坦并不與我爭辯，而只是說，‘啊，多丑！’只要覺得一個(gè)方程是丑的，他就對(duì)之完全失去興趣，并且不能理解為什么還會(huì)有人愿在上面花這么多的時(shí)間。他深信，美是探求理論物理學(xué)中重要結(jié)果的一個(gè)指導(dǎo)原則。”

2.從物理學(xué)史中感悟科學(xué)家在探求真理的過程中表現(xiàn)出來的人格美

人格美可以向我們展示科學(xué)認(rèn)識(shí)過程的艱難與曲折，可以喚起人們心中崇高的思想與情感，它是一種崇高的美，甚至是一種悲壯的美。

哥白尼提出的“日心說”，在今天已成為家喻戶曉的科學(xué)常識(shí)。然而在當(dāng)時(shí)，“地球繞太陽運(yùn)行”的觀點(diǎn)卻是不能被社會(huì)所理解和容納的。哥白尼的“天體運(yùn)行論”終于導(dǎo)致了物理學(xué)史上著名的天文學(xué)革命。而布魯諾，就是這場革命中勇于為科學(xué)獻(xiàn)身的勇士。當(dāng)他讀了哥白尼的著作后，他說：“如同一道霞光，它的出現(xiàn)應(yīng)當(dāng)使數(shù)百年來埋藏在盲目、無恥和嫉妒愚昧的黑暗山洞里的古代真正科學(xué)的太陽，也放光明。”他到處宣揚(yáng)“日心說”，大膽批判宗教哲學(xué)，引起了羅馬宗教裁判所的恐懼，于1592年被捕入獄，于1600年2月17日被活活燒死在羅馬百花廣場上。臨刑前他依然堅(jiān)定地說：“在宣布對(duì)我的判決時(shí)，你們比我接受這個(gè)判決要恐懼得多。”

伽利略也是一位維護(hù)和發(fā)展“日心說”的科學(xué)家，他也因宣傳真理觸怒了羅馬教皇，并以“反對(duì)教皇，宣傳邪說”的罪名被終身監(jiān)禁。就算在雙目失明的情況下，他也沒有向教會(huì)妥協(xié)，最終死于幽禁之中。

正是因?yàn)楦绨啄帷⒉剪斨Z、伽利略等人的不懈追求與奮斗，才使得天文革命最終摧毀了“人類中心”和“天界是神圣的”等神學(xué)觀念，將自然科學(xué)從神學(xué)中解放出來，從此打開了近代自然科學(xué)的大門。

現(xiàn)在，雖然布魯諾的犧牲已成為歷史，崇尚科學(xué)與文明的社會(huì)再也不能容許對(duì)科學(xué)家的迫害，但是他們?yōu)榭茖W(xué)獻(xiàn)身的精神依然鼓舞著后來的人們。眾多的科學(xué)家們淡泊名利，勇于向各種艱苦的條件挑戰(zhàn)，向各種未知的領(lǐng)域探尋，兢兢業(yè)業(yè)、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的精神不也是種樸素而崇高的人格美嗎？這種人格之美，對(duì)學(xué)生會(huì)產(chǎn)生深深的感召力，會(huì)激勵(lì)學(xué)生“迎難而上”、“決不放棄”。

綜上所述，物理學(xué)中，不僅存在著美的形式，而且蘊(yùn)涵著美的思想與靈魂。美對(duì)于知識(shí)，好比是點(diǎn)石成金的神秘符咒；美對(duì)于人的全面發(fā)展，好比是架在知識(shí)、情感與道德間的橋梁。然而，在物理教學(xué)領(lǐng)域，人們對(duì)美的教育意義的認(rèn)識(shí)與運(yùn)用仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。人，不是知識(shí)的口袋，人的創(chuàng)造性不僅僅是知識(shí)與智力的累積。正如愛因斯坦所說，“照亮我的道路并且不斷地給我新的勇氣去愉快正視生活的理想，是善、美和真。”作為物理教師，應(yīng)該充分認(rèn)識(shí)到物理教學(xué)中美的客觀性、必要性，并從審美的角度結(jié)合學(xué)生的身心特點(diǎn)組織教學(xué)，以美啟真，求美致真。

參考文獻(xiàn)

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〔責(zé)任編輯：龐遠(yuǎn)燕〕