物理教學(xué)滲透學(xué)科美

黃起樽

摘 要：科學(xué)求真，人文求善，教育應(yīng)是真、善、美的統(tǒng)一。物理是一門以實驗和觀察為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，物理教學(xué)應(yīng)該向?qū)W生傳遞美、展現(xiàn)美，讓學(xué)生感受美、體驗美、創(chuàng)造美，并從物理學(xué)家身上潛移默化實現(xiàn)自我人生價值的人生美。

關(guān)鍵詞：物理教學(xué)；滲透；美

蘇霍姆林斯基曾指出：“教育和教學(xué)過程有三個步驟：科學(xué)、技巧和藝術(shù)。”要獲得優(yōu)秀的教學(xué)效果，達(dá)到全面育人的教學(xué)目的，就必須在追求物理教學(xué)科學(xué)性的基礎(chǔ)上，還要講究物理教學(xué)的藝術(shù)性，使學(xué)生感受物理學(xué)科之美，塑造物理科學(xué)與人文高度統(tǒng)一的健全人格。“判天地之美，析萬物之理。”如何將物理之美滲透于教學(xué)中，本文將結(jié)合自身教學(xué)體會加以詮釋。

一、創(chuàng)設(shè)物理情境，傳遞自然美

自然界紛繁復(fù)雜，物理世界豐富多彩、奇異變幻，蘊含無限美的圖景。

《磁場對運動電荷的作用》新課引入時，通過播放極光剪輯視頻或極光圖片，極光形態(tài)各異、瞬息萬變，把學(xué)生帶進(jìn)神奇夢幻般的世界，激起學(xué)生對美的無限遐想，感嘆自然界如此壯觀，驚嘆物理世界有如此之美，激發(fā)起學(xué)生對物理的不斷渴求。

二、搭建物理知識結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)結(jié)構(gòu)美

零散的知識既不利于理解、記憶，而且應(yīng)用時容易混淆是非。倘若能引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)的知識進(jìn)行再創(chuàng)造，構(gòu)建出知識的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，既可達(dá)成對知識的理解、梳理和記憶，而且能感受知識的結(jié)構(gòu)美，同時內(nèi)心油然而生搭建成功的愉悅心情。

《感應(yīng)電流的方向》新課教學(xué)中對楞次定律的理解，可構(gòu)建出如圖1所示的結(jié)構(gòu)圖。

《電勢能與電勢差》復(fù)習(xí)時，由于涉及的物理概念較多，如電勢、電勢能、電勢差、電場力做功、電勢能的變化等，學(xué)生理解較模糊，容易混亂，因此引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行梳理，形成如圖2所示的結(jié)構(gòu)圖。

某次省高三備考復(fù)習(xí)研討會，《電磁感應(yīng)與能量綜合》的復(fù)習(xí)觀摩課上，授課教師在進(jìn)行專題小結(jié)時展示了如圖3所示的“眼操”結(jié)構(gòu)圖，于物理教學(xué)滲透人文關(guān)懷，其結(jié)構(gòu)令人記憶猶新。

三、物理規(guī)律的表達(dá)，彰顯簡潔美

自然現(xiàn)象看似錯綜復(fù)雜，然而其背后隱藏的卻是簡單的物理規(guī)律。國際單位制中只要規(guī)定七個主單位，其余物理量的單位均能推導(dǎo)得出；也正因為1 N=1 kg·m/s2，牛頓第二定律的表達(dá)式由 “F=kma”轉(zhuǎn)化成“F=ma”，規(guī)律顯得如此簡單。

四、物理過程的時間反演，揭示對稱美

一個物理過程如果能逆向運動而不改變其運動特征，那么這一時間反演就揭示該物理過程具有對稱性。它常常可使我們不必精確地去求解就可以獲得一些知識，使物理過程得以簡化，甚至使得某些頗難解的問題迎刃而解，體現(xiàn)物理過程對稱美的魅力。

例1.豎直上拋運動的下降過程與上升互為可逆對稱性，因此上升過程問題可轉(zhuǎn)化為下降過程處理。例如，一物體以足夠大的初速度做豎直上拋運動，在上升過程中最后1 s初的瞬時速度的大小和最后1 s內(nèi)的位移大小分別為（ ）

A.10 m/s，10 m B.10 m/s，5 m

C.5 m/s，5 m D.由于不知道v0的大小，無法計算

點評：根據(jù)對稱性，所求問題變成求解自由下落1 s末的速度大小和1 s內(nèi)的位移大小，正確答案是B。

例2.如圖4所示，半徑為R的光滑半圓球固定在水平面上，球心為O，問在水平面上C點以多大的速度投射一顆小球，能使小球沿著半球面恰好到達(dá)頂點A處？并求出OC的距離。

點評：該題若能運用時間反演對稱性，將使物理情景清晰易于解決。

設(shè)小球從頂點A靜止開始沿球面下滑，到達(dá)B點即將離開球面，最后落在水平面上的C點（如圖5所示）。

AB過程，有：mgR（1-cosθ）=■mv2B

到達(dá)B處，有：mg cosθ=m■

BC過程，有：SOC-Rsinθ=vBcosθ·tRcosθ=■gt2vcy=gt

聯(lián)立上述各式，解得：SOC=■R，vc=■=■，tanα=■=■，此即為本題所求問題的答案。

水平彈簧振子（或單擺）做簡諧運動時，其相對平衡位置左右兩邊是對稱的，不必求解就可以知道，從中間平衡位置向左運動到某一位置的時間一定等于從平衡位置向右運動到對稱位置的時間，而且平衡位置兩邊等距離處振子的速度和加速度的大小必定是相等的。在光的反射與折射現(xiàn)象中，光路具有可逆對稱性。這一特征為某些物理問題的求解，提供了創(chuàng)意的思路。

五、物理規(guī)律的本質(zhì)，具有和諧統(tǒng)一美

法拉第的實驗記錄：“長期以來我就持有一種觀點，幾乎是一種信仰，我相信其他許多愛好自然知識的人也會共同有的，就是物質(zhì)的力表現(xiàn)出來時所具有的各種形態(tài)，都有一個共同的根源，或者換句話說，它們是相互直接聯(lián)系的，也是相互依賴的。”世界包羅萬象，物質(zhì)的本源是和諧統(tǒng)一的。

牛頓將地面上的物體的重力與月地間、行星與太陽間的引力統(tǒng)一起來，創(chuàng)立了具有劃時代意義的萬有引力定律，從而使地球上力學(xué)與天上的力學(xué)得到和諧統(tǒng)一。

功是能量轉(zhuǎn)化的量度。不同形式能量的轉(zhuǎn)化過程相伴隨不同力在做功，而且轉(zhuǎn)化多少由相應(yīng)力的功來度量；對不同形式勢能（如重力勢能、彈性勢能、電勢能、分子勢能等）轉(zhuǎn)化的多少，由相應(yīng)的保守力做功的多少所決定，而且當(dāng)保守力做正功時，其勢能減少，當(dāng)保守力做負(fù)功時，其勢能必增加。

六、物理試題的演變，體現(xiàn)奇異美

信息時代物理習(xí)題成千上萬，有些物理問題變化復(fù)雜，形變質(zhì)不變，萬變不離其宗，這就是奇異美。

例3.如圖6所示，在光滑的水平面上，一輕質(zhì)彈簧一端連著物體A，物體B以水平速度為v0向左運動，已知A的質(zhì)量是B的質(zhì)量的■，求當(dāng)彈簧的彈性勢能最大時兩物體的速度分別多大？

例4.如圖7所示，相距較遠(yuǎn)的兩個帶正電荷的小球A和B，質(zhì)量分別為m、2m，在光滑水平面上以相同的速率v相向運動，求系統(tǒng)電勢能最大時兩小球的速度分別多大？

例5.科學(xué)家們使兩個帶正電的重離子被加速后沿同一條直線相向運動而發(fā)生猛烈碰撞，試圖用此模擬宇宙大爆炸初的情境。為了使碰撞前的動能盡可能多地轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，關(guān)鍵是設(shè)法使這兩個重離子在碰撞前的瞬間具有（ ）

A.相同的速率 B.相同大小的動量

C.相同的動能 D.相同的質(zhì)量

點評：上述三道試題雖然物理背景不同，過程的作用力也不同，但其發(fā)生的過程均類似于完全非彈性碰撞，末狀態(tài)兩物體具有相同的速度，系統(tǒng)損失的動能達(dá)最大，轉(zhuǎn)化為其他形式的能也最大，真可謂“異曲同工”。答案：分別為■v0，■v，B。

七、物理學(xué)家的研究歷程，感召人生美

在科學(xué)史上，無數(shù)科學(xué)家一生對真理執(zhí)著追求，獻(xiàn)身科學(xué)，通過科學(xué)發(fā)明、發(fā)現(xiàn)來體現(xiàn)其人生的價值，其人生之美壯麗莊嚴(yán)，令后人欽佩。

法拉第十年堅持不懈艱難的探索，終于發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，成為19世紀(jì)最偉大的發(fā)現(xiàn)。法拉第的貢獻(xiàn)惠及每個人，把人類文明提高到空前高度，把文明進(jìn)程提前幾十年甚至幾百年。他甘愿以平民的身份實現(xiàn)獻(xiàn)身科學(xué)的諾言，成就了其偉大而又平凡的人生。

法國著名波蘭裔物理學(xué)家居里夫人以鋼鐵般的意志和對科學(xué)的真誠熱愛，歷經(jīng)45個月，從數(shù)噸鈾礦渣中提煉出十分之一極純凈的氯化鐳，并公布制鐳的方法，踐行自己“科學(xué)造福人類”的人生追求，展現(xiàn)了科學(xué)家的人生美。

理想的教學(xué)應(yīng)是愉快的“教”與“學(xué)”，“寓教于樂”。不講究教學(xué)藝術(shù)，不注意發(fā)掘教學(xué)活動中的美學(xué)因素，教學(xué)就有可能蛻化為一種工具式的純技術(shù)性的工作，一種程式化的工作，缺乏個性、創(chuàng)造力和感染力，達(dá)不到教學(xué)應(yīng)有的目的。對美的追求，可以啟迪智慧，啟發(fā)思維，引導(dǎo)人們?nèi)グl(fā)現(xiàn)規(guī)律，認(rèn)識世界。

參考文獻(xiàn)：

菖廷華，許自強.美學(xué)與美育[M].北京：高等教育出版社，2000.

編輯 韓 曉