談物理課程中的美育滲透

查宏偉

摘 要： 因為審美實踐活動能對人的生理、心理、品德、情操、知識、智力的發展產生全面的積極影響，能夠很好地激發他們的學習興趣，所以美育在物理學和物理教學中具有多方面的重要作用。美的事物都有形象性、感染性特點，所以把物理概念和規律寓于形象中、把很苦的知識學習寓于美的享受中，有助于提高教學質量。教學是師生雙方共同參與的能動創造過程、發揮師生創造性的思維活動是搞好課堂教學的關鍵。物理教師在教學中起主導作用，只有得體地把物理教學的藝術性因素表現出來，使學生在獲得知識、培養能力的同時得到精神上的享受，這樣的物理課才可以稱為藝術品，這樣的物理老師才可以稱為教學的藝術家。沒有節奏就沒有藝術。物理教學是一門嚴密的邏輯藝術，必須注重節奏，有張有弛。

關鍵詞： 物理學 美學教育 科學美 節奏美

美沒有統一的定義，有多種說法。畢達哥拉斯學派認為美在物體形式，美就是“數的和諧”，“把雜多導致統一，把不協調導致協調”；亞里士多德說：“美就在于（一個有生命的東西或是任何各部分組成的整體）體積大小和秩序”。猶德羅說“美就是關系。”美國當代美學家托馬斯·門羅認為：“對美的問題最短、最簡單而又正確的回答是：‘美是許多不同的東西，而對美這個名詞至今仍未很好了解。”美的客觀論認為：“美是指審美客體，是客觀存在的美的事物和現象。”“美是真理的現象。”可見美是無限的，無限豐富，無限復雜，無限多樣。

美育是審美教育的簡稱，所謂審美是指人們對美的對象進行觀察、欣賞時的一種心理、生理活動。審美教育就是教育引導青少年通過對于自然美、社會美、生活美、藝術美的感受、鑒賞，從而自覺樹立正確的審美觀點，培養創造美的能力，涵育熱愛一切美好事物的感情。

科學中存在美?？茖W之美源于天、地的自然美。自然美既包括大自然景色之美，更指潛藏于感性美之內的理性美。即人類理智能領悟到的自然界內在結構所顯示的和諧，對稱、簡潔，平衡和統一，等等?？茖W美的教育是中學生審美教育的重要組成部分。中學物理教師有責任有義務在教學中向學生宣傳、傳播物理學的“美”和“妙”，喚起學生探求物理美的興趣，激發求知欲，進而打好攀登科學高峰必備的科學文化素質的基礎。

一、物理學的科學美形態

1.實驗美

審美鑒賞力是創造主體的主觀認識水平和情感的思維作用與客觀規律性（自然界的和諧、對稱等）之間產生諧振共鳴的表現。實驗物理學家大多具有豐富的想象力和高度的審美鑒賞力，他們對于物理現象的美感共鳴也必然滲入實驗的設計與實驗中。例如：庫侖的扭力秤利用懸絲測量微小力的精巧美，邁克爾遜利用正八面棱鏡的轉動反射測光速的簡潔美，托馬斯·揚利用狹縫獲得相干光源的構思美……都是以美著稱的。

2.公式美

許多物理表達式具有一種簡潔的、邏輯的和數學美。物理學公式在形式上的對稱、簡潔、守恒是自然界在物理規律方面的多樣而統一、簡單而深遠、和諧而奇異、對稱而守恒之美的必然反映。例如：麥克斯韋用數學方法建立了不傳導介質的方程組用罕見的對稱、簡潔而完美的形式奠定了電動力學的基礎。速度的定義式v=■密度的定義式ρ=■，壓強的定義式P=■形式上比值形式，這些公式都表現出物理學具有和諧統一的特征。

3.理論美

物理學的理論美往往表現為假說、實驗、公式和邏輯推理的優美之和。例如雅可比的《力學講義》、玻爾茲曼的《氣體理論講義》、狄拉克的《量子力學原理》等，都有“把科學秩序、模型統一和諧地組織在一起而得到滿足。”

4.力與美

感性美里的健美運動中有健與美，力與美之說。物理學理性美里力與美是緊密相關的。力的圖示，把理性要素形象表示的過程中，體現了比例、簡潔和規范的美。物體在平衡力的作用下的受力分析，顯示了對稱、平衡的美。摩擦力的大小和方向與分析對學生形成對立統一的觀念，且在實際現象中具有廣泛的實用性，而使學生產生科學真理美的體驗。大型加油機與受油機的空中加油，理論上的簡潔與技術上的高、精、尖，加上的美妙圖案、情境，能激發學生美妙的聯想和對科學技術的神往。人造地球衛星及天體運行為橢圓軌道，飛機及汽車外形都是流線型，顯示曲線美。簡單機械的組合使用，如滑輪組的使用能做到優勢互補的“優化組合”。聲波的波動性及樂音的三要素無不包含著豐富的感性美和深邃的理性美。

5.熱現象中的美

熔化、凝固曲線能簡潔直觀地表示物理過程和現象，學生仔細觀察水的沸騰過程，沸點與氣壓的關系的實驗中的奇異、起伏、爆發的美感。熱機的廣泛應用是產業革命標志，推動社會的進步，有力證明了推動社會的發展的決定因素是生產力，使學生感受科學的真理美。

6.電磁現象里閃耀著美麗的火花

摩擦起電，火花放電，閃電能引導人探索物質的結構的深奧。從學生認識原子的核式結構的模型里，所有的電子都在各自軌道上繞著原子核旋轉：而學生在地理課及科普讀物里學到，太陽系的九大行星在各自軌道上，繞著太陽為中心運行。原子的核式結構與太陽系的相似性，說明了微觀物體與宏觀物體間和諧統一特征的存在。電路圖中各元件的符號及排列，磁場的磁感線的排列，顯示出統一和諧，對稱、流暢的美感。自然界中存在具有磁性的礦石，而人類用磁化的方法，使鐵質物質具有磁性，還可以讓螺線管通電流來產生磁性及電磁鐵的應用，說明了人與自然、創造物與自然物之間的和諧統一。電的廣泛應用和電磁波的應用深刻地改變著我們的生活，推動社會各領域及人的文明化進程。

7.光的現象及原子物理中的美

光在同種均勻介質中直線傳播，與光在大氣中傳播路徑是彎曲的，顯示了絕對與相對，直與曲的相關美，以及由此產生的日食、月食、極晝、極夜的天文奇觀，都顯示了自然科學的美。光的反射和平面鏡成像，使學生深刻領會對稱美，由光的折射產生的海市蜃樓及彩虹，能讓學生從理性的高度認識，進而對捕捉這些奇觀產生濃厚的興趣。學生在做“研究凸透鏡成像”的實驗時不僅能在操作過程中學到知識提高技能，而且能在心理上產生對這一過程的有序和波動，漸變到空變等美的感受。光的波動性和粒子性及相關的現象，顯示了科學理論的統一的特性。

從重核裂變的鏈式反應—原子彈—核反應堆（核電站）的發展過程能使學生領會到人類的智慧的巨大潛力及其所帶來的科學技術的飛速發展，從而推動人類社會的進步，進一步證明“科學技術是第一生產力”，也能使學生相信新能源開發和利用的前景是美好的。氫核的聚變——氫彈爆炸時放出強大的光和熱，而太陽向宇宙輻射的巨大的光和熱來源于太陽內部不斷進行的聚合反應。因此可以說太陽就是一顆宇宙中早已存在的、天然的巨大的氫彈，而人類制造出的氫彈就是一顆人造的微型小太陽。這是多么美妙的人與自然間的深層次的和諧統一，充分說明了人是萬物之靈。

8.實驗儀器的美

天平有原理的簡單，結構上的對稱，使用方便，測量精度高等美的特征。彈簧秤、溫度計、電流表、電壓表、壓強計等有外形直觀、規則均衡美的特征，凹鏡能聚光，凸透鏡能成各種像，棱鏡片使光折射出彩色光帶，而使它們在結構簡單中透發出功能神秘的美感。模擬馬德堡半球實驗，顯示了科學真理的美，讓學生把這美妙的時刻深深烙在記憶里。

二、物理學的科學美特征

1.簡單而深遠

物理學科美的簡單性并非單薄空洞的簡單性，而是用簡單的前提和形式概括最大量的、最多方面的事實，使是這種簡單同時又顯得深遠。例如：牛頓力學體系與開普勒的行星運動定律、伽利略的自由落體定律相比，顯得前者可以概括后者——地上和天上的機械運動都可在牛頓理論中得到說明，牛頓理論要更簡單，也更深遠。愛因斯坦以兩個簡單假說為基礎建立了狹義相地論，把牛頓力學作為宏觀低速條件下的特例而包括其中。與牛頓理論相比，愛因斯坦的理論要更簡單，也更深遠。

2.和諧而奇異

人們認識到了，將和諧和奇異結合起來作為一條美學特征才更完備。例如：托勒玫和哥白尼都用圓形軌道建立和諧的宇宙圖像，到開普勒提出行星運動定律，用橢圓軌道代替圓形軌道時已比圓形軌道有所奇異，但仍包含著對稱、和諧，仍是很美的。

3.對稱加破缺

現代科學中的對稱是在某種變動下的守恒性、不變性。也就是說，對稱性是相對的，不是絕對的。對稱中的不對稱叫“破缺”，許多自然科學成就是在對稱與破缺之間再建起來的對稱性，可稱為對稱加破缺的科學美特征：對稱+破缺，然后達到新高層次對稱。

李政道、楊振寧就確定了宇稱守恒這種左右對稱性在弱相互作用下的破缺。

三、物理學的科學美與教學

實驗美、公式美、理論美不僅表現在物理學家的科學創造中，而且表現在物理教師的教學中。作為教師指導下由學生（認識主體）學習掌握物理知識并培養能力的物理教學過程，由于師生都能動地參與，從而使教學活動具有美的情感、美的形象和美的創造。教學從本質上講應是具有情感色彩的，動之以情、曉之以理是教學的基本要求，調動各種情感因素使教師高高興興地教、學生生動活潑地學，組成以認知為核心的知、情、意統一和諧的教學發展過程，對于提高教學質量有重大的意義。

形象性與邏輯性結合，把抽象的物理概念、規律具體化、感性化學生才易于理解。實踐證明，越抽難懂的內容，教學時就越需要形象性的描述和想象。例如：盧瑟福的原子核模型、玻爾的原子結構模型、愛因斯坦的相對論、德布羅意的物質波等，不進行生動形象的描述、不塑造真實與想象相結合的形象，是很難講清、聽懂的。

1.物理課堂教學的創造美

教學是師生雙方共同參與的能動創造過程、發揮師生創造性的思維活動是搞好課堂教學的關鍵。創造性是教學的又一藝術因素。物理教師在教學中起主導地位，教師只有最得體地把物理教學的藝術性因素表現出來，使學生在獲得知識、培養能力的同時得到精神上的享受，則這樣的物理課才可以被稱為藝術品，這樣的物理老師才可以被稱為教學的藝術家。

2.物理課堂的節奏美

藝術的表現講究強烈的節奏感，音樂、舞蹈、詩詞、書畫……不論是傳統的藝術，還是現代藝術，無一例外，可以說沒有節奏，就沒有藝術。物理教學是一種嚴密的邏輯藝術，必須注重節奏，有張有弛。從信息論觀點看，如果在及時反饋的信息之前，立即加上新的信息，那么吸收新的信息率是要大大降低的，因為只有反饋而且是及時反饋，才能控制系統，否則很容易出現偏離。

在課堂教學中，節奏的表現之一，是要有設問、實驗、思考、歸納。同樣也要有各種穿插，要使學生有喘息。其次，學生這時交頭接耳的討論，是很有效的。一般時間不宜過長（一兩分鐘），一節課依照中學生特點，最好能10分鐘～15分鐘就有一次小停頓，看看效果如何？反饋的信息是否理想，是否要調整講課程序、深廣度，學生是否大部分有興趣，等等。然后再講第二個知識的高潮點。

節奏的表現之二是條理清楚。一節好的課，學生不應感到模模糊糊，而是應該感到條理是清晰的，思路是明確的、結構是嚴密的，可信的，是可以掌握了的。

笛卡爾對問題的解決的程序用框圖表示為：

牛頓提出的框表是：

不論何種模式，有一個共同點，就是從感知到認知，這是一個飛躍。條理清楚，即引導學生從解決簡單問題（是感知）依靠的是刺激反應（SR過程），過渡到解決復雜問題（是認知）依靠的是科學概念（CA，即條件動作）。它們的信息量單位、前者是“比特”，后者是“組塊”（人的短時記憶的最小單位），這就要依靠把知識分解，要依靠條理清晰可辨。

學生掌握這個分解，最后再是小結歸納，才會有質的飛躍。

把各種框式綜合起來，即是：

這中間的雙向箭頭，表示不斷地檢驗、對照、理順程序。

不同班級的學生對條理清楚的理解并不完全相同，解決的方法也不盡相同，我們曾對不同基礎的學生講授歐姆定律時，一是先給結論，然后再以實驗來審視（即笛卡爾的框式）；一種是完全由學生實驗來得出，再歸納（即牛頓的框式），效果也可以是相同的。不同的學生應有不同的程序，但結構的每一步驟目的應用是相同的，由這一步走下一步是可信的，是學生可以接受的。

節奏結構的第三點是最后的課堂“小結”。匆匆結束，小結不明確，馬馬虎虎提幾句，就了結本節課的內容，這是一種“心理冷卻”。一堂課有一堂課的收獲，解決一個或幾個知識點。從信息論上說是有了多個“組塊”，這是不可忽視的。這個小結應該是簡潔的、明確的、有意義的。在每一個知識點，它的最終表達是和諧的“外在證實”與“內在完整”的統一，這是科學美、教育美的重要方面。

講課的節奏結構，來源于教師的備課，來源于教師對教材的鉆研與再創造。

參考文獻：

[1]于明.課堂教學方法與藝術實用叢書.國際文化出版社.

[2]譚頂良.學習風格論.江蘇教育出版社.

[3]彭若芝.美育簡說.

[4]施傳柱.深化物理課堂教學結構的美學原則.中學物理.

[5]薛鐘煜.物理教學與美育.物理教師.