淺談物理教學中藝術美感

隨著發展學生核心素養的公布，我們高中物理課程教學肩負起提高學生科學素養、促進學生終身發展和未來發展的重任。對于喜歡文科類的學生而言，大都是因為他們喜歡有藝術美、有人文美的學科，對物理都有不喜歡、不欣賞、不重視的心態，物理課堂普遍是枯燥沉悶的、單調的，物理學科對于他們而言是毫無美感而言的。

核心素養的提出使我們教師認識到通過課堂教學，學生通過高中學業水平測試等級考試和高考等級匹配并不是教學所追求的最終目標，只是學生過程學習的一種檢驗方式。

我校也于2016年11月中旬申報江蘇省人文藝術教育課程基地，同年5月28日被批準為省級課程基地，我校以“以藝術涵養人生，用人文關照生命”課題理念引領下，在教學的新的生態環境形勢下，筆者認為物理應與人文、藝術、經濟和社會發展有機地聯系在一起，肩負起提高學生科學素養、促進學生全面發展的重任，包括現在必修班的學生也不例外。這樣一來物理課必須要豐滿起來，要靈動起來，就是要讓學生也感覺物理的“藝術美”。什么是“藝術美”，筆者認為能引起人們感官愉悅的東西就是藝術美。物理具有“藝術美”，學生通過美的感受來提高學生的學習積極性，從而提高學生的科學素養。

在很多學生心目中，物理是與藝術、人文學科是沖突的，是矛盾的，是不兼容的，是字母公式和文字定律疊加，物理課堂是那樣枯燥、懵懂，根本發現不出物理有什么“藝術之美”，其實并非如此，羅丹曾經說過：“生活中從不缺少美，而是缺少發現美的眼睛。”所以，筆者認為物理學之美要待我們教師去挖掘、去發現、去開發和創造，在物理課堂滲透物理學科所獨有的“藝術美”。

要有美的眼睛發現的物理學的藝術美

物理學是一門滲透藝術美的學科，它的美不僅體現在物理學現象和操作上、也體現在物理規律的形勢與表達上，更體現在物理學探究的過程之中。作為探索自然界物質運動的規律的科學，物理學研究的過程和規律都在展示科學自身的藝術美。

每個學期開學的時候，學生總會跑過來問我：“老師，物理好難啊，你怎么會想去學物理呢，還做物理老師？”

我總會誠實地告訴他們：“老師和你們一樣，一開始選擇學物理是因為學長學姐們說學物理可以好找工作，回想著高中時做不完的物理題，實在談不上對物理有多么熱愛。但是學著學著發現物理其實挺美的，挺藝術的。大概還是自己內心對這個世界的美與藝術好奇吧。因為我想知道天空為什么是藍色的，想知道為什么會有美麗的極光，想知道原子內部是什么樣的，想知道時空扭曲到底怎么回事……”這自然界的規律，物理總可以給你最基本的思路，引發內心無限的遐想。只要你還懷著好奇心，物理就可以帶給你意料之外的樂趣，但首先我們要有一雙善于觀察物理藝術美的眼睛。

每年的每一學期我的第一節物理課我都會問：物理是什么？是聲光熱電？是有意思的實驗操作？還是記不完的公式原理？是無處不在的受力分析或者電路圖……這些答案或許都出現在你的心中，但是我想說物理學本身也是一件藝術品，具有藝術美。

物理學一幅美麗的畫眷

神奇絢麗的極光

每當我展示北極光的圖片或視頻，告訴學生這種繽紛多彩的光帶就是極光，像五彩的煙花，把整個冰雪世界照的通明透亮，極光絢爛妖嬈，變幻莫測，甚為美麗，像巨大的探照燈光，又像彩色的煙火或多彩的絲綢，在天地中橫鋪起來，波瀾壯闊，此起彼伏，忽隱忽現，使人應接不暇，七色的的彩色延展可達數百公里以上，出現一次通常可以在天空持續一二小時，仿佛進入童話世界一樣。

這就是大自然的魅力，這就是物理中的藝術美，我接著會說，其實極光的產生，其實和老式（CRT）電視的顯示原理是差不多的，而老式（CRT）電視的顯示原理就是我們物理中帶電粒子在磁場中的偏轉運動，當然了，極光不僅僅是與地球高空地磁場的大規模相互作用有關，還與地理高空大氣和太陽風（太陽噴發出來的高速帶電粒子流）有關。極光的變化多姿和不斷運動則是由于粒子束受到磁層中電場和磁場變化的調制造成的。學生欣賞著大自然的美，同時也會驚訝于物理學的畫面美。

美麗的力學

美輪美奐的房子，氣勢恢弘的橋梁，長龍般的隧道，流線型的汽車，風馳電掣的飛機....當我們看到這些建筑物或交通工具我們會驚訝它們的實用性和設計師的巧奪天空，其實也會贊嘆蘊含在其中的力學原理。 高中的力學作為一門基礎學科，當我們看到這些宏偉的設計，我們更要想到物理科學的內在的美，無形的美，沒有物理的奧妙，就沒有這些藝術品的震撼。

如斜拉橋，我會解釋到斜拉橋承受的主要荷載主要是其自身的重量，不是它上面的汽車或者火車，主要是我們腳下的主梁。現在可以等效索塔兩側只有兩根斜拉索，左右對稱各一條，這兩根斜拉索受到主梁的重力作用，對索塔產生兩個對稱的沿著斜拉索方向的拉力，根據受力分析，主梁左邊的力可以分解為水平向向左的一個力和豎直向下的一個力；同樣的右邊的力可以分解為水平向右的一個力和豎直向下的一個力；由于這兩個力是對稱的，所以水平向左和水平向右的兩個力互相抵消了，最終主梁的重力成為對索塔的豎直向下的兩個力，這樣，力又傳給索塔下面的橋墩了。

美麗的天文物理

當我投影到美麗宇宙星空圖片時，所有人抬著頭，眼睛大大的，一個好奇的臉蛋渴望著、期待著……其實熱愛物理課堂都是從美麗和渴望開始的，所以我想說學物理，首先你得有一雙熱愛的眼睛，通過自己肉眼或者通過天文望遠鏡去眺望那遙遠的星河和美麗星球，去欣賞那個浪漫的璀璨星空，然而遠在看不到的地方，有更多美麗的事情已經發生、正在發生或者將要發生，當你在一個寧靜的夜晚抬頭仰望著滿天星河，讓你得到更多感動的，到底是眼睛所能看到的美麗，還是那些看不見的東西。我們所在的銀河系內部擁有近2000億恒星，這些恒星能夠圍繞銀河系的中心長期運轉，其實就是我們所將要學習的萬有引力。擁有這些物理知識我們可以測算星體的質量，旋繞速度和形體結構特征。

那些美麗的光學干涉

生活中我們經常會看到這樣的美麗：小朋友吹得泡泡在空中飄搖著，透明的薄膜閃顯出七彩的光芒，在陽光下顯得格外色彩紛呈，而且隨著泡泡被逐漸吹得越來越大，它的色彩也會變得越來越亮麗，直至爆滅。這究竟是怎么回事，有什么樣的物理知識在其中呢？

我會耐心地解釋：原來，這是物理學中的光的薄膜干涉現象，當然也不是所有透明膜都會發生光的干涉現象。膜有兩個表面，上表面和下表面，當上下兩個薄膜厚度比較薄時，就會相互干涉。當肥皂泡被吹得越來越大時，膜也會隨著越變越薄，當能滿足光的干涉條件時，才會形成美麗的七彩球珠。五彩斑斕的肥皂泡，水面上光鮮彩色條紋的油膜都是白光在透明薄膜的上、下表面反射并相互干涉的結果。

物理是一首詩歌，它揭示了自然的主題，演繹著生命的樂章

那一天，你在我的參照系里靜止，你透過我的瞳孔衍射，在視網膜上刻下一組愛里斑……頑皮地開關著那扇命運之門，于是對稱性破缺了，自發地，在這個混沌的世界，這首詩是南京大學物理系博士俞杰作為男嘉賓在江蘇衛視的《非誠勿擾》節目中念出的這首“物理情詩”并迅速在網絡上走紅。這其中透露著我們物理學中的“簡諧振動、黑洞、參考系、衍射、相對論、薛定諤的貓”等很多物理原理和規律。這首詩歌在論壇和微博上深受廣大網民追捧，這首物理情詩一方面在表達自己的愛意的同時，另一方面不正是說明物理學科和學物理的人完全具備這種藝術美感和浪漫思維。把這首詩歌投放在大屏幕，下面的同學們頓時沸騰了。

當然還有一些詩歌中也滲透著物理原理知識的，“綠樹陰濃夏日長，樓臺倒影入池塘，水晶簾動微風起，滿架薔薇一院香。”說明分子處于永不停息的運動中；“但聞其聲，不見其人”說明波在傳播的過程中的衍射現象，即當障礙物的尺寸小于等于波長時，可以發生明顯的衍射現象；“坐地日行八萬里”是因為地球的半徑約為6400千米，地球每轉一圈，其表面上的物體也就是行走了一圈，路程約為40000千米，大概8萬里，它科學地揭示了物理學的運動和靜止關系；“月暈而風，礎潤而雨”告訴我們當我們看到有月暈時，預示著將要有大風來臨，那是因為風來時，高空中氣溫迅速下降，空中的水蒸氣迅速凝結成小水珠，月光通過這些小水珠就會發生色散現象，形成月暈所以“月暈而風”“礎潤而雨” 是說地面潮濕，就會預示著要下雨了。

因為大雨來臨之前，空氣濕度很大，地面溫度下降，地面附近的水蒸汽遇冷會凝結著為小水滴，另一方面地面含有的鹽成分也會吸附著水蒸汽，所以“礎潤而雨”告訴我們大雨將至。

物理是一部充滿科幻和想象的小說

其實科幻小說不是玄幻小說，它并不是完全的科幻離譜，他是取材于物理理論新設想，是物理理論讓科幻小說界煥發了無盡的活力，比如“穿越”“平行宇宙”“空間折疊”獲得了一定程度上的“理論支持”。

科幻小說往往會借助物理學理論來讓自己的故事邏輯性“看上去”更強些，更有具說服力，若離開了物理學理論，脫離了物理學支持，那么小說真的成為玄乎不切合實際的東西了，也不靠譜和具有吸引力。

一位學生在周記中寫道：“我好想有一天乘坐光速飛機去遨游太空，去追逐星星，去拜訪黑洞，去尋找另一個地球，去感受我和火星之間的萬有引力，去尋覓、去研究宇宙中的奧秘，不斷地發掘宇宙的更多美麗。”另一位學生也寫道：“我很喜歡天文和物理，對太空有極大的向往，但是我是文科生，看到了物理學充滿那么多的神秘感和藝術感，我真的很想去靠近它，去接觸他，去了解它，我想用2年或者更久的空閑時間來自學物理。”

大自然是美麗的，是藝術的，藝術美麗的大自然的美絕不僅僅是因為其外表的漂亮和和諧，更是因為其中蘊含的物理規律和知識尤其顯得奇妙和令人向往。在物理學的世界中，其實都是一步一景，移步換景，像一幅畫卷，一首詩歌，一部小說，物理學的世界其實處處都是藝術和美麗的，我們做教師的要有發現的眼睛和想象的頭腦。深入挖掘物理知識的藝術美，使學生們更多更好地接觸大自然和物理，讓物理和藝術美感更好地融合一起，更好地繼承和研究這些科學，同時提高欣賞藝術美感的能力和學習物理的興趣。

粒子穿梭加速碰撞的奇妙，光的波粒二象性的詭異，牛頓圓環的對稱，宇宙中的行星運動的永恒……物理世界的一切的一切都充滿了藝術美感，宛如磁石吸引著我們，引導著我們一起前去一探究竟。