初中物理教學中滲透科學美的實踐探索

摘要：物理學科之美主要體現其科學美，這其中的科學美主要包括簡潔美、對稱美和和諧美三方面。近年來，國家越來越重視美育教學，也進行了很多美育在各學科中的滲透的嘗試與研究。作為一名物理教師，在教學中進行科學美的滲透是教學目標的重要部分，可以嘗試從物理學中的簡潔美、對稱美和和諧美三方面進行美育的滲透。

關鍵詞：中學物理教學;科學美;實踐探索

物理學作為一門自然學科，是以探索自然界中的奧秘和規律為主要任務的學科，在探索自然界的過程中也伴隨著發現美和創造美的過程。物理學科之美主要體現為其科學美的特點，這其中的科學美主要包括簡潔美、對稱美和和諧美三方面。

近年來，國家越來越重視美育教學，也進行了很多美育在各學科中滲透的嘗試與研究。在物理教學中進行科學美的滲透是對學生進行美育的重要內容，教師可以從簡潔美、對稱美和和諧美三方面進行科學美的滲透。

一、展示物理學中的簡潔美

物理學的一個突出特點就是體現了自然規律中的簡潔性，它以簡單明了的形式呈現其物理之美。大到宏觀的宇宙，小到微觀的粒子，物理學旨在從錯綜復雜的自然界中探索出簡潔的規律來揭示自然界的奧秘，從千變萬化的物理現象中抽象出事物本質的，樸素的規律，從而更好地指導人類的生產活動。物理學蘊含的簡潔美包括理論體系的簡潔美、過程分析的簡潔美等方面。在物理教學中，教師可以向學生展示這些方面的簡潔美。

例如，在力與運動關系這部份內容中，物體在不受外力作用的時候，總是保持靜止和勻速直線運動這兩種最簡單的運動形式，力與運動分析體現了一定的簡潔性;因為地球引力的作用，水流只能由高到低運動;同樣的道理，電流也只能從高到低運動，整個電學體系也呈現了簡潔性;宏觀上物體的運動都可以用牛頓第二定律F=ma這一個簡便的公式來概括;在宏觀和微觀的聯系上，可以運用愛因斯坦的質能方程E=mc2 來概括……這些都體現了物理學在理論體系中的簡潔美。

在物理問題的分析過程中，也處處體現了其簡潔美的特點。例如，在分析自由落體運動的過程中，我們經常是忽略摩擦力的作用，把自由落體運動看做勻加速直線運動;在受力分析的時候，我們經常會用到質點這個概念，忽略物體的質量在運動過程中的影響。這些分析過程都體現了化繁為簡的思想，體現了分析過程中的簡潔美。

例如，我們可以以質點的教學片段為例，來探索物理教學中簡潔美的滲透。

教師視頻展示一些運動：火車緩緩的駛離站臺，滑雪運動員從山頂飛下，潛艇在水下下沉，足球在草坪上飛滾，讓學生討論它們的運動過程和它們各個部分的運動情況。學生討論物體的運動過程相對容易，但是探討物體各個部分的運動情況卻比較復雜，很難用語言詳細，準確地表達出來。這時，教師提出問題：“為什么物體各部分的運動情況難以表達？”學生通過討論分析得出結論：要詳細描述物體的運動情況困難就在于物體有自己的形狀和大小。教師相機引導：“是不是研究所有的物體都要分析物體的形狀和大小？例如，研究地球繞太陽公轉的周期時，地球的形狀和大小;火車從北京到上海全程所用時間，火車的形狀和大小。”學生通過討論得出結論：在以上研究中，物體的形狀和大小對于物體的運動情況沒有影響。

教師總結：有些情況下，可以不用考慮物體的大小和形狀，但是質量是忽略不了的，物理學中把它簡化為一個有質量的點，叫做質點。但要強調的是，物體的質量是不可忽略的。質點是物理分析過程中的一個理想化模型，它并不是實際存在的。質點這一概念的提出使復雜的問題簡單化，體現了物理學分析過程中的簡潔美。

以上關于質點的教學片段屬于物理概念的教學，它是物理教學中的重要組成部分，很多物理概念的教學都體現著簡潔美這一特點。因此，在物理概念的教學中，教師要關注簡潔美的滲透。質點這一概念，不僅是概念本身體現出了簡潔美，質點這個模型的提出也體現了簡潔美，同樣也體現出了物理問題研究過程中的簡潔美，教師要讓學生體會到這種美。

二、體現物理學中的對稱美

生活中我們對“對稱”這個詞并不陌生，在圖形和建筑中會發現很多對稱的事物，每當看到這些事物時總會給人以賞心悅目的感覺。同樣，在物理學中對稱現象也很普遍，這主要包括物理概念的對稱、運動狀態的對稱和物理規律的對稱等，在這些對稱性中我們能夠感受到物理學所呈現出來的對稱美。物理學中有很多概念都體現著對稱美的特點，比如，直線運動和曲線運動，正電荷和負電荷，磁鐵的南極和北極，運動和靜止等。在運動過程中也有很多體現對稱美的例子，如物體做勻速圓周運動的過程，書桌上拋運動的上升和回落過程，物體沿光滑斜面上滑和下滑過程，簡諧運動過程，天體周期性運動過程，帶點粒子在勻強磁場中的運動過程，條形磁鐵周圍的磁場分布，通電導學周圍的磁場分布，等量電荷在空間形成的電場分布，等等。此外，單擺的周期性，作用力和反作用力，庫倫定律和萬有引力定律等也體現了物理規律的對稱美。

下面以“平面鏡成像”的教學為例，談一談對稱美在物理教學中的滲透。

教師先展示一張湖面上石拱橋倒影的圖片，讓學生在直觀感受平面鏡成像的同時感受物理學的對稱美。然后，布置學生活動：請用準備好的小平面鏡觀察自己的臉，并回答三個問題：你在平面鏡中成的像在什么地方？平面鏡到人臉距離發生變化時，鏡中臉的大小是否有變化？當你改變與平面鏡的距離時，像到鏡面的距離是否有變化？

學生通過體會，感受到了物理規律的對稱美，說出了看到的現象并提出問題：平面鏡成像有什么特點？教師則將問題引申：平面鏡中的自己（像）和鏡前的自己（物體）大小有什么關系？平面鏡中的自己（像）到平面鏡的距離和鏡前的自己（物體）到平面鏡的距離有什么關系？使學生在感受對稱美的基礎上還有繼續探究的興趣。通過猜想和假設，學生會想到：平面鏡中的自己（像）和鏡前的自己（物體）大小可能相等;平面鏡中的自己（像）到平面鏡的距離和鏡前的自己（物體）到平面鏡的距離可能相等。這時，教師就可以組織學生通過實驗來驗證假設。

學生通過多次實驗，得出了如下的結論：平面鏡成虛像，像與物體大小相等，像與物體到鏡面的距離相等，像與物體的連線與鏡面垂直。這時，教師可以點評：“通過實驗我們得出了平面鏡的成像特點。平面鏡的成像特點也體現了物理學的對稱美，可見物理學中的對稱美處處存在。生活中還有很多可以體現對稱美的物理規律值得大家去探索和發現?！?/p>

在探究平面鏡成像規律的教學中，教師先讓學生感受了物理學中的對稱美，在感受對稱美的基礎上學生產生了探究物理規律的興趣，在教師不斷地啟發和引導下，學生探究出了體現對稱美的物理規律。在整個探究過程中，教師一直在通過各種方式讓學生感受物理學所體現的對稱美。這樣，學生就能感受到物理學所蘊含的科學美，進而激發出學習物理的興趣和對于科學美的向往與追求。

三、感受物理學中的和諧美

和諧是對立事物之間在一定的條件下，具體、動態、相對、辯證的統一，是不同事物之間相同相成、相輔相成、相反相成、互助合作、互利互惠、互促互補、共同發展的關系。紛繁復雜的物質世界到處都體現著和諧性，而和諧性本身就是一種美，在物理學中也普遍存在著這種美。物理學中的和諧美豐富多彩，主要包括自洽的和諧美、對應的和諧美等形式。

物理學中自洽的和諧美主要體現在各分支理論之間的自洽性上。例如，在運動狀態分析上，自由落體運動、豎直上拋運動、自由落體運動都可以統一于公式S=v0t+at2中。這個公式統一討論了路程問題。再如，內燃機的原理、平面鏡成像規律、光的波粒二象性，等等，都反映了各個現象之間自洽的和諧美。

物理學中對應的和諧美主要體現在不同物理規律、理論之間的對應性上。很多物理量、物理規律之間都體現著對應的和諧美。例如，動能和動量與動能定律和動量定律之間，勢能與電勢能等物理概念和規律都體現了對應的和諧美。再如，愛因斯坦定律相對論的發現并不是否認傳統力學的錯誤，而是把牛頓力學放在物體速度遠小于光速的情況下來分析和討論。

在物理課堂教學中，教師可以利用物理規律的和諧美來進行教學。例如，可以對比重力勢能和電勢能兩個物理概念進行教學。（如表1）

通過對比重力勢能和電勢能這兩個概念，學生可以發現，兩個概念雖然分屬于力學和電學兩個物理分支，但卻有許多相似之處。學生第一次接觸電學知識，可以通過類比法進行兩個概念的教學，在重力勢能的基礎上研究電勢能。這樣既降低了學習難度，又有助于新知識的學習。同時，學生在感受物理和諧美的過程中，提高了學習的積極性和主動性。

在中學物理教學中滲透美育，從物理學科本身來說，既有助于降低物理學科的學科難度，又有助于物理教學適應當今的素質教育改革;從培養學生的作用上來看，既有助于學生審美情操的培養和審美能力的提高，又有助于對于學生思辨能力和創造力的培養。

教師要在物理教學中滲透科學美，使學生能夠真正認識到物理學中蘊含的簡潔美、對稱美和和諧美。學生把復雜、抽象的概念、規律同生動、具體的形象聯系起來， 就會使物理教學成為一種既和諧愉快，又引人入勝的藝術活動，從使物理教學過程成為享受美的過程。

參考文獻：

[1]王祥委，段娟銷，彭朝陽.對稱美在高中物理教學中的展現與應用[J].物理教學，2016（12）.

[2]蘭甜甜.中學物理理教學中滲透美育的實踐研究[D].東北師范大學，2011.

（責任編輯：楊強）