淺談高中物理教學中的美學教育

屈明才

摘 要：在高中物理的教學過程中，根據教學內容的安排，適當進行科學美學的教育，有助于提高學生的學習興趣，更有助于提高學生的素質。作為素質教育的手段，本文討論了在高中物理教學過程中進行科學美學教育的意義及具體實施辦法。

關鍵詞：物理;美學;素質教育

一、引言

現代社會的發展需要什么樣的人才呢？是需要像字母“I”那樣的具有很深的專業背景，對本專業范圍的知識相當精通，對本專業以外的知識知之甚少的專業性人才呢，還是需要像“一”那樣具有廣泛的知識背景，對于各種知識有所了解而皆不精通的通才呢，亦或是像字母“T”那樣的不但具有廣泛的知識背景，而且對于本專業知識的熟練掌握的復合型人才呢？答案是明顯的。我們當然需要的是“T”型人才。這是社會發展對人才的要求，也是教育工作需要注意的方向。

素質教育的真諦在于使學生能夠接受通識教育和專業知識教育，使之成為一個能夠適應社會發展要求的“T”型人才。素質教育作為一個系統的工程，涉及小學、初中、高中、大學各個階段，甚至包括學生走出校門，走向社會。高中階段作為一個關鍵階段，在素質教育的過程中起著一個重要的作用，怎樣在高中階段進行素質教育就成了一個值得研究的重要問題。

高中階段學生的可塑性變弱，加之需要學習的科目較多，如果分科分散教學，教學過程中只顧及本學科內的問題，雖然教學過程生動活潑易于接受，但仍難以達到全面提高的要求，這一點已經為教育工作者所認識。本文就在高中物理教學過程中如何實施美學教育作簡要論述，以期拋磚引玉。

二、物理美學

在高中物理教學過程中所穿插滲透的美學是美學的一個重要分支——科學美學，它隸屬于社會美學的范疇，研究科學研究過程中一切與美有關的問題。作為科學美學的一個分支，物理美學是自然科學與人文科學的一門交叉學科，物理美學就是用美學觀點去審視和研究物理理論、物理思想、物理方法，它是從整體上對物理學科學特性的一種把握，是對物理學更深層次的認識。物理學作為自然科學的基礎學科，在漫長的發展歷程中，其中同樣蘊藏著或扣人心弦、或美妙絕倫、或引人入勝、或暇想萬千的美！這其中，包含在物理學的內容方面：它揭示了物質運動的合理性、有序性、規律性的美;包含在理論體系結構方面：它揭示了簡單性、和諧性、對稱性的美;包含在研究方法方面;它揭示了完整性、統一性的美。因此，物理學的美是科學美的典范。如果我們把物理學看作一座科學大廈，那么當人們從遠處眺望它時，無不為它的雄奇壯麗而驚嘆;當進入它的各個知識殿堂時，又必然被它的豐富多彩、井然有序的層次結構所折服。對于物理學理論架構中的幾個骨干方程，如牛頓運動方程、麥克斯韋方程等，楊振寧說：“它們以極度濃縮的數學語言寫出了物理世界的基本結構，可以說它們是造物者的不朽詩篇。”楊振寧先生尤其對狄拉克方程和反粒子理論評價甚高，認為只有唐代詩人高適的詩句“性靈出萬家，風骨超常倫”才是最佳的評價。

1.對稱的美。生活中可以發現很多對稱的實例，例如左手和右手是對稱的，長方形物體是對稱的，圓也是對稱的等等。數學中對稱的意義是，如果一個幾何圖形在某種操作下具有不變性就是對稱。圓形繞圓心旋轉任意角度都保持不變，這就是旋轉對稱;正方形只有在繞中心旋轉90°、180°、270°、360°時才是不變的。在各種幾何圖形中，圓具有最高的對稱性，所以古希臘人認為圓是最美的，行星運行的軌道是圓形的。除了旋轉對稱之外，還有鏡面對稱，例如平面鏡面內外的人是關于鏡面對稱的。

物理定律的對稱性不是具體某個事物的對稱性，而是指作用量的對稱性。美國科學家在《可怕的對稱》一書中曾給過一些通俗的例子說明，物理學中的守恒定律和體系的對稱性之間有密切聯系。例如，對于一個能用Lagrange函數L描述的體系，如果L具有空間平移不變性，則體系的動量守恒;若L具有轉動不變性，則角動量守恒;如果L具有時間平移不變性，則能量守恒等。

2. 和諧的美。海森伯指出，精密科學中美的含義就在于“各部分之間以及各部分與整體之間固有的和諧”。沙利文寫到“由于科學理論的首要宗旨是發現自然中的和諧，所以我們能夠一眼看出這些理論必定具有美學上的價值。一個科學理論成就的大小，事實上就在于它的美學價值。因為，給原本是混亂的東西帶來多少和諧，是衡量一個科學理論成就的手段之一”。科學研究是不斷追求和諧的過程。

3.簡潔的美。簡潔也是科學美的一種表現，科學的簡潔美指科學理論、定律和公式的外在形式上的簡單與內在內容上的深廣的有機統一。

海森伯在一封信中談到過科學的簡潔美：“在過去的五年中，我費盡心思試圖沿著一條至今仍不清楚的道路，攀登原子理論的頂峰，現在這座頂峰就在我眼前，有關原子論的全部縱橫關系，突然的并且清晰地展現在我眼前。這些縱橫關系憑借其數學的抽象性以一種簡單的不能再簡單的方式呈現出來，它是一種我們只能謙恭地接受下來的禮物。即使柏拉圖也不可能相信它是如此之美。”

牛頓在描述萬有引力是用一個簡單的數學公式表現：

其中G是萬有引力常數，m1、m2是物體的質量，r是兩個物體之間的距離，F是兩個物體所受的萬有引力。這個公式是宇宙和諧結構和星體有序運動的根本原因。具有如此深廣內容的定律只涉及三個參量，其簡潔可謂到了極點。

三、高中物理中的美學教育的意義

在強調素質教育的今天，提高學生的科學素質已日益引起人們的重視，在高中物理教學過程中，簡單地介紹科學美學，對學生進行簡單的美學教育具有十分重要的意義。向文科學生講授物理美學，有助于文科學生用人文研究的方法去了解和接受物理學中所蘊藏的美的旋律、美的畫面和美的形象，從而接受物理學的熏陶。在思想品德和思維方法等方面因文理科知識的滲透和交匯而得到共鳴和升華。具體來說，學習物理美學有如下意義：

1.科學美學作為美學的一個分支，是研究科學研究過程中和美有關的問題，在物理教學過程中穿插科學美學教育，符合科學美學的研究特點，也使學生在潛移默化中接受了美學思想。

2.科學美學具有對稱、和諧、簡潔的性質。在高中物理教學過程中進行美學教育，可以提高學生的學習興趣，是學生養成良好的習慣，激發學生學習知識的愿望。

3.通過美學教育，使學生了解到物理科學的內涵，提高了自身素質，為今后進一步發展奠定了基礎。

四、高中物理教學過程中美學教育的實施

在高中物理的教學過程中，可以根據科學美的幾個特點，根據教學內容有目的的進行。例如在講授開普勒三定律的時候，就可以結合開普勒三定律的發現過程，介紹科學的和諧美。

錢德拉塞卡在《莎士比亞、牛頓和貝多芬——不同的創造模式》中指出：“開普勒一定受到了畢達哥拉斯美的概念影響，當他把行星繞太陽的轉動和一根振動弦進行比較時，他發現，不同行星的軌道猶如天體音樂一般走出了和諧的和聲，開普勒深深感激上帝為他保留了這份發現，使他能夠通過他的行星運動定律，得到了一種最高的美的聯系。”有意思的是，他對于宇宙諧音的理解，有賴于他對于一首古老的樂曲《和諧的序曲》的研究。

事實上在開普勒之前，天文學家哥白尼和托勒密，就是在畢達哥拉斯關于天體運動的影響下進行研究的。托勒密深受畢達哥拉斯和柏拉圖的影響，認為地球處于宇宙中心，四周排列著七個同心圓。同時，他又根據觀察到的事實做了一些修正，認為行星除了繞地球作大圓軌道（均輪）的運動外，同時還繞著均輪上的某點沿著小圓軌道（本輪）而運動。這樣所做的運動，其實是一個偏心運動，較好地解釋了天體運動的規律，因而統治了歐洲天文學達一千四百多年。

在講授的時候，可以按照時間順序介紹古代天文學家的美學觀，以及由此形成的美學觀對于他們天文研究的影響。這樣進行教學以后，學生不但明白開普勒三定律的劃時代意義，而且會對神秘的宇宙產生向往。

在物理教學中，還可以通過板書和實驗來演示物理在美。例如在“電路”學習過程中，很多學生都有很大在疑惑，看不懂聽不懂做不出在現象時有發生，教師可以通過適當在板書，讓學生產生恍然大悟在感覺，達到事半功倍在效果，能夠激發學生在學習興趣。教師在上課的過程中通過板書，能夠激發學生的視覺神經，尤其是優美的板書，能夠給學生樹立良好在視覺形象，對學生產生終身在影響。優美的板書，能夠對學生產生愉悅、積極的情感變化。再比如在學習光學在過程中，可以教師可以通過裝滿水在玻璃槽，在水槽中用針來刺塑料魚，根據實驗情況提出“為什么看似準確無誤卻總是刺不準”的問題，激發學生在興趣。

本文簡單介紹了科學美學的性質，以及在高中物理教學過程中美學教育的實施，以期為素質教育的實施略盡綿薄之力。本文是拋磚之作，希望能夠在素質教育的問題上引出更多佳作，共同為提高素質教育水平而努力。

參考文獻

[1]凌繼堯《美學十五講》北京大學出版社

[2]曾謹言《量子力學（卷I）》科學出版社