高中物理教學中的美學教育

呂玲

【摘 要】本文論述在高中物理教學中實施美學教育的策略，提出在物理史中探究精神美、在物理現象中發現自然美、在物理規律中發現規律美等教學建議，以提高高中生的物理學科素養以及美學素養。

【關鍵詞】高中物理 美學教育 實施策略

【中圖分類號】G? 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2021）18-0137-03

“生活中并不缺少美，而是缺少發現美的眼睛。”這句話放在物理教學中同樣適用。物理是一門自然科學領域的基礎課程，學習高中物理課程，旨在幫助學生從物理學的視角去認識自然、理解自然，構建關于自然界的物理圖景，使學生在這個過程中學會科學的研究方法，養成科學的思維習慣。物理知識隱含著各種各樣的美，在高中物理教學中實施美學教育，不僅能激發學生學習物理的興趣，讓學生轉變觀念，從過去認為物理課枯燥乏味到覺得物理生動有趣，這一轉變促進了學生對物理知識的理解和應用。更重要的是，教師通過在教學中向學生滲透美學教育，學生學會用美的眼光看待萬事萬物，真正地體驗科學的美，欣賞科學的美，并能在美學的思想下理解物理，學好物理。筆者在多年的教學實踐中，不斷挖掘物理與美學的素材，在物理教學中實施美學教育，以此來感化、激勵學生，以提升學生的物理學科素養以及美學素養。

一、在物理史中探究科學精神美

一般認為物理學的發展從古希臘時期開始萌芽，但嚴格來說，真正意義上的物理學的建立還是在17、18世紀。盡管物理學的歷史只有三百多年，但是卻有無數的物理學家留下了他們輝煌的痕跡。他們在黑暗中探索的艱辛過程，體現了為真理奮斗不息的精神之美。因此，筆者在教學時，每每碰到新出現的物理學家的名字，都會用一定的時間給學生講述這些物理學家的故事。

如筆者在教學人教版高中物理（必修一）《伽利略對自由落體運動的研究》這一課時，筆者通過故事導入的方式，首先給學生講述伽利略的故事。從接觸物理開始，學生就已經對伽利略這個名字不陌生，如果教師再講述一些過去常講以及課本上已經呈現的關于伽利略的故事，就容易使學生感到膩煩，反而無法激發學生的注意力。這就要求教師必須在課前做好搜集材料的準備，必須要找到一些有別于一般讀物上講述的耳熟能詳的故事。筆者的做法是，首先利用一個簡短的紀錄片抓住學生的注意力。這個紀錄片講述了伽利略除了對物理學發展做出了偉大的貢獻，還在數學、天文等方面也有卓越成就。晚年的伽利略因為發表支持哥白尼學說的書而遭到迫害，入獄后不久又被遷往受監視的小屋渡過9年的憂苦生活，最終孤獨病逝。筆者挑選的紀錄片講述語言精煉，且史料豐富，能夠讓學生從聲音、畫面中更直觀地感受伽利略為人類的物理學發展做出的難以估量的貢獻。不僅如此，學生還能從多維度深入了解這個偉大的科學家，明白伽利略在物理學甚至是天文、數學等方面的偉大貢獻。筆者的本意是讓學生從伽利略的故事中學習他為了追求科學真理，不惜挑戰權威的勇氣，這種精神之美值得高中生學習，并以此培養學生崇尚科學、熱愛科學的精神。

在物理教材中，類似的物理學家還有很多，如筆者在教學“萬有引力”的相關內容時，給學生講述了哥白尼、布魯諾等人的故事。布魯諾寫了多本著作，更進一步發展了哥白尼的宇宙結構模型，指出“太陽也只是千千萬萬個普通行星之一而非宇宙中心”，因此被羅馬教廷的宗教裁判所迫害而逃亡各地15年，最終在威尼斯被捕，但是8年的監獄生活并沒有使他意志消沉。為了讓學生更加了解這些物理學家的精神美，筆者為學生提供了這些名人的傳記讓大家閱讀，此外，在課余時間還會組織學生一起觀看講述這些偉人的紀錄片，加深學生對科學家們的認識和了解。這些物理學家們不惜以生命為代價，為科學真理奮斗不息，是物理學中最美的精神。

二、在物理現象中發現自然美

學習物理，是為了更好地認識自然，理解自然。在學習物理過程中，我們不難發現，物理現象呈現的狀態常常蘊含美。首先是狀態美。中學階段，學生會接觸到力、聲、熱、光、電、磁等物理知識，這些物理知識所產生的物理現象展示了大自然的美妙與百態。如學生學習了地球公轉自轉的知識后，筆者會引導學生去感受習以為常的春夏秋冬四種季節形態，引導學生成為熱愛生活的人。又如在講述晶體與非晶體的內容時，筆者通過PPT給學生展示自然界中存在的各式各樣美麗的晶體，學生在感嘆自然界的鬼斧神工之后，筆者引導學生了解不同晶體的結構，讓學生明白晶體的結構是一種非常有序的、和諧的結構，它們總是由若干平面圍成的多面體，它們具有規則的外形，且各個幾何平面之間的夾角總是固定不變的。通過引導學生欣賞晶體的美，讓學生感受物理的奇妙，加深學生對該知識點的理解和記憶。這個過程對學生來說，不僅是學習知識，也是一種快樂的體驗。還有光的折射與倒影、光的折射與海市蜃樓、光的色散與彩虹等，這些存在我們身邊的大自然的美，無不與物理息息相關。

其次是和諧美。自然界本身就是一個和諧的整體，萬事萬物都呈現出和諧之美。而作為自然學科之一的物理學，自然也存在著和諧美，它是揭示自然界物質的存在、組成、運動及其轉化等規律整體上的和諧而產生的美感。如在宇宙中，各種星系、各種天體盡管各有各的軌跡，每時每刻都在進行著復雜的運動，但放在太空這個整體中，各種星體的運行軌道又是有規則的：月球一邊自轉，一邊繞地球公轉，旋轉的速度和軌道也幾乎沒有差錯，宇宙太空各天體的運動配合得如此默契和諧，這就是一種和諧之美。在教學帶電粒子在磁場中的運動等相關知識時，筆者通過視頻講解等方式，給學生呈現了帶電粒子在磁場中的受力特點，以及帶電粒子在勻強磁場中的運動規律：若帶電粒子沿著磁場方向射入磁場，即粒子速度方向與磁場方向平行，那么帶電粒子在磁場中將以速度v做勻速運動;弱帶電粒子的速度與方向與勻強磁場方向垂直，那么帶電粒子在勻強磁場中以入射速度v做勻速圓周運動。通過給學生展示帶電粒子的運動規則，學生能夠充分感受到物理學中的和諧美。

三、在物理規律中發現規律美

物理規律當中有非常多的美學。首先是物理規律的簡潔美。雖然自然界是復雜多變的，但是科學家們通過畢生的努力探索，研究出了探究世界的方法以及自然界的規律，而這些方法和規律，科學家們通常用最簡潔的方式來表達，有時是精煉的語言，有時是最少的符號等。

在高中階段，學生接觸的物理知識有不少規律和法則是通過簡潔的數學表達式來呈現的。如運動和力的關系。筆者在教學牛頓第二定律的相關知識時，就讓學生體會了“F=ma”簡潔美背后的力量。過去，運動和力的關系，曾經困惑人類幾千年，直到牛頓第二定律的出現，一切才有了完美的解釋。筆者用一個生活中的例子來解釋這個簡簡單單的表達式所傳遞的簡潔美。

以棒球棍打蚊子為例子，棒球棍可以用來防身，擊打在人身上會給人體造成很大的傷害，但是用它來打蚊子，卻很難將蚊子打死。如何解釋這一現象？用牛頓第二定律即可。假設一只蚊子的質量為5mg，揮舞棒球棍的速度假設為80m/s，蚊子在被棒球棍擊中前，在空中揮舞的速度可以忽略不計，蚊子被棒球棍擊中的瞬間，在0.04s內加速到與棒球棍相同的速度，加速過程近似看做勻加速，請學生估算，此時，棒球棍對蚊子的作用力是多少？通過計算，運用“F=ma”，最終得到棒球棍對蚊子的作用力為0.02N。這就可以解釋，為什么用棒球棍打蚊子反而不會對蚊子造成傷害。通過這個事例，學生很快就明白，生活中的一些規律只需要通過簡簡單單的一個公式即可解釋。這就是物理規律中的簡潔美。這種簡潔的物理理論最能給學生帶來美的享受。它的簡潔不僅僅是物理規律本身，更是物理學之奧妙的濃縮。

②當粒子沿水平向右的方向進入磁場時，其應該在MN的上方做圓周運動，且另外的半圓將會出現在點O的左邊。直徑也是2R。

③然后利用對稱性，所有可能的軌跡將會涉及以點O為轉動點，以2R為直徑從右掃到左的一片區域（如圖2所示）。

綜上所述，如果沒有美育的物理教學，那就不能算是完整的物理教學。通過在物理教學中對學生滲透美學教育，不僅能激發學生對物理學習的熱情，提高學生的學習效率，同時，也能通過美學教育，傳遞給學生探索未知世界的強大動力。對教師而言，在物理教學中實施美學教育，不僅能激發教師的教學熱情，還能提高教學效果。學科教師一般只專注于本學科的教研內容，很少關注其他學科的發展，當教師有意識地在教學中實施美學教育，勢必會引導教師主動關注更豐富的內容，從而推動學科教師積極主動地學習新知識，以此拓展自己在本學科教學時的教學素材，個人的素養也將得到很大的提升。

物理與美是不應該被割裂來看待的。新一輪的課程改革對學科審美教育也提出了新的要求，教師要通過不斷學習，不斷進步，將美學與物理教學結合起來，讓學生領略自然界的奇妙與和諧，對科學產生好奇心和求知欲，讓學生的知識與情感得到發展。

【參考文獻】

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[2]楊榮.淺談中學物理教學中蘊含的美學及其應用[J].中學物理教學參考，2016（4）.

[3]王善和.淺談物理習題教學中的對稱美[J].中學物理教學參考，2015（10）.

【作者簡介】呂 玲（1987— ），廣西陸川人，大學本科學歷，研究方向為高中物理教育。

（責編 馬群耀）