物理科學(xué)美的思考

【摘 要】物理學(xué)本身是一個美的世界，蘊(yùn)含著豐富的科學(xué)美，認(rèn)識與發(fā)掘物理學(xué)中的美，從美的角度去認(rèn)識物理、研究物理，可以培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)習(xí)的情感、興趣和動機(jī)等非智力因素，改善思維結(jié)構(gòu)等，加深對物理的理解，培養(yǎng)科學(xué)的審美觀念。本文提出了物理教學(xué)中融入美育的重要性和必然性，這是符合物理教學(xué)論原則及素質(zhì)教育要求的。

【關(guān)鍵詞】物理科學(xué)美 審美 美育 藝術(shù)

【中圖分類號】G632 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-4810（2014）28-0125-02

一 物理科學(xué)美的豐富內(nèi)蘊(yùn)

1.物理科學(xué)的實(shí)驗(yàn)美

實(shí)驗(yàn)，是科學(xué)研究的重要環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)美，是科學(xué)實(shí)驗(yàn)展示出的美，它貫穿于整個物理實(shí)驗(yàn)過程，體現(xiàn)在新巧的實(shí)驗(yàn)設(shè)施、精湛的實(shí)驗(yàn)技術(shù)、完美的實(shí)驗(yàn)成果等方面。物理科學(xué)實(shí)驗(yàn)美包括實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)美、實(shí)驗(yàn)裝置美、操作美、現(xiàn)象美、結(jié)果美……

經(jīng)典物理學(xué)中的伽利略自由落體實(shí)驗(yàn)、伽利略勻加速運(yùn)動實(shí)驗(yàn)等，無不表現(xiàn)出物理實(shí)驗(yàn)美。實(shí)驗(yàn)的奇異美，還能強(qiáng)烈激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如，在新生開學(xué)的課堂上，筆者會給學(xué)生演示尖端放電現(xiàn)象、多鋼球剛性碰撞、“飲水鳥”實(shí)驗(yàn)、兩書互相交疊的摩擦力實(shí)驗(yàn)、起電機(jī)靜電實(shí)驗(yàn)、磁懸浮實(shí)驗(yàn)、牛頓管、共振現(xiàn)象演示等。實(shí)驗(yàn)過程中，讓學(xué)生參與其中，他們熱情洋溢，求知欲得到極大激發(fā)。

親自動手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，使人產(chǎn)生強(qiáng)烈的愉悅美感。云南省會澤縣茚旺高級中學(xué)成立的科技興趣小組，每周一在課外活動時，實(shí)驗(yàn)室全部對外開放，幾個教師在實(shí)驗(yàn)室輔助學(xué)生做他們自己想做的實(shí)驗(yàn)、小發(fā)明。利用閑置物品、損壞儀器、廢舊家用電器、生活用品等來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，另外還網(wǎng)購了一些材料讓學(xué)生進(jìn)行組裝和探究。學(xué)生在此過程中玩得不亦樂乎，在實(shí)驗(yàn)中探求實(shí)驗(yàn)的內(nèi)在美和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)美，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和持久動力。同時，實(shí)驗(yàn)過程中也提升了學(xué)生的思維能力和創(chuàng)造能力。

2.物理科學(xué)的方法美

物理科學(xué)方法美是指物理學(xué)研究方法和思想方法所展現(xiàn)的美。作為一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，物理學(xué)研究不拘于嚴(yán)密的完全歸納，大膽地根據(jù)有限的實(shí)驗(yàn)，歸納出許多規(guī)律。事實(shí)證明，根據(jù)有限的實(shí)驗(yàn)做出的這種不完全歸納，在經(jīng)受了有限次實(shí)驗(yàn)（踐）檢驗(yàn)之后，已有效地形成了科學(xué)的內(nèi)容和體系。經(jīng)典物理學(xué)中，伽利略的研究方法是：對現(xiàn)象的一般觀察→提出工作假說→運(yùn)用數(shù)學(xué)和邏輯的手段得出特殊推論→通過物理的或思想的實(shí)驗(yàn)對推論進(jìn)行檢驗(yàn)→對假說進(jìn)行修正和推廣。在現(xiàn)代物理學(xué)的研究中，人們更注重于關(guān)系和模型。

數(shù)學(xué)在物理中的應(yīng)用美，數(shù)學(xué)成為物理語言中最簡練、最凝聚的語言。數(shù)學(xué)推導(dǎo)看起來雖很繁難，但當(dāng)未知的茫茫宇宙與微微粒子的物理世界化為有限的幾個數(shù)學(xué)公式時，簡單美就會躍然紙上。

物理學(xué)之美還體現(xiàn)在物理本質(zhì)的簡單美，物理規(guī)律具有簡潔美。例如，牛頓第二定律的表達(dá)式F=ma，就揭示了一切物體的機(jī)械運(yùn)動規(guī)律；愛因斯坦的質(zhì)能方程E=mc2，既揭示了能量與質(zhì)量的關(guān)系，又解釋了核反應(yīng)的質(zhì)量虧損。物理中的對

稱美，如萬有引力公式F= 和庫侖定律F= 。

3.物理科學(xué)的理論美

闡明科學(xué)真理的科學(xué)理論既有理性的光輝又有藝術(shù)的色彩。科學(xué)家們還刻意追求理論的美和理性的美。他們把手里的論文和實(shí)驗(yàn)報(bào)告看作是人類追求自然本質(zhì)美的忠實(shí)記錄，看作是人類理性美的忠實(shí)記錄。

偉大的物理學(xué)家愛因斯坦發(fā)現(xiàn)的相對論，便是這個科學(xué)世界中一件絕美的杰作，著名物理學(xué)家朗道等曾把相對論看作是一切現(xiàn)有物理理論中最美的一個。玻恩也贊美道：“它在我看來像是一件偉大的藝術(shù)品，從遠(yuǎn)處看去真令人喜愛和值得贊美。”一個物理理論的正確必須是“外在的事實(shí)證明”和“內(nèi)在的完美”的統(tǒng)一?？茖W(xué)理論的博大精深和簡明透徹給人們以強(qiáng)烈的美的感染，這絲毫不遜色于藝術(shù)作品所給予人們的美的享受。酷愛音樂的愛因斯坦，視科學(xué)理論的美為“思想領(lǐng)域最高的音樂神韻”，說它能給人以“一種壯麗的感覺”。曾榮獲1978年度愛因斯坦獎金的英國理論物理學(xué)家史蒂芬·霍金，他以自己對“黑洞”理論的新見解打破了關(guān)于“黑洞”的傳統(tǒng)看法，因而轟動了科學(xué)界。著名物理學(xué)家西雅瑪認(rèn)為霍金的論文是“物理學(xué)有史以來最出人意料的、最漂亮的論文之一”。另一位著名的“黑洞”理論專家說，霍金的成就好像是莫扎特創(chuàng)作了一整部交響樂一樣，把整個宇宙都記在腦子里了。無論怎么說，科學(xué)理論都可以是美的，也應(yīng)該是美的。

二 物理科學(xué)美的教育

1.物理教學(xué)中要重視物理美學(xué)教育

物理美學(xué)思想是一種重要的思想方法，因此在物理教學(xué)中要貫穿物理美的教育。美籍物理學(xué)家楊振寧博士曾寫了《美與物理學(xué)》的文章，文中說道：“用專業(yè)知識教育人是不夠的，通過專業(yè)教育，人只可以成為一種有用的機(jī)器，但不能成為一個和諧發(fā)展的人。”因此，在物理教學(xué)中進(jìn)行審美教育和美感教育是素質(zhì)教育的重要組成部分。

對學(xué)生進(jìn)行物理美學(xué)教育時，教師要讓學(xué)生從物理美的幾個特性去領(lǐng)悟物理知識中的“美”“妙”所在，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，同時讓學(xué)生感受物理學(xué)家追求完美的精神。教師在教學(xué)的形式和手段上，要重視從實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想和觀察現(xiàn)象上培養(yǎng)審美感。學(xué)生在欣賞和體驗(yàn)美的同時，就學(xué)到了相關(guān)的物理知識，在玩中學(xué)，豈不樂哉！記得我的一位學(xué)生對我說：“老師，聽你講物理課就是一種享受。”就是由于我講課的同時穿插了美育故事并加以啟迪。揭示物理知識中的美，培養(yǎng)學(xué)生的審美觀和鑒賞美、創(chuàng)造美的能力。學(xué)生的這種追求美的意識將會成為其投身物理研究的動力源泉。

2.中學(xué)物理教學(xué)中物理美育的實(shí)施途徑

物理教育中的美育要求教師根據(jù)物理學(xué)的特點(diǎn)和學(xué)生的審美心理特點(diǎn)，在物理教育的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行美育滲透，挖掘物理思想、理論框架、物理規(guī)律中美的因素，培養(yǎng)學(xué)生美的感受力、鑒賞力和創(chuàng)造力，寓美育于知識教育之中。當(dāng)然，教師首先應(yīng)具備一定的審美能力，通過不斷地進(jìn)修和學(xué)習(xí)來提高。

教師在實(shí)施美育時，多鼓勵學(xué)生大膽想象。在課外活動時通過網(wǎng)絡(luò)觀看宇宙、自然的美妙。建議學(xué)生看中央電視臺科教頻道，激發(fā)學(xué)生的審美創(chuàng)新意識。我們還為學(xué)生創(chuàng)造寬松的學(xué)習(xí)園地，如科技興趣小組、報(bào)刊閱覽室等。研究表明，科學(xué)與藝術(shù)互有促進(jìn)性，絕大多數(shù)科學(xué)家都酷愛藝術(shù)，藝術(shù)能促進(jìn)想象力。由此，我們的藝術(shù)課一直上到高三，從而加強(qiáng)了學(xué)生的發(fā)散創(chuàng)造思維。在教學(xué)過程中，教師要教會學(xué)生應(yīng)用和建構(gòu)物理模型，通過模型法來促進(jìn)學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，從而提高學(xué)生對中學(xué)物理的學(xué)習(xí)興趣。

物理學(xué)研究自然界物質(zhì)運(yùn)動最普遍的規(guī)律以及物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和相互作用。自然界中的物質(zhì)種類繁多、運(yùn)動錯綜復(fù)雜，物理學(xué)家巧妙地從復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)世界中，抽象出最簡單的各種物理模型。在形成理想模型時，舍棄次要的、非本質(zhì)的因素，將復(fù)雜變?yōu)楹唵?，既簡潔又美觀、既抽象又形象，給我們帶來物質(zhì)世界美的享受。所以，物理學(xué)家對物理學(xué)的探索過程，就是對物理科學(xué)美的創(chuàng)造、鑒賞、再創(chuàng)造的過程。

參考文獻(xiàn)

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〔責(zé)任編輯：龐遠(yuǎn)燕〕