親近物理之美 享受學(xué)習(xí)之趣

李靖

物理學(xué)是一門揭示物質(zhì)存在與運(yùn)動規(guī)律的自然科學(xué)，物理中有自然的美，也有科學(xué)和藝術(shù)的美，愛因斯坦曾經(jīng)描述說，物理學(xué)是至善至美的科學(xué)，他還特別把物理的美歸納為“簡單、和諧、完善、統(tǒng)一”。物理美，令人神往，促人遐想，誘發(fā)人們迸發(fā)出無限的創(chuàng)造力。我們作為物理教學(xué)工作者應(yīng)該讓我們的學(xué)生親近物理的美妙，以達(dá)到開發(fā)學(xué)生多元智能的目的，讓學(xué)生以一種享受知識的姿態(tài)走進(jìn)科學(xué)的殿堂。

要使中學(xué)生親近物理之美，在物理教學(xué)中可從以下幾方面來滲透物理之美。

一、挖掘教材內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生感受物理現(xiàn)象之美

翻開中學(xué)物理課本，無處不滲透著科學(xué)之美，諸如：和諧美、統(tǒng)一美、奇異美、簡潔美及邏輯美等。中學(xué)物理所研究的內(nèi)容從宏觀到微觀，從具體到抽象，從現(xiàn)象到本質(zhì)，揭示的物理學(xué)規(guī)律是和諧統(tǒng)一的。可從下列幾個方面去體現(xiàn)：

1.物理現(xiàn)象美。物理現(xiàn)象千姿百態(tài)、美妙無比。如物態(tài)互變等自然規(guī)律，因有序而美；光的反射與倒影、折射與海市蜃樓、衍射與干涉等都有奇異的美；電磁現(xiàn)象的認(rèn)識，星際旅行等都給人以震撼之美。課堂上通過視頻展示，實(shí)驗(yàn)演示，圖文并茂的講解，讓學(xué)生欣賞、震撼，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。

2.教材插圖美。課本中彩色插圖在說明物理現(xiàn)象的同時也展示出自然壯美的一面。諸如：都市夜景，桂林山水，云海霧松，雪原冰川，玲瓏剔透的晶體，來自太陽的帶電粒子，極地的天空激發(fā)出的美麗的極光等等。學(xué)習(xí)之余欣賞一下這些美麗的畫面能開闊視野，愉快心情，消除學(xué)習(xí)疲勞，更重要的是能提高學(xué)習(xí)效率，拉近學(xué)生與物理的距離，了解到物理無處不在，物理就在我們身邊。

3.研究方法美。教材中所涉及的研究方法有其獨(dú)特的物理思維美。如：平拋運(yùn)動與電場中帶電粒子的運(yùn)動均可用合成、分解法去研究；人造衛(wèi)星繞地球的運(yùn)動，電場中核外電子繞核做圓周運(yùn)動，磁場中帶電粒子的勻速圓周運(yùn)動等都可用相同的方法去研究；在解題方法上，有整體法與隔離法的統(tǒng)一，綜合法與分析法的統(tǒng)一，歸納法與演繹法的統(tǒng)一等等。

4.概念規(guī)律美。物理概念門類繁多，千變?nèi)f化，但它們并不是雜亂無章的，可以分別從形式與內(nèi)涵兩方面體現(xiàn)和諧美的因素。

二、探索物理理論，激發(fā)學(xué)生感知物理思維之美

1.統(tǒng)一美?？陀^物質(zhì)世界盡管豐富多彩，但是其本質(zhì)上具有統(tǒng)一性。那么描述和揭示客觀世界的物理現(xiàn)象及物理規(guī)律的物理學(xué)也是具有統(tǒng)一性的，它顯示出一種崇高的美。如物理學(xué)上電和磁的統(tǒng)一理論——麥克斯韋理論，而愛因斯坦為電磁作用與弱相互作用的統(tǒng)一耗盡了后半生精力。在課堂上讓學(xué)生了解科學(xué)家們的大統(tǒng)一思想，成為他們將來認(rèn)識世界和改造世界的武器。

2.簡單美?？茖W(xué)的簡單性在古代自然哲學(xué)家以及近代科學(xué)家的永不休止追求中得到了充分體現(xiàn)。簡單性揭示了科學(xué)的質(zhì)樸美。在范疇廣泛、現(xiàn)象規(guī)律復(fù)雜的物理領(lǐng)域中，物理學(xué)家把龐大的物理空間縮小為“場”，把紛繁各異的物質(zhì)稱為“粒子、質(zhì)點(diǎn)”，借助文字和數(shù)學(xué)表達(dá)其內(nèi)在規(guī)律，充分突出簡單美的觀點(diǎn)。

物理中的簡單美首先體現(xiàn)在文字簡練，如力定義為“物體間的相互作用”，光的本性為“波粒二象性”，言簡意賅。模型的觀點(diǎn)和數(shù)學(xué)公式的應(yīng)用使這種簡單美幾乎到了極限。如物理學(xué)家提出質(zhì)點(diǎn)、單擺、理想氣體和點(diǎn)電荷；勻速直線運(yùn)動、自由落體運(yùn)動、彈性碰撞等模型的觀點(diǎn)，再用公式定義物理量和表達(dá)物理規(guī)律，大大簡化了物理問題，簡潔準(zhǔn)確。如速度、密度、電流強(qiáng)度等物理量的公式定義，其他物理量也都有相應(yīng)的表達(dá)式。這些定義、定律科學(xué)地反應(yīng)了物體運(yùn)動的客觀規(guī)律，而其中的語言科學(xué)準(zhǔn)確，十分簡潔優(yōu)美。

課堂上要強(qiáng)調(diào)物理語言的準(zhǔn)確、科學(xué)、簡練，在有些關(guān)鍵字下面畫上著重號，養(yǎng)成用精準(zhǔn)物理術(shù)語進(jìn)行表達(dá)的習(xí)慣。

3.和諧美。物理學(xué)的和諧性主要表現(xiàn)在其學(xué)科自身內(nèi)容協(xié)調(diào)和形式勻稱，而且與其他認(rèn)識體系是相容的、一致的。理論的各個部分以及各種理論之間的和諧、形式的對稱，無疑能給人一種和諧的美感。電磁波與光理論、萬有引力定律與電荷相互作用的庫侖定律驚人的相似，能量守恒定律、動量守恒定律、電荷守恒定律、質(zhì)能方程等反映出的和諧美感。

對稱也是和諧的重要組成部分，從空間角度看，原子的核式結(jié)構(gòu)、磁鐵的兩極是對稱的；圓周運(yùn)動、簡諧運(yùn)動是對稱的；平面鏡成像、電磁場的力線分布更具有對稱美。從時間角度看，行星的公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)、波的傳播都具有時間周期性的對稱美。對稱性的美學(xué)意境引起很多科學(xué)家的心馳神往，從伽利略時代開始，物理學(xué)家就把追求理論上的對稱性作為一種有效的研究方法，并取得了成功。例如法拉第從“電生磁”現(xiàn)象中受到啟發(fā)，發(fā)現(xiàn)了“磁生電”的現(xiàn)象，進(jìn)一步揭示了電磁聯(lián)系；后人還發(fā)現(xiàn)電場和磁場在規(guī)律上有許多驚人的對稱關(guān)系。近50年來，粒子物理與場論飛速發(fā)展，對稱性的指引在其中起了決定性的作用。在粒子物理中，物理學(xué)家根據(jù)對稱性預(yù)言發(fā)現(xiàn)了正電子。

在課堂教學(xué)中，可采用比較教學(xué)法把相關(guān)的知識進(jìn)行比較對照學(xué)習(xí)，羅列分類記憶，可以大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效率，同時進(jìn)一步讓學(xué)生了解物理和諧美的價值。

4.新奇美。新奇美也是物理美的特點(diǎn)。新奇美表現(xiàn)于物理概念、理論、模型等的新穎與奇特，表現(xiàn)在它們能夠巧妙地解釋物理現(xiàn)象。這些理論往往與我們的常識有多多少少的出入，但我們又會覺得不接受不行。比如說反物質(zhì)的概念，運(yùn)動的時鐘變慢、運(yùn)動的尺子變短等理論，大大出乎了人們的意料。這些新穎、奇特、大膽、富有創(chuàng)造性的結(jié)論，無不使人們在驚奇之余產(chǎn)生奇異而和諧的美感。物理奇異思維其實(shí)就是創(chuàng)造思維，物理學(xué)家正是利用了奇異思維，才創(chuàng)立了很多新奇的物理理論，其中“相對論”是新奇美的典范，它富有獨(dú)創(chuàng)性，開創(chuàng)了物理學(xué)的新紀(jì)元，成為未來科學(xué)發(fā)展的理論基礎(chǔ)。

除了要讓學(xué)生了解科學(xué)家們的創(chuàng)造性成就的意義，還要告知學(xué)生創(chuàng)新是科學(xué)發(fā)展的源泉，是人類進(jìn)步的階梯，在課堂上要鼓勵學(xué)生發(fā)表自己獨(dú)到的見解，鼓勵學(xué)生一題多解，乃至于從學(xué)生的錯解中發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新。

三、滲透物理學(xué)史，啟迪學(xué)生感悟物理精神之美

物理理論的科學(xué)美具有很高的審美價值，而物理學(xué)家的精神美堪稱無價之寶。中學(xué)生無論是從哥白尼的故事、愛迪生的發(fā)明，或者法拉第的發(fā)電機(jī)、周光召的原子彈，還是牛頓定律、麥克斯韋方程與愛因斯坦理論都能領(lǐng)略到偉人美的風(fēng)范。

回顧物理學(xué)的發(fā)展史，可知這座輝煌的殿堂，凝聚了多少人的智慧和心血。其中牛頓和愛因斯坦這兩位科學(xué)巨人，永遠(yuǎn)是中學(xué)“德育”和“美育”的典范。物理學(xué)家被自然中的新奇吸引，激發(fā)奇妙的設(shè)想，在壯美奇觀中進(jìn)行智力探險，經(jīng)歷曲折艱辛和生死攸關(guān)，通過實(shí)驗(yàn)以及科學(xué)的推理驗(yàn)證假設(shè)，從而得出完美的理論。

如在“萬有引力定律”教學(xué)中，教師可引導(dǎo)：“牛頓看到蘋果落地，他相信宇宙中的星球和地面上的物體應(yīng)該遵守同樣的力學(xué)規(guī)律”。正是在這個信念的指導(dǎo)下，才發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律。再如講授“能的轉(zhuǎn)化和守恒定律”時，教師可通過介紹英國物理學(xué)家焦耳、德國醫(yī)生邁爾、瑞士化學(xué)家赫斯、生物學(xué)家亥姆霍茲等科學(xué)家分別從不同角度、不同側(cè)面各自獨(dú)立研究到建立能的轉(zhuǎn)化和守恒定律，讓學(xué)生體會物質(zhì)間的和諧統(tǒng)一。

在課堂上要舍得花時間去講物理學(xué)史，要讓學(xué)生知道，科學(xué)家們這種艱苦卓越的探索過程所包含的藝術(shù)創(chuàng)造與獻(xiàn)身科學(xué)的精神美是無與倫比的，所有的科學(xué)家，都具有偉大的思想和天才的智慧，不餒的精神和高尚的品格，他們給人類留下了豐富的物質(zhì)和精神財富，科學(xué)是美的，創(chuàng)造科學(xué)的人更美。

四、創(chuàng)造教學(xué)藝術(shù)，誘導(dǎo)學(xué)生感覺物理課堂之美

優(yōu)秀的教師在傳授知識的同時，不但揭示課本內(nèi)容的內(nèi)在美，還會在教學(xué)過程中塑造美，力求達(dá)到科學(xué)性、思想性和藝術(shù)性的高度統(tǒng)一。具體表現(xiàn)在以下方面：優(yōu)化的課堂結(jié)構(gòu)，精湛的教學(xué)方法，生動形象的教學(xué)語言，富有啟發(fā)性的教學(xué)語言等。

1.整體性原則。即課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)中，諸環(huán)節(jié)之間要銜接自然，協(xié)調(diào)有序。在教學(xué)中既要發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，又要體現(xiàn)學(xué)生的主體作用，達(dá)到師生互動、教和學(xué)的一致統(tǒng)一，還要將知識、方法的教學(xué)，能力的發(fā)展以及世界觀的培養(yǎng)等有機(jī)結(jié)合起來。

2.起伏性原則。課堂教學(xué)過程應(yīng)是波動起伏的過程，如對一般知識、重點(diǎn)知識進(jìn)行有張有弛的教學(xué)，在教學(xué)語言上做到抑揚(yáng)頓挫、形象生動，在學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中要注意聽想結(jié)合、聽練結(jié)合、學(xué)練結(jié)合。

3.多樣性原則。教學(xué)活動存在著多樣統(tǒng)一的方面，以教學(xué)方法為例，應(yīng)視不同內(nèi)容采用多種教學(xué)方法，如講授、自學(xué)、講座、實(shí)驗(yàn)探究等；在進(jìn)行習(xí)題教學(xué)中，采用一題多解、多題同解、一題多變等方法啟發(fā)學(xué)生的思維，達(dá)到舉一反三，融會貫通之目的。

總之，在物理教學(xué)中應(yīng)十分重視審美直覺的培養(yǎng)和物理方法論的教育，引導(dǎo)學(xué)生感受美、發(fā)現(xiàn)美，提高學(xué)生的審美意識和審美情趣，使學(xué)生獲得對物理美的鑒賞能力，從而影響和指導(dǎo)他的物理學(xué)習(xí)；引起學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，減輕心理壓力和學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，提高學(xué)習(xí)效率；促進(jìn)學(xué)生理解與掌握知識，發(fā)展創(chuàng)新思維；促進(jìn)智力發(fā)展；培養(yǎng)學(xué)生的品德；培養(yǎng)學(xué)生的審美能力和創(chuàng)造能力，進(jìn)而完善學(xué)生的人生觀和世界觀。

作者單位 西安市第八十九中學(xué)

編輯 薛小琴