帶美進(jìn)課堂，創(chuàng)設(shè)“美”的物理觀

美育是物理教學(xué)重要目標(biāo)之一。就其本質(zhì)，就是培養(yǎng)學(xué)生高尚的情操和審美情趣。美學(xué)又是貫穿整個(gè)物理發(fā)展始末的主線，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的大物理觀有重要意義。物理學(xué)的美主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面。

一、物理學(xué)的簡(jiǎn)單美

“簡(jiǎn)單即是美”。物理學(xué)中有許多簡(jiǎn)單的讓人驚訝的定理和公式，而恰恰是這種簡(jiǎn)單體現(xiàn)了物理學(xué)的美。

物理學(xué)的美首先體現(xiàn)在內(nèi)容的簡(jiǎn)單美。內(nèi)容的簡(jiǎn)單美，體現(xiàn)在能夠說(shuō)明客觀自然現(xiàn)象的理論中，一定是最簡(jiǎn)單的一個(gè)。例如，哥白尼認(rèn)為托勒密的地心說(shuō)中提出的本輪——均輪模型太復(fù)雜，不符合物理學(xué)中的簡(jiǎn)單美。但是，如果以太陽(yáng)為中心，能夠使本輪——均輪模型大大簡(jiǎn)化；而且，最重要的是，可以將行星按照離太陽(yáng)的軌道半徑由小到大、運(yùn)動(dòng)速率的由大到小、運(yùn)動(dòng)周期的由短到長(zhǎng)按規(guī)律排列起來(lái)，變成一個(gè)有序的整體！這絕對(duì)不是巧合，而是唯一正確的運(yùn)動(dòng)方式！只有這樣才非常簡(jiǎn)單。正是在這種“簡(jiǎn)單即是美”信念的驅(qū)使下，哥白尼發(fā)表了自己的《天體運(yùn)行論》，解開(kāi)了上帝神秘的面紗。后來(lái)，開(kāi)普勒用了更簡(jiǎn)單而完美的三個(gè)定律——開(kāi)普勒三定律，給天體運(yùn)行制訂了法則，使遙遠(yuǎn)美麗的天體變得簡(jiǎn)單而美麗。

其次，物理學(xué)的美體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單美。物理學(xué)中盡管各分支內(nèi)容豐富，但各分支的脈絡(luò)卻十分簡(jiǎn)單而且各分支之間不是孤立的，是相互聯(lián)系的。例如：我們學(xué)習(xí)力學(xué)和電學(xué)時(shí)，盡管屬于不同的物理體系，但他們之間驚人的相似。例如：萬(wàn)有引力和庫(kù)侖力、彈性勢(shì)能和電容器中的電勢(shì)能、振子的周期和單擺周期還有LC振蕩回路周期公式。正是這些看似復(fù)雜，其實(shí)非常簡(jiǎn)單的內(nèi)在聯(lián)系，支撐起了整個(gè)物理學(xué)的大廈。

物理學(xué)的簡(jiǎn)單美，還體現(xiàn)在研究方法簡(jiǎn)潔而美麗。從伽利略的落實(shí)實(shí)驗(yàn)開(kāi)始，物理學(xué)一直遵循著三位一體的研究方法，即：實(shí)驗(yàn)觀察為基礎(chǔ)，科學(xué)的假設(shè)和推導(dǎo)貫穿始終，嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推理為核心。這種研究方法奠定了經(jīng)典物理學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)。我們今天所使用的探究方法：提出問(wèn)題——猜想假設(shè)——實(shí)驗(yàn)探究——分析歸納——總結(jié)規(guī)律，就是這種研究方法在教學(xué)中的具體實(shí)踐和應(yīng)用。

二、物理學(xué)的對(duì)稱美

對(duì)稱是美學(xué)的重要內(nèi)容之一。對(duì)稱給人一種圓滿、勻稱、均衡的美感。物理學(xué)的發(fā)展就是建立在對(duì)稱的基礎(chǔ)上，從伽利略到牛頓、從麥克斯韋到愛(ài)因斯坦，物理學(xué)發(fā)展的每一步都離不開(kāi)對(duì)稱，運(yùn)動(dòng)與靜止、落體與拋體、引力與斥力、勻速與變速、恒力與變力、反射與折射、可逆與不可逆、串聯(lián)與并聯(lián)，它已經(jīng)成為物理學(xué)重要的研究方法之一。物理學(xué)的對(duì)稱美主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）空間對(duì)稱美。如：簡(jiǎn)諧振動(dòng)、豎直上拋、杠桿平衡、天體的橢圓運(yùn)動(dòng)、光的反射、光的折射、光路可逆、勻變速運(yùn)動(dòng)的加速與減速、彈簧的彈力在拉伸和壓縮時(shí)相同、雙縫干涉條紋、衍射條紋、游標(biāo)卡尺的讀數(shù)、力的相互性、雙星體系等都體現(xiàn)了物理學(xué)的空間對(duì)稱美。

（2）時(shí)間對(duì)稱美。一些物質(zhì)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中除了空間對(duì)稱之外，在時(shí)間上也是對(duì)稱的。如：豎直上拋運(yùn)動(dòng)、地球的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)，簡(jiǎn)諧振動(dòng)及交流電的波形隨時(shí)間呈周期相變化，穩(wěn)恒電流不隨界域內(nèi)的空間和時(shí)間變化等等。

（3）公式對(duì)稱美。物理學(xué)研究中運(yùn)用數(shù)學(xué)工具時(shí)，也體現(xiàn)了一種對(duì)稱美。如：運(yùn)用正弦曲線X=Asin（ωt）表示振動(dòng)、波動(dòng)、交流電等不同涵義的物理概念和規(guī)律，既體現(xiàn)了空間和時(shí)間上的美，同時(shí)公式上的表達(dá)也體現(xiàn)了對(duì)稱美。又如：對(duì)萬(wàn)有引力公式和庫(kù)侖力公式多么和諧對(duì)稱，其中的質(zhì)量和電量沒(méi)有先后之分，沒(méi)有主次之分它們遙遙相對(duì)、默默相守、彼此相對(duì)、永不分離。如果上帝真的存在，那么這些公式一定是出自上帝之手，因?yàn)橹挥兴庞羞@樣的鬼斧神工。物理學(xué)的對(duì)稱，就像萬(wàn)花筒一樣，讓簡(jiǎn)單而普通的事物，折射出耀眼的光輝。

三、物理學(xué)中的和諧美

和諧美是物理學(xué)美的重要一面。物理學(xué)研究的重要標(biāo)尺就是和諧。開(kāi)普勒在研究了行星運(yùn)動(dòng)三定律之后，給自己論文起的名字就是《宇宙的和諧》，他說(shuō)：“天體運(yùn)動(dòng)就像一首歌，一首連續(xù)的歌，幾個(gè)聲部的歌，它只為智慧的思索所理解，而不能聽(tīng)到?！蔽锢韺W(xué)正是以其簡(jiǎn)單、對(duì)稱、和諧向人們展示宇宙創(chuàng)造萬(wàn)物的美妙?！懊朗钦胬淼墓廨x”。在物理教學(xué)中要善于運(yùn)用美，才會(huì)讓這種美感讓教師和學(xué)生的思想發(fā)生“諧振”，培養(yǎng)學(xué)生“美”的大物理觀，產(chǎn)生最佳的教學(xué)效果。