品物理之美促學(xué)習(xí)之趣

連麗瓊

摘? ?要：物理學(xué)是研究自然界的物質(zhì)結(jié)構(gòu)、相互作用和運動規(guī)律的自然科學(xué)。物理學(xué)的美是抽象的理性美，物理教師在課堂上要善于挖掘物理之美，讓學(xué)生體驗到物理之美，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的內(nèi)驅(qū)力，長期保持學(xué)習(xí)物理的興趣， 發(fā)展創(chuàng)新思維，促進智力發(fā)展，同時也能培養(yǎng)學(xué)生的審美能力，幫助學(xué)生樹立正確的人生觀和世界觀，最終促進學(xué)生個體的全面發(fā)展。

關(guān)鍵詞：物理教學(xué);簡潔美;對稱美;和諧美;哲學(xué)美

物理學(xué)是研究自然界的物質(zhì)結(jié)構(gòu)、相互作用和運動規(guī)律的自然科學(xué)[ 1 ]，它的美是一種抽象的理性美。物理學(xué)家海森堡曾經(jīng)說過：“科學(xué)的探索者們最初往往是在美的光輝照耀下，去認識和發(fā)現(xiàn)真理的。對于一位喜歡物理的人來說，他之所以喜歡這門學(xué)問，是因為他看到并感受到這門學(xué)問的美。”因此，在物理教學(xué)中教師要善于引導(dǎo)學(xué)生去體會物理知識本質(zhì)上的這種美，才能刺激學(xué)生學(xué)習(xí)物理的內(nèi)驅(qū)力，讓學(xué)生從內(nèi)心真正愛上物理。下面，簡要從幾個方面介紹物理學(xué)獨特的美。

1? 簡潔美

物理學(xué)最令人贊嘆的地方，就是具有一種“簡單明了”的簡潔之美。物理學(xué)的簡潔是指物理學(xué)理論體系的結(jié)構(gòu)、物理規(guī)律的描述及其表達形式的簡潔。

例如，愛因斯坦的質(zhì)能方程“E=mc2”， 一眼看去，這個公式實在太過樸實，但就像大智者往往若愚，簡潔無華的它用最精煉的語言和最少的符號，揭示了小到原子大到整個宏偉宇宙的深奧無比的自然規(guī)律，大道至簡地統(tǒng)一了物質(zhì)和運動，把在經(jīng)典力學(xué)中彼此獨立的質(zhì)量守恒和能量守恒定律結(jié)合了起來形成了統(tǒng)一的“質(zhì)能守恒定律”。愛因斯坦曾笑稱：“當(dāng)結(jié)論看起來很簡單時，一定是上帝在回答。”例如，牛頓第二定律表達出運動和力的關(guān)系 “F=ma”無比簡單，卻又重要到難以估量，它昭示著經(jīng)典物理學(xué)大廈的拔地而起，劃開了人類與自然關(guān)系的新紀元;再如，世界上各種作用力千奇百怪，但在本質(zhì)上都可簡潔歸納為四種：強相互作用力和弱相互作用力、萬有引力和電磁力;又如，物質(zhì)的種類千差萬別，物質(zhì)的狀態(tài)各有不同，在熱傳遞過程中有的吸熱，有的放熱，有的溫度變化大，有的溫度變化小，有的質(zhì)量大，有的質(zhì)量小等等，但這些不同的物質(zhì)形式在熱傳遞過程中卻遵循著相同的規(guī)律 “Q=cmΔt”，簡潔明快、還有速度v=，密度ρ=、壓強P=、熱值q=……不同領(lǐng)域不同物理量，卻用著同樣的表達方式——比值定義法，簡潔無比。正所謂“萬物速朽，唯有公式永恒”，物理學(xué)的大廈，正是由一個個無比簡潔卻涵蓋了多樣物理現(xiàn)象及深刻物理規(guī)律的公式擎起！

2? 對稱美

物理學(xué)在揭示自然界的物質(zhì)、相互作用和運動規(guī)律的對稱性而產(chǎn)生的美感，稱為物理學(xué)的對稱美。在教學(xué)中教師要善于引導(dǎo)學(xué)生從對稱性來認識物理學(xué)中的現(xiàn)象、過程和規(guī)律，啟發(fā)學(xué)生從對稱美的角度去理解和掌握這些規(guī)律，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的愉悅感，從而提高學(xué)習(xí)物理的興趣。

物理學(xué)的對稱美主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）物理現(xiàn)象中的對稱美

比如平面鏡成像、作用力與反作用力、二力平衡、引力與斥力等臂杠桿、正電荷與負電荷、正粒子與反粒子等等。

（2）物理過程中的對稱美

比如運動與靜止、“電生磁”與“磁生電”等。

（3）物理規(guī)律數(shù)學(xué)表達式中的對稱美

比如機械能守恒定律表達式mgh1 +1/2mv12 = mgh2 +1/2mv22、動量守恒定律表達式m1v1+m2v2+…= m1v11+m2v21+ …、萬有引力定律F=Gm1m2/r2和庫侖定律F=kq1q2/r2之間的對稱性等。

（4）物理規(guī)律空間圖形中的對稱美

比如簡諧運動的振動圖象、交變電流的圖象、凸透鏡和凹透鏡的光路圖、豎直上拋運動的位移—時間圖象、速度——時間圖象、勻速圓周運動圖象等都呈現(xiàn)出對稱美。

3? 和諧美

無論是古代物理學(xué)還是近代物理學(xué)，追求和諧是物理學(xué)的永恒主題，把物理規(guī)律的統(tǒng)一、對應(yīng)、互補等諸個方面所反映出來的那種“和諧”視為美的典范[ 2 ]。在判斷一個用來描述宇宙的物理學(xué)理論是否合適時，愛因斯坦會問，如果我是上帝的話，會按這種方式來創(chuàng)造宇宙嗎[ 3 ]？對基礎(chǔ)設(shè)計的這一信念一直支撐著基礎(chǔ)物理學(xué)家，有正必有反，有陽必有陰，在貌似雜亂無章的自然世界背后，存在井然有序的和諧.

例如，在宏觀領(lǐng)域中，衛(wèi)星總是圍繞著行星運轉(zhuǎn)，行星總圍繞著恒星運轉(zhuǎn)，恒星總繞著星系中心運轉(zhuǎn)，質(zhì)量小的天體總是繞著質(zhì)量大的天體運動，而所有天體的運動都有遵循著行星運動定律;在微觀領(lǐng)域中，原子世界也是一個有序和諧的世界，分子之間存在相互作用力，核外電子繞原子核做高速運動等等，無不配合得默契和諧，猶如在宇宙間合奏一首壯麗和諧的星空交響樂.

4? 哲學(xué)美

愛因斯坦說過，“哲學(xué)是其他一切學(xué)科之母，她生育并撫養(yǎng)了其他學(xué)科.”在物理學(xué)研究過程中，無時不刻在運用著哲學(xué)的解釋功能、分析功能、批判功能等.許多有名的物理學(xué)家如牛頓、愛因斯坦等，他們不僅是物理學(xué)家而且還是哲學(xué)家.我國物理學(xué)家陳佳洱也說過 ：“物理學(xué)不只是圖表和數(shù)據(jù)，它能帶給你很多更珍貴的東西：一種理性的思維方式、人生的哲學(xué)和人生的道路[ 4 ].”所以，物理教師在教學(xué)過程中要讓學(xué)生體會物理學(xué)中蘊藏的哲學(xué)美，從而培養(yǎng)學(xué)生正確的世界觀、人生觀和價值觀.

例如，通過“對立統(tǒng)一”規(guī)律是宇宙間的根本規(guī)律，引導(dǎo)學(xué)生認識到世界是多元的，做人要有寬廣的胸懷，允許有不同于自己的聲音存在;通過 “發(fā)展變化過程是量變引起質(zhì)變的過程”，引導(dǎo)學(xué)生認識到對危險要防范于未然，以及當(dāng)危險發(fā)生時透過現(xiàn)象看本質(zhì)，學(xué)會追根溯源，找到根本原因才能解決問題;在眾多的物理學(xué)研究方法中，“控制變量法”引導(dǎo)學(xué)生做事要嚴謹，“轉(zhuǎn)換法”引導(dǎo)學(xué)生在生活中遇到問題不妨換個角度思考，也許就柳暗花明;“力的作用是相互的”引導(dǎo)學(xué)生與人交往要學(xué)會換位思考，“你有多痛我就有多痛”;“壓力的作用效果”“平面鏡成像物象大小關(guān)系”引導(dǎo)學(xué)生“耳聽為虛，眼見也不一定為實”，凡事不能想當(dāng)然，要多思考等等.

總之，正如諾貝爾物理學(xué)獎獲得者維爾切克所說：“美，才是宇宙的唯一答案.”任何自然景致都會在歷史波濤中湮沒，只有抽象出來的美感才會永垂不朽！所以，物理教師在課堂上要善于挖掘物理之美，讓學(xué)生體驗物理之美，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的內(nèi)驅(qū)力，長期保持學(xué)習(xí)物理的興趣， 發(fā)展創(chuàng)新思維，促進智力發(fā)展，同時也培養(yǎng)學(xué)生的審美能力，幫助學(xué)生樹立正確的人生觀和世界觀，最終促進學(xué)生個體的全面發(fā)展.

參考文獻：

[1] 義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書編寫組. 義務(wù)教育教科書，物理八年級全冊[M].上海： 上海科學(xué)技術(shù)出版社， 2001.

[2]衡炳鋒. 物理之美與物理教學(xué)之美[C]. 國家教師科研基金十二五階段性成果集（華東卷），2012.

[3]阿·熱，荀坤，勞玉軍.可怕的對稱——探索現(xiàn)代物理學(xué)中的美[M]. 湖南：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，1992.

[4] 吳加澍. 中學(xué)物理教師的學(xué)科教學(xué)知識[J]. 物理教學(xué)， 2012（12）.