淺談高中物理教學(xué)中的美學(xué)教育

屈明才

摘 要：在高中物理的教學(xué)過程中，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的安排，適當(dāng)進(jìn)行科學(xué)美學(xué)的教育，有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更有助于提高學(xué)生的素質(zhì)。作為素質(zhì)教育的手段，本文討論了在高中物理教學(xué)過程中進(jìn)行科學(xué)美學(xué)教育的意義及具體實(shí)施辦法。

關(guān)鍵詞：物理;美學(xué);素質(zhì)教育

一、引言

現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展需要什么樣的人才呢？是需要像字母“I”那樣的具有很深的專業(yè)背景，對(duì)本專業(yè)范圍的知識(shí)相當(dāng)精通，對(duì)本專業(yè)以外的知識(shí)知之甚少的專業(yè)性人才呢，還是需要像“一”那樣具有廣泛的知識(shí)背景，對(duì)于各種知識(shí)有所了解而皆不精通的通才呢，亦或是像字母“T”那樣的不但具有廣泛的知識(shí)背景，而且對(duì)于本專業(yè)知識(shí)的熟練掌握的復(fù)合型人才呢？答案是明顯的。我們當(dāng)然需要的是“T”型人才。這是社會(huì)發(fā)展對(duì)人才的要求，也是教育工作需要注意的方向。

素質(zhì)教育的真諦在于使學(xué)生能夠接受通識(shí)教育和專業(yè)知識(shí)教育，使之成為一個(gè)能夠適應(yīng)社會(huì)發(fā)展要求的“T”型人才。素質(zhì)教育作為一個(gè)系統(tǒng)的工程，涉及小學(xué)、初中、高中、大學(xué)各個(gè)階段，甚至包括學(xué)生走出校門，走向社會(huì)。高中階段作為一個(gè)關(guān)鍵階段，在素質(zhì)教育的過程中起著一個(gè)重要的作用，怎樣在高中階段進(jìn)行素質(zhì)教育就成了一個(gè)值得研究的重要問題。

高中階段學(xué)生的可塑性變?nèi)酰又枰獙W(xué)習(xí)的科目較多，如果分科分散教學(xué)，教學(xué)過程中只顧及本學(xué)科內(nèi)的問題，雖然教學(xué)過程生動(dòng)活潑易于接受，但仍難以達(dá)到全面提高的要求，這一點(diǎn)已經(jīng)為教育工作者所認(rèn)識(shí)。本文就在高中物理教學(xué)過程中如何實(shí)施美學(xué)教育作簡(jiǎn)要論述，以期拋磚引玉。

二、物理美學(xué)

在高中物理教學(xué)過程中所穿插滲透的美學(xué)是美學(xué)的一個(gè)重要分支——科學(xué)美學(xué)，它隸屬于社會(huì)美學(xué)的范疇，研究科學(xué)研究過程中一切與美有關(guān)的問題。作為科學(xué)美學(xué)的一個(gè)分支，物理美學(xué)是自然科學(xué)與人文科學(xué)的一門交叉學(xué)科，物理美學(xué)就是用美學(xué)觀點(diǎn)去審視和研究物理理論、物理思想、物理方法，它是從整體上對(duì)物理學(xué)科學(xué)特性的一種把握，是對(duì)物理學(xué)更深層次的認(rèn)識(shí)。物理學(xué)作為自然科學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科，在漫長(zhǎng)的發(fā)展歷程中，其中同樣蘊(yùn)藏著或扣人心弦、或美妙絕倫、或引人入勝、或暇想萬千的美！這其中，包含在物理學(xué)的內(nèi)容方面：它揭示了物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的合理性、有序性、規(guī)律性的美;包含在理論體系結(jié)構(gòu)方面：它揭示了簡(jiǎn)單性、和諧性、對(duì)稱性的美;包含在研究方法方面;它揭示了完整性、統(tǒng)一性的美。因此，物理學(xué)的美是科學(xué)美的典范。如果我們把物理學(xué)看作一座科學(xué)大廈，那么當(dāng)人們從遠(yuǎn)處眺望它時(shí)，無不為它的雄奇壯麗而驚嘆;當(dāng)進(jìn)入它的各個(gè)知識(shí)殿堂時(shí)，又必然被它的豐富多彩、井然有序的層次結(jié)構(gòu)所折服。對(duì)于物理學(xué)理論架構(gòu)中的幾個(gè)骨干方程，如牛頓運(yùn)動(dòng)方程、麥克斯韋方程等，楊振寧說：“它們以極度濃縮的數(shù)學(xué)語言寫出了物理世界的基本結(jié)構(gòu)，可以說它們是造物者的不朽詩(shī)篇?！睏钫駥幭壬绕鋵?duì)狄拉克方程和反粒子理論評(píng)價(jià)甚高，認(rèn)為只有唐代詩(shī)人高適的詩(shī)句“性靈出萬家，風(fēng)骨超常倫”才是最佳的評(píng)價(jià)。

1.對(duì)稱的美。生活中可以發(fā)現(xiàn)很多對(duì)稱的實(shí)例，例如左手和右手是對(duì)稱的，長(zhǎng)方形物體是對(duì)稱的，圓也是對(duì)稱的等等。數(shù)學(xué)中對(duì)稱的意義是，如果一個(gè)幾何圖形在某種操作下具有不變性就是對(duì)稱。圓形繞圓心旋轉(zhuǎn)任意角度都保持不變，這就是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱;正方形只有在繞中心旋轉(zhuǎn)90°、180°、270°、360°時(shí)才是不變的。在各種幾何圖形中，圓具有最高的對(duì)稱性，所以古希臘人認(rèn)為圓是最美的，行星運(yùn)行的軌道是圓形的。除了旋轉(zhuǎn)對(duì)稱之外，還有鏡面對(duì)稱，例如平面鏡面內(nèi)外的人是關(guān)于鏡面對(duì)稱的。

物理定律的對(duì)稱性不是具體某個(gè)事物的對(duì)稱性，而是指作用量的對(duì)稱性。美國(guó)科學(xué)家在《可怕的對(duì)稱》一書中曾給過一些通俗的例子說明，物理學(xué)中的守恒定律和體系的對(duì)稱性之間有密切聯(lián)系。例如，對(duì)于一個(gè)能用Lagrange函數(shù)L描述的體系，如果L具有空間平移不變性，則體系的動(dòng)量守恒;若L具有轉(zhuǎn)動(dòng)不變性，則角動(dòng)量守恒;如果L具有時(shí)間平移不變性，則能量守恒等。

2. 和諧的美。海森伯指出，精密科學(xué)中美的含義就在于“各部分之間以及各部分與整體之間固有的和諧”。沙利文寫到“由于科學(xué)理論的首要宗旨是發(fā)現(xiàn)自然中的和諧，所以我們能夠一眼看出這些理論必定具有美學(xué)上的價(jià)值。一個(gè)科學(xué)理論成就的大小，事實(shí)上就在于它的美學(xué)價(jià)值。因?yàn)?，給原本是混亂的東西帶來多少和諧，是衡量一個(gè)科學(xué)理論成就的手段之一”?？茖W(xué)研究是不斷追求和諧的過程。

3.簡(jiǎn)潔的美。簡(jiǎn)潔也是科學(xué)美的一種表現(xiàn)，科學(xué)的簡(jiǎn)潔美指科學(xué)理論、定律和公式的外在形式上的簡(jiǎn)單與內(nèi)在內(nèi)容上的深廣的有機(jī)統(tǒng)一。

海森伯在一封信中談到過科學(xué)的簡(jiǎn)潔美：“在過去的五年中，我費(fèi)盡心思試圖沿著一條至今仍不清楚的道路，攀登原子理論的頂峰，現(xiàn)在這座頂峰就在我眼前，有關(guān)原子論的全部縱橫關(guān)系，突然的并且清晰地展現(xiàn)在我眼前。這些縱橫關(guān)系憑借其數(shù)學(xué)的抽象性以一種簡(jiǎn)單的不能再簡(jiǎn)單的方式呈現(xiàn)出來，它是一種我們只能謙恭地接受下來的禮物。即使柏拉圖也不可能相信它是如此之美?！?/p>

牛頓在描述萬有引力是用一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)公式表現(xiàn)：

其中G是萬有引力常數(shù)，m1、m2是物體的質(zhì)量，r是兩個(gè)物體之間的距離，F(xiàn)是兩個(gè)物體所受的萬有引力。這個(gè)公式是宇宙和諧結(jié)構(gòu)和星體有序運(yùn)動(dòng)的根本原因。具有如此深廣內(nèi)容的定律只涉及三個(gè)參量，其簡(jiǎn)潔可謂到了極點(diǎn)。

三、高中物理中的美學(xué)教育的意義

在強(qiáng)調(diào)素質(zhì)教育的今天，提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)已日益引起人們的重視，在高中物理教學(xué)過程中，簡(jiǎn)單地介紹科學(xué)美學(xué)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行簡(jiǎn)單的美學(xué)教育具有十分重要的意義。向文科學(xué)生講授物理美學(xué)，有助于文科學(xué)生用人文研究的方法去了解和接受物理學(xué)中所蘊(yùn)藏的美的旋律、美的畫面和美的形象，從而接受物理學(xué)的熏陶。在思想品德和思維方法等方面因文理科知識(shí)的滲透和交匯而得到共鳴和升華。具體來說，學(xué)習(xí)物理美學(xué)有如下意義：

1.科學(xué)美學(xué)作為美學(xué)的一個(gè)分支，是研究科學(xué)研究過程中和美有關(guān)的問題，在物理教學(xué)過程中穿插科學(xué)美學(xué)教育，符合科學(xué)美學(xué)的研究特點(diǎn)，也使學(xué)生在潛移默化中接受了美學(xué)思想。

2.科學(xué)美學(xué)具有對(duì)稱、和諧、簡(jiǎn)潔的性質(zhì)。在高中物理教學(xué)過程中進(jìn)行美學(xué)教育，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，是學(xué)生養(yǎng)成良好的習(xí)慣，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的愿望。

3.通過美學(xué)教育，使學(xué)生了解到物理科學(xué)的內(nèi)涵，提高了自身素質(zhì)，為今后進(jìn)一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

四、高中物理教學(xué)過程中美學(xué)教育的實(shí)施

在高中物理的教學(xué)過程中，可以根據(jù)科學(xué)美的幾個(gè)特點(diǎn)，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容有目的的進(jìn)行。例如在講授開普勒三定律的時(shí)候，就可以結(jié)合開普勒三定律的發(fā)現(xiàn)過程，介紹科學(xué)的和諧美。

錢德拉塞卡在《莎士比亞、牛頓和貝多芬——不同的創(chuàng)造模式》中指出：“開普勒一定受到了畢達(dá)哥拉斯美的概念影響，當(dāng)他把行星繞太陽(yáng)的轉(zhuǎn)動(dòng)和一根振動(dòng)弦進(jìn)行比較時(shí)，他發(fā)現(xiàn)，不同行星的軌道猶如天體音樂一般走出了和諧的和聲，開普勒深深感激上帝為他保留了這份發(fā)現(xiàn)，使他能夠通過他的行星運(yùn)動(dòng)定律，得到了一種最高的美的聯(lián)系?！庇幸馑嫉氖牵麑?duì)于宇宙諧音的理解，有賴于他對(duì)于一首古老的樂曲《和諧的序曲》的研究。

事實(shí)上在開普勒之前，天文學(xué)家哥白尼和托勒密，就是在畢達(dá)哥拉斯關(guān)于天體運(yùn)動(dòng)的影響下進(jìn)行研究的。托勒密深受畢達(dá)哥拉斯和柏拉圖的影響，認(rèn)為地球處于宇宙中心，四周排列著七個(gè)同心圓。同時(shí)，他又根據(jù)觀察到的事實(shí)做了一些修正，認(rèn)為行星除了繞地球作大圓軌道（均輪）的運(yùn)動(dòng)外，同時(shí)還繞著均輪上的某點(diǎn)沿著小圓軌道（本輪）而運(yùn)動(dòng)。這樣所做的運(yùn)動(dòng)，其實(shí)是一個(gè)偏心運(yùn)動(dòng)，較好地解釋了天體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，因而統(tǒng)治了歐洲天文學(xué)達(dá)一千四百多年。

在講授的時(shí)候，可以按照時(shí)間順序介紹古代天文學(xué)家的美學(xué)觀，以及由此形成的美學(xué)觀對(duì)于他們天文研究的影響。這樣進(jìn)行教學(xué)以后，學(xué)生不但明白開普勒三定律的劃時(shí)代意義，而且會(huì)對(duì)神秘的宇宙產(chǎn)生向往。

在物理教學(xué)中，還可以通過板書和實(shí)驗(yàn)來演示物理在美。例如在“電路”學(xué)習(xí)過程中，很多學(xué)生都有很大在疑惑，看不懂聽不懂做不出在現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，教師可以通過適當(dāng)在板書，讓學(xué)生產(chǎn)生恍然大悟在感覺，達(dá)到事半功倍在效果，能夠激發(fā)學(xué)生在學(xué)習(xí)興趣。教師在上課的過程中通過板書，能夠激發(fā)學(xué)生的視覺神經(jīng)，尤其是優(yōu)美的板書，能夠給學(xué)生樹立良好在視覺形象，對(duì)學(xué)生產(chǎn)生終身在影響。優(yōu)美的板書，能夠?qū)W(xué)生產(chǎn)生愉悅、積極的情感變化。再比如在學(xué)習(xí)光學(xué)在過程中，可以教師可以通過裝滿水在玻璃槽，在水槽中用針來刺塑料魚，根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況提出“為什么看似準(zhǔn)確無誤卻總是刺不準(zhǔn)”的問題，激發(fā)學(xué)生在興趣。

本文簡(jiǎn)單介紹了科學(xué)美學(xué)的性質(zhì)，以及在高中物理教學(xué)過程中美學(xué)教育的實(shí)施，以期為素質(zhì)教育的實(shí)施略盡綿薄之力。本文是拋磚之作，希望能夠在素質(zhì)教育的問題上引出更多佳作，共同為提高素質(zhì)教育水平而努力。

參考文獻(xiàn)

[1]凌繼堯《美學(xué)十五講》北京大學(xué)出版社

[2]曾謹(jǐn)言《量子力學(xué)（卷I）》科學(xué)出版社