物理實(shí)驗(yàn)中的美

賀艷姿

摘? 要：介紹物理實(shí)驗(yàn)的美學(xué)因素，論述物理實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象美、設(shè)計(jì)與方法美及結(jié)論美，探討物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中提升其審美化程度的方法：以生活情景為實(shí)驗(yàn)藍(lán)本體現(xiàn)物理實(shí)驗(yàn)的自然美。

關(guān)鍵詞：物理實(shí)驗(yàn)的美;物理實(shí)驗(yàn)教學(xué);自然美;設(shè)計(jì)與方法的美

一、物理實(shí)驗(yàn)中美的因素

（一）物理實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象美

物理實(shí)驗(yàn)展示的現(xiàn)象實(shí)際上是實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家對(duì)自然現(xiàn)象或自然過(guò)程重新組織或者重新構(gòu)建。因此物理實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象美就包含兩方面的內(nèi)容：物理觀察的自然現(xiàn)象美和物理實(shí)驗(yàn)展現(xiàn)的現(xiàn)象美。物理觀察的自然現(xiàn)象美和傳統(tǒng)美學(xué)中所謂的自然美的內(nèi)涵是不盡相同的。后者是審美主體的感官直接感受到的自然界表面屬性，如日月星辰的光芒、銀河系的廣闊幽深、彩虹的絢麗多彩等等這些自然物的自然屬性。

既然，物理觀察存在大量的自然現(xiàn)象美，那么，對(duì)自然現(xiàn)象美進(jìn)行重構(gòu)的物理實(shí)驗(yàn)也必然展現(xiàn)很多的現(xiàn)象美?？匆豢磳?shí)驗(yàn)物理學(xué)家給我們展現(xiàn)的圖景：棱鏡或光柵展示的多色光譜，由若干不同顏色的細(xì)亮譜線(xiàn)按波長(zhǎng)順序排列組成，展現(xiàn)了簡(jiǎn)單有序美;雙縫干涉條紋呈現(xiàn)出了明暗相間的等間距的直條紋，單縫衍射花樣中各極大處的光強(qiáng)是不相同的，中央明紋光強(qiáng)最大，其他明紋光強(qiáng)迅速下降，呈現(xiàn)對(duì)稱(chēng)分布;這些令人賞心悅目、回味無(wú)窮的圖景，是人們感性認(rèn)識(shí)的范圍內(nèi)就可以體驗(yàn)其美感效應(yīng)的，與繪畫(huà)有同樣的審美價(jià)值。這些美麗的圖景具有對(duì)稱(chēng)、簡(jiǎn)潔、和諧等特點(diǎn)。

（二）物理實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、方法的美

物理實(shí)驗(yàn)的審美價(jià)值不僅僅表現(xiàn)在現(xiàn)象美上，還表現(xiàn)在獨(dú)具創(chuàng)造性的實(shí)驗(yàn)構(gòu)思、精巧完美的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上，以及精湛的實(shí)驗(yàn)操作和控制技術(shù)中。在歷史上人們一直認(rèn)為光的傳播不需要時(shí)間。直到十七世紀(jì)，物理學(xué)家才開(kāi)始嘗試測(cè)定光的速度。剛開(kāi)始物理學(xué)家測(cè)定光速時(shí)，必需利用很大的距離，用精巧的方法準(zhǔn)確地測(cè)出很短時(shí)間間隔，得到的結(jié)果誤差很大，后來(lái)邁克爾遜設(shè)計(jì)了一個(gè)十分精巧的實(shí)驗(yàn)，非常準(zhǔn)確地測(cè)出了光速度。他選擇兩個(gè)山峰，測(cè)出兩山峰間的距離。在第一個(gè)山峰上安裝一個(gè)強(qiáng)光光源和一個(gè)正八面棱鏡及一個(gè)望遠(yuǎn)鏡;另一個(gè)山峰上安裝一面凹鏡和一個(gè)平面反射鏡。通過(guò)調(diào)節(jié)八面棱鏡的轉(zhuǎn)速，測(cè)定光速。愛(ài)因斯坦稱(chēng)贊這一實(shí)驗(yàn)的優(yōu)美和方法的精湛時(shí)說(shuō)：“邁克爾遜是科學(xué)的藝術(shù)家”。? 再如對(duì)稱(chēng)性的方法是現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)的一個(gè)重要方法，并且物理實(shí)驗(yàn)過(guò)程中也展現(xiàn)了對(duì)稱(chēng)美的美學(xué)形式。傳統(tǒng)美學(xué)中的對(duì)稱(chēng)僅指人們感性意識(shí)中的三維空間的對(duì)稱(chēng)，物理學(xué)中的對(duì)稱(chēng)則包含各種數(shù)學(xué)空間的對(duì)稱(chēng)，是一種理性范疇的對(duì)稱(chēng)。對(duì)稱(chēng)性原理在現(xiàn)代物理學(xué)研究中發(fā)揮了越來(lái)越大的作用，對(duì)稱(chēng)性的方法其實(shí)已經(jīng)是當(dāng)代物理學(xué)家研究物理學(xué)問(wèn)題的一種方法。實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家對(duì)于對(duì)稱(chēng)這種美學(xué)形式更是寵愛(ài)有加，義無(wú)反顧地去追求這種美。法拉第從對(duì)稱(chēng)性中得到了很大的啟發(fā)，他想既然電能生磁，那么磁也一定能生電，這樣才能顯示出自然界的對(duì)稱(chēng)美。他經(jīng)過(guò)10年的艱苦努力，終于用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電與磁之間存在對(duì)稱(chēng)美的設(shè)想。對(duì)稱(chēng)性思想已經(jīng)是現(xiàn)代物理學(xué)實(shí)驗(yàn)的一個(gè)重要思想。物理學(xué)史上的諸多實(shí)驗(yàn)，在科學(xué)發(fā)展及人類(lèi)進(jìn)步的歷史舞臺(tái)上閃耀著藝術(shù)的光輝，堪稱(chēng)物理世界中的藝術(shù)精品。如庫(kù)侖的電抨實(shí)驗(yàn);托馬斯楊的光雙縫干涉實(shí)驗(yàn);蓋革與馬斯登在盧瑟福指導(dǎo)下進(jìn)行的粒子散射實(shí)驗(yàn);赫茲的電磁波實(shí)驗(yàn);查德威克發(fā)現(xiàn)中子的實(shí)驗(yàn)和吳健雄驗(yàn)證弱相互作用下宇稱(chēng)不守恒理論的實(shí)驗(yàn)等。

二、實(shí)驗(yàn)演示，反映科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)美

演示實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)中常用的手段和重要組成部分，它作為一種真實(shí)、形象的教學(xué)操作形式，既有展示物理知識(shí)的直觀效應(yīng)，又有表演操作的示范作用，好的演示實(shí)驗(yàn)往往會(huì)給人以美的享受。因此，教師在進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，除了確保實(shí)驗(yàn)的成功外，，還應(yīng)有意識(shí)地滲透美育，以具體鮮明的形象感染人、教育人。教師在課前應(yīng)根據(jù)教案精心準(zhǔn)備好課堂演示實(shí)驗(yàn)所需的一切儀器及實(shí)驗(yàn)材料，并將其整齊有序的擺放在清潔明亮的實(shí)驗(yàn)盤(pán)中待用。在實(shí)驗(yàn)時(shí)講臺(tái)布置要?jiǎng)蚍Q(chēng)合理，與實(shí)驗(yàn)無(wú)關(guān)的其它儀器和書(shū)簿、粉筆等用品撤離講臺(tái)，創(chuàng)造出良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。裝配儀器時(shí)，除按操作使用順序進(jìn)行外，還應(yīng)注意整個(gè)裝置的布局比例要適當(dāng)協(xié)調(diào)，錯(cuò)落有序，疏密有致，不能頭重腳輕，頭大尾小。同時(shí)，演示實(shí)驗(yàn)主要是由教師操作表演，是學(xué)生實(shí)驗(yàn)的示范。老師對(duì)待實(shí)驗(yàn)的態(tài)度和操作方法，對(duì)學(xué)生有著很大的影響，因此教師在演示實(shí)驗(yàn)時(shí)必須注意操作的正確性和規(guī)范性，做到態(tài)度自然大方，表情自信、輕松，動(dòng)作果斷利落，技能熟練精湛，體現(xiàn)出訓(xùn)練有素的良好的風(fēng)范美。即使對(duì)很簡(jiǎn)單的一般性操作，也不能掉以輕心，不能表現(xiàn)出有絲毫漫不經(jīng)心的態(tài)度。教師只是將這種嚴(yán)謹(jǐn)而認(rèn)真的教風(fēng)美，熟練而準(zhǔn)確的操作美，展現(xiàn)在學(xué)生面前，才能給學(xué)生留下美好的印象。

三、開(kāi)設(shè)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，給學(xué)生體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、手段的方法美與創(chuàng)造美的空間

多開(kāi)設(shè)一些綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，給學(xué)生更大的空間去創(chuàng)造、思考，充分挖掘?qū)W生的潛能來(lái)完成實(shí)驗(yàn)，從而完成體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、手段的方法美與創(chuàng)造美。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展、許多邊緣學(xué)科、交*學(xué)科的興起，學(xué)科互相滲透、互相結(jié)合的整體化發(fā)展日益迅速，某一疑難科技問(wèn)題的解決不再僅僅依賴(lài)于某一個(gè)學(xué)科，而是多學(xué)科的綜合化。因此，為了培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維能力，提高探究能力，在物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇方面可涉及其他學(xué)科與物理學(xué)相聯(lián)系的綜合性問(wèn)題，如光譜技術(shù)、真空技術(shù)、磁共振技術(shù)、光纖技術(shù)、傳感器技術(shù)、光學(xué)信息處理技術(shù)等等。

綜上所述，教師充分挖掘物理實(shí)驗(yàn)中的美的因素，在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中充分展示和利用物理實(shí)驗(yàn)的美學(xué)特征，讓學(xué)生充分感受物理的美，不但可以提高物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果，讓物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)充分發(fā)揮其效力，而且可以引導(dǎo)學(xué)生探索物理中的美并將這種追求轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)動(dòng)力，同時(shí)還能夠潛移默化地影響學(xué)生的科學(xué)品質(zhì)，讓學(xué)生在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中充分領(lǐng)略科學(xué)家追求科學(xué)真理的勇氣、創(chuàng)新精神和為科學(xué)獻(xiàn)身的品格。

（作者單位：湖南省株洲市第十八中學(xué)，湖南? ?株洲? ?412000）