美学思想在物理教学中的渗透

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【摘要】物理是研究自然界中物体运动变化规律的一门科学，是自然科学的一个重要组成部分，那么物理中蕴涵着美也是必然的。物理中的美是科学美的一部分，而科学美又不同于艺术美那么直观，不易为人们所理解，为揭示中学物理中的科学美，本文就根据科学美的一般范畴和领悟方法，做一抛砖引玉的浅论，主题是中学物理中的美学思想在教育中的作用。

【关键词】物理学；美学；自然科学

引言：近年来，人们充分认识到美育是全面发展教育的重要组成部分，是德育、智育等所不可替代的。以往学校的美育比较强调通过文学、音乐、美术等学科进行，而忽视了借助于数学、物理、化学等自然学科来进行美育。谈到美，人们往往认为只有文学、艺术才存在着美的问题。诚然，文学、艺术都以其形象、特有的方式反映客观实在，而物理学也从一定的角度反映了客观世界。既然文学、艺术中都存在着美，可以推断物理学中也必然存在着美。物理学研究的对象是自然界中物质的运动形式和基本结构，自然界本身是美的，她从微观的基本粒子到浩瀚的宇宙天体，都充满了美，物理学的美正是这种自然美的概括和反映。

1.物理教学中实施美育的现状现思考

尽管目前社会对素质教育的呼声日趋高涨，各地也在大力实施素质教育，但中学物理教育中的美育仍处于相对薄弱区。我认为主要原因有三点：一是我们的物理教师过去长期受应试教育的影响，对科学美的认识肤浅，虽然也曾感受过物理世界的美，但这个感觉是朴素的，因而在自己的教育中难于动之以情地展示给学生；二是教育观念仍局限在应试教育的怪圈中，使得教师难于在物理教育中实施美育，因而很少主动去挖掘物理学的美育因素；三是目前中学教育中素质教育的全面落实正处于摸索之中，这使得美育在中学教育中的落实仍滞后于其它方面。

2.物理学的美表现在以下几个方面

2.1简洁美与深刻美；简洁美是以简单、洁净呈现其美感，简洁美是科学美的特征之一。作为反映物体运动变化规律的物理来说，那种最简洁的物理理论最能给人以美的享受，物理美的简洁性并不是指物理内容本身简单，而是物理理论体系的结构和物理规律的数学表达形式简洁。物理概念和规律能客观地反映物质世界的属性及其运动变化规律，所以物理本身的内涵又具有深刻性。例如，爱因斯坦的质能方程E=mc2，其反映的质量与能量之间的联系及其数学表达式简洁无比，但却成了指导了人们进一步对核反应规律的认识和从核反应中去获得巨大能量的基础理论，从这点讲又是深刻的。

2.2统一美与奇异美；统一美是物理研究与发现过程中所追求的，也是中学物理教学与学习的科学方向，在组织教学和指导学生学习时，通过研究系统的共性，把共性归纳成为简洁而深刻的统一形式，并启发学生去品味其中的美感，以培养学生的科学的审美观念。

自然界中的物体都有区别于其它物体的个性，这种个性往往闪烁着超群脱俗、不同凡响的奇异美，正如培根所说：“没有一个极美的东西不是在调和中有某种奇特！”科学的奇异美表现在两个方面，一是概念或结论的不同凡响、惊人骇世；二是其表达的神奇奥妙、令人折服，例如，E=mc2告诉我们每单位物质都具有惊人的能量，而原子弹、氢弹则能释放出这种惊天地泣鬼神的能量，E=mc2所表达的内涵就是如此的深刻，而形式又是这样的简洁，确给人以一种惊人骇世之感，这就是一种奇异美。

2.3模型美与和谐美；和谐美是理性地研究自然的基本思路，自然界存在的和谐性是很多科学家固定的思想方式和研究方法，并成为一种信念和追求。和谐美是指事物和现象的各种要素、各个部分、各个方面的协调有序、匀称流畅，就具有多样化的特殊统一美。例如，磁通量把本来并不存在的抽象物理模型――磁感线与描述客观存在的磁场强弱的物理量――磁感应强度有机的联系了起来，这就充分体现了和谐美的主要特征：协调有序和多样统一。再例如，中学物理中理想气体的状

态方程 ， 就把玻意儿定律、查理定律和

盖・吕萨克定律在理想

条件下统一了起来，这又是和谐美的匀称流畅，多样统一。大凡科学理论和科学规律，都具有和谐美，这是因为理论和规律都具有内在的结构和谐与外在的功能和谐的两个方面的统一，这种和谐与统一就是科学美的重要组成部分。教学中通过对类似上述模型与规律的分析，可以促使学生从理性上感悟出物理中的科学美，由此也就可以在学习物理的过程中发现更多的物理美，这对学习物理方法的优化无疑是十分重要的。

2.4状态美与过程美；这是从定态与动态的审美角度来理解科学规律所体现的美感，所谓定态是指物体运动变化过程中的固定的或稳定状态。由于物体运动变化的某一瞬间也都具有确定的物理量值，所以这个瞬间状态也是一种定态，是一种瞬间定态，而过程则是这些瞬间定态的连续无缝集合。

物体的运动变化往往是连续的，用牛顿定律及运动学规律可以求出某一瞬间的有关物理量，这些瞬间的量就构成了问题过程的细节，所构造出的物理情景以其连续和谐呈现出和谐美。状态美则体现对定态量的定义和数量上的把握，动能、势能、定量等都是定态量，无论动量守恒，还是机械能守恒都体现了状态量对定态变化前后的一致和谐性，使物理的状态情景具有美感，过程美与状态美同认识物体运动变化的动态和定态的方法相对应，二者是学习与研究物理科学的互补的认识途径，学习物理即要善于从状态、固定上去把握运动变化的规律，从定态和动态中去理解、去体验物理情景的状态美与过程美，通过美化物理情景来达到活化物理情景，从而能使学习对物理的理解从科学美上得到形象化的拓宽和加深。

2.5结构美与对称美；对称美是指整体各部分之间的相称或对应，如空间上的和谐布局，时间上的节律协和。对称之所以让人产生美感，是因为对称中存在着某种“重复”、“均衡”、“有序”的东西。科学美中的对称美来源于自然界物质形态美及其运动图景所具有的广泛对称美，借助于建筑美学很容易理解对称美概念，一些建筑物外表的对称显示出一种空间方位上对称的美感，我国古建筑如天安门、天坛、故宫等就呈现出庄严稳重的对称美。人类传统美学中的对称仅指人们感性意识中的三维空间的对称，而物理学中的对称美既有物理现象的对称美，比如引力与斥力，“电生磁”与“磁生电”，粒子与反粒子，物质与反物质等等；还有公式的对称如：动量守恒定律表达式

机械能守恒定律表达式

理想气体状态方程 等都具有平稳庄重的对称美。

对称性给人的美感是“圆满、均衡和协调”。人们这样描述对称性：若图形通过某种操作（如时空坐标系的改变，尺度的放大和缩小）又回到它本身，则这样的图形具有对称性。对称性的概念应用于物理，研究对象不仅是图形，还有物理量和物理规律。从对称美的角度去理解物理和掌握这些规律，会使学生对貌似枯燥的理论产生愉悦感，由此既可提高对学习物理的兴趣。

3.物理学的美在教学中的作用

3.1可激发学习兴趣、提高学习效率。教学实践证明，学生学习的主动性与兴趣有密不可分的关系。审美感作为构成意识行动的重要因素之一，能够转化为探索未知世界的巨大动力。所以在教学中让学生感到物理现象、实验、理论之美可以使学生产生学习物理的兴趣，进而达到提高学习效率的目的。

3.2促进知识的理解与掌握、促进创造思维的发展；美感的这个作用可以概括为“以美启真”，它是美感与理智的内在联系。一方面促进学生对知识的理解与掌握；另一方面启发学生解决问题时不满足已有的结论，去探索更巧妙、更简单的方法。这些创造性的学习活动，能促进创造性思维的发展。

3.3激发教师的教学情绪、提高教学效果。教学过程不仅仅是知识的传授过程，也是情感生活的过程，更是艺术创造的过程。教师有了这种美感，就会感到自己的教学犹如艺术家对艺术的追求一样永无止境；对教学工作产生极大的乐趣和热情，把全部精力投进去，深入钻研教材，研究教法，掌握教学规律，努力挖掘教材所包含的理性之美。精心设计教学过程，使学生也充分感受到美之所在。这种美感与理智互相渗透、融洽产生“谐振”时，教学就能产生最佳效果。

4.物理教学中实施美育的方法

美育是一种情感教育，而情感由于客观事物符合自己的需要而引发的主观体验，常表现为喜爱、厌恶、愉快、愤怒、兴奋、悲哀等。对自己不需要的事物，或需要然而未能引发出体验的事物，不都不会产生情感，故在教学中需要采取一定的措施，创设一定环境，确保学生产生需要，并进而引发一定程度的体验。物理学中实施美育的方法，我认为主要有以下三种：实验引导、联想启发、环境烘托。

4.1实验引导；物理实验具有直观形象性和可再现性等特点，符合美育的形象性特点，因此在物理教育中渗透美育可用实验引导方法。物理现象的多姿多彩，处处显示美的形象，焕发出美的光彩，给人以美的享受，只要教学中注意从形态、声、色等方面挖掘美育因素，通过实验再现并加以审美引导，就会激发学生兴趣，并能获得愉快的体验，从而达到美育的目的。

4.2联想启发；物理世界除有千姿百态的直观、形象之美外，更有富于理性的对称和谐（奇异）、简洁之美，这种理智之美必须通过教师在教学教程中进行艺术加工，塑造美的艺术形象，才能为学生接受达到美育目的。麦克斯韦滚动摆实验的生动逼真，让学生在新颖奇妙的感受中认识了“机械能的相互转化”；从嫦娥奔月的美好幻想到阿波罗登月的实验，以及我国的神州号载人飞船的顺利升空和回收，归功于牛顿揭示的万有引力定律，归功于动量守恒定律用到火箭技术的结果，这些必将唤起学生对简单的物理规律具有的神奇量的赞美；当学生通过与太阳系内行星的和谐运动的类比认识了“原子核式结构理论”时，发自内心的体验到了微观世界的和谐简单之美。如果没有法拉弟发现的电磁感应现象，就不可能有今天的电灯、电话、电视等处处离不开电的丰富多采的生活；物体通过竖直圆周轨道最高点速度必大于临界速度，否则车毁人亡，又有谁敢在节假日到游乐园去体验高空翻滚列车那惊险刺激的感受呢？乐在其中，美在其中，生活中实在离不开有科学美的物理规律。

4.3环境烘托；物理教学中美育的过程是教师有计划地、持之以恒地展现物理知识的形式美的过程，对学生来说是一个潜移默化的过程。因此对教学环境的创设应是和谐的。例如教室的布置要具有浓厚的物理意境，教师形象端庄大方，精神饱满，教学语言板书要能使学生感受物理艺术形象的科学、严谨防、简洁之美，师生间应具有和谐的关系，建立和谐的课堂氛围。使学生置身这种环境中有一种轻松愉快的感受。对教学手段的优化也应具有审美价值，应体现物理是一门实验科学的特色，演示实验要注意设计思想的精巧、仪器的雅致，安装的协调，形象清晰，操作的干脆、利落，其它教学手段的使用，也应让学生在活动中领悟到动态之美，这样学生长期处于一个美的环境中自然就会受到美的熏陶，当然这种环境还需要有学校的大的环境美为背景才能达到良好的效果。

总之物理学中存在着美。在物理学的教学中，教师应充分注意挖掘物理学中美的成分，使物理学从一门较为抽象的学科转变成一门形象感人的学科，增强学生的学习兴趣，提高学习效果。

参考文献

[1] 夏宗经著 《简单・对称・和谐――物理学中的美学》，湖北教育出版社出版，98年第一版.

[2] 刘叔成等编 《美学基本原理》，上海人民出版社出版，87年版.

[3] 祁香春 《谈如何挖掘物理学中的美育因素》，四川师范大学学报（自然科学版），97年第20卷P68～71.

[4] 方鸿辉 《物理教学中的美学思考》教学月报（中学理科版）98、10、P22～26.

收稿日期：2014-07-17