讓美在初中科學知識中閃爍

1、讓美在初中科學知識中閃爍摘要：自然科學是一個美的世界，蘊含著豐富的自然美，包括知識中的簡潔美、對稱美、統(tǒng)一美和知識探究中的發(fā)現(xiàn)美。認識與發(fā)掘自然科學之美，從美的角度去認識自然、研究自然，發(fā)現(xiàn)自然，可以提高學生的學習興趣，加深對知識的理解，培養(yǎng)科學的審美觀念，提高學生的審美情趣。關鍵詞：自然科學簡潔美對稱美統(tǒng)一美發(fā)現(xiàn)美自然科學是研究自然界中物質(zhì)的性質(zhì)、變化和規(guī)律的一門學科，涵蓋了生活中的方方面面，知識點包羅萬象，是初中課程中最能拓寬學生視野的一門學科。當然，知識點越多，學生學習過程中可能感覺越繁雜，越容易產(chǎn)生厭倦情緒。而現(xiàn)行的科學教育，在應試教育的指揮棒下，教學的價值取向也就偏離了本屬于科學知識

2、和知識傳授中的應有的美。“科學中存在美，所有科學家都有這種感受”，著名物理學家楊振寧曾經(jīng)這樣描述?？茖W知識的美來源于廣闊的自然界，它不僅包括大自然美的景色，還包括潛藏于大自然內(nèi)在結構所顯示出的和諧、有序、簡潔、對稱、統(tǒng)一的美，是審美者通過理解、思考、探究、發(fā)現(xiàn)過程中所體驗到的美。科學美是中學生審美觀念和審美素質(zhì)教育的重要組成部分，本文就根據(jù)科學美的一般范疇和領悟方法，結合初中教材，簡述蘊藏于自然科學知識和知識傳授中的美。一.簡潔美是自然科學的本質(zhì)體現(xiàn)。簡潔，意味著簡單、明了、深刻、有序，給人以美的感受?？茖W中的簡潔美源于自然物質(zhì)存在、結構、運動及其變化等規(guī)律的簡潔性。初中學生在學習自然科學時，

3、一開始的困惑就是日常生活中的自然現(xiàn)象很簡單，而課堂學習以后，運用所學的知識來解釋這些現(xiàn)象時，感覺太繁雜，太抽象，難以用簡潔的語言表達出來，久之，自然科學留給學生的印象就是繁和難。科學知識本身真的是太繁雜？不是，科學知識的本質(zhì)不是繁雜，而是簡單。愛因斯坦認為，“邏輯簡單的東西雖然不一定就是物理上真實的東西，但物理上真實的東西一定是邏輯上簡單的東西”，自然美的本質(zhì)就是簡單。因此，教學過程中，“要從盡可能少的假說或公理出發(fā)，通過邏輯的演繹，概括盡可能多的經(jīng)驗事實”。科學巨匠牛頓在其自然哲學的數(shù)學原理一書中指出：“自然界不作無用之事，只要少做一點就成了的，多做卻是無用；因為自然界喜歡簡化，而不愛用什么

4、多余的原因來夸耀自己” 。一直以來，簡潔美都是科學家所要追求的目標之一?？茖W知識的簡潔美，在數(shù)學形式表現(xiàn)的的科學公式中得到最集中的體現(xiàn)。例如，愛因斯坦所發(fā)現(xiàn)的質(zhì)能方程e=mc2，它反映了物質(zhì)的質(zhì)量與能量之間的聯(lián)系，其數(shù)學表達形式簡潔無比，但卻成為指導了人們進一步對核反應規(guī)律的認識和從核反應中去獲得巨大能量的基礎理論，從這一點講又是深刻的。在教學中，通過從核反應中原子核質(zhì)量的變化并伴隨釋放或吸收巨大的能量，而原子核質(zhì)量的變化與釋放或吸收能量之間的關系卻由e=mc2這樣簡潔的關系式所描述，可以使學生感悟到復雜的物理表象背后其關系式卻透出無比的簡潔美。再比如門捷列夫發(fā)現(xiàn)并創(chuàng)立的元素周期表，其靈感來源

5、簡單的撲克。他無事時排列撲克牌讓他想起元素是否可以按順序排列，隨后他就付之于行動，于是，一項偉大的發(fā)現(xiàn)誕生了。排列的元素周期表是如此的簡單，但這個表格是在他“經(jīng)過多次更精確的實驗完善并維護了周期表的完美性，經(jīng)歷了一個真必須服從簡的科學美的原則”之后完成的，是在不斷地趨美求真、去繁求簡中完善起來的。如此簡單的元素周期表，卻演繹出化學世界的神奇紛繁、千變?nèi)f化，成為人類探素自然世界周期發(fā)展的金鑰匙，從而使令人眼花的化學世界顯示出有序而又簡潔的本質(zhì)。 二.對稱美是大自然內(nèi)在的和諧與秩序體現(xiàn)。天與地，陰與陽，上與下這些自古以來就有的對稱，給人一種和諧、穩(wěn)定、勻稱、諧調(diào)的美感。科學的對稱美源自客觀物質(zhì)世界

6、的存在、作用、運動、形態(tài)所具有的對稱性。如，自然科學中的運動與靜止、引力與斥力、勻速與變速、變力與恒力、反射與折射、溶解與結晶、液化與汽化，數(shù)學中的正與負、奇與偶、加與減、實數(shù)與虛數(shù)等等，都是自然美的對稱性反映。這種自然界中的對稱在教學中對學生的思維啟示也有著重要作用。如：初中教學中在講述了通電線圈在磁場中發(fā)生轉(zhuǎn)動以后，就可以啟發(fā)學生：線圈通電后可以在磁場中轉(zhuǎn)動，那么如果線圈先在磁場中轉(zhuǎn)動，有可能產(chǎn)生什么現(xiàn)象呢，學生自然就想到有可能產(chǎn)生電流，這樣，對于電磁感應現(xiàn)象學生就很容易理解了。再比如，對學生進行電磁波教學時，可以先給學生講授變化的電場可以產(chǎn)生變化的磁場這一知識，然后提問：變化的電場可以產(chǎn)

7、生變化的磁場，而大家都知道，電和磁之間可以互相轉(zhuǎn)化，并且電和磁的存在都可以不需要媒介，如果空中有一個變化的電場，那后面的情況會是怎樣的呢？學生通過對稱性這一規(guī)律可以進行猜想：變化的電場產(chǎn)生變化的磁場，而變化的磁場又會產(chǎn)生變化的電場，這樣互相轉(zhuǎn)換，如果這種轉(zhuǎn)換在空間上具有延續(xù)性，就會在空中不斷的傳播下去。這時教師再對電和磁之間的轉(zhuǎn)化作一個簡單的講述，學生學起來就容易的多了。另外，課堂教學中也可以根據(jù)知識的對稱性讓學生大膽進行猜想，以拓寬學生的思維方式和空間：如如果我們所處環(huán)境中的物質(zhì)是正物質(zhì)，那么宇宙中還可能存在物質(zhì)，如果這兩種物質(zhì)相遇，可能會發(fā)生什么現(xiàn)象？如果我們的時空中時間為正時間，那么宇宙

8、中還可能存在時間，如果這兩種時空相匯，可能會發(fā)生什么現(xiàn)象？如果我們所用的能量為正能量，那么宇宙中還可能存在能量，如果這兩種能量相匯，可能會發(fā)生什么現(xiàn)象，如果人們能利用這一現(xiàn)象，可以如何解決現(xiàn)在的能源危機。小電動機通電之后會轉(zhuǎn)動起來，如果我們先用外力將其轉(zhuǎn)動起來，那么可能出現(xiàn)什么現(xiàn)象？根據(jù)這一現(xiàn)象，如何將電動機改裝成一個風力發(fā)電機。燈泡通電后可以發(fā)光，如果先將光照在燈泡上，可能會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？如果這一現(xiàn)象存在，對于我們的生活又有什么現(xiàn)實意義。上述問題會引起學生激烈的討論、思索，辨答，甚至動手實踐。然后教師再告訴學生，他們的一些猜想也正是現(xiàn)在許多偉大的科學家正在研究的最新課題，學生聽后會獲得巨大的

9、成就感，并且對自然科學產(chǎn)生濃厚的興趣，更好的促進自然學科的學習。三.統(tǒng)一美是對大自然認知境界的最高體現(xiàn)。統(tǒng)一，給人以整齊、諧調(diào)、一致的美感，科學的統(tǒng)一美是物質(zhì)在自然界中和諧統(tǒng)一的本質(zhì)體現(xiàn)，也是審美者對大自然認知境界的最高體現(xiàn)。在自然界中，各種不同甚至對立的自然事物和現(xiàn)象通過多種渠道聯(lián)系在一起，它們相互依存、互相影響，環(huán)環(huán)相扣、諧調(diào)有秩，呈現(xiàn)出和諧統(tǒng)一的自然之美。萬物歸一，辯證統(tǒng)一是所有科學家探索未知世界過程中夢寐以求的最高目標，科學家總是力圖從變化萬千的自然現(xiàn)象中看到某種一致或某種相似，亦即某種統(tǒng)一。愛因思坦的兩個著名相對論即是他追求統(tǒng)一美的完美結果，當時，牛頓力學相對性原理與麥克斯韋電磁學原

10、理運用于運動物體時發(fā)生不對稱的矛盾，愛因斯坦結合同時性的相對性原理和洛倫茲變換原理，成功地將兩者諧調(diào)、統(tǒng)一起來，從而將經(jīng)典力學中分立的時間、空間、物質(zhì)、運動、時空等概念統(tǒng)一起來，建立了狹義相對論這一著名理論，并最終將經(jīng)典力學中分立的質(zhì)量與能量、動量與能量概念也統(tǒng)一了起來。初中的自然科學知識，相對比較簡單、基礎，學生自己可能難以悟出知識的統(tǒng)一美，但有一些知識可以在教師的引導下讓學生領悟這種統(tǒng)一性。如圓（球）形在自然界的普遍存性必然與其特點相適應，就此，可以設計以下的問題：從數(shù)學上講，圓（球）形具有什么特點？是萬能對稱圖形，鵝卵石為什么是圓球形的？地球為什么是圓球形的？星球為什么大多是圓球形的？星

11、球的運動軌跡為什么大多也是圓的？航天器材為什么很多都做成圓形的？彩虹為什么是圓弧形的？如果沒有重力，水滴會是什么形狀，蠟燭燃燒的火焰會是什么形狀？為什么？如果宇宙有邊界的話，可能是什么樣的邊界？在常見的形體中，什么樣的形體最穩(wěn)定？萬物在宇宙之中，都想趨于什么狀態(tài)？詞語“圓滑”一詞由何而來？生活中它又有什么現(xiàn)實意義。上面這些問題，必然會引起學生的思辨、討論、聯(lián)想，然后教師稍作引導，便可以總結出如下自然規(guī)律：世界萬物都想趨于穩(wěn)定，而圓（球）形是最穩(wěn)定，最堅固，最均衡、最節(jié)省面（體）積的一種形狀，圓形是自然選擇的結果，是萬物適應自然，趨于穩(wěn)定的一種表現(xiàn)。通過上述過程，學生也就領悟到自然界中很多看似不

12、相關的表象下面，有些許相似和統(tǒng)一。四.發(fā)現(xiàn)美是探究自然科學的動力之源。未知的事物總有一種神秘的美，科學家所從事的科學活動就是要揭開蓋在事物表面上的那一層面紗，而將科學美展現(xiàn)在大眾面前。物理學家海森堡曾指出：“科學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?！睌?shù)學家彭加勒也曾坦率地說過：“科學家研究自然是因為他從中得到樂趣，而他之所以能從中得到樂趣，那是因為它美。如果自然并不美，就不值得去了解它?！睈垡蛩固挂舱J為，把人們引向科學的最強烈的積極動機，就是“人們總想以最適當?shù)姆绞絹懋嫵鲆环喕鸵最I悟的世界圖象?！彼M一步指出，在科學上有偉大創(chuàng)造成就的人，全都“相信我們這個宇宙是完美的，

13、并且是能夠使追求知識的理性努力有所感受的”，如果這種信念不是一種有強烈感情的信念，“那么他們就很難會有那種不屈不撓的獻身精神，而只有這種精神才能使人達到他的最高的成就。”科學發(fā)展的歷史也是科學家對美的追求和創(chuàng)造的歷史。在初中的教學中，教師主要是引導學生學習已有的知識，雖然不是去發(fā)現(xiàn)真理，但在教學的過程之中，也應該盡量去満足學生的發(fā)現(xiàn)欲和探究欲，所以自然科學的教學應該盡量給學生創(chuàng)設探究發(fā)現(xiàn)的情景。如聲音的發(fā)生與傳播一課中，講授聲音的產(chǎn)生時可以制定如下的探究步驟：觀察發(fā)聲物體的特征，得到初步猜想：聲音是由物體振動產(chǎn)生的；培養(yǎng)學生觀察能力；自己動手做物體振動發(fā)聲的實驗；培養(yǎng)實驗能力，組織能力，邏輯思

14、維能力；得到結論，驗證假設；學會用“現(xiàn)象-假設-驗證-結論”的方法進行科學探究；學生總結：做一個完整的實驗要學會組織、協(xié)作、討論、創(chuàng)新等精神；最后體會：自然美的和諧、奇異，以及體現(xiàn)自我的學習價值。 如果說是知識目標；那么、是發(fā)展目標；則是延伸性目標學生體會到發(fā)現(xiàn)過程之美；上述整個過程蘊含了人的認知能力、探究方法、科學精神和科學態(tài)度。當然在上述活動之后，還可讓每一組同學自己選擇想要研究的對象進行自由探究，學生作為小組一員，既有自主意識，又有貢獻意識，在你嚷我噥，你說我做的過程中便有了新的發(fā)現(xiàn)和收獲。如，有一小組同學想到驗證豎笛發(fā)聲時空氣振動這個實驗，但看法就各不相同：“我把小紙條放在豎笛的氣孔上，一吹豎笛，紙條就要向上飄起來?！薄拔野阉芰吓菽∏蚍旁跉饪咨希淮地Q笛，小球就會跳舞?！薄拔野咽种阜旁诳咨希淮地Q笛，感到有一股風。”喜悅、自豪、滿足寫滿了一個個笑臉，學生的創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力得到了發(fā)展；學生的發(fā)現(xiàn)欲、探究欲得到滿足；自然科學的發(fā)現(xiàn)美、探究美得到升華。美，蘊藏于科學知識之中；美，體會于探索與發(fā)現(xiàn)之中，美，閃爍于教師的辛