初談初中物理中的美及作用

1、初談初中物理中的美及作用永泰縣同安中學(xué) 謝友泰 C0809050018 電話質(zhì)教育的一個重要特點(diǎn)就是讓科學(xué)的教育不僅使學(xué)生獲得知識，而且應(yīng)在能力、情感、行為習(xí)慣各方面得到全面發(fā)展，物理美學(xué)貫穿于物理教學(xué)過程中，應(yīng)該是素質(zhì)教育在物理教學(xué)中的具體體現(xiàn)。物理美來源天地的自然美,但它不是指大自然美的景色, 而是指潛藏在感性美之后的理性美,并為理智所能領(lǐng)悟的自然界內(nèi)在結(jié)構(gòu)所顯示的和諧、秩序、簡潔、對稱、統(tǒng)一的美,是審美者通過理解、想象、邏輯思維所體驗(yàn)到的美。愛因斯坦曾經(jīng)描述說，物理學(xué)是至善至美的科學(xué)，他還特別把物理的美歸納為“簡單、和諧、完善、統(tǒng)一”。歷史上的科學(xué)家更是把自己所

2、發(fā)現(xiàn)的科學(xué)規(guī)律描繪得美不勝收，哥白尼為他的日心說這樣寫道：“所有的這些軌道的中心便是太陽，難道說在如此富麗堂皇的宮殿里，還能找出比這更好的地方來安置這樣一盞美妙的明燈使它能從這兒照亮一切嗎?”波爾發(fā)現(xiàn)電子模型后，愛因斯坦贊嘆道：“這是思想領(lǐng)域中最高的音樂神韻?！币?、簡單美物理科學(xué)的美在于它的簡單。但這個簡單是指的物理表達(dá)形式的簡單而知識內(nèi)涵的豐富，是簡單和豐富，形式和內(nèi)涵的對立統(tǒng)一。一個很簡單的公式包涵著深刻的內(nèi)容，一個條件很少的理論概括了豐富的事實(shí)，這就是簡單的美。例如物理學(xué)中的不少知識都可以用一些公式概括出來，顯得簡捷明了。電阻串聯(lián) 電阻并聯(lián) 比值形式乘積形式二，對稱、平衡美協(xié)調(diào)、勻稱稱之

3、為和諧，物理學(xué)的形式和內(nèi)容分別具有和諧性。形式的和諧是物理概念、方程、現(xiàn)象的和諧，內(nèi)容的和諧指出了物理規(guī)律的矛盾性。在新課程標(biāo)準(zhǔn)人教版八年級物理（上冊）的光現(xiàn)象中，我們學(xué)習(xí)過一條重要的光學(xué)定律反射定律：反射光線、入射光線與法線在同一平面內(nèi)；反射光線、入射光線分居法線兩側(cè)；反射角等于入射角。入射角增減，反射角如影子般也隨著增減，兩條光線（反射光線、入射光線）如扇動的蝶翅，翩翩起舞，如夢如幻。平面鏡成像更是美侖美奐。那毫無粉飾的對稱，那極致絕頂?shù)恼鎸?shí)，真使人驚嘆大自然的美妙。它使世界有了一個極美的備份，一切都可以在其中找到自己的影子，萬物都由一變?yōu)槎?，不再孤?dú)，不再勢單，也不會再搞一家之言，更不會

4、有霸權(quán)的出現(xiàn)，有的只是對稱、平等、自由、和諧。在該版本教材的八年級（下冊）中，匯集上冊電學(xué)知識，我們可以得到串聯(lián)電路與并聯(lián)電路的電壓、電流關(guān)系式：串聯(lián)電路U=U1+U2 I=I1=I2 并聯(lián)電路U=U1=U2 I=I1+I2 用心觀察，我們可以發(fā)現(xiàn)與，與是多么的相似，而整個式子又是多么的對稱，和諧。這不是人為的設(shè)計(jì)，也不是純粹的偶然，這就是物理學(xué)天然而成的和諧。在第三冊力現(xiàn)象中，還有一個二力平衡公式：F=F1-F2，F(xiàn)1、F2是作用在同一個物體的兩個力，在物理學(xué)中稱為分力。它們相互作用、相互制衡，如果它們大小相等，方向相反，又作用在同一條直線上，那么受力物體兩端雖有巨力萬鈞，也會巋然不動，如無

5、力存在般的平衡、穩(wěn)定，真是奇也，美也，和諧也。三、相異、互補(bǔ)美在此版本教材的八年級（上冊）的光現(xiàn)象中，凸透鏡成像規(guī)律是這樣表述的：一倍焦距分虛實(shí)，兩倍焦距分大小，物近像遠(yuǎn)像變大。你瞧，物近像就遠(yuǎn)，物遠(yuǎn)像就近。就像人們之間你供我需，你需我供，你缺我補(bǔ)，我少你添，相互禮讓，相敬如賓，和諧共處。又如，物態(tài)變化中的三態(tài)（固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)）轉(zhuǎn)化關(guān)系：“ ”線部分與“ ”部分的是完全相反的兩個過程，但它們又聯(lián)系甚密，不可分割，互為吞吐：凡是“ ”部分都是吸熱過程，凡“ ”部分都是放熱過程，后一過程放的就是前一過程吸的熱，而前一過程吸的熱就是為了后一過程所放，一吸一放，一放一吸，多么默契，多么心有靈犀，不和

6、諧不足以實(shí)現(xiàn)之。還有在電學(xué)中，我們都知道，自然界有且只有兩種電荷：“+”電荷與“-”電荷。不多也不少，只有兩種，而且二者相反、相補(bǔ)：同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。它保證了自然界電荷的秩序性和穩(wěn)定性。正如人類：有男有女，且只有男女，而沒有第三性，這才有了人類的繁衍、穩(wěn)定、和諧。再如能的知識中，機(jī)械能包括動能與勢能，兩者相互為輔，相互轉(zhuǎn)化：動能大，則勢能??；動能小，則勢能大。此長彼消，不生不滅，和睦共處。動能與勢能，雖然相異，卻不紛爭，雖然不同，卻不斥離，反倒相互轉(zhuǎn)化，共存共贏，共發(fā)展。酷似太極中的陰陽魚：（附右圖）陰極則陽生，陽極則陰生，陰中有陽，陽中有陰，相互依存，相互轉(zhuǎn)化，和平共處，不

7、犯不敵，運(yùn)動而穩(wěn)定，多樣而統(tǒng)一，不可謂不和諧也。物理學(xué)的美學(xué)給我們提供了豐富的美育材料，作為教育工作者，正是要把這樣的美變成學(xué)生情感素質(zhì)的一部分。我們在物理教學(xué)中進(jìn)行美育不僅是可行的而且也是必需的。1、 激發(fā)學(xué)生興趣。“興趣不是美感”，但美感可以激發(fā)興趣，興趣提高學(xué)習(xí)效率，減輕學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，反過來促進(jìn)對美的追求。在初中九年義務(wù)教材中，廣泛地注意到了美對提高興趣的作用，以前教材中的插圖、實(shí)驗(yàn)，包括學(xué)生實(shí)驗(yàn)在舊教材中因只注重嚴(yán)謹(jǐn)而單調(diào)，今天的教材活潑、生動，實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)具有美感，且具體、形象。比如平面鏡成像一節(jié)中有制作萬花筒的實(shí)驗(yàn)，不僅能使學(xué)生從中學(xué)到嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的規(guī)律和物理知識，而且能從萬花筒中反映的形象

8、美中激發(fā)出探索物理現(xiàn)象本質(zhì)的興趣，有利于使學(xué)生在美的引導(dǎo)下，自覺、主動地探索科學(xué)的奧秘。2、促進(jìn)智力發(fā)展。美學(xué)是一個哲學(xué)體系，可以促進(jìn)學(xué)生思維能力、想象能力的發(fā)展，可以加深學(xué)生對物理知識的了解和激發(fā)學(xué)生深入研究物理問題。心理上的認(rèn)同和激勵才能使學(xué)生在探索物理規(guī)律、培養(yǎng)能力上有更強(qiáng)的自主性。教師在教學(xué)中要充分認(rèn)識到美對智力發(fā)展的作用，有意識地去闡釋物理科學(xué)的美，使學(xué)生在物理科學(xué)的殿堂中感受到美，在美感的激發(fā)下，以良好的心態(tài)，愉悅的心情去思考問題，使思維能力、想象能力得到發(fā)展。比如在高中教學(xué)萬有引力一節(jié)時，可以充分參考各種衛(wèi)星、行星、恒星的數(shù)據(jù)，描繪人類從天圓地方說走向太陽中心說然后再認(rèn)識到太陽率

9、領(lǐng)太陽系的成員在銀河中沿一條美麗的曲線運(yùn)動的歷史，在人類探索“真”與“美”的感受中，進(jìn)一步提升學(xué)生以萬有引力所引發(fā)的橢圓軌道和圓軌道的美感認(rèn)識，激發(fā)學(xué)生探索這些美的科學(xué)規(guī)律和源泉，使學(xué)生對這些知識有更深的理解。3、培養(yǎng)學(xué)生的品德。教師不應(yīng)該只授書不傳道，培養(yǎng)學(xué)生品德不只是班主任工作，也應(yīng)在物理教育學(xué)中體現(xiàn)，追求美、追求真是物理美學(xué)的特點(diǎn)，也正是學(xué)生品德培養(yǎng)的目標(biāo)。傳道、授業(yè)，乃師道的本質(zhì)。世界的繽紛多彩為培養(yǎng)學(xué)生的品行提供了不同的素材，而追求美、追求真，應(yīng)該是教師引導(dǎo)學(xué)生走的正確方向。物理美學(xué)的感染性為溝通教師與學(xué)生，學(xué)生與自然，學(xué)生與社會提供了一個很好的工具。素質(zhì)教育要求我們不僅要培養(yǎng)學(xué)生的

10、能力，而且要培養(yǎng)學(xué)生的品德，物理教師同樣擔(dān)負(fù)這樣的責(zé)任。在教學(xué)中應(yīng)盡量廣泛使用各種電教手段，讓美以具體、生動、鮮明的形象作用于人的感官，打動人的情感，產(chǎn)生一種愉悅，為學(xué)生提供了一個和平、美麗的世界前景，并使學(xué)生能求真求實(shí)。愉悅的心情還能持久，作用于學(xué)生身上，培養(yǎng)起一種不畏困難而追求美的品質(zhì)。在物理學(xué)發(fā)展史上, 科學(xué)家們都注重各種物理規(guī)律的和諧統(tǒng)一。科學(xué)家曾言: 物理學(xué)的最高目標(biāo)是達(dá)到一種統(tǒng)一的圖案。物理的統(tǒng)一, 首先體現(xiàn)在概念的統(tǒng)一上。人們對“力”的認(rèn)識來源于生活。其它的物理概念也是如此, 比如人們對光的認(rèn)識, 首先是反射、折射和色散、然后到電磁波, 再到光量子概念, 最后統(tǒng)一到物質(zhì)波中。物理

11、規(guī)律來源于紛繁雜亂的自然界, 又被用來描述自然界所遵守的法則。這就使得物理規(guī)律表現(xiàn)出一種簡潔而深沉的科學(xué)美。牛頓機(jī)械運(yùn)動的三大定律, 以清晰而簡單的形式描述自然界所遵守的自然法則。牛頓力學(xué)“用位置的移動來說明一切, 用量的差異來說明一切質(zhì)的差異”。雖帶有形而上學(xué)的烙印, 但給人們認(rèn)識和研究自然帶來了方便。萬有引力是支配宇宙世界的一種力, 其平方反比律以其簡單的形式描繪了這種深奧而宏偉的作用力, 使人們對天體運(yùn)動的研究走上成功的道路。如果說牛頓力學(xué)具有小家碧玉般優(yōu)嫻靜態(tài)美的話, 那么愛因斯坦的相對論用統(tǒng)一思想則只有“大江東去”那種豪邁博大的氣勢, 把人們的思維引向更為廣闊的時空, 給人們展示了更

12、為深遠(yuǎn)而空曠的壯麗圖景; 質(zhì)能方程E=mc2 形式簡單, 卻顯示了原子能所遵循的規(guī)律, 為人類開發(fā)利用原子能打開了一道大門。簡潔而深沉, 是一種美的表現(xiàn), 物理規(guī)律的簡潔, 正是這種追求的結(jié)果。    在物理學(xué)中, 有大量對稱的概念和規(guī)律: 如正電荷和負(fù)電荷, 南極和北極; 在物理規(guī)律的描述上也有著對稱的表述: 電荷相互作用同磁極相互作用所遵守規(guī)律的對稱性, 杠桿平衡的對稱原則。電學(xué)中和磁學(xué)中都可通過高斯方程描述相應(yīng)的生理規(guī)律。物理規(guī)律的對稱原則在物理研究中同樣具有重要的指導(dǎo)意義。奧斯特于1820 年發(fā)現(xiàn)了電流周圍存在磁場, 實(shí)現(xiàn)了“電生磁”后, 法拉弟

13、受到對稱原則的啟發(fā), 就想到了“磁也一定能生電”, 經(jīng)過多年的艱辛的探索, 發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律, 實(shí)現(xiàn)了與“電生磁”對稱的一面。英國物理學(xué)家狄拉克于1928 年在研究電子運(yùn)動時, 論證了電子的運(yùn)動規(guī)律, 必須符合相對論的要求。在他建立的方程中, 粒子和反粒子具有平等的對稱關(guān)系。于是他預(yù)言“反電子”(即帶正電荷的電子)的存在。幾年后, 即1932 年, 卡爾戴維德.安德森在實(shí)驗(yàn)室中證實(shí)了“正電子”的存在。相繼而來, 科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了反質(zhì)子等反物質(zhì)。人們在研究中發(fā)現(xiàn), 正反粒子相遇湮滅時將釋放巨大的能量, 這就給人們開發(fā)新能源帶來了新的曙光。    美是人類創(chuàng)

14、造性、實(shí)踐性的產(chǎn)物, 也是人類文明的標(biāo)志。物理學(xué)中的美是自然界客觀真理與人的主觀感受的和諧統(tǒng)一。美是無邊界的。物理規(guī)律很好地表現(xiàn)了科學(xué)美, 激發(fā)起了人類對物理科學(xué)的極大興趣, 人們對物理學(xué)的研究也是對科學(xué)美的追求, 相信隨著人們對科學(xué)的追求的不斷發(fā)展, 大自然將會呈現(xiàn)出更加奇妙的美, 物理學(xué)也會再閃現(xiàn)出更加動人心弦的美。物理中的語文美隨著課程改革的不斷深入，綜合性課程的不斷開發(fā)，學(xué)科之間的滲透與融合越來越明顯，越來越受到人們的重視。近日，筆者無意中發(fā)現(xiàn)在物理練習(xí)中到處閃現(xiàn)出語文之美。它們的內(nèi)容涉及到詩句、成語、民間故事等，形式或是選擇題，或是填空題，或是分析簡答題?，F(xiàn)把它們整理出來，與大家共享

15、。一、自然界是豐富多彩的，古代的詩人在體驗(yàn)生活，觀察、欣賞大自然的美景時，留下了許多膾炙人口的詩句。因?yàn)槲锢憩F(xiàn)象是普遍存在于大自然中的，因此，在我國浩如煙海的古典詩詞中涉及到很多的物理概念、現(xiàn)象或規(guī)律。1、李白在望天門山寫道：“兩岸青山相對出，孤帆一片日邊來?！边@兩句詩中描寫“青山”與“孤帆”的運(yùn)動時，所選擇的參照物分別是（ ）A、帆船 河岸 B、河岸 帆船 C、青山 太陽 D、青山 劃船人2、“朝辭白帝彩云間，千里江陵一日還。兩岸猿聲啼不住，輕舟已過萬重山?！边@是唐代詩人李白的早發(fā)白帝城中的詩句，從物理學(xué)的角度看，以高山為參照物，舟中人是 ；以小舟為參照物，舟中人是 。3、詩句“滿眼風(fēng)光多閃

16、爍，看山恰似走來迎。仔細(xì)看山山不動，是船行”，其中“看山恰似走來迎”和“是船行”所選的參照物分別是 和 。4、“花之襲人知驟暖，鵲聲穿樹喜新晴?！边@是南宋詩人陸游村居書喜的兩句詩，對于前一句，從物理學(xué)的角度可以理解為：花朵分泌的芳香油分子 加快，說明當(dāng)時周邊的氣溫突然 。5、“城市尚余三伏熱，秋光先到野人家”，說明在陸游那個時代，人們就已覺察到城市暖于郊區(qū)，這種現(xiàn)象叫做城市的 。6、唐朝著名詩人李白的早發(fā)白帝城一詩中“兩岸猿聲啼不住”，當(dāng)船行了很遠(yuǎn)詩人還能聽到猿聲，說明聲音的 大。7、古詩“少小離家老大回，鄉(xiāng)音無改鬢毛衰”中的“鄉(xiāng)音”指的是（ ）沒有改變。A音調(diào) B、響度 C、音色 D、方言

17、土語8、“八月十八潮，壯觀天下無”這是北宋大詩人蘇東坡詠贊 的千古名句，每年的農(nóng)歷 是觀潮的最佳時機(jī)。9、唐朝張寂的橋夜泊這首詩寫道：“月落烏啼霜滿天，江楓漁火對愁眠。姑蘇城外寒山寺，夜半鐘聲到客船?！逼渲猩婕暗降奈锢碇R有哪些，試分析一下。10、詩句“疏影橫斜水清淺，暗香浮動月黃昏，”其中包含的物理知識有（1）（2）二、物理之美，無處不在。我國成語是人們長期以來習(xí)用的、簡潔精辟的定型詞組或短句。寓言是用假托的故事或自然物的擬人手法來說明某個道理或教訓(xùn)的文學(xué)作品。其中有不少成語和寓言也包含了豐富的物理知識。1、“揚(yáng)湯止沸”是指把鍋里的水舀起來再倒回去；“斧底抽薪”是指從鍋下抽掉些燒著的木柴，應(yīng)

18、用物理學(xué)知識分析下列說法中正確的是（ ）A“揚(yáng)湯止沸”和“斧底抽薪”都只能暫時止沸B“揚(yáng)湯止沸”和“斧底抽薪”都能徹底止沸C“揚(yáng)湯止沸”能暫中時止沸，“斧底抽薪”能徹底止沸D“揚(yáng)湯止沸”能徹底止沸，“斧底抽薪”能暫時止沸2、“震耳欲聾”反映了聲音的 ；“迅雷不及掩耳”反映了聲音的 很大。3、“水滴石穿”，從物理學(xué)角度來看，水滴滴下會濺開，而石頭則在長時間的水滴拍打下發(fā)生了形變，由此說明：4、“余音繞梁，三日不絕”這是 現(xiàn)象，“掩耳盜鈴”是在 處減弱聲音；“曲高和寡”中的“高”指的是 。5、“刻舟求劍”是人人皆知的典故，鄭人之所以沒有通過“刻舟”而求得劍，是由于他不懂得 的物理知識所致。6、寓言

19、龜兔賽跑中說，烏龜和兔子同時從起點(diǎn)跑出，兔子在遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過烏龜時，便驕傲地睡起大覺。它一覺醒來，發(fā)現(xiàn)烏龜已悄悄地爬到了終點(diǎn)，后悔不已，在整個賽跑過程中A兔子始終比烏龜跑得快 B。烏龜始終比兔子跑得快C兔子的平均速度大 D。烏龜?shù)钠骄俣却?、“一葉障目，不見森林”說明 。8、“猴子撈月”的故事中，猴子撈的是 它是光的 現(xiàn)象。9、人們常用“井底之蛙”比喻一個人眼界狹隘，見識短淺。請你用所學(xué)的物理知識，解釋“井底之蛙”為何所見甚少？它的所見范圍與什么有關(guān)？如你在井底，你將采取什么方法增大觀察范圍。古詩“大漠孤煙直，長河落日圓?！币痪渲?，詩人所觀察到的并非太陽的實(shí)際位置，而是光線經(jīng)過不均勻的大氣時發(fā)生了

20、 而成的像。三、俗語是我國民間文化的一部分,是流傳在民間的通俗定型的語句，帶方言性質(zhì)。其語言簡練，含義深刻，如諺語、俚語等。其中有不少也包含一定的物理學(xué)知識。1、俗話說“一時三刻跑不了”其中的“三刻”是指 min，合多少 s.2、俗話說“下雪不冷化雪冷”是因?yàn)檠┤诨^程要 熱。3有句俗話為“大火煮粥，小火燉肉”，試簡述其中所包含的道理。4有句諺語說：“霜前暖，雪后寒?！彼f明了霜是由于 使空氣中的水蒸氣發(fā)生 而形成的，雪后，由于 導(dǎo)致氣溫降低，使人感到寒冷。5“大樹底下好乘涼”，這是一個眾人皆知的俗語。小峰卻不以為然，因此與小芳發(fā)生了激烈的爭辯。小峰認(rèn)為，現(xiàn)在生活水平提高了，有了遮陽傘，人在遮

21、陽傘下與在大樹下同樣沒有太陽光直接照射，所以一樣涼爽，小芳認(rèn)為遮陽傘下比樹下更熱。請幫助他們設(shè)計(jì)一個實(shí)驗(yàn)，以解決他們之間的爭辯。（1）實(shí)驗(yàn)器材：（2）實(shí)驗(yàn)方法：（3）通過這次活動，你有什么感想？四、在一些歌、語段中也包含著一些物理知識。1、電影閃閃的紅星中有一段歌詞：“小小竹排江中游，巍巍青山兩岸走”，歌詞的第一句是以 為參照物來描寫另一個物體的，第二句是以 為飛信管參照物來描寫另一個物體的。2、一位飛行員在日記中寫道：“當(dāng)我駕駛飛機(jī)作俯沖飛行時，大地向我迎面撲來?！憋w行員在描寫大地的運(yùn)動時，是以 為參照物的。3、下列一段文字描寫中涉及一些聲學(xué)知識，請思考后回答：“駐足傾聽，隱隱傳來威風(fēng)鑼鼓的

22、節(jié)奏，漸漸地鼓聲、鑼聲變得雄壯、喧騰起來，匯成一片”（1）“隱隱傳來”說明什么？（2）“鼓聲、鑼聲變得雄壯、喧騰”是指聲音的什么發(fā)生了變化？（3）為什么能區(qū)分出鼓聲和鑼聲？4、閱讀短文，回答問題?？鬃?xùn)|游，見兩小兒辯斗，問其故。一兒曰：“我以日始出時去人近，而日中時遠(yuǎn)也。”一兒以日初遠(yuǎn)，而日中時近也。一兒曰：“日初出大如車蓋，及日中則如盤盂，此不為遠(yuǎn)者小而近者大乎？”一兒曰：“日初出滄滄涼涼，及其日中如探湯，此不為近者熱而遠(yuǎn)者涼乎？”孔子不能決也。兩小兒笑曰：“孰謂汝多智乎！”（1）兩小兒在辯論中，用到物理學(xué)中 部分知識。(2 )他們在探索自然現(xiàn)象時的態(tài)度是 。（3）他們在探索自然現(xiàn)象時的方法

23、是 。（4）他們對孔子的議論說明兩小兒 。通過以上的內(nèi)容，我們不難發(fā)現(xiàn)：學(xué)科之間相互滲透與融合，大大縮短了書本與生活之間的距離，使得很多看似抽象的東西變得淺顯易懂。這樣不僅有利于學(xué)生對知識的理解和運(yùn)用，更有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)語文和物理的興趣。我想，這或許就是新一輪課程改革所帶來的嶄新現(xiàn)象吧！楊振寧在美和理論物理學(xué)一文中指出:“科學(xué)中存在美。”自然之美在詩人、作家筆下展現(xiàn),讓人心曠神怡,而源于自然之美的科學(xué)美,特別是物理美范疇體系的簡單美、奇異美、真理美、對稱美、和諧美、統(tǒng)一美等更讓人陶醉。物理學(xué)是一門閃耀著美的光輝的科學(xué),它的美體現(xiàn)在物理學(xué)理論的內(nèi)容和形式上,也體現(xiàn)在物理學(xué)研究的過程中。作為以追

24、求宇宙的和諧為目的的科學(xué),物理學(xué)家們在探索自然界物質(zhì)運(yùn)動的規(guī)律時,無論他們所運(yùn)用的巧妙的思想方法、他們的勤勞和智慧的結(jié)晶簡單、和諧的物理理論,還是他們在追求真理的過程中所體現(xiàn)出嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、鍥而不舍的科學(xué)精神,無不向人們展示科學(xué)自身的至美。美是科學(xué)的本性之一,也是進(jìn)行科學(xué)研究的方法。因此,用科學(xué)美熏陶學(xué)生,使他們在對真、善、美的追求中,產(chǎn)生對大自然和對科學(xué)由衷熱愛的強(qiáng)烈感情,并隨著學(xué)習(xí)的不斷深入使這種感情不斷升華,進(jìn)而成長為一個既有較高的科學(xué)素養(yǎng),又有一定審美能力的和諧發(fā)展的健全人才,是貫穿物理教學(xué)始終的重要任務(wù)。物理學(xué)中的美可以從以下幾方面展現(xiàn)。一、簡單美簡單美是物理學(xué)的重要標(biāo)志,歷代物理學(xué)家無

25、不崇尚。牛頓說過:“自然界喜歡簡單,而不愛以什么多余的原因以夸耀自己?！钡拇_,盡管我們面前的物理世界看似紛繁復(fù)雜,但它們所遵循的規(guī)律卻是簡單的,物理學(xué)家則無不力求用簡單的語言來描述它,而物理學(xué)也在對簡單的追求中逐步發(fā)展起來,這樣的例子在物理學(xué)發(fā)展史中不勝枚舉。公元2 世紀(jì),古希臘天文學(xué)家托勒密建立了“地球中心”的宇宙模型。為了能夠說明復(fù)雜的天體運(yùn)動,托勒密不得不在他的模型中增加一系列“均輪”和“本輪”,因而使他的宇宙模型復(fù)雜不堪。崇尚簡單的天文學(xué)家哥白尼認(rèn)為,天體的運(yùn)動應(yīng)當(dāng)是簡單的,托勒密的宇宙模型不符合數(shù)學(xué)原理,因而是不正確的。他從天體運(yùn)動的簡單性出發(fā),而且更精確、更簡潔的解釋了天體運(yùn)動的規(guī)

26、律,把人類對天體運(yùn)動的認(rèn)識引入了科學(xué)的軌道。愛因斯坦畢生的心血結(jié)晶:質(zhì)能方程E = mc2 ,形式十分簡單,但內(nèi)容極其豐富用最精練的語言、最少的符號,提示了奧秘?zé)o比的自然規(guī)律,稱得上是嘆為觀止的簡潔美,而方程中出現(xiàn)的自然界極限速度光速,又在簡單之中勾起人們對神秘的無限遐想。開普勒行星運(yùn)動第三定律: R3PT2 = 常量,其形式如此簡單,太陽系中所有行星的運(yùn)動都符合這一規(guī)律,奇妙的“2”和“3”使一切井然有序,開普勒不愧為“天空立法者”的稱號。簡單美,這古老的科學(xué)美給人以集中、明快感,同時簡單性也是一個科學(xué)方法論的原則。在美國物理學(xué)世界2002 年9 月刊登了在美國物理學(xué)家中作的調(diào)查,評出歷史上

27、“最美麗的物理實(shí)驗(yàn)”,它們絕大多數(shù)由科學(xué)家獨(dú)立完成,采用自制的簡單儀器,方法直接,結(jié)論清楚。如中學(xué)物理教材中伽利略的自由落體實(shí)驗(yàn),牛頓的棱鏡分解太陽光、托馬斯?楊的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)等都是最少的人用最簡單的儀器和設(shè)備,發(fā)現(xiàn)了最根本、最單純的科學(xué)概念,科學(xué)的簡單美蘊(yùn)藏其中。二、奇異美日常教學(xué)及教材注重物理概念的建立,物理規(guī)律的理解和應(yīng)用,但每一個物理概念的建立,新理論的形成,總包含某種奇異,展現(xiàn)奇異之美,是提高學(xué)生創(chuàng)新能力的有效途徑。奇異之所以美,首先在于它體現(xiàn)了科學(xué)理論中的藝術(shù)因素,在本質(zhì)上是科學(xué)審美現(xiàn)象的結(jié)晶。單純的觀察、實(shí)驗(yàn)事實(shí)無論積累了多少,都不能直接地、必然地導(dǎo)出獨(dú)創(chuàng)性的科學(xué)思想,在教材中玻

28、爾氫原子理論中引入了量子概念,由經(jīng)典物理向外發(fā)散,突破連續(xù)的概念,神奇的提出量子的設(shè)想,從而演進(jìn)成壯觀的量子物理學(xué)。物理學(xué)史,既是一部探索物質(zhì)結(jié)構(gòu)的歷史,也是一部捕捉奇異美,發(fā)展奇異美的歷史。1924 年,德布羅意向巴黎大學(xué)科學(xué)院提交了一份令人十分驚奇的博士論文,德布羅意從愛因斯坦光的波粒二象性得到啟示,用類比的方法,推廣到物質(zhì)實(shí)體,德布羅意的導(dǎo)師郎之萬把這篇論文推薦給了愛因斯坦,德布羅意實(shí)物粒子和光具有對稱性,被愛因斯坦所欣賞,物質(zhì)波(德布羅意波) 的誕生,奇異中體現(xiàn)了科學(xué)理論中的藝術(shù)因素,本質(zhì)上是科學(xué)審美現(xiàn)象的結(jié)晶,是獨(dú)創(chuàng)性的科學(xué)思想。三、真理美真理美是科學(xué)美的最基本特征。海森堡曾說過:“

29、美是真理的光輝其意義也可以理解為,探索者最初是借助于這種光輝,借助于它的照耀來認(rèn)識真理的?！笨茖W(xué)的真理性來源于科學(xué)的宗旨,科學(xué)的宗旨是揭示客觀事物的本質(zhì)屬性和發(fā)展規(guī)律。因此,對“真”的追求就成為歷代科學(xué)家忘我奮斗的根本動力。由此可見,科學(xué)美離不開真,離開了真,美就成了無源之水、無本之木。綜觀物理學(xué)發(fā)展的整個歷史,無處不是物理學(xué)家孜孜以求探索真理的真實(shí)寫照。從伽俐略開創(chuàng)性的運(yùn)用實(shí)驗(yàn)與數(shù)學(xué)相結(jié)合的科學(xué)研究方法,從而將人類對自然科學(xué)的研究帶入一個歷史性的新紀(jì)元開始,人類對物理學(xué)的研究就進(jìn)入了一個不斷向真理接近的過程: 牛頓發(fā)展了伽俐略的動力學(xué)理論,修正了其理論中的錯誤部分,形成了能夠正確描述宏觀低速

30、狀態(tài)下宇宙間物體運(yùn)動規(guī)律的理論;愛因斯坦則以非凡的洞察力發(fā)現(xiàn)了牛頓絕對時空理論的不足,進(jìn)而用全新的時空觀建立了更加符合客觀實(shí)際的狹義相對論和廣義相對論等,都是物理學(xué)家在探索未知世界的過程中不斷向真理靠近的生動體現(xiàn)。正是因?yàn)橛肋h(yuǎn)不會有所謂的“終極真理”,因此,物理學(xué)的理論并不是盡善盡美的,才使得人類的思維能夠從微小至10 - 19M 的夸克到龐大至1026M 的宇宙深初遨游。而這種對科學(xué)真理的追求,正是真理美的最好體現(xiàn)。四、對稱美所謂對稱,是指一物體或一系統(tǒng)各部分之間比例的平衡與協(xié)調(diào),由此能夠產(chǎn)生一種簡單性和美的愉悅。對稱美是人們認(rèn)識自然過程中產(chǎn)生的一種古老概念,對稱的圖案在我國新石器時代就出現(xiàn)

31、了。物理世界中存在多種對稱形式:作用力與反作用力、正電與負(fù)電、電與磁、吸引與排斥、正粒子與反粒子等。物理學(xué)理論中所體現(xiàn)出的對稱性則從更高層次上揭示了自然界的對稱性,與次同時,物理學(xué)家們已經(jīng)把對稱性原理作為科學(xué)研究的強(qiáng)有力的工具。在物理學(xué)理論中,有許多我們所熟知的守恒定律,如能量守恒定律、動量守恒定律、角動量守恒定律、電荷守恒定律等,而這些定律則是物理規(guī)律具有多種對稱性的必然結(jié)果。如能量守恒與時間對稱性相聯(lián)系。角動量守恒與空間對稱性相聯(lián)系等,對稱性與守恒定律之間的聯(lián)系已經(jīng)成為現(xiàn)代人們探究自然界的基本出發(fā)點(diǎn)之一,而這一聯(lián)系也深刻的揭示了自然界的對稱美。另一方面,自然界的對稱性并不是絕對的,在一定條件下還會出現(xiàn)對稱性的“破缺”。我們熟知的弱相互作用下宇宙不守恒的原理就是典型的對稱性破缺的例子。隨著對物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的不斷深入,人們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)其他對稱性破缺的事實(shí),由此認(rèn)識到,對稱性的存在是客觀事物普遍規(guī)律的內(nèi)在依據(jù),對稱性的破缺則是事物表現(xiàn)出多樣性的原因。這種對稱中不對稱的美與不對稱中對稱的美,實(shí)際上是更高層次的對稱美。五、和諧美中學(xué)力學(xué),主要研究牛頓運(yùn)動定律,牛頓從和諧美的角度吸收了伽俐略