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    中學物理教學中的美學教育的探討

    生活中并不缺少美,而是缺少美的發現,物理教學也是如此。物理學中美的例證比比皆是,但物理學本身不是美學,能否把擺在我們面前的物理教材從僵硬的鉛字變成閃爍著美的光彩的畫冊,從抽象的概念、公式變成動人的詩篇,關鍵要靠教師從教學內容中發掘出物理科學美,并通過美的設計,在課堂教學中充分展示出物理學科的美學特征和美的意境,使學生潛移默化地受到美的熏陶和美的培養。


      一、展現物理學發展過程中的探索美。
      在物理學的發展過程中,物理學家在探索物理學規律的艱辛旅程中,一方面總是伴隨著對美的熱烈追求,另一方面又強烈地表現出他們精神上的種種美德。如哥白尼與托勒密地心說的決裂,就是有其執著追求美的因素,他深信完美的理論在數學上應該是和諧與簡單的。托勒密為了解釋天文觀測的結果,引入了許多均輪、本輪,使得天文理論既復雜又失洽。因此,在極端困難的條件下,哥白尼苦心孤詣,研究了三十多年,終于建立了不朽的日心說。后來,開普勒深切地感受到日心說的美,毅然地拋棄了從他的老師第谷那兒接受的地心說觀點。他說:我從靈魂的最深處證明它是真實的,我以難以想象的心情去欣賞它的美。


      愛因斯坦所建立的廣義相對論,被朗道和玻恩稱贊為可能是一切物理理論中最美的一個,是一種偉大的藝術作品。愛因斯坦本人也把科學研究中的審美感受稱之為思想領域最高的音樂神韻、一種壯麗的感覺。這些事實告訴我們,審美活動與物理學研究并不是不相關的,克服物理原理中某些美學因素上的不洽,往往會導致物理學新規律的發現。究其原因,就是因為在客觀世界中,真與美是統一的,它們是同一事物的兩個方面,對真理的追求必然伴隨著對美的追求。


      以上這些都是寶貴的精神財富,是審美教育中珍貴的美學因素,物理學家對美的執著追求和他們的人生美德,啟迪學生的智慧,引發學習的興趣,激勵成功的意志,養成獻身科學的良好品德。


      二、挖掘物理學中蘊含著的美的本質
      美的本質乃是規律性與目的性的統一。對物理學中科學美的認識就是對物理理論深層次的認識,是從整體上的一種把握。物理學中的美學因素滲透于其理論體系的構思和表達中。物理概念和物理規律不但賜給人以嚴密、協調的邏輯美,而且有如詩一般的簡單、對稱、和諧的形象美。


      1.簡單美
      在千姿百態的物理世界里,盡管各種現象千差萬別,但在本質上都可歸結為若干基本的物理規律,這就使物理理論體系上呈現出高度的簡單美。例如:運動和力的關系,曾經困惑人類幾千年,但一旦揭開其面紗,呈現出的關系“F=ma”卻如此簡明;愛因斯坦的質能方程Emc2,形式十分簡單,內容卻極其豐富———用最精煉的語言、最少的符號,揭示了奧妙無比的自然規律,所表現的簡潔美令人嘆為觀止;麥克斯韋方程組把復雜的電磁規律建成一個簡單對稱的理論體系,被譽為自然界最優美的詩。被物理學家們爭執了一百多年的,卻僅以十個字做了結論:大量分子的無規則運動。僅僅十個字,真是簡單科學!


      物理學的簡單美還表現在物理概念和規律的表達方面,如力的概念、法拉第電磁感應定律等在表述上的簡單和精煉令人驚嘆。物理學中的理想模型更具有簡單美的特征。就如質點、單擺、理想氣體、電磁場等,這些猶如一幅幅生動形象的簡筆畫,把物體的特征和個性勾畫得淋漓盡致,既簡單又合理,既抽象又形象。


      2.對稱美
      對稱美是指整體各部分之間的相稱或對應,如空間上的和諧布局,時間上的節律協和。對稱之所以讓人產生美感,是因為對稱中存在著某種重復、均衡、有序的東西。物理學揭示了自然界物質的存在、構成、運動及其轉化等規律的對稱性而產生的美感,稱為物理學的對稱美。


      人類傳統美學中的對稱僅指人們感性意識中的三維空間的對稱,而物理學中的對稱美既有物理現象的對稱美,比如引力與斥力,電生磁磁生電,粒子與反粒子,物質與反物質等等;但更重要的是包含各種數學空間的對稱美,那是一種理性范疇的對稱。一位德國女數學家諾特發現了諾特定理,她證明了對稱操作與守恒定律的聯系:每一種對稱性均對應于一個物理量的守恒定律,反之亦然。例如空間平移對稱對應于動量守恒定律,時間平移對稱對應于能量守恒定律,旋轉對稱對應于角動量守恒定律……


      有的對稱性如旋轉對稱(各向同性),雖然不直接顯現,卻更受到物理學家的推崇。例如,在18世紀后期已經知道電荷守恒了,后來人們開始尋求與之相應的對稱性,終于在20世紀中期找到了這種重要的對稱性——“規范對稱性?,F在物理學家知道,規范對稱原理決定著電子和光子的作用方式,因而從一定程度上講,決定了自然界的面貌。


      3.和諧美
      和諧美是指事物和現象的各種因素、各個部分、各個方面的協調有序、勻稱流暢,是具有多樣化的特殊統一美。千姿百態的物理世界中,反映物理事物的特性及規律的物理知識構成了既千變萬化又和諧統一的完美圖景。如磁通量把本來并不存在的抽象物理模型——磁感線與描述客觀存在的磁場強弱的物理量——磁感應強度有機地聯系起來,這就充分體現了和諧美的主要特征:協調有序和多樣統一。又如熱學中理想氣體的狀態方程把玻意耳定律、查理定律和蓋?呂薩克定律在理想條件下統一了起來,這又是和諧美的勻稱流暢、多樣統一。


      大凡科學理論和科學規律都具有和諧美,這是因為理論和規律都具有內在的結構和諧與外在的功能和諧的兩方面的統一,這種和諧與統一就是科學美的重要組成部分。教學中通過對類似模型與規律的分析,可以促使學生從理性上感悟出物理中的科學美。


      驚人的簡潔、神秘的對稱、美妙的和諧等美學特征在物理學中隨處可見,美不勝收。作為教師應讓這些光輝燦爛的物理學之美從史學家的殿堂之中走出來,讓它的光輝普照學生們求美若渴的心田。


      三、培養學生的審美能力,引導他們自覺地追求科學美
      愛美之心,人皆有之,何況正值人生美妙年華的青少年學生。然而物理科學美往往不能僅靠肉眼去觀察,更要靠心智去體驗。因此,我們教師應注重在物理教學中進行審美創造,培養學生的審美能力。


      對物理形式美的形成來說,美育恰好是一個逆過程,需要教師根據教材中物理知識的既定形式正確、形象地再現存在于它們中的簡單、對稱與和諧,并通過恰當的方法讓學生有明晰的感受,并通過以美啟真、以美至真的實例將物理學中的美較細致地落實到物理知識之中。


      當然,美的藝術還需學生的默契配合,才能產生藝術的魅力。教師在展示科學美的同時要注意培養學生對科學美的審美能力。豐富的想象力是鑒賞美和創造美的必要條件,教師在教學中應運用精湛的語言、直觀性和啟發性的形象比喻,來激發學生的想象力。如講習題和練習時,要讓學生想象實際的物理圖景,講抽象的知識時要運用具體形象的比喻。如正電荷的電場線就像光芒四射的太陽;盧瑟福原子模型猶如太陽系。這些既能使學生在想象和聯想中獲得美的享受,又能培養和發展學生的鑒賞和創造美的能力。


      同時美育是一種情感教育,教師應在教學中采取一定措施,創設一定環境使學生產生美的需要并給其一定程度的體驗。學生作為教學的主體,讓其積極投身到審美創造活動中,去體驗和感受物理學中的美,這是培養學生審美的根本途徑。它帶給學生不只是視覺或聽覺上美的感受,更多的是一種震撼人心的愉悅和力量。促使他們自覺地追求美,當學生投入其中時才會感受到這種美的力量。比如:在探索性實驗中,不是引導學生按照教師指定的捷徑去發現規律,而是讓學生自己根據實驗要求,大膽創新設計出個性化實驗方案并完成實驗任務。只要教師善于啟發引導,促進學生不懈努力,總會使學生看到自己的潛力和知識的力量,從而獲得成就感,逐漸產生美的意識和審美情緒。


      總之,在我們物理教學的方方面面中充滿了美學因素,教學中應充分挖掘美的因素,通過美的典型和美的境界的陶冶作用和誘導力量去美化學生心靈,像蒙蒙春雨悄悄地給予,靜靜地注入。這樣展現在學生面前的將不再是死氣沉沉的公式和呆板的事實,而是一串串閃光的珍珠,使學習和探索物理成為學生追求科學和人生意義的自覺行動。以追求美而探索,在探索中創新。

     
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