亲近物理之美享受学习之趣■文/李靖  物理学是一门揭示物质存在与运动规律的自然科学，物理中有自然的美，也有科学和艺术的美，爱因斯坦曾经描述说，物理学是至善至美的科学，他还特别把物理的美归纳为“简单、和谐、完善、统一”。物理美，令人神往，促人遐想，诱发人们迸发出无限的创造力。我们作为物理教学工作者应该让我们的学生亲近物理的美妙，以达到开发学生多元智能的目的，让学生以一种享受知识的姿态走进科学的殿堂。 要使中学生亲近物理之美，在物理教学中可从以下几方面来渗透物理之美。 一、挖掘教材内容，引导学生感受物理现象之美翻开中学物理课本，无处不渗透着科学之美，诸如：和谐美、统一美、奇异美、简洁美及逻辑美等。中学物理所研究的内容从宏观到微观，从具体到抽象，从现象到本质，揭示的物理学规律是和谐统一的。可从下列几个方面去体现： 1.物理现象美。物理现象千姿百态、美妙无比。如物态互变等自然规律，因有序而美；光的反射与倒影、折射与海市蜃楼、衍射与干涉等都有奇异的美；电磁现象的认识，星际旅行等都给人以震撼之美。课堂上通过视频展示，实验演示，图文并茂的讲解，让学生欣赏、震撼，激发学生学习物理的兴趣。 2.教材插图美。课本中彩色插图在说明物理现象的同时也展示出自然壮美的一面。诸如：都市夜景，桂林山水，云海雾松，雪原冰川，玲珑剔透的晶体，来自太阳的带电粒子，极地的天空激发出的美丽的极光等等。学习之余欣赏一下这些美丽的画面能开阔视野，愉快心情，消除学习疲劳，更重要的是能提高学习效率，拉近学生与物理的距离，了解到物理无处不在，物理就在我们身边。 3.研究方法美。教材中所涉及的研究方法有其独特的物理思维美。如：平抛运动与电场中带电粒子的运动均可用合成、分解法去研究；人造卫星绕地球的运动，电场中核外电子绕核做圆周运动，磁场中带电粒子的匀速圆周运动等都可用相同的方法去研究；在解题方法上，有整体法与隔离法的统一，综合法与分析法的统一，归纳法与演绎法的统一等等。 4.概念规律美。物理概念门类繁多，千变万化，但它们并不是杂乱无章的，可以分别从形式与内涵两方面体现和谐美的因素。 二、探索物理理论，激发学生感知物理思维之美1.统一美。客观物质世界尽管丰富多彩，但是其本质上具有统一性。那么描述和揭示客观世界的物理现象及物理规律的物理学也是具有统一性的，它显示出一种崇高的美。如物理学上电和磁的统一理论——麦克斯韦理论，而爱因斯坦为电磁作用与弱相互作用的统一耗尽了后半生精力。在课堂上让学生了解科学家们的大统一思想，成为他们将来认识世界和改造世界的武器。 2.简单美。科学的简单性在古代自然哲学家以及近代科学家的永不休止追求中得到了充分体现。简单性揭示了科学的质朴美。在范畴广泛、现象规律复杂的物理领域中，物理学家把庞大的物理空间缩小为“场”，把纷繁各异的物质称为“粒子、质点”，借助文字和数学表达其内在规律，充分突出简单美的观点。 物理中的简单美首先体现在文字简练，如力定义为“物体间的相互作用”，光的本性为“波粒二象性”，言简意赅。模型的观点和数学公式的应用使这种简单美几乎到了极限。如物理学家提出质点、单摆、理想气体和点电荷；匀速直线运动、自由落体运动、弹性碰撞等模型的观点，再用公式定义物理量和表达物理规律，大大简化了物理问题，简洁准确。如速度、密度、电流强度等物理量的公式定义，其他物理量也都有相应的表达式。这些定义、定律科学地反应了物体运动的客观规律，而其中的语言科学准确，十分简洁优美。 课堂上要强调物理语言的准确、科学、简练，在有些关键字下面画上着重号，养成用精准物理术语进行表达的习惯。 3.和谐美。物理学的和谐性主要表现在其学科自身内容协调和形式匀称，而且与其他认识体系是相容的、一致的。理论的各个部分以及各种理论之间的和谐、形式的对称，无疑能给人一种和谐的美感。电磁波与光理论、万有引力定律与电荷相互作用的库仑定律惊人的相似，能量守恒定律、动量守恒定律、电荷守恒定律、质能方程等反映出的和谐美感。 对称也是和谐的重要组成部分，从空间角度看，原子的核式结构、磁铁的两极是对称的；圆周运动、简谐运动是对称的；平面镜成像、电磁场的力线分布更具有对称美。从时间角度看，行星的公转与自转、波的传播都具有时间周期性的对称美。对称性的美学意境引起很多科学家的心驰神往，从伽利略时代开始，物理学家就把追求理论上的对称性作为一种有效的研究方法，并取得了成功。例如法拉第从“电生磁”现象中受到启发，发现了“磁生电”的现象，进一步揭示了电磁联系；后人还发现电场和磁场在规律上有许多惊人的对称关系。近50年来，粒子物理与场论飞速发展，对称性的指引在其中起了决定性的作用。在粒子物理中，物理学家根据对称性预言发现了正电子。 在课堂教学中，可采用比较教学法把相关的知识进行比较对照学习，罗列分类记忆，可以大大提高学生学习的效率，同时进一步让学生了解物理和谐美的价值。 4.新奇美。新奇美也是物理美的特点。新奇美表现于物理概念、理论、模型等的新颖与奇特，表现在它们能够巧妙地解释物理现象。这些理论往往与我们的常识有多多少少的出入，但我们又会觉得不接受不行。比如说反物质的概念，运动的时钟变慢、运动的尺子变短等理论，大大出乎了人们的意料。这些新颖、奇特、大胆、富有创造性的结论，无不使人们在惊奇之余产生奇异而和谐的美感。物理奇异思维其实就是创造思维，物理学家正是利用了奇异思维，才创立了很多新奇的物理理论，其中“相对论”是新奇美的典范，它富有独创性，开创了物理学的新纪元，成为未来科学发展的理论基础。 除了要让学生了解科学家们的创造性成就的意义，还要告知学生创新是科学发展的源泉，是人类进步的阶梯，在课堂上要鼓励学生发表自己独到的见解，鼓励学生一题多解，乃至于从学生的错解中发现创新。 三、渗透物理学史，启迪学生感悟物理精神之美物理理论的科学美具有很高的审美价值，而物理学家的精神美堪称无价之宝。中学生无论是从哥白尼的故事、爱迪生的发明，或者法拉第的发电机、周光召的原子弹，还是牛顿定律、麦克斯韦方程与爱因斯坦理论都能领略到伟人美的风范。 回顾物理学的发展史，可知这座辉煌的殿堂，凝聚了多少人的智慧和心血。其中牛顿和爱因斯坦这两位科学巨人，永远是中学“德育”和“美育”的典范。物理学家被自然中的新奇吸引，激发奇妙的设想，在壮美奇观中进行智力探险，经历曲折艰辛和生死攸关，通过实验以及科学的推理验证假设，从而得出完美的理论。 如在“万有引力定律”教学中,教师可引导:“牛顿看到苹果落地，他相信宇宙中的星球和地面上的物体应该遵守同样的力学规律”。正是在这个信念的指导下，才发现了万有引力定律。再如讲授“能的转化和守恒定律”时，教师可通过介绍英国物理学家焦耳、德国医生迈尔、瑞士化学家赫斯、生物学家亥姆霍兹等科学家分别从不同角度、不同侧面各自独立研究到建立能的转化和守恒定律，让学生体会物质间的和谐统一。 在课堂上要舍得花时间去讲物理学史，要让学生知道，科学家们这种艰苦卓越的探索过程所包含的艺术创造与献身科学的精神美是无与伦比的，所有的科学家，都具有伟大的思想和天才的智慧，不馁的精神和高尚的品格，他们给人类留下了丰富的物质和精神财富，科学是美的，创造科学的人更美。 四、创造教学艺术，诱导学生感觉物理课堂之美优秀的教师在传授知识的同时，不但揭示课本内容的内在美，还会在教学过程中塑造美，力求达到科学性、思想性和艺术性的高度统一。具体表现在以下方面：优化的课堂结构，精湛的教学方法，生动形象的教学语言，富有启发性的教学语言等。 1.整体性原则。即课堂教学结构中，诸环节之间要衔接自然，协调有序。在教学中既要发挥教师的主导作用，又要体现学生的主体作用，达到师生互动、教和学的一致统一，还要将知识、方法的教学，能力的发展以及世界观的培养等有机结合起来。 2.起伏性原则。课堂教学过程应是波动起伏的过程，如对一般知识、重点知识进行有张有弛的教学，在教学语言上做到抑扬顿挫、形象生动，在学生的学习过程中要注意听想结合、听练结合、学练结合。 3.多样性原则。教学活动存在着多样统一的方面，以教学方法为例，应视不同内容采用多种教学方法，如讲授、自学、讲座、实验探究等；在进行习题教学中，采用一题多解、多题同解、一题多变等方法启发学生的思维，达到举一反三，融会贯通之目的。 总之，在物理教学中应十分重视审美直觉的培养和物理方法论的教育，引导学生感受美、发现美，提高学生的审美意识和审美情趣，使学生获得对物理美的鉴赏能力，从而影响和指导他的物理学习；引起学生学习物理的兴趣，减轻心理压力和学习负担，提高学习效率；促进学生理解与掌握知识，发展创新思维；促进智力发展；培养学生的品德；培养学生的审美能力和创造能力，进而完善学生的人生观和世界观。 作者单位 西安市第八十九中学 编辑 薛小琴 |
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