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物理教学中的美学思想

物理学中富含美学思想:简洁、和谐、对称、有序、统一。

在物理教学中,我一直都很注重在物理教学中渗透美学教育,用来激发学生学

习物理的兴趣,减轻学生心理压力和学习负担,提高学习效率;可以促进学生对知

识的理解与掌握,促进学生创造性思维的发展,起到“以美启真”的作用。在物理教

学中应有意识地渗透美学思想教育,让学生在学习物理的同时体验科学美、欣赏

科学美,并能在科学美思想的指导下进行创新活动。

一、在物理学史的教学中体现

在物理学的发展过程中,物理学家在探索物理学规律的艰辛旅程中,一方面总

是伴随着对美的热烈追求,另一方面又强烈地表现出他们精神上的种种美德。如

哥白尼与托勒密地心说的决裂,就是有其执著追求美的因素,他深信完美的理论在

数学上应该是“和谐与简单”的。

爱因斯坦所建立的广义相对论,被朗道和玻恩称赞为可能是一切物理理论中

最美的一个,“是一种伟大的艺术作品”。爱因斯坦本人也把科学研究中的审美感

受称之为“思想领域最高的音乐神韵”、“一种壮丽的感觉”。这些事实告诉我们,

审美活动与物理学研究并不是不相关的,克服物理原理中某些美学因素上的不洽,

往往会导致物理学新规律的发现。究其原因,就是因为在客观世界中,真与美是统

一的,它们是同一事物的两个方面,对真理的追求必然伴随着对美的追求。

以上这些都是宝贵的精神财富,是审美教育中珍贵的美学因素,物理学家对美

的执著追求和他们的人生美德,启迪学生的智慧,引发学习的兴趣,激励成功的意

志,养成献身科学的良好品德。

二、在物理规律的教学中体现

美的本质乃是规律性与目的性的统一。对物理学中科学美的认识就是对物理

理论深层次的认识,是从整体上的一种把握。物理学中的美学因素渗透于其理论

体系的构思和表达中。物理概念和物理规律不但赐给人以严密、协调的逻辑美,

而且有如诗一般的简单、对称、和谐的形象美。

(一)简单美

在千姿百态的物理世界里,尽管各种现象千差万别,但在本质上都可归结为若

干基本的物理规律,这就使物理理论体系上呈现出高度的简单美。例如:运动和力

的关系,曾经困惑人类几千年,但一旦揭开其面纱,呈现出的关系“F=ma”却如此简

明;爱因斯坦的质能方程E=mc2,形式十分简单,内容却极其丰富——用最精炼的

语言、最少的符号,揭示了奥妙无比的自然规律,所表现的简洁美令人叹为观止;

麦克斯韦方程组把复杂的电磁规律建成一个简单对称的理论体系,被誉为自然界

最优美的诗。被物理学家们争执了一百多年的“热”,却仅以十个字做了结论:大量

分子的无规则运动。仅仅十个字,真是简单科学!

(二)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,

物理学揭示了自然界物质的存在、构成、运动及其转化等规律的对称性而产生的

美感,称为物理学的对称美。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”,平面镜成像,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。

物理学家劳厄曾把物理公式上极端精练和庄严稳重的对称结构称之为“美学

上真正完美的对称形式”。在教学中指导学生从规律结构的对称性来认识自然中

的守恒规律,并启发学生感悟出对称是一种美的结构,从中进行审美意识的培养。

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,由此可提高对学习物理的兴趣。

(三)和谐美

自然界本身是一个和谐的整体,支持其运行的自然规律也应具有和谐性和统

一性。而以其为研究对象的物理学必然会体现这一特性。爱因斯坦曾说过“如果

不相信我们的理论结构能够领悟客观实在,如果不相信我们的世界的内在和谐性,

那就不会有任何科学。”和谐给人以一种恰如其分、浑然一体、轻松自如的美感。

物理的和谐美,是物理理论揭示自然界物质存在、运动及其转