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浅谈物理学中的美学

笔者以物理学中的美感入手，探究物理之美对大家的作用与对学习物理的促

进作用。在许多人心中，科学和艺术是风马牛不相及的两个领域学追求的是严谨，

是理性的演繹；而艺术追求的是美感，是灵感的发挥。两者南辕北辙，毫不相干，

真是这样吗？

标签：和谐奇异美；简单对称美；审美观；热情；情操

一、物理学中的美

物理教育是为了培养学生认识宇宙，让学生从繁杂、混乱无序之中，整理出

统一的、简洁的秩序和规律。这里所谓的“秩序”意味着真理与和谐。而审美教育

是为了让学生从零散、无序的艺术哲学之中整理出令人神往的秩序和规律。可见，

物理教育与审美教育都是为了秩序，追求“规律”，只是学科不同，相应的教育方

式和方法不同而已。以下我们看看物理学中美的体现与作用。

1.和谐奇异美

古代思想家把美与和谐画上等号，希腊古典时代的大哲学家们认为，美在于

和谐，美应当是完美的，千百年来，这些观点深刻地影响了一代又一代的科学家，

所以无论是地心说还是日心说都认为天体运动是最完美，最和谐的匀速圆周运

动。又如海市蜃楼现象，在风平浪静的海面上，有时会突然出现亭台楼阁、城郭

古堡、村庄小岛等幻影，虚无飘缈、变幻莫测、宛若仙境，给我们呈现了奇异的

美。

2.简单对称美

在美学中，“对称”是形式美的表现，如空间上的对称，体现为：在运动学中，

如机械振动，又如在物体竖直上抛运动与自由落体中的对称；在光学中的镜像对

称。在时间上的对称，体现为：单摆运动中的时间，交变电流与电磁振荡中的时

间对称。物理学公式、定律表达方式上和理论结构上所反映的对称性更是不胜枚

举。如电磁学中静电力的库仑定律就是追求跟万有引力平方反比定律的对称而获

得的。也正是由于对称性，让法拉第在奥斯特发现“电生磁”后，坚信“磁也能产

生电”，并坚持实验了十年，终于取得了成功，才有了我们现在的电气化时代。

物质世界的运动形式最简单，比如：光沿着最简单的直线传播；行星沿着简单的

几何曲线──圆、椭圆运动。物质世界的组成也最简单，由基本粒子组成。描述

运动的物体也很简单，比如：质点、理想弹簧振子、理想单摆、理想气体、点电

荷、理想变压器、薄透镜等等，以这些优美的理想模型概括出物质运动的基本规

律，变复杂为简单，既简洁又合理，既抽象又形象，给师生带来研究物质世界的

美的享受。

二、物理学中美的作用

能感觉到物理的美，对我们又有什么作用呢？对我们的学生学习物理有什么

帮助呢？我们通过揭示物理学的“美”，可以培养中学生正确的审美观、激发学生

创造美的热情和培养学生高尚的情操。

1.培养学生正确的审美观

“上帝为我们开启了心灵的窗口，我们要用它来寻找美”，中学时期，学生逐

渐成熟，学生的智慧决定了学生对美好事物的追求。审美除了愉悦自己之外，很

大程度上也是完善了自己。物理知识的美在于它真，没有真就没有美。物理学中

的美是符合事物发展规律，代表事物发展趋势的。因此，物理教学活动不仅仅是

单向的抽象思维活动，还是师生的双边活动，是生生的互动。在教学活动中，师

生、生生不仅是对知识的交流与沟通，还是心灵与情感的沟通。因此，我们在教

学过程中都应体现真、善、美，引导他们树立对自然现象的审美情趣，以提高理

解美的能力。

2.激发学生创造美的热情

学生一旦剖析了物理学的科学美，呈现在他们面前的就不仅仅是死气沉沉的

公式，枯燥无味的定律与难以搞定的物理习题，而是一串串令人赞美的珍珠了。

要想达到此目的，就要求教师在教学活动中创造美的氛围，诱发学生的审美激情，

让学生最大限度地发现美，并欣赏美。通过物理的美来激发学生的学习物理的激

情，培养他们刻苦钻研的精神。近年来，我国不少中学生发表了大量极有创见的

科学论文、科学实验、科学制作。从这些创造性思维成果中，我们都能寻找到美

育的痕迹。

3.培养学生高尚的情操

物理学史是一部人文史，物理学家在从事科学活动的过程中，不仅揭示了自

然界基本运动形式的诸多真理，同时也为后人树立了一座座道德丰碑。牛顿是经

典物理的奠基人，但他却谦称自己“站在巨人的肩膀上”；居里夫妇是镭元素的发

现者，然而他们却没有居功自傲，“镭只是一种元素，它属于世界所有，科学应

当为大众服务，它应当属于全人类。”她说过的这句话一定会给学生留下深刻的

印象。

高中物理阶段所涉及的物理学家虽然国籍不同，所处年代不同，各人经历不

同，但他们都有共同点——那就是追求科