物理学中的美和物理教学中的美育.pdf

1 99 4年 第 2期 松 辽学 T 4 自然科 学版 S o n g l i a o J o u r n a l Na t u r a l S c i e n c e Ed i t i o n N2 2 19 94 祝 风 四 平 师 范学 院 李 凌 丽 磊 乎 争 摘 要 本文论述丁 审甍 活动 对物 理学发展的 影响 勃理学美 的构 成因索 和审甍 教育 在中 学 物理 教学 的 实施 关键词 塑 堡堂童 审 美 教育 塑堡塾 兰 在现 实生 活中 美 是无处 不在的 物理 学揭 示 的虽 然是 冷冰冰 的客 观真 理 但 也 蕴 含着深 刻而 丰富 的审美 因 素 探 讨美 学 原理 在物理 学 和物理 教学 中的运用 对 物 理学的发展和 中学物理 教学的深化改革 都具有十分重要的 意义 1 审美 活动 与物 理学 发展 物理 学的发 展表 明 物理 学 家 在探索 物 理学 规律的艰 辛 旅程 中 总是伴 随着 对 美 的热烈谴 求 哥白 尼与托 勒攻 的 地心说 决裂 就是 有其美学原因的 他深信完美 的理论在数 学 上 应该是 和谐 与简单 的 而托勒攻 为 了解 释 天 文观 测 的 结 果 引入 丁许 多 均 轮 本 轮 使得 天文理 论既 夏杂又失洽 因此 在极端 困难 的条件下 哥 白尼苦 心孤 诣 研究 丁三十多年 终 于建立丁不朽 的 日 心说 后 来 开普勒深切地感 受到 日心说的 美 毅 然地 抛弃了从 他 的老师第 谷 那 儿接 受 的 地心说观 点 他说 我从 灵魂 的最 深 处证明它是真实韵 我 难以相信的心情 去 欣赏它的美 开普勒在继承前 人科 研成 收靖 日期 1 9 9 3 0 9 0 3 果 的基础上 发现 r行星运 动的三个 定律 从 厨奠 定了天体 力学的基础 r电磁学 的发 展在很大程度上得益 于对 称美的 启示 法拉第深 信电与磁是对 称的 他认定既然 电能 生磁 那么磁也 能生 电 他 坚 持 奋 斗十 年 发 现 丁 电磁感 应 现 象 同 样 麦克斯 韦的位移 电流假设 除 了逻辑思 维上的原因外 确信物理规律具 有对称 和 谐 统 一的美 的形式 也是一1个 不 可 忽视的 重 要原 因 因为 在 诸 如 电容器 充 放 电这 种 非稳 恒情 况 下 安 培环路 定理 不再适 用 了 电和磁 之问 的对 称 和 谐 统 一的关 系 被 破坏 丁 而引入位移 电流后 不但推广丁 安 培环路定理 而且电与磁之间的对称 和 谐 统 一关 系在 非稳恒 条件 下又被 重新 确 立 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 霍夫 曼 曾指 出 爱 因斯 坦的方 法 虽 然 渊 博 的 物理 学知识 为基 础 但在本质上 是美学 的 直觉的 他是科学家 更是个科学 8 3 维普资讯 的 艺术 家 爱因斯 坦本 人也认 为 把 人们 引 向科学 的强 烈愿望 是 人 们总 想 以最适 当的方式来画出 一幅 简化 的和易领悟的世 界图象 渴望 看到这 种先定 的和谐 是无穷 的毅 力和耐心 的源 泉 他把科学研究 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 美 国著 名物理学家 韦尔在谈到 自己时 说 我 的工 作 总 是 力 图把 真和 美统 一起 来 但当我必须从 两者 中挑选 一个时 我总 是选 择美 韦尔的 引力规范理论在刚建立 时 他 就承认 是 不 真 的 只是因 为它 美 才使也不愿意放弃 多年 以后 当规范不变 性 的本来 体 系被加进 量子 电动 力学 引力 规范理 论才被证实是 正确 的 以上这些事实告诉我们 审美活动与 物理学 研究 并不是 风马 牛不相 及的事 情 克服物 理原理 中某 些美 学 因素上的 不 洽 往往导致物理学新现象 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 同一事物的两个侧面 对真 理的 追求必 然伴 l 瞳着对荧 的追求 2 物理学美的构成 因素 2 1 物理 学美 在于 简明 自然 界的物理 现象是纷繁复杂的 通过创造性的科研劳 动 从中概括 出简单 明了的 物理规律 这 就 是 一种物理 学美 英 费尔德曾指出 爱因期坦具有这样 的信 念 有可能把 自然规律 归结 为一些简 单 的原理 评价 一个理论是 不是美 标准正 是 原 理 上 的 简 单 性 不是 技 术 上 的 困 难 性 罗森在评价爱因斯坦 时也指出 在构 造 一种理 论时 滟 采嗷 的 方法 和 艺术 家 采 取 的方法 具有 某种 共同性 他的 目的 在于 求得 简单性和美 而 对他 来说 美在本质上 终 究是 简单性 事实上 爱因斯坦的质能关系式 E m 牛顿的运 动定 律 F ma 麦克斯 韦的 84 电磁学方 程组 等 无 不都是 用极 其简 明的 公 式表达 了极 为复杂 的 自然规律 使 人深 深地感受 到物理学 的简洁美 2 2物理 学美在 于对称从物质 结构和 运 动形 式上看 错综 复杂 的物 理世 界 中存 在着种种完 美的对称 形式 比如镜对称 轴 对 称 中心对称等空间对称性 周期 节 奏 旋律 等时 间对 称性 与 时空 坐标 无关的 更 复杂 的内部对 称性等 所谓对称 用数学语 言来 说 就是在某种变换下的不变性 内特 尔 定理 指出 如果运 动规律在 某变 化下具 有 不变性 则 必然存在 一个对应 的 守恒 定 律 如运动规律 对时间原点的平移不变性 决定 了能量守恒 对空 间原点 的平 移不变 性 决 定 了动量 守 恒 对 空 间转 动的 不变 性 决 定 了角动 量守恒 这就 是说 对称性 与守恒律间存在着 内在的 深刻的联系 随 着物理学 的 发展 人 们发 现 的对称 性越来越多 相应的守恒量也越来越多 但 是 人 f n 也 发现各 种对 称性 在 一定 条件下 也会遭到破坏 即出现对称性破缺 这时守 恒量就 变为不守 恒 而且 不守恒 的程 度随 破缺 的程度而 定 这种既 对称 又不对 称所 产生的强烈美感 在现实生活中 比比 皆是 对称会产生平衡 协调 的美 感 不完全对称 又会使嘭象 生动灵活 多彩多姿 富有美的 感染 力 例如 麦克斯 韦方 程组描述 了 电场 E和 磁场 B所具 有的美妙 的对称形式 然 而这 种对 称又是 不完 全 的 电荷 和 传导 电流 J的存 在破坏 了 和 的完全对 称 只有在真空中 一0 0 申场和磁场的 完美对称才得到充分的 显示 2 3 物 理学 美在于和谐 统 一大 自然是 有序而 和谐 的 因而反 映 自然 规律 的物理 学 也应该 是 和谐的 维纳说 数学 的伟 大 使命 就是在 混沌 之中去 发现 秩序 而物理 学家 的 目标 是要去寻找 一幅图示 以使他 能用 一个有规律的模型去描述一个混沌的 维普资讯 宇宙 前苏联物理学家米 格尔更明确地指 出 科学的美在于它逻辑结构的合理匀称 和 相互 联 系的 丰富 多彩 在核 对 结果 和发 现新规律中 美的概念证明是非常宝贵的 它是自然界中存在的和谐在我们意识中的 反 映 在 物理世 界 中 各 种物 理现 蒙 千差 万 别 但在 本质上 却可 以逻辑 地 归结 为为 数 不多的若干基本概念和原理 这使物理学 的理论体系呈现了高度和谐与统一 比如 牛顿 定律在 低速宏观 世界 里 将 各种 力学 现象和过程组织成一个秩序 井然的统 一整 体 麦克斯 韦理 论使 复 杂的 电磁现 象 和规 律建立起一个和谐 圆满 的家庭 量子论 使 行踪飘忽的微观粒子眉 目清晰 如 此等等 总之 物理学美是一种客观存 在 它以 简明 对 称 和谐统 一为 其主 要 标志 这 些 特征相互融合 彼此渗透 呈现 出一种 整体 美 理智美和逻辑美 与 自然美 艺术美相 比 物理学美是一种 更深层次 的科学美 因 此 要想感受和领悟它 不 仅需要具 备一定 的美学 修养 而且 必须 具备一 定 的科 学 修 养 英国哲学家斯宾塞 曾说过 你多多思 考 吧 一滴水对普通 人来 讲不过是一 个小 水滴而已 可是物理学家了解它里面所包 台 的分子 数 目达数 万万 隐藏 在 物质 中的 分子 释放开来 宛如 电闪雷鸣 两者相 较 普 通入的损 失真是难 以估计 1 所以 一个从 未 从 事过科 学研 究的 人 永远 难以 了解 日常 他所生活的环境里 处处存 在着奇情 丽景 宛如诗般的节奏 的韵律 3 审美教育在物理教学中的实施 审美教育是 中学物理教育 的重 要组 成 部分 为了 在中学物理 教学 中有 效地 实 施 美学 教育 物理 教师应 该努 力发掘物 理 学 的内在美 同时还 应该 学习一些美 学知识 向艺术家 艺术作品学 习 使物理教学 真正 变成一种艺术 3 1 让学生感受到物理学的内在美虽 然中学物理 内容是粗浅盼 但也可以在一 定程度上 向学生揭示出物理世界简洁 对 称 和谐统一的内在美 只要物理教师能根 据中学 生的 知识 结构 审 美条 件及 中学物 理教 材的特点 有机地 实施审 美教 育 就能 使 学生感受到这 种美 恻如在讲授新课时 可结合教材的具 本内容 将物理世界的对称性介绍给学生 鲡镜对称 轴对称 点对称 磁和 电 正电和 负 电 作 用和 反作 用 吸 引和排 斥等 等 尤 其应将历史 上因确信物理世界韵对 称性 而 获益的故事 穿插在教学讲演中 虽片言只 语 却使学 生捌骨 铭心 t 深受 启发 一 幅油画 只有移开一段 距离 才能感 受 到 它的美 妙 这就 是美学 原理 上所说 的 审美距离 感受物理学的 内在美也 同样需 要 审 美距 离 学 生 在学 习物理 知识的 过 程 中 首先需要深入钻研进去 克服种种 困 难 这时并不会产生什么美感 只有越过险 阻 攀上高峰 一览众 山小 或是突破难关 理清思路 一种美的感 觉才会油然而生 所 以 夏 习课对 学生 感受 物理学 的 内在 美 十 分重要 教师在复 习课上一定要 帮助学生 钻 出教材 理浦头绪 使纷繁复杂韵现象 概 念 公 式 原理 定律 等物理知识 在为数 不 多的几条原理 概 念的指挥调度下 组成 一 个井然有序 简诘明了的体系 从而感受 到物 理学 的和谐 简洁 与多样 统一 3 2 让学生感 受 到物理 教学的 艺术 美 人们常说 教学不仅是 一 门科学 而且是 一 种艺术 而 艺术 的本质 就在于 创造美 的形 象 给人以强烈的美感 因此 讲究物理教 学 的艺术 就要 在遵重 物理教 学 规律 的基 础上 充分 利用各种艺术手段 美化 物理教 学 过程 让学 生时 捌感受 到物理 教学 的艺 术 美 85 维普资讯 首先 课堂 教学 要充满激 情 考察 任何 一 种艺术 创造 或艺术 欣赏 都 离 不开 情感 的倾 注 所 教师 站在 讲 台上 一定 要情 满讲台 以情感人 进而引起学生思想感情 的共 鸣 其重威 严 不 动感 情 的教学 毫 无 美感 可 盲 只会萎缩学生的心灵 使学生丧 失学 习物理 的兴趣 第二 要提高讲演艺术 从讲演是否能 吸 引学生 的角 度看 所讲的 内容 并不 比怎 样讲更重要 为提高讲课 效果 必须注意 衣着 要整 洁得体 教师 应 面带微 笑正 视 学 生 坦 白 自如地 展 露情感 语气 亲切 声音 优美 语 调要抑扬 顿挫 并与体态 语言 配 合得 自然恰当 教学语言在准确精炼 的前提 下要 自然流畅 生动风趣 富 于感 染 力 第三 努 力塑造物理 艺术形象 物理 艺 术形象 是在选取 典型物理现象的基础上 进 行艺术加工而成 具体地说 就是使物理教 学 中 的实例 实验 板画 挂 图等 不仅要典 型 突 出物理原 理 而且 要有美 的色 彩 要 生动 而富 于吸 收 力 形象 例如 机 械 运 动 的实例 许 许多多 但是 当我 们要 引入 速度 这 一 概 念时 如用 人走 车跑 乌龟 爬 为 例 就富有艺术色彩 走 跑 爬 的形象立 刻就让学生联想到运动的快俊 对于演示 实验 更要进行艺术加 工 如 演示浮 力现象 教师可以用一只金黄 色笔 杆 放入盛 满 盐水的 长玻 璃量筒 中 甩 手按 一 下 让它沉入水面 瞬间又见它竖直向上 浮起 再按一 下 又是 如 此 这 种演示 就 显 得 生动 出奇 让 人赏心悦 目 这里 的形 状 颜色 重心位置及水的 比重 都是 教师对 自 然现象 加工美化 的结 果 一 塑造 物理 艺术形 象 可 以 借助 各种各 样 的艺术手 段 德 国著 名物理 教育 家 夜莺 教授曾面向世界各国物理教师进行一次剐 开 生面的物 理 演示 实验 的公 开课 其 中利 用了音乐 杂技等手 段进行演示 给 人留下 了撅为深刻 的印象 第 四 讲究课堂教学的艺术结构 文章 要有 起承 转 台 旋律 要有迭 宕起伏 各种表 演艺术 更是 特 0 注意结构 的美 讲 究物 理 教学 的 艺术结 构 就 是在 使物理 教 学过 程 科学 合理 的基础上 从 艺术 角度 对 教学结 构进 行 加工 以便通过 课堂 结梅 的 艺术效 果来体现教师主导作用的充分发挥 引入新课 最好能给学生造成一个与 教学 目的有美的悬念 激发学生迫 切想探 索这一伺题 讲解新课也不能平铺直叙 一 讲到底 要 把各种教学 方式 方法巧妙地结 合起来 要有 启有 发 有讲有练 有争有议 有缓有急 讲课进行 2 0 分钟后 中学生的 注意 力往往 开始分散 这 时最 好安 排 一十 小插睹 使学生得到有意义的侏息 便 重新集结精 力 进入下 一段 学习 一堂课的 结尾也要讲究艺术性 要注意前后照应 曲 终奏雅 余 音缭绕 总之 在物理教学中实施审美教育 就 要 自觉地把曼学原理运用到中学物理教学 中来 让物理教学充满艺术 让学生在轻松 愉 的 美 的享 受中学 习物 理 知识 成 功 的 审美教育不仅 能丰富学生的 思想盛情 陶 冶学 生高 尚的 情操 而 且能最 大 限度 地激 发 中学生学 习物理 的兴趣 从而 为扭转 中 学 生厌学 物理 的现象 提 高物 理 教学 的效 率开辟一条 有效邃径 参考文献 1 仇鲁 嚣倚 明美学原 理 北 京高等教 育出版 社1 9 8 7 8 6 维普资讯 2克幕 巷 E 柯 伦 教 学 的美学教育学 丈集 民 敦育 出版 社 弟 1 0卷 l 4 6 1 5 l THE AESTHETI CS I N THE STUDY 0F P HYSI CS AND THE A ES THETI C EDUCAT1 0N I N PHYS I CS TEACHI NG Zhu Fe n g Li Li n g Sj n g