谈物理课程中的美育渗透

查宏伟

摘 要： 因为审美实践活动能对人的生理、心理、品德、情操、知识、智力的发展产生全面的积极影响，能够很好地激发他们的学习兴趣，所以美育在物理学和物理教学中具有多方面的重要作用。美的事物都有形象性、感染性特点，所以把物理概念和规律寓于形象中、把很苦的知识学习寓于美的享受中，有助于提高教学质量。教学是师生双方共同参与的能动创造过程、发挥师生创造性的思维活动是搞好课堂教学的关键。物理教师在教学中起主导作用，只有得体地把物理教学的艺术性因素表现出来，使学生在获得知识、培养能力的同时得到精神上的享受，这样的物理课才可以称为艺术品，这样的物理老师才可以称为教学的艺术家。没有节奏就没有艺术。物理教学是一门严密的逻辑艺术，必须注重节奏，有张有弛。

关键词： 物理学 美学教育 科学美 节奏美

美没有统一的定义，有多种说法。毕达哥拉斯学派认为美在物体形式，美就是“数的和谐”，“把杂多导致统一，把不协调导致协调”；亚里士多德说：“美就在于（一个有生命的东西或是任何各部分组成的整体）体积大小和秩序”。犹德罗说“美就是关系。”美国当代美学家托马斯·门罗认为：“对美的问题最短、最简单而又正确的回答是：‘美是许多不同的东西，而对美这个名词至今仍未很好了解。”美的客观论认为：“美是指审美客体，是客观存在的美的事物和现象。”“美是真理的现象。”可见美是无限的，无限丰富，无限复杂，无限多样。

美育是审美教育的简称，所谓审美是指人们对美的对象进行观察、欣赏时的一种心理、生理活动。审美教育就是教育引导青少年通过对于自然美、社会美、生活美、艺术美的感受、鉴赏，从而自觉树立正确的审美观点，培养创造美的能力，涵育热爱一切美好事物的感情。

科学中存在美。科学之美源于天、地的自然美。自然美既包括大自然景色之美，更指潜藏于感性美之内的理性美。即人类理智能领悟到的自然界内在结构所显示的和谐，对称、简洁，平衡和统一，等等。科学美的教育是中学生审美教育的重要组成部分。中学物理教师有责任有义务在教学中向学生宣传、传播物理学的“美”和“妙”，唤起学生探求物理美的兴趣，激发求知欲，进而打好攀登科学高峰必备的科学文化素质的基础。

一、物理学的科学美形态

1.实验美

审美鉴赏力是创造主体的主观认识水平和情感的思维作用与客观规律性（自然界的和谐、对称等）之间产生谐振共鸣的表现。实验物理学家大多具有丰富的想象力和高度的审美鉴赏力，他们对于物理现象的美感共鸣也必然渗入实验的设计与实验中。例如：库仑的扭力秤利用悬丝测量微小力的精巧美，迈克尔逊利用正八面棱镜的转动反射测光速的简洁美，托马斯·扬利用狭缝获得相干光源的构思美……都是以美著称的。

2.公式美

许多物理表达式具有一种简洁的、逻辑的和数学美。物理学公式在形式上的对称、简洁、守恒是自然界在物理规律方面的多样而统一、简单而深远、和谐而奇异、对称而守恒之美的必然反映。例如：麦克斯韦用数学方法建立了不传导介质的方程组用罕见的对称、简洁而完美的形式奠定了电动力学的基础。速度的定义式v=■密度的定义式ρ=■，压强的定义式P=■形式上比值形式，这些公式都表现出物理学具有和谐统一的特征。

3.理论美

物理学的理论美往往表现为假说、实验、公式和逻辑推理的优美之和。例如雅可比的《力学讲义》、玻尔兹曼的《气体理论讲义》、狄拉克的《量子力学原理》等，都有“把科学秩序、模型统一和谐地组织在一起而得到满足。”

4.力与美

感性美里的健美运动中有健与美，力与美之说。物理学理性美里力与美是紧密相关的。力的图示，把理性要素形象表示的过程中，体现了比例、简洁和规范的美。物体在平衡力的作用下的受力分析，显示了对称、平衡的美。摩擦力的大小和方向与分析对学生形成对立统一的观念，且在实际现象中具有广泛的实用性，而使学生产生科学真理美的体验。大型加油机与受油机的空中加油，理论上的简洁与技术上的高、精、尖，加上的美妙图案、情境，能激发学生美妙的联想和对科学技术的神往。人造地球卫星及天体运行为椭圆轨道，飞机及汽车外形都是流线型，显示曲线美。简单机械的组合使用，如滑轮组的使用能做到优势互补的“优化组合”。声波的波动性及乐音的三要素无不包含着丰富的感性美和深邃的理性美。

5.热现象中的美

熔化、凝固曲线能简洁直观地表示物理过程和现象，学生仔细观察水的沸腾过程，沸点与气压的关系的实验中的奇异、起伏、爆发的美感。热机的广泛应用是产业革命标志，推动社会的进步，有力证明了推动社会的发展的决定因素是生产力，使学生感受科学的真理美。

6.电磁现象里闪耀着美丽的火花

摩擦起电，火花放电，闪电能引导人探索物质的结构的深奥。从学生认识原子的核式结构的模型里，所有的电子都在各自轨道上绕着原子核旋转：而学生在地理课及科普读物里学到，太阳系的九大行星在各自轨道上，绕着太阳为中心运行。原子的核式结构与太阳系的相似性，说明了微观物体与宏观物体间和谐统一特征的存在。电路图中各元件的符号及排列，磁场的磁感线的排列，显示出统一和谐，对称、流畅的美感。自然界中存在具有磁性的矿石，而人类用磁化的方法，使铁质物质具有磁性，还可以让螺线管通电流来产生磁性及电磁铁的应用，说明了人与自然、创造物与自然物之间的和谐统一。电的广泛应用和电磁波的应用深刻地改变着我们的生活，推动社会各领域及人的文明化进程。

7.光的现象及原子物理中的美

光在同种均匀介质中直线传播，与光在大气中传播路径是弯曲的，显示了绝对与相对，直与曲的相关美，以及由此产生的日食、月食、极昼、极夜的天文奇观，都显示了自然科学的美。光的反射和平面镜成像，使学生深刻领会对称美，由光的折射产生的海市蜃楼及彩虹，能让学生从理性的高度认识，进而对捕捉这些奇观产生浓厚的兴趣。学生在做“研究凸透镜成像”的实验时不仅能在操作过程中学到知识提高技能，而且能在心理上产生对这一过程的有序和波动，渐变到空变等美的感受。光的波动性和粒子性及相关的现象，显示了科学理论的统一的特性。

从重核裂变的链式反应—原子弹—核反应堆（核电站）的发展过程能使学生领会到人类的智慧的巨大潜力及其所带来的科学技术的飞速发展，从而推动人类社会的进步，进一步证明“科学技术是第一生产力”，也能使学生相信新能源开发和利用的前景是美好的。氢核的聚变——氢弹爆炸时放出强大的光和热，而太阳向宇宙辐射的巨大的光和热来源于太阳内部不断进行的聚合反应。因此可以说太阳就是一颗宇宙中早已存在的、天然的巨大的氢弹，而人类制造出的氢弹就是一颗人造的微型小太阳。这是多么美妙的人与自然间的深层次的和谐统一，充分说明了人是万物之灵。

8.实验仪器的美

天平有原理的简单，结构上的对称，使用方便，测量精度高等美的特征。弹簧秤、温度计、电流表、电压表、压强计等有外形直观、规则均衡美的特征，凹镜能聚光，凸透镜能成各种像，棱镜片使光折射出彩色光带，而使它们在结构简单中透发出功能神秘的美感。模拟马德堡半球实验，显示了科学真理的美，让学生把这美妙的时刻深深烙在记忆里。

二、物理学的科学美特征

1.简单而深远

物理学科美的简单性并非单薄空洞的简单性，而是用简单的前提和形式概括最大量的、最多方面的事实，使是这种简单同时又显得深远。例如：牛顿力学体系与开普勒的行星运动定律、伽利略的自由落体定律相比，显得前者可以概括后者——地上和天上的机械运动都可在牛顿理论中得到说明，牛顿理论要更简单，也更深远。爱因斯坦以两个简单假说为基础建立了狭义相地论，把牛顿力学作为宏观低速条件下的特例而包括其中。与牛顿理论相比，爱因斯坦的理论要更简单，也更深远。

2.和谐而奇异

人们认识到了，将和谐和奇异结合起来作为一条美学特征才更完备。例如：托勒玫和哥白尼都用圆形轨道建立和谐的宇宙图像，到开普勒提出行星运动定律，用椭圆轨道代替圆形轨道时已比圆形轨道有所奇异，但仍包含着对称、和谐，仍是很美的。

3.对称加破缺

现代科学中的对称是在某种变动下的守恒性、不变性。也就是说，对称性是相对的，不是绝对的。对称中的不对称叫“破缺”，许多自然科学成就是在对称与破缺之间再建起来的对称性，可称为对称加破缺的科学美特征：对称+破缺，然后达到新高层次对称。

李政道、杨振宁就确定了宇称守恒这种左右对称性在弱相互作用下的破缺。

三、物理学的科学美与教学

实验美、公式美、理论美不仅表现在物理学家的科学创造中，而且表现在物理教师的教学中。作为教师指导下由学生（认识主体）学习掌握物理知识并培养能力的物理教学过程，由于师生都能动地参与，从而使教学活动具有美的情感、美的形象和美的创造。教学从本质上讲应是具有情感色彩的，动之以情、晓之以理是教学的基本要求，调动各种情感因素使教师高高兴兴地教、学生生动活泼地学，组成以认知为核心的知、情、意统一和谐的教学发展过程，对于提高教学质量有重大的意义。

形象性与逻辑性结合，把抽象的物理概念、规律具体化、感性化学生才易于理解。实践证明，越抽难懂的内容，教学时就越需要形象性的描述和想象。例如：卢瑟福的原子核模型、玻尔的原子结构模型、爱因斯坦的相对论、德布罗意的物质波等，不进行生动形象的描述、不塑造真实与想象相结合的形象，是很难讲清、听懂的。

1.物理课堂教学的创造美

教学是师生双方共同参与的能动创造过程、发挥师生创造性的思维活动是搞好课堂教学的关键。创造性是教学的又一艺术因素。物理教师在教学中起主导地位，教师只有最得体地把物理教学的艺术性因素表现出来，使学生在获得知识、培养能力的同时得到精神上的享受，则这样的物理课才可以被称为艺术品，这样的物理老师才可以被称为教学的艺术家。

2.物理课堂的节奏美

艺术的表现讲究强烈的节奏感，音乐、舞蹈、诗词、书画……不论是传统的艺术，还是现代艺术，无一例外，可以说没有节奏，就没有艺术。物理教学是一种严密的逻辑艺术，必须注重节奏，有张有弛。从信息论观点看，如果在及时反馈的信息之前，立即加上新的信息，那么吸收新的信息率是要大大降低的，因为只有反馈而且是及时反馈，才能控制系统，否则很容易出现偏离。

在课堂教学中，节奏的表现之一，是要有设问、实验、思考、归纳。同样也要有各种穿插，要使学生有喘息。其次，学生这时交头接耳的讨论，是很有效的。一般时间不宜过长（一两分钟），一节课依照中学生特点，最好能10分钟～15分钟就有一次小停顿，看看效果如何？反馈的信息是否理想，是否要调整讲课程序、深广度，学生是否大部分有兴趣，等等。然后再讲第二个知识的高潮点。

节奏的表现之二是条理清楚。一节好的课，学生不应感到模模糊糊，而是应该感到条理是清晰的，思路是明确的、结构是严密的，可信的，是可以掌握了的。

笛卡尔对问题的解决的程序用框图表示为：

牛顿提出的框表是：

不论何种模式，有一个共同点，就是从感知到认知，这是一个飞跃。条理清楚，即引导学生从解决简单问题（是感知）依靠的是刺激反应（SR过程），过渡到解决复杂问题（是认知）依靠的是科学概念（CA，即条件动作）。它们的信息量单位、前者是“比特”，后者是“组块”（人的短时记忆的最小单位），这就要依靠把知识分解，要依靠条理清晰可辨。

学生掌握这个分解，最后再是小结归纳，才会有质的飞跃。

把各种框式综合起来，即是：

这中间的双向箭头，表示不断地检验、对照、理顺程序。

不同班级的学生对条理清楚的理解并不完全相同，解决的方法也不尽相同，我们曾对不同基础的学生讲授欧姆定律时，一是先给结论，然后再以实验来审视（即笛卡尔的框式）；一种是完全由学生实验来得出，再归纳（即牛顿的框式），效果也可以是相同的。不同的学生应有不同的程序，但结构的每一步骤目的应用是相同的，由这一步走下一步是可信的，是学生可以接受的。

节奏结构的第三点是最后的课堂“小结”。匆匆结束，小结不明确，马马虎虎提几句，就了结本节课的内容，这是一种“心理冷却”。一堂课有一堂课的收获，解决一个或几个知识点。从信息论上说是有了多个“组块”，这是不可忽视的。这个小结应该是简洁的、明确的、有意义的。在每一个知识点，它的最终表达是和谐的“外在证实”与“内在完整”的统一，这是科学美、教育美的重要方面。

讲课的节奏结构，来源于教师的备课，来源于教师对教材的钻研与再创造。

参考文献：

[1]于明.课堂教学方法与艺术实用丛书.国际文化出版社.

[2]谭顶良.学习风格论.江苏教育出版社.

[3]彭若芝.美育简说.

[4]施传柱.深化物理课堂教学结构的美学原则.中学物理.

[5]薛钟煜.物理教学与美育.物理教师.