品物理之美促学习之趣

连丽琼

摘   要：物理学是研究自然界的物质结构、相互作用和运动规律的自然科学。物理学的美是抽象的理性美，物理教师在课堂上要善于挖掘物理之美，让学生体验到物理之美，从而激发学生学习物理的内驱力，长期保持学习物理的兴趣， 发展创新思维，促进智力发展，同时也能培养学生的审美能力，帮助学生树立正确的人生观和世界观，最终促进学生个体的全面发展。

关键词：物理教学;简洁美;对称美;和谐美;哲学美

物理学是研究自然界的物质结构、相互作用和运动规律的自然科学[ 1 ]，它的美是一种抽象的理性美。物理学家海森堡曾经说过：“科学的探索者们最初往往是在美的光辉照耀下，去认识和发现真理的。对于一位喜欢物理的人来说，他之所以喜欢这门学问，是因为他看到并感受到这门学问的美。”因此，在物理教学中教师要善于引导学生去体会物理知识本质上的这种美，才能刺激学生学习物理的内驱力，让学生从内心真正爱上物理。下面，简要从几个方面介绍物理学独特的美。

1  简洁美

物理学最令人赞叹的地方，就是具有一种“简单明了”的简洁之美。物理学的简洁是指物理学理论体系的结构、物理规律的描述及其表达形式的简洁。

例如，爱因斯坦的质能方程“E=mc2”， 一眼看去，这个公式实在太过朴实，但就像大智者往往若愚，简洁无华的它用最精炼的语言和最少的符号，揭示了小到原子大到整个宏伟宇宙的深奥无比的自然规律，大道至简地统一了物质和运动，把在经典力学中彼此独立的质量守恒和能量守恒定律结合了起来形成了统一的“质能守恒定律”。爱因斯坦曾笑称：“当结论看起来很简单时，一定是上帝在回答。”例如，牛顿第二定律表达出运动和力的关系 “F=ma”无比简单，却又重要到难以估量，它昭示着经典物理学大厦的拔地而起，划开了人类与自然关系的新纪元;再如，世界上各种作用力千奇百怪，但在本质上都可简洁归纳为四种：强相互作用力和弱相互作用力、万有引力和电磁力;又如，物质的种类千差万别，物质的状态各有不同，在热传递过程中有的吸热，有的放热，有的温度变化大，有的温度变化小，有的质量大，有的质量小等等，但这些不同的物质形式在热传递过程中却遵循着相同的规律 “Q=cmΔt”，简洁明快、还有速度v=，密度ρ=、压强P=、热值q=……不同领域不同物理量，却用着同样的表达方式——比值定义法，简洁无比。正所谓“万物速朽，唯有公式永恒”，物理学的大厦，正是由一个个无比简洁却涵盖了多样物理现象及深刻物理规律的公式擎起！

2  对称美

物理学在揭示自然界的物质、相互作用和运动规律的对称性而产生的美感，称为物理学的对称美。在教学中教师要善于引导学生从对称性来认识物理学中的现象、过程和规律，启发学生从对称美的角度去理解和掌握这些规律，激发学生学习物理的愉悦感，从而提高学习物理的兴趣。

物理学的对称美主要表现在以下几个方面：

（1）物理现象中的对称美

比如平面镜成像、作用力与反作用力、二力平衡、引力与斥力等臂杠杆、正电荷与负电荷、正粒子与反粒子等等。

（2）物理过程中的对称美

比如运动与静止、“电生磁”与“磁生电”等。

（3）物理规律数学表达式中的对称美

比如机械能守恒定律表达式mgh1 +1/2mv12 = mgh2 +1/2mv22、动量守恒定律表达式m1v1+m2v2+…= m1v11+m2v21+ …、万有引力定律F=Gm1m2/r2和库仑定律F=kq1q2/r2之间的对称性等。

（4）物理规律空间图形中的对称美

比如简谐运动的振动图象、交变电流的图象、凸透镜和凹透镜的光路图、竖直上拋运动的位移—时间图象、速度——时间图象、匀速圆周运动图象等都呈现出对称美。

3  和谐美

无论是古代物理学还是近代物理学，追求和谐是物理学的永恒主题，把物理规律的统一、对应、互补等诸个方面所反映出来的那种“和谐”视为美的典范[ 2 ]。在判断一个用来描述宇宙的物理学理论是否合适时，爱因斯坦会问，如果我是上帝的话，会按这种方式来创造宇宙吗[ 3 ]？对基础设计的这一信念一直支撑着基础物理学家，有正必有反，有阳必有阴，在貌似杂乱无章的自然世界背后，存在井然有序的和谐.

例如，在宏观领域中，卫星总是围绕着行星运转，行星总围绕着恒星运转，恒星总绕着星系中心运转，质量小的天体总是绕着质量大的天体运动，而所有天体的运动都有遵循着行星运动定律;在微观领域中，原子世界也是一个有序和谐的世界，分子之间存在相互作用力，核外电子绕原子核做高速运动等等，无不配合得默契和谐，犹如在宇宙间合奏一首壮丽和谐的星空交响乐.

4  哲学美

爱因斯坦说过，“哲学是其他一切学科之母，她生育并抚养了其他学科.”在物理学研究过程中，无时不刻在运用着哲学的解释功能、分析功能、批判功能等.许多有名的物理学家如牛顿、爱因斯坦等，他们不仅是物理学家而且还是哲学家.我国物理学家陈佳洱也说过 ：“物理学不只是图表和数据，它能带给你很多更珍贵的东西：一种理性的思维方式、人生的哲学和人生的道路[ 4 ].”所以，物理教师在教学过程中要让学生体会物理学中蕴藏的哲学美，从而培养学生正确的世界观、人生观和价值观.

例如，通过“对立统一”规律是宇宙间的根本规律，引导学生认识到世界是多元的，做人要有宽广的胸怀，允许有不同于自己的声音存在;通过 “发展变化过程是量变引起质变的过程”，引导学生认识到对危险要防范于未然，以及当危险发生时透过现象看本质，学会追根溯源，找到根本原因才能解决问题;在众多的物理学研究方法中，“控制变量法”引导学生做事要严谨，“转换法”引导学生在生活中遇到问题不妨换个角度思考，也许就柳暗花明;“力的作用是相互的”引导学生与人交往要学会换位思考，“你有多痛我就有多痛”;“压力的作用效果”“平面镜成像物象大小关系”引导学生“耳听为虚，眼见也不一定为实”，凡事不能想当然，要多思考等等.

总之，正如诺贝尔物理学奖获得者维尔切克所说：“美，才是宇宙的唯一答案.”任何自然景致都会在历史波涛中湮没，只有抽象出来的美感才会永垂不朽！所以，物理教师在课堂上要善于挖掘物理之美，让学生体验物理之美，从而激发学生学习物理的内驱力，长期保持学习物理的兴趣， 发展创新思维，促进智力发展，同时也培养学生的审美能力，帮助学生树立正确的人生观和世界观，最终促进学生个体的全面发展.

参考文献：

[1] 義务教育物理课程标准实验教科书编写组. 义务教育教科书，物理八年级全册[M].上海： 上海科学技术出版社， 2001.

[2]衡炳锋. 物理之美与物理教学之美[C]. 国家教师科研基金十二五阶段性成果集（华东卷），2012.

[3]阿·热，荀坤，劳玉军.可怕的对称——探索现代物理学中的美[M]. 湖南：湖南科学技术出版社，1992.

[4] 吴加澍. 中学物理教师的学科教学知识[J]. 物理教学， 2012（12）.