初中物理教学中渗透科学美的实践探索

摘要：物理学科之美主要体现其科学美，这其中的科学美主要包括简洁美、对称美和和谐美三方面。近年来，国家越来越重视美育教学，也进行了很多美育在各学科中的渗透的尝试与研究。作为一名物理教师，在教学中进行科学美的渗透是教学目标的重要部分，可以尝试从物理学中的简洁美、对称美和和谐美三方面进行美育的渗透。

关键词：中学物理教学;科学美;实践探索

物理学作为一门自然学科，是以探索自然界中的奥秘和规律为主要任务的学科，在探索自然界的过程中也伴随着发现美和创造美的过程。物理学科之美主要体现为其科学美的特点，这其中的科学美主要包括简洁美、对称美和和谐美三方面。

近年来，国家越来越重视美育教学，也进行了很多美育在各学科中渗透的尝试与研究。在物理教学中进行科学美的渗透是对学生进行美育的重要内容，教师可以从简洁美、对称美和和谐美三方面进行科学美的渗透。

一、展示物理学中的简洁美

物理学的一个突出特点就是体现了自然规律中的简洁性，它以简单明了的形式呈现其物理之美。大到宏观的宇宙，小到微观的粒子，物理学旨在从错综复杂的自然界中探索出简洁的规律来揭示自然界的奥秘，从千变万化的物理现象中抽象出事物本质的，朴素的规律，从而更好地指导人类的生产活动。物理学蕴含的简洁美包括理论体系的简洁美、过程分析的简洁美等方面。在物理教学中，教师可以向学生展示这些方面的简洁美。

例如，在力与运动关系这部份内容中，物体在不受外力作用的时候，总是保持静止和匀速直线运动这两种最简单的运动形式，力与运动分析体现了一定的简洁性;因为地球引力的作用，水流只能由高到低运动;同样的道理，电流也只能从高到低运动，整个电学体系也呈现了简洁性;宏观上物体的运动都可以用牛顿第二定律F=ma这一个简便的公式来概括;在宏观和微观的联系上，可以运用爱因斯坦的质能方程E=mc2 来概括……这些都体现了物理学在理论体系中的简洁美。

在物理问题的分析过程中，也处处体现了其简洁美的特点。例如，在分析自由落体运动的过程中，我们经常是忽略摩擦力的作用，把自由落体运动看做匀加速直线运动;在受力分析的时候，我们经常会用到质点这个概念，忽略物体的质量在运动过程中的影响。这些分析过程都体现了化繁为简的思想，体现了分析过程中的简洁美。

例如，我们可以以质点的教学片段为例，来探索物理教学中简洁美的渗透。

教师视频展示一些运动：火车缓缓的驶离站台，滑雪运动员从山顶飞下，潜艇在水下下沉，足球在草坪上飞滚，让学生讨论它们的运动过程和它们各个部分的运动情况。学生讨论物体的运动过程相对容易，但是探讨物体各个部分的运动情况却比较复杂，很难用语言详细，准确地表达出来。这时，教师提出问题：“为什么物体各部分的运动情况难以表达？”学生通过讨论分析得出结论：要详细描述物体的运动情况困难就在于物体有自己的形状和大小。教师相机引导：“是不是研究所有的物体都要分析物体的形状和大小？例如，研究地球绕太阳公转的周期时，地球的形状和大小;火车从北京到上海全程所用时间，火车的形状和大小。”学生通过讨论得出结论：在以上研究中，物体的形状和大小对于物体的运动情况没有影响。

教师总结：有些情况下，可以不用考虑物体的大小和形状，但是质量是忽略不了的，物理学中把它简化为一个有质量的点，叫做质点。但要强调的是，物体的质量是不可忽略的。质点是物理分析过程中的一个理想化模型，它并不是实际存在的。质点这一概念的提出使复杂的问题简单化，体现了物理学分析过程中的简洁美。

以上关于质点的教学片段属于物理概念的教学，它是物理教学中的重要组成部分，很多物理概念的教学都体现着简洁美这一特点。因此，在物理概念的教学中，教师要关注简洁美的渗透。质点这一概念，不仅是概念本身体现出了简洁美，质点这个模型的提出也体现了简洁美，同样也体现出了物理问题研究过程中的简洁美，教师要让学生体会到这种美。

二、体现物理学中的对称美

生活中我们对“对称”这个词并不陌生，在图形和建筑中会发现很多对称的事物，每当看到这些事物时总会给人以赏心悦目的感觉。同样，在物理学中对称现象也很普遍，这主要包括物理概念的对称、运动状态的对称和物理规律的对称等，在这些对称性中我们能够感受到物理学所呈现出来的对称美。物理学中有很多概念都体现着对称美的特点，比如，直线运动和曲线运动，正电荷和负电荷，磁铁的南极和北极，运动和静止等。在运动过程中也有很多体现对称美的例子，如物体做匀速圆周运动的过程，书桌上抛运动的上升和回落过程，物体沿光滑斜面上滑和下滑过程，简谐运动过程，天体周期性运动过程，带点粒子在匀强磁场中的运动过程，条形磁铁周围的磁场分布，通电导学周围的磁场分布，等量电荷在空间形成的电场分布，等等。此外，单摆的周期性，作用力和反作用力，库伦定律和万有引力定律等也体现了物理规律的对称美。

下面以“平面镜成像”的教学为例，谈一谈对称美在物理教学中的渗透。

教师先展示一张湖面上石拱桥倒影的图片，让学生在直观感受平面镜成像的同时感受物理学的对称美。然后，布置学生活动：请用准备好的小平面镜观察自己的脸，并回答三个问题：你在平面镜中成的像在什么地方？平面镜到人脸距离发生变化时，镜中脸的大小是否有变化？当你改变与平面镜的距离时，像到镜面的距离是否有变化？

学生通过体会，感受到了物理规律的对称美，说出了看到的现象并提出问题：平面镜成像有什么特点？教师则将问题引申：平面镜中的自己（像）和镜前的自己（物体）大小有什么关系？平面镜中的自己（像）到平面镜的距离和镜前的自己（物体）到平面镜的距离有什么关系？使学生在感受对称美的基础上还有继续探究的兴趣。通过猜想和假设，学生会想到：平面镜中的自己（像）和鏡前的自己（物体）大小可能相等;平面镜中的自己（像）到平面镜的距离和镜前的自己（物体）到平面镜的距离可能相等。这时，教师就可以组织学生通过实验来验证假设。

学生通过多次实验，得出了如下的结论：平面镜成虚像，像与物体大小相等，像与物体到镜面的距离相等，像与物体的连线与镜面垂直。这时，教师可以点评：“通过实验我们得出了平面镜的成像特点。平面镜的成像特点也体现了物理学的对称美，可见物理学中的对称美处处存在。生活中还有很多可以体现对称美的物理规律值得大家去探索和发现。”

在探究平面镜成像规律的教学中，教师先让学生感受了物理学中的对称美，在感受对称美的基础上学生产生了探究物理规律的兴趣，在教师不断地启发和引导下，学生探究出了体现对称美的物理规律。在整个探究过程中，教师一直在通过各种方式让学生感受物理学所体现的对称美。这样，学生就能感受到物理学所蕴含的科学美，进而激发出学习物理的兴趣和对于科学美的向往与追求。

三、感受物理学中的和谐美

和谐是对立事物之间在一定的条件下，具体、动态、相对、辩证的统一，是不同事物之间相同相成、相辅相成、相反相成、互助合作、互利互惠、互促互补、共同发展的关系。纷繁复杂的物质世界到处都体现着和谐性，而和谐性本身就是一种美，在物理學中也普遍存在着这种美。物理学中的和谐美丰富多彩，主要包括自洽的和谐美、对应的和谐美等形式。

物理学中自洽的和谐美主要体现在各分支理论之间的自洽性上。例如，在运动状态分析上，自由落体运动、竖直上抛运动、自由落体运动都可以统一于公式S=v0t+at2中。这个公式统一讨论了路程问题。再如，内燃机的原理、平面镜成像规律、光的波粒二象性，等等，都反映了各个现象之间自洽的和谐美。

物理学中对应的和谐美主要体现在不同物理规律、理论之间的对应性上。很多物理量、物理规律之间都体现着对应的和谐美。例如，动能和动量与动能定律和动量定律之间，势能与电势能等物理概念和规律都体现了对应的和谐美。再如，爱因斯坦定律相对论的发现并不是否认传统力学的错误，而是把牛顿力学放在物体速度远小于光速的情况下来分析和讨论。

在物理课堂教学中，教师可以利用物理规律的和谐美来进行教学。例如，可以对比重力势能和电势能两个物理概念进行教学。（如表1）

通过对比重力势能和电势能这两个概念，学生可以发现，两个概念虽然分属于力学和电学两个物理分支，但却有许多相似之处。学生第一次接触电学知识，可以通过类比法进行两个概念的教学，在重力势能的基础上研究电势能。这样既降低了学习难度，又有助于新知识的学习。同时，学生在感受物理和谐美的过程中，提高了学习的积极性和主动性。

在中学物理教学中渗透美育，从物理学科本身来说，既有助于降低物理学科的学科难度，又有助于物理教学适应当今的素质教育改革;从培养学生的作用上来看，既有助于学生审美情操的培养和审美能力的提高，又有助于对于学生思辨能力和创造力的培养。

教师要在物理教学中渗透科学美，使学生能够真正认识到物理学中蕴含的简洁美、对称美和和谐美。学生把复杂、抽象的概念、规律同生动、具体的形象联系起来， 就会使物理教学成为一种既和谐愉快，又引人入胜的艺术活动，从使物理教学过程成为享受美的过程。

参考文献：

[1]王祥委，段娟销，彭朝阳.对称美在高中物理教学中的展现与应用[J].物理教学，2016（12）.

[2]兰甜甜.中学物理理教学中渗透美育的实践研究[D].东北师范大学，2011.

（责任编辑：杨强）