物理实验中的美

贺艳姿

摘  要：介绍物理实验的美学因素，论述物理实验的现象美、设计与方法美及结论美，探讨物理实验教学过程中提升其审美化程度的方法：以生活情景为实验蓝本体现物理实验的自然美。

关键词：物理实验的美;物理实验教学;自然美;设计与方法的美

一、物理实验中美的因素

（一）物理实验的现象美

物理实验展示的现象实际上是实验物理学家对自然现象或自然过程重新组织或者重新构建。因此物理实验中的现象美就包含两方面的内容：物理观察的自然现象美和物理实验展现的现象美。物理观察的自然现象美和传统美学中所谓的自然美的内涵是不尽相同的。后者是审美主体的感官直接感受到的自然界表面属性，如日月星辰的光芒、银河系的广阔幽深、彩虹的绚丽多彩等等这些自然物的自然属性。

既然，物理觀察存在大量的自然现象美，那么，对自然现象美进行重构的物理实验也必然展现很多的现象美。看一看实验物理学家给我们展现的图景：棱镜或光栅展示的多色光谱，由若干不同颜色的细亮谱线按波长顺序排列组成，展现了简单有序美;双缝干涉条纹呈现出了明暗相间的等间距的直条纹，单缝衍射花样中各极大处的光强是不相同的，中央明纹光强最大，其他明纹光强迅速下降，呈现对称分布;这些令人赏心悦目、回味无穷的图景，是人们感性认识的范围内就可以体验其美感效应的，与绘画有同样的审美价值。这些美丽的图景具有对称、简洁、和谐等特点。

（二）物理实验的设计、方法的美

物理实验的审美价值不仅仅表现在现象美上，还表现在独具创造性的实验构思、精巧完美的实验设计上，以及精湛的实验操作和控制技术中。在历史上人们一直认为光的传播不需要时间。直到十七世纪，物理学家才开始尝试测定光的速度。刚开始物理学家测定光速时，必需利用很大的距离，用精巧的方法准确地测出很短时间间隔，得到的结果误差很大，后来迈克尔逊设计了一个十分精巧的实验，非常准确地测出了光速度。他选择两个山峰，测出两山峰间的距离。在第一个山峰上安装一个强光光源和一个正八面棱镜及一个望远镜;另一个山峰上安装一面凹镜和一个平面反射镜。通过调节八面棱镜的转速，测定光速。爱因斯坦称赞这一实验的优美和方法的精湛时说：“迈克尔逊是科学的艺术家”。  再如对称性的方法是现代物理实验的一个重要方法，并且物理实验过程中也展现了对称美的美学形式。传统美学中的对称仅指人们感性意识中的三维空间的对称，物理学中的对称则包含各种数学空间的对称，是一种理性范畴的对称。对称性原理在现代物理学研究中发挥了越来越大的作用，对称性的方法其实已经是当代物理学家研究物理学问题的一种方法。实验物理学家对于对称这种美学形式更是宠爱有加，义无反顾地去追求这种美。法拉第从对称性中得到了很大的启发，他想既然电能生磁，那么磁也一定能生电，这样才能显示出自然界的对称美。他经过10年的艰苦努力，终于用实验证实了电与磁之间存在对称美的设想。对称性思想已经是现代物理学实验的一个重要思想。物理学史上的诸多实验，在科学发展及人类进步的历史舞台上闪耀着艺术的光辉，堪称物理世界中的艺术精品。如库仑的电抨实验;托马斯杨的光双缝干涉实验;盖革与马斯登在卢瑟福指导下进行的粒子散射实验;赫兹的电磁波实验;查德威克发现中子的实验和吴健雄验证弱相互作用下宇称不守恒理论的实验等。

二、实验演示，反映科学严谨美

演示实验是物理教学中常用的手段和重要组成部分，它作为一种真实、形象的教学操作形式，既有展示物理知识的直观效应，又有表演操作的示范作用，好的演示实验往往会给人以美的享受。因此，教师在进行演示实验时，除了确保实验的成功外，，还应有意识地渗透美育，以具体鲜明的形象感染人、教育人。教师在课前应根据教案精心准备好课堂演示实验所需的一切仪器及实验材料，并将其整齐有序的摆放在清洁明亮的实验盘中待用。在实验时讲台布置要匀称合理，与实验无关的其它仪器和书簿、粉笔等用品撤离讲台，创造出良好的实验环境。装配仪器时，除按操作使用顺序进行外，还应注意整个装置的布局比例要适当协调，错落有序，疏密有致，不能头重脚轻，头大尾小。同时，演示实验主要是由教师操作表演，是学生实验的示范。老师对待实验的态度和操作方法，对学生有着很大的影响，因此教师在演示实验时必须注意操作的正确性和规范性，做到态度自然大方，表情自信、轻松，动作果断利落，技能熟练精湛，体现出训练有素的良好的风范美。即使对很简单的一般性操作，也不能掉以轻心，不能表现出有丝毫漫不经心的态度。教师只是将这种严谨而认真的教风美，熟练而准确的操作美，展现在学生面前，才能给学生留下美好的印象。

三、开设综合性、设计性实验，给学生体验实验的设计、手段的方法美与创造美的空间

多开设一些综合性、设计性实验，给学生更大的空间去创造、思考，充分挖掘学生的潜能来完成实验，从而完成体验实验的设计、手段的方法美与创造美。随着科学技术的迅猛发展、许多边缘学科、交*学科的兴起，学科互相渗透、互相结合的整体化发展日益迅速，某一疑难科技问题的解决不再仅仅依赖于某一个学科，而是多学科的综合化。因此，为了培养学生的发散思维能力，提高探究能力，在物理实验内容的选择方面可涉及其他学科与物理学相联系的综合性问题，如光谱技术、真空技术、磁共振技术、光纤技术、传感器技术、光学信息处理技术等等。

综上所述，教师充分挖掘物理实验中的美的因素，在物理实验教学中充分展示和利用物理实验的美学特征，让学生充分感受物理的美，不但可以提高物理实验的教学效果，让物理实验教学充分发挥其效力，而且可以引导学生探索物理中的美并将这种追求转变为学习动力，同时还能够潜移默化地影响学生的科学品质，让学生在物理实验教学中充分领略科学家追求科学真理的勇气、创新精神和为科学献身的品格。

（作者单位：湖南省株洲市第十八中学，湖南   株洲   412000）