信息工程大学理学院 河南郑州市 何静 张晖　

　　关键词：物理教学　科学美　美育

　　美育是素质教育的重要组成部分，可以培养学生的智慧，发展学生空间思维想象力，激发学生研究事物、增强创新的欲念。真正的美育是将美学原则渗透于各科教学的教育，它是一种兼顾知识和发展，旨在提高学生整体素质的融合式教育。

　　物理学揭示了自然界物质的存在、构成、运动及转化等规律，反映了自然界内在的本质的美。虽然，物理理论体系并不具备形象特征，它不同于感性事物那样，通过其物质材料的自然属性以及它们的组合规律产生出美的感染力;但却以其内在体系的和谐、简单、对称与秩序，表征着物质世界深层固有的结构，渗透出理性的科学美。

　　1 物理教学中科学美的内涵

　　虽然物理学的研究范围极为广泛，物理规律极为复杂，但物理学的美却具有简单、对称、和谐等特征。

　　1.1 物理学的简单美

　　物理学的简单美源于自然界。自然的基础构造是简单的，是物理学简单性思想方法的客观基础。物理学家在选择可能描绘自然结构的数学表示时，选择了对称、简洁的优美形式，正是已经深入他们骨髓里的这种强烈的简单性信念所使然。比如理想模型的方法就是对客观简单性信念的一种体现。模型的方法巧妙地将复杂的事物一一分割，抽象出一个简洁明了的物理模型，如质点、点电荷、理想气体、电场线等。这些模型就像一幅幅生动形象的简笔画，把物体的特征和个性勾画得淋漓尽致，既简洁又合理，既抽象又形象，给人以美的享受【1】。

　　其次物理公式或方程是自然界所遵守的法则，优美的物理公式或方程常被称之为漂亮的数学结构，它给人的美感是显而易见的。从艺术的角度去审视爱因斯坦的质能公式：E=mc2时，就好象看到一位高明的画家，用极简练的笔调在淋漓尽致地勾勒一幅肖像画，廖廖几笔就会把一个人的外表特征和性格特点跃然于纸上， 使人们对质量和能量之间逻辑关系的认识推进到一个更高的层次。

　　1.2 物理学的对称美

　　对称总能给人以美感。由物理学所揭示的自然界物质的存在、构成、运动及其转化等规律的对称性而产生的美感，就是物理学的对称美。物理学中的对称美既有物理现象的对称美，比如引力与斥力，“电生磁”与“磁生电”，粒子与反粒子，物质与反物质等等;但更重要的是包含各种数学空间的对称美，那是一种理性范畴的对称。比如能量、动量和角动量守恒就分别显示宇宙具有时间平移、空间平移和空间转动对称性。这种对称性虽然不直接显现，但却更受到物理学家的推崇。

　　在物理学中，追求理论的对称之美可以作为一种有效的研究途径探索物质世界。比如物体竖直上抛和斜抛运动的上升过程与下降过程的时空对称;在交流电和电磁振荡研究中出现的时间对称。伽利略的“力学定律在所有惯性系中都相同”的相对性原理，深刻地揭示了建立在直觉经验基础上的时空形象对称性。物理学公式、定律表达方式上和理论结构上所反映的对称性更是不胜枚举。比如磁体磁感线分布，左右手定则，平面镜成像中物与像的对称美，电磁学中静电力的平方反比定律的公式表达就是追求跟万有引力平方反比定律的对称而获得的。又如，麦克斯韦根据电与磁的对称性及力线图象的对称性，在没有任何实验支持的情况下，大胆地在安培定律中添加了“位移电流”矢量项，使麦克斯韦得以建立起他的呈现对称美的方程组，四个方程彼此相容， 成为统一的关于电磁场的完整理论体系，被誉为自然界最优美的诗篇。

　　1.3 物理学的和谐美

　　和谐是指配合适当、协调、匀称的意思。和谐给人以浑然一体，恰如其分、轻松自如的美感。从古代到今，和谐美是物理学一贯追求的目标。

　　物理理论揭示了自然界物质的存在、构成、运动及转化等规律整体上和谐性而产生的美感，表现在自洽、对应和互补三个方面，物理学中各分支理论内部以及各分支理论之间的现象、概念、规律等却是互不矛盾的——自洽和谐美，物理高级理论对低级理论的包容，或者说低级理论与高级理论中在某一特定条件下的结论相一致，如当 V 《 C 时，相对论力学运动的描述就还原为牛顿力学的描述，当 h → 0 时，量子学回到经典力学。光的波动性与粒子性分别从不同的测面反映了光与微观客体的本质，而波动性与粒子性既互补又互斥，对热现象的研究，既可用热力学理论，也可用统计物理学理论，一个是从宏现上揭示其规律，另一个则从微观上揭示其本质，两者互相弥补，构成了完整的热学理论——这就是互补和谐美【2】。

　　2 物理教学中的美育

　　物理学中有着丰富的美育素材，到处映射着科学美的光辉。挖掘科学美的素材并把它融人物理教学中，实施美育，不仅可提高学生的审美素质，而且对物理教学和素质教育的实施产生重要影响。

　　2.1 形成科学的审美观

　　物理学中的科学美不同于艺术形象。它往往不能仅靠肉眼去辨析，更多的要靠心智去体验，它带给学生美的享受不只是视觉或听觉，而更多的是一种震憾人心的愉悦和力量。

　　课堂上，在讨论某一定理、定律、公式或实验时，用科学美的观点加以赏析，往往会使课堂气氛转向活跃，学生精神专注，探索物理世界的兴趣油然而生，并逐渐领悟到物理学有如同诗一般的简洁、对称与和谐之美。从而促使学生在感受科学美的同时形成科学的审美观。例如，在“洛仑兹变换”的教学中，引导学生从美学角度来品味洛仑兹变换，理解其深刻的物理内涵。首先，从简单美的角度，理解洛仑兹变换应该是线性的，否则它将破坏时间和空间的均匀性，那样的话，世界将变得非常的繁乱;其次，从对称美的角度，理解时间和空间的地位应该是对等的，空间的变换依赖于时间，在同样意义下，时间的变换也依赖于空间;最后，从和谐美的角度，理解时间不再是一个独立的参量，它应该和空间“联姻为一家人”，成为“四维时空坐标”中的个坐标轴。这样的教学，能引导学生透过有限的形象去领悟其深含的意蕴和无限的内容，使学生达到韵味无穷的审美境界，在习得物理知识的同时提高科学美的欣赏能力。

　　2.2 激发科学的创造力

　　对美的追求可以激发物理学家探索自然奥秘的激情和灵感，同样也完全可以使我们的学生产生探索物理的激情和创造的动机，使学生在感知美的基础上引起积极的情感反应，产生积投的联想和深刻的理解，从而进发出创造性思维的火花。

　　在教学中，向学生介绍物理美学思维，可以激发学生的学习兴趣，拓展思维理念。比如爱因斯坦在分析牛顿力学时，发现绝对时空并不符合简单性这一科学美原则，洞察到牛顿力学的不美，在追求更简单的理论(独立的假设或公理最少而内涵更深广的理论)中建立了狭义相对论。他还依据美的统一和谐原则，分析了广义相对论虽然使引力理论建立在十分简单的基础上，使质量能量统一起来，惯性质量与引力质量统一起来，惯性系与非惯性系统一起来，但是并没有解决引力场同电磁场统一问题。他看到了相对论不是绝对美的，认为场应该是统一的。于是用了整整四十年的时间探索统一场问题，开创了统一场论的道路【3】。

　　2.3 培养高尚的情操

　　世界范围内新教育改革普遍重视学生道德、情操的教育，著名教育家苏霍姆林斯基在他的教育理论中认为：“美是道德纯洁、精神丰富和体魄健全的有力源泉。物理学中蕴含的科学美，不仅体现在物理知识的形式结构上，还体现在探索科学的过程中，体现在科学家的精神上。物理学家的人格力量和献身科学的精神之美，比起物理学知识更具有震撼人心的教育力量，它在净化学生思想，培养学生情操方面具有积极的作用【1】。焦耳把毕生的精力都放在热功当量的实验研究上，居里夫人为科学终身视苦为乐，开普勒不顾贫病交加，坚持观察天体运动发现了天体运动三大定律等等，这些都体现科学精神之美，这种科学精神之美是物理学美的重要组成部分，是一部绝好的美学教材，在教学中不失时机地向学生穿插讲授，定能激起学生情感上的共鸣，把追求真、善、美作为生活的理想，从而成为有道德并全面和谐发展的人。

　　总之， 物理教学并不是一些枯燥的公式和定理，而是蕴藏着丰富的内在美，这种美需要我们不断挖掘，使其展露出光彩夺目的美丽色彩，让学生能够深刻领悟物理世界的对称、和谐、简洁的美感，并由此转化为巨大的动力，去追求美、表现美和创造美。

　　参考文献

　　1 徐志君.物理学美与物理教学中的美育.[J] 浙江工业大学学报.2002.第30卷第6期:626-637.

　　2 孙会娟 刘树勇.物理学中的形式美及其在教学中的渗透.[J] 首都师范大学学报.2003. 第24卷第1期:37-40.

　　3 王心芬 程民治.试论大学物理授课中的美育.[J] 工科物理.2000.第10卷第4期:55-59.