物理學(xué)論文物理學(xué)形式美及教學(xué)

　　物理學(xué)科事實上就是一門解釋物質(zhì)存在、構(gòu)成、運動及其轉(zhuǎn)化規(guī)律的一門科學(xué).本篇物理學(xué)論文認為物質(zhì)世界是存在美學(xué)的，應(yīng)當結(jié)合歷史，發(fā)掘人文美，認識規(guī)律，啟蒙對稱美，概括經(jīng)驗，透視簡潔美，客觀辨證，展現(xiàn)理性美�？梢园l(fā)表物理學(xué)論文的期刊有《數(shù)學(xué)物理學(xué)報》(雙月刊)創(chuàng)辦于1981年4月，是由中國科學(xué)院主管、中科院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所主辦的綜合性學(xué)術(shù)刊物。辦刊宗旨：刊登最新科研成果、傳播國內(nèi)外學(xué)科信息、促進學(xué)術(shù)交流、提攜和培養(yǎng)學(xué)科新秀、推動理論向生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化，促進學(xué)科和國民經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展。本刊為《數(shù)學(xué)物理學(xué)報》中的A輯(中文版)雙月刊(B輯為英文版季刊)。

　　摘要:物理教學(xué)之美是科學(xué)美中的一部分，是物理學(xué)文化內(nèi)容美和科學(xué)形式美滲透的教學(xué)形式.在物理教學(xué)中，教師要靈活運用物理學(xué)之美去追求物理之真，不斷提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣和培養(yǎng)學(xué)生的審美水平，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，提升其物理綜合能力.

　　關(guān)鍵詞:物理學(xué);形式美;滲透

　　物質(zhì)世界的客觀存在是真與美的和諧統(tǒng)一，物理學(xué)家通常也是通過發(fā)現(xiàn)物質(zhì)世界的美來證實事實、總結(jié)規(guī)律.然而，在實際的物理教學(xué)中，教師往往忽略了物理學(xué)科的形式美，只是一味的向?qū)W生灌輸教材上的物理知識，從而導(dǎo)致學(xué)生因難以體會物理學(xué)中美的愉悅而將物理知識的學(xué)習(xí)當成是一項索然無味的學(xué)習(xí)任務(wù).鑒此情況，本文以物理學(xué)中的形式美為切入點，并重點論述了如何將其滲透至實際的物理教學(xué)活動中，旨在為后續(xù)的高中物理教學(xué)工作提供參考依據(jù).

　　一、結(jié)合歷史，發(fā)掘人文美

　　近代物理發(fā)展至今，經(jīng)過了一個漫長的發(fā)展過程，在這一過程中，無數(shù)熱愛物理的科學(xué)家們窮盡自己一生的精力與才華不斷地探知、論證全新的物理領(lǐng)域，而正是由于他們對于物理的執(zhí)著追求，才真正造就了我們現(xiàn)在所清晰存在的世界.由此可見，物理學(xué)科濃重的人文精神不應(yīng)被認知領(lǐng)域的物理定律而掩蓋.在教師的教學(xué)過程中，有選擇性地穿插一些物理學(xué)史，會讓略顯乏味的物理課堂鮮活起來，讓學(xué)生能夠充分領(lǐng)略物理學(xué)家們對于物質(zhì)世界清晰認識的執(zhí)著追求.教師在教授物理知識時，可以為學(xué)生講述自由落體理論的發(fā)展過程，從而進一步幫助學(xué)生樹立物理物理辨證觀.例如，教師在教授“自由落體運動”一課時可以先為學(xué)生介紹自由落體運動定律的發(fā)展歷史.落體理論最早是由古希臘物理學(xué)家亞里士多德提出，他認為物體從高空墜落的速度應(yīng)與物體本省的重力勢能成正比，而這一理論在當時也被冠以真理而沿用.直到16世紀，伽利略對這一觀點提出了異議，并進而假定:如果將兩個物體所受到的空氣阻力忽略不計，那么這兩個質(zhì)量不同的物體將以同樣的速度下落，并同時到達地面.為了論證這一觀點，伽利略與眾多擁護亞里士多德理論的學(xué)者共同來到比薩斜塔，將一個重100磅與一個重1磅的鐵球同時從塔頂拋下，而試驗的結(jié)果使得在場觀看的人們目瞪口呆，兩個鐵球出人意料地幾乎是平行地一齊落到地上，這就是著名的“比薩斜塔試驗”，也是推翻了沿用近兩千年的落體運動重要事實依據(jù).

　　二、認識規(guī)律，啟蒙對稱美

　　對于接觸物理較多的人群而言，他們對物理現(xiàn)象進行研究時，時常會沉浸在具有規(guī)律性變化特征的物理美學(xué)上.物理現(xiàn)象本身所具有的規(guī)律對稱性而產(chǎn)生的藝術(shù)美通常被稱為物理學(xué)的對稱之美，而學(xué)生若想感受到這種美，就必須先對物理規(guī)律形成一個初步的認識.而在對科學(xué)規(guī)律的認識過程中，物質(zhì)內(nèi)部的對稱性也能在一定程度上反映出物質(zhì)的規(guī)律.所以，物理對稱美的研究往往還能進一步推動物理科學(xué)的發(fā)展.在研究物理對稱美這一科學(xué)發(fā)展史上，畢達哥拉斯是最早提出對稱性這一物理審美標準，他認為，在所有的對稱圖形中，圓是最美的，圓點與圓周之間呈現(xiàn)出來的是絕對對稱、絕對和諧的狀態(tài).而他這一理論也一直影響者后續(xù)物理科學(xué)的發(fā)展.因此，教師在學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中，更應(yīng)善于引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)物理知識中所客觀存在的對稱美.例如，教師在教學(xué)“電荷的電場線分布”這一知識點時，教師就可以利用各種電荷的電場線之間的對稱規(guī)律來為學(xué)生詳細講解點電荷、同種電荷以及異種電荷之間的電場線分布情況.如此一來，原本枯燥乏味的理論現(xiàn)象就會轉(zhuǎn)化為學(xué)生感受物理對稱美的真實體驗.同時，磁體中磁感線的分布規(guī)律與平面鏡的成像規(guī)律相似的物質(zhì)空間對稱性的特點也應(yīng)該被教師深切融入至實際物理課程的內(nèi)容講解中，幫助學(xué)生將原本抽象的物理知識轉(zhuǎn)化為形象的圖像記憶.

　　三、概括經(jīng)驗，透視簡潔美

　　從本質(zhì)上說，物理的簡潔美主要是來自于自然界的基本發(fā)展規(guī)律，而對于自然界本身所具有的規(guī)律特性又具有相對簡潔的美感.物理學(xué)科的簡單性也只要是以簡潔美的主要形式體現(xiàn)，物理科學(xué)家們正是通過將復(fù)雜的事物進行一一分解，并根據(jù)以往對于自然界規(guī)律探索的經(jīng)驗而總結(jié)出嶄新的物理理想模型，最后再借助這些構(gòu)想出來的模型去形象的理解客觀存在的物質(zhì)世界.愛因斯坦認為，物理工作就是要先盡可能的從假說或設(shè)想出發(fā)，并將所有設(shè)想運用邏輯思維進行論證，最后再根據(jù)以存在的經(jīng)驗事實，概括總結(jié)出更為簡潔的物質(zhì)物理特性.例如，宇宙間所存在的作用力可以大致分為如下三種:強作用力、弱電作用力以及萬有引力，牛頓運動定律將宏觀低速條件下的各種機械運動規(guī)律歸結(jié)為一個簡單有序的集合;麥克斯韋方程組的提出則將復(fù)雜的電磁規(guī)律以簡潔的形式加以概括;量子力學(xué)理論則更是將抽象、微觀的例子運動以更加清晰、明了的形式出現(xiàn)在人們面前.在教師的實際教學(xué)過程中，對于物理科學(xué)的整體簡潔美決不可一掠帶過，這是由于物理的簡潔美不僅是建立在眾多物理科學(xué)的探究經(jīng)驗之上，更是因為當學(xué)生對物理的簡潔美的理解能更為深刻時，學(xué)生對于物理理論概念與相關(guān)物理規(guī)律的掌握就會變得更加便捷.例如，“溫度是決定一系統(tǒng)是否與其它系統(tǒng)處于熱平衡的物理量”、“力是一物體對另一物體的作用，它使受力物體改變運動狀態(tài)”，這些物理概念以準確、簡潔、的語言表達了物理科學(xué)的本質(zhì).此外，物理規(guī)律的表達也是在科學(xué)、準確的基礎(chǔ)上力求達到簡潔的美化目的，如開普勒在哥白尼的天文體系的基礎(chǔ)上以“恒量=R3/T2”這一簡明形式總結(jié)出了眾星繞日的運動規(guī)律，從而使得繁星浩瀚的太空圖景清晰地呈現(xiàn)在人們眼前.

　　四、客觀辨證，展現(xiàn)理性美

　　物理科學(xué)世界是千姿百態(tài)的，但作為物理科學(xué)論證的強大支撐，對物理科學(xué)的客觀辨證看待與理性認識才是物理知識學(xué)習(xí)的根本所在.與其他學(xué)科相比，物理學(xué)科更重視以實驗來論證并檢驗觀點，同時，在進行論證實驗時，物理所展現(xiàn)出來的理性美更是物理世界科學(xué)性與和諧性的真實體現(xiàn).作為客觀事物存在并反映出的物質(zhì)世界科學(xué)，物理學(xué)理論更多的是強調(diào)各種事物中所客觀存在的差異與矛盾統(tǒng)一，而要找出這種差異與矛盾，所依靠的恰恰是物理的理性之美.因此，在進行理論知識的教學(xué)基礎(chǔ)上，組織學(xué)生投身于物理科學(xué)實驗是高中階段物理知識系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的重要組成部分.而只有學(xué)生在試驗中達到對物理知識的理性認識，才進一步將物理學(xué)中的形式美滲透到物理教學(xué)過程中.例如，在教授學(xué)生“曲線運動”這一課程時，教師可以先讓學(xué)生自己運用控制變量法:將大小不同的球從不同的高度向下拋，分別記錄小球不同的水平平移距離，觀察其試驗結(jié)果的不同變化，并指導(dǎo)學(xué)生分析小球的下落時間與水平位移距離及下落高度之間的關(guān)系.在幫助學(xué)生確立了與試驗結(jié)果有關(guān)的試驗因素變化后，再指導(dǎo)學(xué)生將“S=vt，h=gt2/2”這兩個公式應(yīng)用于試驗設(shè)計，當?shù)贸鲈囼灲Y(jié)果后，在運用反推法以試驗結(jié)果論證相關(guān)的試驗條件.這樣一來，物理知識點的應(yīng)用就會在學(xué)生的實驗過程中直接被進一步強化，而物理科學(xué)的理性美也能展現(xiàn)得淋漓盡致.物理科學(xué)是一門集人文美、形式美與對稱美于一體的課程，在物理課程的教學(xué)過程中，教師對于物理知識的講解不能停留在表面的認知領(lǐng)域，而應(yīng)該將其本身所具有的形式美滲透至學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中，盡可能給學(xué)生帶來美的感受，充分發(fā)揮物理科學(xué)的獨特魅力.總而言之，在物理教學(xué)中以美啟真，陶冶學(xué)生的思想情操，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，達到提升其物理綜合能力的目的.

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