中学物理中的理性之美

摘 要：本文认为，中学物理的理性美，表现在：物理美，既有感性形态美，又有抽象的理性美，以及牛顿力学中的物理美，因此我认为，物理教学中要重视物理美学教育。

关键词：物理；理性美；美学教育

中图分类号：G427 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2011）12-049-01

大千世界，芸芸众生，蕴含着数不尽的美，高天流云，松涛飞瀑，清泉明月是自然之美；大震当头用自己微弱的躯体掩护学生，把生的希望留给学生，这是一名教师对人性之美的高度诠释；范仲淹之先天下之忧而忧，后天下之乐而乐是先贤修行之美的外显；风景美，心灵美……一切美好的事物都让人心驰神往。在物理学科中，所蕴含的理性之美扑面芳香，同样也令人心悦诚服，聊以成文以记之。

一、物理美，既有感性形态美，又有抽象的理性美

物理美更多的是理性之美，美感以理性知识为基础、依据抽象思维。欣赏音乐美要有富于乐感的耳朵、欣赏造型美要有艺术的眼睛，要想感受物理美，不只是耳朵和眼睛，而是全部心灵。物理学家费尔德曾指出：“当你领悟一个出色的公式时，你会得到如同听巴哈的乐曲一样的感受。” 天体物理学家开普勒一见到哥白尼的《天体运动论》一书后曾兴奋地说：“……欢乐心情去欣赏它的美。”虚假的东西谈不上美，一切美都必须以真为基础。物理美首先体现在物理学的理论和实验揭示了自然界的奥秘，反映出物质运动的客观规律，具有真理，因而才有美可言。和谐统一性：神秘的太空中天体的运动，在开普勒三定律的描绘下，显出多么的和谐有序。物理学上的几次大统一，也显示出美的感觉。麦克斯韦电磁理论的建立，使电和磁实现了统一。爱因斯坦质能方程又把质量和能量建立了统一。光的波粒二象性理论把粒子性、波动性实现了统一。爱因斯坦相对论又把时间、空间统一了。简洁明快性。物理美的简洁明快性，体现在物理规律的数学语言上。对称性：一般人的印象中,美首先表现为对称。这种对称一般指物体形状的对称性，深层次的对称则表现为事物发展变化或客观规律的对称性。大自然充分体现了对称性的存在。例如: 各种植物的叶、花瓣、果实，各种动物、人体的外形。在建筑设计方面,如天安门、赵州桥等等，都会给人以庄严肃穆,稳定平衡,坚如磐石之美。各种几何图形，如圆、球椭圆、双曲线、抛物线等等，都体现出对称性。物理学中各种晶体的空间点阵结构具有高度的对称性。竖直上抛运动、简谐运动、波动镜像对称、磁电对称、作用力和反作用力对称、正粒子和反粒子、正物质和反物质、正电和负电、n极与s极等等都是。预见性。正确的物理理论，不仅能解释当时已发现的物理现象，更另人赞叹的是，它能预见当时无法探测到的的物理现象。例如麦克斯韦电磁理论预见电磁波存在，卢瑟福预言中子的存在，菲涅耳的衍射理论预言圆盘衍射中央有泊松亮斑，狄拉克预言电子的存在。精巧性。卡文迪许扭称和库仑扭称十分精巧，简直堪称一种艺术珍品。而旋转八面镜法测光速，其实该设计也十分的精巧。

二、 感受牛顿力学中的物理美

牛顿是近代自然科学的鼻祖，他的传世杰作《自然哲学的数学原理》建立了第一个科学的力学体系，充分体现了牛顿的物理美思想。主要体现在以下几个方面：牛顿把自然界中多种多样的物理抽象成理想模型：质点，从而使一个错综复杂的自然界被简化为一个由无数质点组成的体系，物体之间的空间关系顿然显得清晰可辨，充分体现了牛顿以简御繁的伟大才能和天才的构想。世界万物不是孤立的，它们都处于相互影响和相互作用之中。牛顿把物体之间相互作用定义为力，并建立了力作用的普遍规律：牛顿三大运动定律。运动定律的建立，使复杂的物质运动，显出惊人的有序和和谐。从苹果落地到万有引力定律的发现，使遥远的天体，神秘的太空，再次显示出和谐有序。行星的运动，彗星的如期出现，海潮涨落，天体质量的测定，新行星的发现，都在牛顿描绘下是如此的必然，从而破除了各种迷信和邪说。牛顿不仅以最简的物理图象去描绘错综复杂的世界，而且还用最简洁的数学语言构建了一个完整严密优美的逻辑体系。牛顿第二定律和牛顿第三定律以及万有引力定律是多么的简洁明了、严密完整。很多物理学家把牛顿的几个定律誉为“神仙写出的公式”。牛顿为后人展示了一种用数学方法去研究物理问题的典范。牛顿力学的物理美，不仅能正确描述当时知道的和探测到的物质运动的有序规律，而且还能预见到客观世界中尚未为人观察到的事物的存在。关于引力常数的预言，天王星和海王星的相继发现，都证实了牛顿力学理论的正确与真正的科学美。在西方大学的文科《科学欣赏》课程中，把万有引力内容作为欣赏的重要章节，更说明牛顿力学具有美的欣赏价值。物理美学思想在物理学研究中的重要作用。物理美不仅具有欣赏价值，更重要的是，物理美学思想是一种非常规的创造性思维方法，是研究物理现象、探究物理规律的重要思想方法。牛顿在《原理》一书中说得明白：“自然界不做无用之事，只要少做一点就行了，多做了却是无用。因为自然界喜欢简单化，而不爱用多余的原因夸耀自己。

三、物理教学中要重视物理美学教育

对学生进行物理美学教育可从以下几个方面进行：传授物理知识时。要让学生从物理美的几个特性去领悟物理知识中的“美”“妙”所在，去激发学生学习物理的兴趣，同时让学生感受物理学家追求完美的一种精神。如法拉第通过十年坚持不懈努力，发现了电磁感应现象；布拉凯特从2万多张云室照片中的40多万条α粒子径迹中发现8条产生分叉……用这些事例去激发学生崇尚科学、勇于进取、追求真理。在物理教学的形式和手段上，要重视从实验的设计思路和观察物理现象上培养审美感。有目的地进行美育渗透，使学生审美能力不断提高。还可以创造条件，让学生多做小实验，搞点研究性课题和充分利用多媒体影象设备进行教学，从而增加学生学习兴趣及美感。提高学生的个人文化品质素养。爱因斯坦演奏小提琴艺术水平很高，杨振宁在音乐、诗歌、绘画诸方面的造诣都很高，很多科学家的文化素养都超出常人。因此提高学生的文化品质素养、拓宽学生知识面，都可以增加美感和提高科学的审美能力。

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