如何在物理教学中渗透美育

潘卫荣

苏联著名的教育家苏霍姆林斯基曾讲过，“我一千次确信：没有一条富有诗意、感情和审美的清泉，就不可能有学生全面的智力发展。”在美育方面，我们的教育仅对学生进行文学、艺术美的熏陶，却忽略了自然科学美，忽略了自然科学也和其它艺术一样充满美感。比如物理学中的一条定理、一个公式、一种新的理论，都会使物理学家迷恋和欣喜若狂。爱因斯坦称赞卢瑟福的原子结构模型具有“思想领域中最高的音乐神乐”，而爱因斯坦的相对论则被人们称为物理理论中最美的“艺术品”。新课标倡导，在物理教学中使学生“能领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦”，把美育放在课程目标三个维度中的“情感态度与价值观”的首位。可见新课标中更加突出美育教育在中学物理教学中的重要性。

一、中学物理教学中美育的现状

受传统教育思想、教学理论的影响，以及社会、家长对学校的要求，我们的物理教学中存在着较严重的重学科知识教育轻美育的现象。具体表现在：1．重“静态美育”，轻“动态美育”。现在很多学校都开设有美术班，对美术特长生进行绘画功底的强化训练，为升学服务，而绝大多数的同学很少接触美学教育，甚至与美育无缘。这种急功近利的美育和一味追求升学率的做法是片面的、低层次的。2．重美育成果的显现，轻美育底蕴的孕育。美育是潜移默化和时间积淀的结果，并不是一朝一夕就能速成的。然而，我们的学校却存在着较严重的“突击”现象，或为了迎接检查验收，或为接待参观学习，或为了搞庆典，叫几个绘画功底较好的学生画几幅画像模像样地展出一下，办个画展。表面上看，学校的美育工作开展得有声有色，使来者感觉赏心悦目，因此也赢得了众多赞誉。而实际上，忽视了美育是没有学科界限的，不同学科的美育对学生来说是全面的、系统的。这样的学校美育才是有内涵和生命力的。3．重美育氛围的渲染，轻学生内心世界的陶冶。美育往往被我们的学校作为面子工程来做。或在学校的楼梯口，或在教学楼的走廊上，我们经常能看到经装裱后的学生自己创作的绘画、书法作品。以为这是美育的全部，而忽视了学生的内在美，忽视对学生心灵美的熏陶。美不仅是视觉或听觉的感知，更多的是靠学生的心智去体验。

再仔细审视我们中学物理教学中的美育，我们不难发现：（1）从现实生活看，社会对一所学校教学质量的优劣评估是升学率。这样就迫使学校领导和教师关注少数成绩优异的同学，一味地注重大量的练习以及解题技巧的训练，忙于应试，无暇考虑提高学生的全面素质，尤其是美育。（2）从教学过程看，教师往往为了应付检查，在教案的教学目标“情感态度与价值观”一栏写上几笔培养什么什么美的能力。但纵观整个教学设计却几乎与美育无缘，尤其是教学反思中更难见有关美育的文字了。这种教学理念和教学方法与新课程理念的要求显然相距甚远。时代在呼唤：课堂教学中，教师要打破传统的教学观念，拓宽物理教学的领域，教学中对学生进行美育渗透，真正让学生感受到物理学的美妙与和谐。激发学生学习的兴趣，培养他们的健全人格。

二、美学原理与物理学的关系

根据有关学者从“三论”（控制论、信息论、系统论）和科学美的角度提出的美学三原理：情感转移原理、和谐奇异原理和多样统一原理。物理科学作为无机界科学的统称，其理论、方法和手段在人类社会实践中正向综合化、整体化发展。世界物理图象逐渐展示其统一性和整体性。庞大的物理知识群体，虽然各部分在体系、内容、方法和发展诸方面都有其自身的结构，但它们相互之间又有内在联系。通过这种联系而构成统一的整体，从而形成多样统一之美。单调不美，多而杂、零而乱也不美，既有差异又有相互联系、既多样又统一，则显得美。因而人类总是从不同的方面去追求世界的统一、自然的统一、社会的统一，即多样统一，这实质上是对美的追求。多样统一之美是人类永远追求的目标。物理学的发展，恰好体现了物理学的这种多样统一之美。

为了建立物理学的统一理论，许多物理学家为之奋斗不息、前赴后继。牛顿力学，把地上的力学与天上的力学统一起来；麦克斯韦的电磁理论，把电、磁、光统一起来；爱因斯坦的相对论，则把牛顿力学与麦克斯韦的电磁理论统一起来……仔细察看二十世纪以来的物理进展，就会发现具有立体、交叉、分层次呈网状的整体结构，向人们展示出物理学大厦优美、真实、和谐统一的框架，犹如巧夺天工的艺术精品，给人以享受不尽的美感。

三、发掘体验物理科学之美

在中学物理教学中结合教学内容对学生进行美的教育，对于提高学习兴趣、发展求知欲，使学生乐于探究自然界的奥秘，体验探索自然规律的艰辛与喜悦，培养全面和谐发展的人。

1．思想之美。古希腊人认为“美是和谐与比例。”他们认为平面上最美的图形是圆，空间最美的图形是球。圆或球有着一种绝对的对称与和谐，使整体与局部显得十分协调悦目。所以他们认为天体都必然是球体，并在正圆轨迹上运转。圆形也符合中国传统的审美观，它代表了终极完美，所以结婚称为圆房，和尚的死也叫圆寂。哥白尼在他的《天体运行论》一书中用诗的语言赞美了太阳：“中央就是太阳，在这华美的宫殿里，为了能同时照亮一切，我们还能把这个发光体放在更好的位置上面吗？太阳被称为宇宙之灯，宇宙的主宰……太阳好象是坐在王位上统率着围绕它转的行星家族。”这种顺序显示出令人赞叹的对称性和轨道的运动与太阳大小的和谐。神圣的造物主的庄严作品是何等的伟大啊。哥白尼继承了古希腊人的美学观念，把正圆与匀速作为自己学说的基本原则。开普勒在研究行星运动时，认为哥白尼学说还没有充分提示出宇宙的数的和谐性，它还可以更简明、更美。在探寻行星运动规律中，开普勒遭到多次失败，最后终于对匀速与正圆轨道这两个传统的观念产生了怀疑。他大胆假设行星沿椭圆轨道运动，速度是变化的，越接近太阳，速度越快。这样便发现了行星运动的第一、第二定律。圆可视为一种特殊的椭圆，椭圆包括了圆，因而椭圆不仅具有和谐之美，还具有多样统一之美，比圆更美。

2．常数之美。中学物理中的常数，有的标志物质的某些特性，如物质的密度、比热、导体的电阻率、电子的电荷等，还有一些常数，例如万有引力常数、普朗克常数、阿佛加德罗常数，它们在物理定律中体现着两个或两个以上物理量之间相互变化的定量联系，如万有引力常数G，不管是地上的物体或天上的星体，它们之间的万有引力都可用这一常数来计算。这是多么奇妙和神秘！这些在物理问题的讨论中，始终保持不变的数，显示了在无穷丰富的自然界中的统一和谐。物理常数的提出在科学发展中起了显著的作用。不变的光速c对于狭义相对论的提出，普朗克常数h对于量子理论的发展，都起了极大的作用。所以有的常数可以作为物理学史某一发展阶段的标志。万有引力常数G可以作为牛顿力学发展阶段的标志；光速c可以作为麦克斯韦电动力学发展阶段的标志；普朗克常数h可以作为量子力学发展阶段的标志。许多物理学家正是从这些常数出发去探求整个自然界的和谐与统一。

3．对称之美。对称在艺术、生物、数学、物理等学科中有不同的表现形式。对称性会带来平衡、稳定，因而感受到一种合乎规律的愉悦。所以，对称性是美的事物的表现形式之一。在物理教学中接触到的对称性是非常普遍的。平面镜成像，物体和它的像对称；在电学中，电场和磁场对称；光的波粒二象性理论，波和粒子对称，微观粒子和它的反粒子对称；在竖直上抛物体运动中，上升和下落运动对称；作用力和反作用力互相对称等等。这些物理现象和理论的对称性，充满美的色彩，给人以启迪，给人以快乐，体现了自然规律的一种内在美。对称在物理学的发展中起了重要作用。古希腊的人对于对称很重视。他们觉得世界的一切规律都是从对称来的。爱因斯坦对于对称也很注意。当德布罗意提出物质波理论时，爱因斯坦根据波的波粒二象性认为物质微粒也有二象性，因而立即对这种理论投了赞成票，促进了物质波理论的发展。法拉第从电场和磁场的对称性出发，认识到既然电流有磁场，与之对称，磁也能产生电，从而发现了电磁感应现象。狄拉克在提出著名的空穴理论后，根据对称性的考虑，从理论上预言了电子的反粒子——正电子的存在。

4．守恒之美。中学物理中的守恒定律有动量守恒、机械能守恒、能的转化和守恒定律、质量守恒、电荷守恒。这些守恒定律说明了自然界的各种现象是无限循环的，从而显示出自然界的和谐与统一。守恒定律这条线索，可以从纷繁复杂的自然现象中洞悉自然的内在美，即显示出一种守恒。能的转化和守恒定律，恩格斯称为“伟大的运动基本定律”，认为是十九世纪自然科学的三大发现之一。从力学的发展开始，伽利略在他的斜塔落体实验中观察到，从高处下落的物体，在最低处获得的速度有可能使它跳回到原来的高度。笛卡尔则提出宇宙中运动动量守恒。惠更斯在弹性碰撞的研究中发现动能是守恒的。十九世纪由于力学、电磁学、生物学、化学的发展及蒸汽机的改进，使物理学家感到自然界存在一种统一的“力”，从而创立了“能”的概念。在这过程中，迈尔、焦耳、赫姆霍茨从不同的方面，用各自的方式提出了能的转化和守恒定律。这一定律的发现，使各种形式的能都统一起来，朦胧的大自然被组合成一幅能量统一的图案，显得清楚明了，简单易懂。

5．人生之美。科学史上的一些科学家献身科学的精神，体现了一种光辉的人生美。法拉第是最伟大的科学家之一。他成名之后，世界各国赠给他的各种学位头衔达九十四个之多，但他却把所有荣誉和奖章都收藏起来，连最亲近的朋友都从未见过。当有些人问他喜欢不喜欢这些荣誉，他说：“我从来没有为追求这些荣誉而工作。”他完全可以要求死后安葬在威斯敏特大教堂中和伟大的牛顿安葬在一起，但他没有这样做。他死后安葬在海洛特公墓，墓碑上按他的要求只刻着他的姓名及生卒年月。德国科学家伦琴在发现X光射线后，当柏林通用电气协会建议以高价换取他的新发现的专利权时，他坚持拒绝了这项建议。伦琴得到的诺贝尔奖金也遵照他的遗嘱，赠送给他任教的维尔次堡大学，而他自己晚年由于通货膨胀则过着很艰难的生活。

总之，物理学并不只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，尤其是在新课程全面实施的今天，把物理学中这些美。呈现给我们的学生，启发学生用心智去体验，使他们充分感受到物理学的美，从而激发他们的学习兴趣，促使他们学好物理。同时，引导学生积极主动地去探索自然界的奥秘，使他们在探索中领会许多事物的本质与联系，感受到知难而进，解疑释惑，获得新知识的愉快，从而培养学生的审美能力和健康的人格，促进社会的和谐发展。