物理教学渗透学科美

黄起樽

摘 要：科学求真，人文求善，教育应是真、善、美的统一。物理是一门以实验和观察为基础的自然科学，物理教学应该向学生传递美、展现美，让学生感受美、体验美、创造美，并从物理学家身上潜移默化实现自我人生价值的人生美。

关键词：物理教学；渗透；美

苏霍姆林斯基曾指出：“教育和教学过程有三个步骤：科学、技巧和艺术。”要获得优秀的教学效果，达到全面育人的教学目的，就必须在追求物理教学科学性的基础上，还要讲究物理教学的艺术性，使学生感受物理学科之美，塑造物理科学与人文高度统一的健全人格。“判天地之美，析万物之理。”如何将物理之美渗透于教学中，本文将结合自身教学体会加以诠释。

一、创设物理情境，传递自然美

自然界纷繁复杂，物理世界丰富多彩、奇异变幻，蕴含无限美的图景。

《磁场对运动电荷的作用》新课引入时，通过播放极光剪辑视频或极光图片，极光形态各异、瞬息万变，把学生带进神奇梦幻般的世界，激起学生对美的无限遐想，感叹自然界如此壮观，惊叹物理世界有如此之美，激发起学生对物理的不断渴求。

二、搭建物理知识结构，展现结构美

零散的知识既不利于理解、记忆，而且应用时容易混淆是非。倘若能引导学生将所学的知识进行再创造，构建出知识的结构网络，既可达成对知识的理解、梳理和记忆，而且能感受知识的结构美，同时内心油然而生搭建成功的愉悦心情。

《感应电流的方向》新课教学中对楞次定律的理解，可构建出如图1所示的结构图。

《电势能与电势差》复习时，由于涉及的物理概念较多，如电势、电势能、电势差、电场力做功、电势能的变化等，学生理解较模糊，容易混乱，因此引导学生进行梳理，形成如图2所示的结构图。

某次省高三备考复习研讨会，《电磁感应与能量综合》的复习观摩课上，授课教师在进行专题小结时展示了如图3所示的“眼操”结构图，于物理教学渗透人文关怀，其结构令人记忆犹新。

三、物理规律的表达，彰显简洁美

自然现象看似错综复杂，然而其背后隐藏的却是简单的物理规律。国际单位制中只要规定七个主单位，其余物理量的单位均能推导得出；也正因为1 N=1 kg·m/s2，牛顿第二定律的表达式由 “F=kma”转化成“F=ma”，规律显得如此简单。

四、物理过程的时间反演，揭示对称美

一个物理过程如果能逆向运动而不改变其运动特征，那么这一时间反演就揭示该物理过程具有对称性。它常常可使我们不必精确地去求解就可以获得一些知识，使物理过程得以简化，甚至使得某些颇难解的问题迎刃而解，体现物理过程对称美的魅力。

例1.竖直上抛运动的下降过程与上升互为可逆对称性，因此上升过程问题可转化为下降过程处理。例如，一物体以足够大的初速度做竖直上抛运动，在上升过程中最后1 s初的瞬时速度的大小和最后1 s内的位移大小分别为（ ）

A.10 m/s，10 m B.10 m/s，5 m

C.5 m/s，5 m D.由于不知道v0的大小，无法计算

点评：根据对称性，所求问题变成求解自由下落1 s末的速度大小和1 s内的位移大小，正确答案是B。

例2.如图4所示，半径为R的光滑半圆球固定在水平面上，球心为O，问在水平面上C点以多大的速度投射一颗小球，能使小球沿着半球面恰好到达顶点A处？并求出OC的距离。

点评：该题若能运用时间反演对称性，将使物理情景清晰易于解决。

设小球从顶点A静止开始沿球面下滑，到达B点即将离开球面，最后落在水平面上的C点（如图5所示）。

AB过程，有：mgR（1-cosθ）=■mv2B

到达B处，有：mg cosθ=m■

BC过程，有：SOC-Rsinθ=vBcosθ·tRcosθ=■gt2vcy=gt

联立上述各式，解得：SOC=■R，vc=■=■，tanα=■=■，此即为本题所求问题的答案。

水平弹簧振子（或单摆）做简谐运动时，其相对平衡位置左右两边是对称的，不必求解就可以知道，从中间平衡位置向左运动到某一位置的时间一定等于从平衡位置向右运动到对称位置的时间，而且平衡位置两边等距离处振子的速度和加速度的大小必定是相等的。在光的反射与折射现象中，光路具有可逆对称性。这一特征为某些物理问题的求解，提供了创意的思路。

五、物理规律的本质，具有和谐统一美

法拉第的实验记录：“长期以来我就持有一种观点，几乎是一种信仰，我相信其他许多爱好自然知识的人也会共同有的，就是物质的力表现出来时所具有的各种形态，都有一个共同的根源，或者换句话说，它们是相互直接联系的，也是相互依赖的。”世界包罗万象，物质的本源是和谐统一的。

牛顿将地面上的物体的重力与月地间、行星与太阳间的引力统一起来，创立了具有划时代意义的万有引力定律，从而使地球上力学与天上的力学得到和谐统一。

功是能量转化的量度。不同形式能量的转化过程相伴随不同力在做功，而且转化多少由相应力的功来度量；对不同形式势能（如重力势能、弹性势能、电势能、分子势能等）转化的多少，由相应的保守力做功的多少所决定，而且当保守力做正功时，其势能减少，当保守力做负功时，其势能必增加。

六、物理试题的演变，体现奇异美

信息时代物理习题成千上万，有些物理问题变化复杂，形变质不变，万变不离其宗，这就是奇异美。

例3.如图6所示，在光滑的水平面上，一轻质弹簧一端连着物体A，物体B以水平速度为v0向左运动，已知A的质量是B的质量的■，求当弹簧的弹性势能最大时两物体的速度分别多大？

例4.如图7所示，相距较远的两个带正电荷的小球A和B，质量分别为m、2m，在光滑水平面上以相同的速率v相向运动，求系统电势能最大时两小球的速度分别多大？

例5.科学家们使两个带正电的重离子被加速后沿同一条直线相向运动而发生猛烈碰撞，试图用此模拟宇宙大爆炸初的情境。为了使碰撞前的动能尽可能多地转化为内能，关键是设法使这两个重离子在碰撞前的瞬间具有（ ）

A.相同的速率 B.相同大小的动量

C.相同的动能 D.相同的质量

点评：上述三道试题虽然物理背景不同，过程的作用力也不同，但其发生的过程均类似于完全非弹性碰撞，末状态两物体具有相同的速度，系统损失的动能达最大，转化为其他形式的能也最大，真可谓“异曲同工”。答案：分别为■v0，■v，B。

七、物理学家的研究历程，感召人生美

在科学史上，无数科学家一生对真理执着追求，献身科学，通过科学发明、发现来体现其人生的价值，其人生之美壮丽庄严，令后人钦佩。

法拉第十年坚持不懈艰难的探索，终于发现了电磁感应现象，成为19世纪最伟大的发现。法拉第的贡献惠及每个人，把人类文明提高到空前高度，把文明进程提前几十年甚至几百年。他甘愿以平民的身份实现献身科学的诺言，成就了其伟大而又平凡的人生。

法国著名波兰裔物理学家居里夫人以钢铁般的意志和对科学的真诚热爱，历经45个月，从数吨铀矿渣中提炼出十分之一极纯净的氯化镭，并公布制镭的方法，践行自己“科学造福人类”的人生追求，展现了科学家的人生美。

理想的教学应是愉快的“教”与“学”，“寓教于乐”。不讲究教学艺术，不注意发掘教学活动中的美学因素，教学就有可能蜕化为一种工具式的纯技术性的工作，一种程式化的工作，缺乏个性、创造力和感染力，达不到教学应有的目的。对美的追求，可以启迪智慧，启发思维，引导人们去发现规律，认识世界。

参考文献：

菖廷华，许自强.美学与美育[M].北京：高等教育出版社，2000.

编辑 韩 晓