初中物理教學(xué)中滲透科學(xué)美的實(shí)踐探索

摘要：物理學(xué)科之美主要體現(xiàn)其科學(xué)美，這其中的科學(xué)美主要包括簡(jiǎn)潔美、對(duì)稱美和和諧美三方面。近年來(lái)，國(guó)家越來(lái)越重視美育教學(xué)，也進(jìn)行了很多美育在各學(xué)科中的滲透的嘗試與研究。作為一名物理教師，在教學(xué)中進(jìn)行科學(xué)美的滲透是教學(xué)目標(biāo)的重要部分，可以嘗試從物理學(xué)中的簡(jiǎn)潔美、對(duì)稱美和和諧美三方面進(jìn)行美育的滲透。

關(guān)鍵詞：中學(xué)物理教學(xué);科學(xué)美;實(shí)踐探索

物理學(xué)作為一門自然學(xué)科，是以探索自然界中的奧秘和規(guī)律為主要任務(wù)的學(xué)科，在探索自然界的過(guò)程中也伴隨著發(fā)現(xiàn)美和創(chuàng)造美的過(guò)程。物理學(xué)科之美主要體現(xiàn)為其科學(xué)美的特點(diǎn)，這其中的科學(xué)美主要包括簡(jiǎn)潔美、對(duì)稱美和和諧美三方面。

近年來(lái)，國(guó)家越來(lái)越重視美育教學(xué)，也進(jìn)行了很多美育在各學(xué)科中滲透的嘗試與研究。在物理教學(xué)中進(jìn)行科學(xué)美的滲透是對(duì)學(xué)生進(jìn)行美育的重要內(nèi)容，教師可以從簡(jiǎn)潔美、對(duì)稱美和和諧美三方面進(jìn)行科學(xué)美的滲透。

一、展示物理學(xué)中的簡(jiǎn)潔美

物理學(xué)的一個(gè)突出特點(diǎn)就是體現(xiàn)了自然規(guī)律中的簡(jiǎn)潔性，它以簡(jiǎn)單明了的形式呈現(xiàn)其物理之美。大到宏觀的宇宙，小到微觀的粒子，物理學(xué)旨在從錯(cuò)綜復(fù)雜的自然界中探索出簡(jiǎn)潔的規(guī)律來(lái)揭示自然界的奧秘，從千變?nèi)f化的物理現(xiàn)象中抽象出事物本質(zhì)的，樸素的規(guī)律，從而更好地指導(dǎo)人類的生產(chǎn)活動(dòng)。物理學(xué)蘊(yùn)含的簡(jiǎn)潔美包括理論體系的簡(jiǎn)潔美、過(guò)程分析的簡(jiǎn)潔美等方面。在物理教學(xué)中，教師可以向?qū)W生展示這些方面的簡(jiǎn)潔美。

例如，在力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系這部份內(nèi)容中，物體在不受外力作用的時(shí)候，總是保持靜止和勻速直線運(yùn)動(dòng)這兩種最簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)形式，力與運(yùn)動(dòng)分析體現(xiàn)了一定的簡(jiǎn)潔性;因?yàn)榈厍蛞Φ淖饔?，水流只能由高到低運(yùn)動(dòng);同樣的道理，電流也只能從高到低運(yùn)動(dòng)，整個(gè)電學(xué)體系也呈現(xiàn)了簡(jiǎn)潔性;宏觀上物體的運(yùn)動(dòng)都可以用牛頓第二定律F=ma這一個(gè)簡(jiǎn)便的公式來(lái)概括;在宏觀和微觀的聯(lián)系上，可以運(yùn)用愛因斯坦的質(zhì)能方程E=mc2 來(lái)概括……這些都體現(xiàn)了物理學(xué)在理論體系中的簡(jiǎn)潔美。

在物理問(wèn)題的分析過(guò)程中，也處處體現(xiàn)了其簡(jiǎn)潔美的特點(diǎn)。例如，在分析自由落體運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，我們經(jīng)常是忽略摩擦力的作用，把自由落體運(yùn)動(dòng)看做勻加速直線運(yùn)動(dòng);在受力分析的時(shí)候，我們經(jīng)常會(huì)用到質(zhì)點(diǎn)這個(gè)概念，忽略物體的質(zhì)量在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的影響。這些分析過(guò)程都體現(xiàn)了化繁為簡(jiǎn)的思想，體現(xiàn)了分析過(guò)程中的簡(jiǎn)潔美。

例如，我們可以以質(zhì)點(diǎn)的教學(xué)片段為例，來(lái)探索物理教學(xué)中簡(jiǎn)潔美的滲透。

教師視頻展示一些運(yùn)動(dòng)：火車緩緩的駛離站臺(tái)，滑雪運(yùn)動(dòng)員從山頂飛下，潛艇在水下下沉，足球在草坪上飛滾，讓學(xué)生討論它們的運(yùn)動(dòng)過(guò)程和它們各個(gè)部分的運(yùn)動(dòng)情況。學(xué)生討論物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程相對(duì)容易，但是探討物體各個(gè)部分的運(yùn)動(dòng)情況卻比較復(fù)雜，很難用語(yǔ)言詳細(xì)，準(zhǔn)確地表達(dá)出來(lái)。這時(shí)，教師提出問(wèn)題：“為什么物體各部分的運(yùn)動(dòng)情況難以表達(dá)？”學(xué)生通過(guò)討論分析得出結(jié)論：要詳細(xì)描述物體的運(yùn)動(dòng)情況困難就在于物體有自己的形狀和大小。教師相機(jī)引導(dǎo)：“是不是研究所有的物體都要分析物體的形狀和大??？例如，研究地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的周期時(shí)，地球的形狀和大小;火車從北京到上海全程所用時(shí)間，火車的形狀和大小?！睂W(xué)生通過(guò)討論得出結(jié)論：在以上研究中，物體的形狀和大小對(duì)于物體的運(yùn)動(dòng)情況沒(méi)有影響。

教師總結(jié)：有些情況下，可以不用考慮物體的大小和形狀，但是質(zhì)量是忽略不了的，物理學(xué)中把它簡(jiǎn)化為一個(gè)有質(zhì)量的點(diǎn)，叫做質(zhì)點(diǎn)。但要強(qiáng)調(diào)的是，物體的質(zhì)量是不可忽略的。質(zhì)點(diǎn)是物理分析過(guò)程中的一個(gè)理想化模型，它并不是實(shí)際存在的。質(zhì)點(diǎn)這一概念的提出使復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化，體現(xiàn)了物理學(xué)分析過(guò)程中的簡(jiǎn)潔美。

以上關(guān)于質(zhì)點(diǎn)的教學(xué)片段屬于物理概念的教學(xué)，它是物理教學(xué)中的重要組成部分，很多物理概念的教學(xué)都體現(xiàn)著簡(jiǎn)潔美這一特點(diǎn)。因此，在物理概念的教學(xué)中，教師要關(guān)注簡(jiǎn)潔美的滲透。質(zhì)點(diǎn)這一概念，不僅是概念本身體現(xiàn)出了簡(jiǎn)潔美，質(zhì)點(diǎn)這個(gè)模型的提出也體現(xiàn)了簡(jiǎn)潔美，同樣也體現(xiàn)出了物理問(wèn)題研究過(guò)程中的簡(jiǎn)潔美，教師要讓學(xué)生體會(huì)到這種美。

二、體現(xiàn)物理學(xué)中的對(duì)稱美

生活中我們對(duì)“對(duì)稱”這個(gè)詞并不陌生，在圖形和建筑中會(huì)發(fā)現(xiàn)很多對(duì)稱的事物，每當(dāng)看到這些事物時(shí)總會(huì)給人以賞心悅目的感覺(jué)。同樣，在物理學(xué)中對(duì)稱現(xiàn)象也很普遍，這主要包括物理概念的對(duì)稱、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的對(duì)稱和物理規(guī)律的對(duì)稱等，在這些對(duì)稱性中我們能夠感受到物理學(xué)所呈現(xiàn)出來(lái)的對(duì)稱美。物理學(xué)中有很多概念都體現(xiàn)著對(duì)稱美的特點(diǎn)，比如，直線運(yùn)動(dòng)和曲線運(yùn)動(dòng)，正電荷和負(fù)電荷，磁鐵的南極和北極，運(yùn)動(dòng)和靜止等。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中也有很多體現(xiàn)對(duì)稱美的例子，如物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，書桌上拋運(yùn)動(dòng)的上升和回落過(guò)程，物體沿光滑斜面上滑和下滑過(guò)程，簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)過(guò)程，天體周期性運(yùn)動(dòng)過(guò)程，帶點(diǎn)粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，條形磁鐵周圍的磁場(chǎng)分布，通電導(dǎo)學(xué)周圍的磁場(chǎng)分布，等量電荷在空間形成的電場(chǎng)分布，等等。此外，單擺的周期性，作用力和反作用力，庫(kù)倫定律和萬(wàn)有引力定律等也體現(xiàn)了物理規(guī)律的對(duì)稱美。

下面以“平面鏡成像”的教學(xué)為例，談一談對(duì)稱美在物理教學(xué)中的滲透。

教師先展示一張湖面上石拱橋倒影的圖片，讓學(xué)生在直觀感受平面鏡成像的同時(shí)感受物理學(xué)的對(duì)稱美。然后，布置學(xué)生活動(dòng)：請(qǐng)用準(zhǔn)備好的小平面鏡觀察自己的臉，并回答三個(gè)問(wèn)題：你在平面鏡中成的像在什么地方？平面鏡到人臉距離發(fā)生變化時(shí)，鏡中臉的大小是否有變化？當(dāng)你改變與平面鏡的距離時(shí)，像到鏡面的距離是否有變化？

學(xué)生通過(guò)體會(huì)，感受到了物理規(guī)律的對(duì)稱美，說(shuō)出了看到的現(xiàn)象并提出問(wèn)題：平面鏡成像有什么特點(diǎn)？教師則將問(wèn)題引申：平面鏡中的自己（像）和鏡前的自己（物體）大小有什么關(guān)系？平面鏡中的自己（像）到平面鏡的距離和鏡前的自己（物體）到平面鏡的距離有什么關(guān)系？使學(xué)生在感受對(duì)稱美的基礎(chǔ)上還有繼續(xù)探究的興趣。通過(guò)猜想和假設(shè)，學(xué)生會(huì)想到：平面鏡中的自己（像）和鏡前的自己（物體）大小可能相等;平面鏡中的自己（像）到平面鏡的距離和鏡前的自己（物體）到平面鏡的距離可能相等。這時(shí)，教師就可以組織學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證假設(shè)。

學(xué)生通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，得出了如下的結(jié)論：平面鏡成虛像，像與物體大小相等，像與物體到鏡面的距離相等，像與物體的連線與鏡面垂直。這時(shí)，教師可以點(diǎn)評(píng)：“通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們得出了平面鏡的成像特點(diǎn)。平面鏡的成像特點(diǎn)也體現(xiàn)了物理學(xué)的對(duì)稱美，可見物理學(xué)中的對(duì)稱美處處存在。生活中還有很多可以體現(xiàn)對(duì)稱美的物理規(guī)律值得大家去探索和發(fā)現(xiàn)。”

在探究平面鏡成像規(guī)律的教學(xué)中，教師先讓學(xué)生感受了物理學(xué)中的對(duì)稱美，在感受對(duì)稱美的基礎(chǔ)上學(xué)生產(chǎn)生了探究物理規(guī)律的興趣，在教師不斷地啟發(fā)和引導(dǎo)下，學(xué)生探究出了體現(xiàn)對(duì)稱美的物理規(guī)律。在整個(gè)探究過(guò)程中，教師一直在通過(guò)各種方式讓學(xué)生感受物理學(xué)所體現(xiàn)的對(duì)稱美。這樣，學(xué)生就能感受到物理學(xué)所蘊(yùn)含的科學(xué)美，進(jìn)而激發(fā)出學(xué)習(xí)物理的興趣和對(duì)于科學(xué)美的向往與追求。

三、感受物理學(xué)中的和諧美

和諧是對(duì)立事物之間在一定的條件下，具體、動(dòng)態(tài)、相對(duì)、辯證的統(tǒng)一，是不同事物之間相同相成、相輔相成、相反相成、互助合作、互利互惠、互促互補(bǔ)、共同發(fā)展的關(guān)系。紛繁復(fù)雜的物質(zhì)世界到處都體現(xiàn)著和諧性，而和諧性本身就是一種美，在物理學(xué)中也普遍存在著這種美。物理學(xué)中的和諧美豐富多彩，主要包括自洽的和諧美、對(duì)應(yīng)的和諧美等形式。

物理學(xué)中自洽的和諧美主要體現(xiàn)在各分支理論之間的自洽性上。例如，在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析上，自由落體運(yùn)動(dòng)、豎直上拋運(yùn)動(dòng)、自由落體運(yùn)動(dòng)都可以統(tǒng)一于公式S=v0t+at2中。這個(gè)公式統(tǒng)一討論了路程問(wèn)題。再如，內(nèi)燃機(jī)的原理、平面鏡成像規(guī)律、光的波粒二象性，等等，都反映了各個(gè)現(xiàn)象之間自洽的和諧美。

物理學(xué)中對(duì)應(yīng)的和諧美主要體現(xiàn)在不同物理規(guī)律、理論之間的對(duì)應(yīng)性上。很多物理量、物理規(guī)律之間都體現(xiàn)著對(duì)應(yīng)的和諧美。例如，動(dòng)能和動(dòng)量與動(dòng)能定律和動(dòng)量定律之間，勢(shì)能與電勢(shì)能等物理概念和規(guī)律都體現(xiàn)了對(duì)應(yīng)的和諧美。再如，愛因斯坦定律相對(duì)論的發(fā)現(xiàn)并不是否認(rèn)傳統(tǒng)力學(xué)的錯(cuò)誤，而是把牛頓力學(xué)放在物體速度遠(yuǎn)小于光速的情況下來(lái)分析和討論。

在物理課堂教學(xué)中，教師可以利用物理規(guī)律的和諧美來(lái)進(jìn)行教學(xué)。例如，可以對(duì)比重力勢(shì)能和電勢(shì)能兩個(gè)物理概念進(jìn)行教學(xué)。（如表1）

通過(guò)對(duì)比重力勢(shì)能和電勢(shì)能這兩個(gè)概念，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)概念雖然分屬于力學(xué)和電學(xué)兩個(gè)物理分支，但卻有許多相似之處。學(xué)生第一次接觸電學(xué)知識(shí)，可以通過(guò)類比法進(jìn)行兩個(gè)概念的教學(xué)，在重力勢(shì)能的基礎(chǔ)上研究電勢(shì)能。這樣既降低了學(xué)習(xí)難度，又有助于新知識(shí)的學(xué)習(xí)。同時(shí)，學(xué)生在感受物理和諧美的過(guò)程中，提高了學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

在中學(xué)物理教學(xué)中滲透美育，從物理學(xué)科本身來(lái)說(shuō)，既有助于降低物理學(xué)科的學(xué)科難度，又有助于物理教學(xué)適應(yīng)當(dāng)今的素質(zhì)教育改革;從培養(yǎng)學(xué)生的作用上來(lái)看，既有助于學(xué)生審美情操的培養(yǎng)和審美能力的提高，又有助于對(duì)于學(xué)生思辨能力和創(chuàng)造力的培養(yǎng)。

教師要在物理教學(xué)中滲透科學(xué)美，使學(xué)生能夠真正認(rèn)識(shí)到物理學(xué)中蘊(yùn)含的簡(jiǎn)潔美、對(duì)稱美和和諧美。學(xué)生把復(fù)雜、抽象的概念、規(guī)律同生動(dòng)、具體的形象聯(lián)系起來(lái)， 就會(huì)使物理教學(xué)成為一種既和諧愉快，又引人入勝的藝術(shù)活動(dòng)，從使物理教學(xué)過(guò)程成為享受美的過(guò)程。

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（責(zé)任編輯：楊強(qiáng)）