物理學(xué)形式美及教學(xué)研究論文
物質(zhì)世界的客觀(guān)存在是真與美的和諧統一，物理學(xué)家通常也是通過(guò)發(fā)現物質(zhì)世界的美來(lái)證實(shí)事實(shí)、總結規律．然而，在實(shí)際的物理教學(xué)中，教師往往忽略了物理學(xué)科的形式美，只是一味的向學(xué)生灌輸教材上的物理知識，從而導致學(xué)生因難以體會(huì )物理學(xué)中美的愉悅而將物理知識的學(xué)習當成是一項索然無(wú)味的學(xué)習任務(wù)．鑒此情況，本文以物理學(xué)中的形式美為切入點(diǎn)，并重點(diǎn)論述了如何將其滲透至實(shí)際的物理教學(xué)活動(dòng)中，旨在為后續的高中物理教學(xué)工作提供參考依據．
一、結合歷史，發(fā)掘人文美
近代物理發(fā)展至今，經(jīng)過(guò)了一個(gè)漫長(cháng)的發(fā)展過(guò)程，在這一過(guò)程中，無(wú)數熱愛(ài)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著(zhù)追求，才真正造就了我們現在所清晰存在的世界．由此可見(jiàn)，物理學(xué)科濃重的人文精神不應被認知領(lǐng)域的物理定律而掩蓋．在教師的教學(xué)過(guò)程中，有選擇性地穿插一些物理學(xué)史，會(huì )讓略顯乏味的物理課堂鮮活起來(lái)，讓學(xué)生能夠充分領(lǐng)略物理學(xué)家們對于物質(zhì)世界清晰認識的執著(zhù)追求．教師在教授物理知識時(shí)，可以為學(xué)生講述自由落體理論的發(fā)展過(guò)程，從而進(jìn)一步幫助學(xué)生樹(shù)立物理物理辨證觀(guān)．例如，教師在教授“自由落體運動(dòng)”一課時(shí)可以先為學(xué)生介紹自由落體運動(dòng)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與物體本省的重力勢能成正比，而這一理論在當時(shí)也被冠以真理而沿用．直到16世紀，伽利略對這一觀(guān)點(diǎn)提出了異議，并進(jìn)而假定:如果將兩個(gè)物體所受到的空氣阻力忽略不計，那么這兩個(gè)質(zhì)量不同的物體將以同樣的速度下落，并同時(shí)到達地面．為了論證這一觀(guān)點(diǎn)，伽利略與眾多擁護亞里士多德理論的學(xué)者共同來(lái)到比薩斜塔，將一個(gè)重100磅與一個(gè)重1磅的鐵球同時(shí)從塔頂拋下，而試驗的結果使得在場(chǎng)觀(guān)看的人們目瞪口呆，兩個(gè)鐵球出人意料地幾乎是平行地一齊落到地上，這就是著(zhù)名的“比薩斜塔試驗”，也是推翻了沿用近兩千年的落體運動(dòng)重要事實(shí)依據．
二、認識規律，啟蒙對稱(chēng)美
物理學(xué)科事實(shí)上就是一門(mén)解釋物質(zhì)存在、構成、運動(dòng)及其轉化規律的一門(mén)科學(xué)．對于接觸物理較多的人群而言，他們對物理現象進(jìn)行研究時(shí)，時(shí)常會(huì )沉浸在具有規律性變化特征的物理美學(xué)上．物理現象本身所具有的規律對稱(chēng)性而產(chǎn)生的藝術(shù)美通常被稱(chēng)為物理學(xué)的對稱(chēng)之美，而學(xué)生若想感受到這種美，就必須先對物理規律形成一個(gè)初步的認識．而在對科學(xué)規律的認識過(guò)程中，物質(zhì)內部的對稱(chēng)性也能在一定程度上反映出物質(zhì)的規律．所以，物理對稱(chēng)美的研究往往還能進(jìn)一步推動(dòng)物理科學(xué)的發(fā)展．在研究物理對稱(chēng)美這一科學(xué)發(fā)展史上，畢達哥拉斯是最早提出對稱(chēng)性這一物理審美標準，他認為，在所有的對稱(chēng)圖形中，圓是最美的，圓點(diǎn)與圓周之間呈現出來(lái)的是絕對對稱(chēng)、絕對和諧的狀態(tài)．而他這一理論也一直影響者后續物理科學(xué)的發(fā)展．因此，教師在學(xué)生的學(xué)習過(guò)程中，更應善于引導學(xué)生發(fā)現物理知識中所客觀(guān)存在的對稱(chēng)美．例如，教師在教學(xué)“電荷的電場(chǎng)線(xiàn)分布”這一知識點(diǎn)時(shí)，教師就可以利用各種電荷的電場(chǎng)線(xiàn)之間的對稱(chēng)規律來(lái)為學(xué)生詳細講解點(diǎn)電荷、同種電荷以及異種電荷之間的'電場(chǎng)線(xiàn)分布情況．如此一來(lái)，原本枯燥乏味的理論現象就會(huì )轉化為學(xué)生感受物理對稱(chēng)美的真實(shí)體驗．同時(shí)，磁體中磁感線(xiàn)的分布規律與平面鏡的成像規律相似的物質(zhì)空間對稱(chēng)性的特點(diǎn)也應該被教師深切融入至實(shí)際物理課程的內容講解中，幫助學(xué)生將原本抽象的物理知識轉化為形象的圖像記憶．
三、概括經(jīng)驗，透視簡(jiǎn)潔美
從本質(zhì)上說(shuō)，物理的簡(jiǎn)潔美主要是來(lái)自于自然界的基本發(fā)展規律，而對于自然界本身所具有的規律特性又具有相對簡(jiǎn)潔的美感．物理學(xué)科的簡(jiǎn)單性也只要是以簡(jiǎn)潔美的主要形式體現，物理科學(xué)家們正是通過(guò)將復雜的事物進(jìn)行一一分解，并根據以往對于自然界規律探索的經(jīng)驗而總結出嶄新的物理理想模型，最后再借助這些構想出來(lái)的模型去形象的理解客觀(guān)存在的物質(zhì)世界．愛(ài)因斯坦認為，物理工作就是要先盡可能的從假說(shuō)或設想出發(fā)，并將所有設想運用邏輯思維進(jìn)行論證，最后再根據以存在的經(jīng)驗事實(shí)，概括總結出更為簡(jiǎn)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(wàn)有引力，牛頓運動(dòng)定律將宏觀(guān)低速條件下的各種機械運動(dòng)規律歸結為一個(gè)簡(jiǎn)單有序的集合;麥克斯韋方程組的提出則將復雜的電磁規律以簡(jiǎn)潔的形式加以概括;量子力學(xué)理論則更是將抽象、微觀(guān)的例子運動(dòng)以更加清晰、明了的形式出現在人們面前．在教師的實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，對于物理科學(xué)的整體簡(jiǎn)潔美決不可一掠帶過(guò)，這是由于物理的簡(jiǎn)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(jiǎn)潔美的理解能更為深刻時(shí)，學(xué)生對于物理理論概念與相關(guān)物理規律的掌握就會(huì )變得更加便捷．例如，“溫度是決定一系統是否與其它系統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(dòng)狀態(tài)”，這些物理概念以準確、簡(jiǎn)潔、的語(yǔ)言表達了物理科學(xué)的本質(zhì)．此外，物理規律的表達也是在科學(xué)、準確的基礎上力求達到簡(jiǎn)潔的美化目的，如開(kāi)普勒在哥白尼的天文體系的基礎上以“恒量=Ｒ3/T2”這一簡(jiǎn)明形式總結出了眾星繞日的運動(dòng)規律，從而使得繁星浩瀚的太空圖景清晰地呈現在人們眼前．
四、客觀(guān)辨證，展現理性美
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(guān)辨證看待與理性認識才是物理知識學(xué)習的根本所在．與其他學(xué)科相比，物理學(xué)科更重視以實(shí)驗來(lái)論證并檢驗觀(guān)點(diǎn)，同時(shí)，在進(jìn)行論證實(shí)驗時(shí)，物理所展現出來(lái)的理性美更是物理世界科學(xué)性與和諧性的真實(shí)體現．作為客觀(guān)事物存在并反映出的物質(zhì)世界科學(xué)，物理學(xué)理論更多的是強調各種事物中所客觀(guān)存在的差異與矛盾統一，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(jìn)行理論知識的教學(xué)基礎上，組織學(xué)生投身于物理科學(xué)實(shí)驗是高中階段物理知識系統結構的重要組成部分．而只有學(xué)生在試驗中達到對物理知識的理性認識，才進(jìn)一步將物理學(xué)中的形式美滲透到物理教學(xué)過(guò)程中．例如，在教授學(xué)生“曲線(xiàn)運動(dòng)”這一課程時(shí)，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(guān)察其試驗結果的不同變化，并指導學(xué)生分析小球的下落時(shí)間與水平位移距離及下落高度之間的關(guān)系．在幫助學(xué)生確立了與試驗結果有關(guān)的試驗因素變化后，再指導學(xué)生將“S=vt，h=gt2/2”這兩個(gè)公式應用于試驗設計，當得出試驗結果后，在運用反推法以試驗結果論證相關(guān)的試驗條件．這樣一來(lái)，物理知識點(diǎn)的應用就會(huì )在學(xué)生的實(shí)驗過(guò)程中直接被進(jìn)一步強化，而物理科學(xué)的理性美也能展現得淋漓盡致．物理科學(xué)是一門(mén)集人文美、形式美與對稱(chēng)美于一體的課程，在物理課程的教學(xué)過(guò)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，而應該將其本身所具有的形式美滲透至學(xué)生的學(xué)習過(guò)程中，盡可能給學(xué)生帶來(lái)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．
參考文獻:
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