物理学形式美及教学研究论文

时间：2021-08-31

　　物质世界的客观存在是真与美的和谐统一，物理学家通常也是通过发现物质世界的美来证实事实、总结规律．然而，在实际的物理教学中，教师往往忽略了物理学科的形式美，只是一味的向学生灌输教材上的物理知识，从而导致学生因难以体会物理学中美的愉悦而将物理知识的学习当成是一项索然无味的学习任务．鉴此情况，本文以物理学中的形式美为切入点，并重点论述了如何将其渗透至实际的物理教学活动中，旨在为后续的高中物理教学工作提供参考依据．

　　一、结合历史，发掘人文美

　　近代物理发展至今，经过了一个漫长的发展过程，在这一过程中，无数热爱物理的科学家们穷尽自己一生的精力与才华不断地探知、论证全新的物理领域，而正是由于他们对于物理的执着追求，才真正造就了我们现在所清晰存在的世界．由此可见，物理学科浓重的人文精神不应被认知领域的物理定律而掩盖．在教师的教学过程中，有选择性地穿插一些物理学史，会让略显乏味的物理课堂鲜活起来，让学生能够充分领略物理学家们对于物质世界清晰认识的执着追求．教师在教授物理知识时，可以为学生讲述自由落体理论的发展过程，从而进一步帮助学生树立物理物理辨证观．例如，教师在教授“自由落体运动”一课时可以先为学生介绍自由落体运动定律的发展历史．落体理论最早是由古希腊物理学家亚里士多德提出，他认为物体从高空坠落的速度应与物体本省的重力势能成正比，而这一理论在当时也被冠以真理而沿用．直到16世纪，伽利略对这一观点提出了异议，并进而假定:如果将两个物体所受到的空气阻力忽略不计，那么这两个质量不同的物体将以同样的速度下落，并同时到达地面．为了论证这一观点，伽利略与众多拥护亚里士多德理论的学者共同来到比萨斜塔，将一个重100磅与一个重1磅的铁球同时从塔顶抛下，而试验的结果使得在场观看的人们目瞪口呆，两个铁球出人意料地几乎是平行地一齐落到地上，这就是著名的“比萨斜塔试验”，也是推翻了沿用近两千年的落体运动重要事实依据．

　　二、认识规律，启蒙对称美

　　物理学科事实上就是一门解释物质存在、构成、运动及其转化规律的一门科学．对于接触物理较多的人群而言，他们对物理现象进行研究时，时常会沉浸在具有规律性变化特征的物理美学上．物理现象本身所具有的规律对称性而产生的艺术美通常被称为物理学的对称之美，而学生若想感受到这种美，就必须先对物理规律形成一个初步的认识．而在对科学规律的认识过程中，物质内部的对称性也能在一定程度上反映出物质的规律．所以，物理对称美的研究往往还能进一步推动物理科学的发展．在研究物理对称美这一科学发展史上，毕达哥拉斯是最早提出对称性这一物理审美标准，他认为，在所有的对称图形中，圆是最美的，圆点与圆周之间呈现出来的是绝对对称、绝对和谐的状态．而他这一理论也一直影响者后续物理科学的发展．因此，教师在学生的学习过程中，更应善于引导学生发现物理知识中所客观存在的对称美．例如，教师在教学“电荷的电场线分布”这一知识点时，教师就可以利用各种电荷的电场线之间的对称规律来为学生详细讲解点电荷、同种电荷以及异种电荷之间的电场线分布情况．如此一来，原本枯燥乏味的理论现象就会转化为学生感受物理对称美的真实体验．同时，磁体中磁感线的分布规律与平面镜的成像规律相似的物质空间对称性的特点也应该被教师深切融入至实际物理课程的内容讲解中，帮助学生将原本抽象的物理知识转化为形象的图像记忆．

　　三、概括经验，透视简洁美

　　从本质上说，物理的简洁美主要是来自于自然界的基本发展规律，而对于自然界本身所具有的规律特性又具有相对简洁的美感．物理学科的简单性也只要是以简洁美的主要形式体现，物理科学家们正是通过将复杂的事物进行一一分解，并根据以往对于自然界规律探索的经验而总结出崭新的物理理想模型，最后再借助这些构想出来的模型去形象的理解客观存在的物质世界．爱因斯坦认为，物理工作就是要先尽可能的从假说或设想出发，并将所有设想运用逻辑思维进行论证，最后再根据以存在的经验事实，概括总结出更为简洁的物质物理特性．例如，宇宙间所存在的作用力可以大致分为如下三种:强作用力、弱电作用力以及万有引力，牛顿运动定律将宏观低速条件下的各种机械运动规律归结为一个简单有序的.集合;麦克斯韦方程组的提出则将复杂的电磁规律以简洁的形式加以概括;量子力学理论则更是将抽象、微观的例子运动以更加清晰、明了的形式出现在人们面前．在教师的实际教学过程中，对于物理科学的整体简洁美决不可一掠带过，这是由于物理的简洁美不仅是建立在众多物理科学的探究经验之上，更是因为当学生对物理的简洁美的理解能更为深刻时，学生对于物理理论概念与相关物理规律的掌握就会变得更加便捷．例如，“温度是决定一系统是否与其它系统处于热平衡的物理量”、“力是一物体对另一物体的作用，它使受力物体改变运动状态”，这些物理概念以准确、简洁、的语言表达了物理科学的本质．此外，物理规律的表达也是在科学、准确的基础上力求达到简洁的美化目的，如开普勒在哥白尼的天文体系的基础上以“恒量=Ｒ3/T2”这一简明形式总结出了众星绕日的运动规律，从而使得繁星浩瀚的太空图景清晰地呈现在人们眼前．

　　四、客观辨证，展现理性美

　　物理科学世界是千姿百态的，但作为物理科学论证的强大支撑，对物理科学的客观辨证看待与理性认识才是物理知识学习的根本所在．与其他学科相比，物理学科更重视以实验来论证并检验观点，同时，在进行论证实验时，物理所展现出来的理性美更是物理世界科学性与和谐性的真实体现．作为客观事物存在并反映出的物质世界科学，物理学理论更多的是强调各种事物中所客观存在的差异与矛盾统一，而要找出这种差异与矛盾，所依靠的恰恰是物理的理性之美．因此，在进行理论知识的教学基础上，组织学生投身于物理科学实验是高中阶段物理知识系统结构的重要组成部分．而只有学生在试验中达到对物理知识的理性认识，才进一步将物理学中的形式美渗透到物理教学过程中．例如，在教授学生“曲线运动”这一课程时，教师可以先让学生自己运用控制变量法:将大小不同的球从不同的高度向下抛，分别记录小球不同的水平平移距离，观察其试验结果的不同变化，并指导学生分析小球的下落时间与水平位移距离及下落高度之间的关系．在帮助学生确立了与试验结果有关的试验因素变化后，再指导学生将“S=vt，h=gt2/2”这两个公式应用于试验设计，当得出试验结果后，在运用反推法以试验结果论证相关的试验条件．这样一来，物理知识点的应用就会在学生的实验过程中直接被进一步强化，而物理科学的理性美也能展现得淋漓尽致．物理科学是一门集人文美、形式美与对称美于一体的课程，在物理课程的教学过程中，教师对于物理知识的讲解不能停留在表面的认知领域，而应该将其本身所具有的形式美渗透至学生的学习过程中，尽可能给学生带来美的感受，充分发挥物理科学的独特魅力．总而言之，在物理教学中以美启真，陶冶学生的思想情操，激发学生的创造性思维，达到提升其物理综合能力的目的．

　　参考文献:

　　［1］黄莉鸿．物理教学用物理学史展示物理学美的价值［J］．资治文摘:管理版，2009(08)．

　　［2］陆朝华，蓝海江．物理学之美探讨［J］．才智，2010(22)．

　　［3］潘岳，李林洋，卢晓波．谈物理学的统一美［J］．知识经济，2011(13)．

　　［4］祝风，李凌．物理学中的美和物理教学中的美育［J］．松辽学刊:自然科学版，1994(02)．

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