中學物理的美學內(nèi)涵.doc

1、中學物理的美學內(nèi)涵物理學是一門揭示物質(zhì)存在與運動規(guī)律的自然科學。它科學地揭示了自然規(guī)律，同時也展示了自然、人類與科學的藝術魅力。物理中有自然的美，也有科學和藝術的美。一、物理現(xiàn)象的自然美中學物理涉及力、聲、熱、光、電、磁和原子物理等內(nèi)容，物理現(xiàn)象千姿百態(tài)、美妙無窮。如星移斗轉(zhuǎn)、日夜交替、春秋輪回、物態(tài)互變等自然規(guī)律，因有序而美；光的反射與倒影、折射與海市蜃樓、色散與彩虹、日食和月食都有奇異的美。人類在研究和應用物理方面創(chuàng)造的輝煌成果，是美的精品。蒸汽機、發(fā)電機、激光器、電子對撞機的發(fā)明， 步步促進人類生產(chǎn)、 生活和高科技的發(fā)展；“阿波羅”登月成功， “嫦娥奔月”的傳說變成了現(xiàn)實美談， “神五神

2、六”暢游太空再次實現(xiàn)人類超載地球之夢； 眾多的航天器和衛(wèi)星正在全球通訊、 氣象觀測、國防和科研等方面建功立業(yè)；電磁技術、激光技術、能源開發(fā)技術突飛猛進；核電站、太陽能電站的相繼林立充分展示了物理前景無限美好。二、物理理論的科學美現(xiàn)代物理學家楊振寧教授說過：“科學中存在美，所有的科學家都有這樣的感覺”。物理學具有簡單、對稱、和諧與新奇方面的科學美感，是“審美者通過理解、想象、邏輯思維所體驗到的美。”1、簡單美愛因斯坦認為評價一個理論美不美的標準是原理上的簡單性。揭示自然規(guī)律，物理學具有高度概括性和簡明美麗的特點。 “寧可尋求簡單”是科學家研究物質(zhì)世界的邏輯和手段。 在范疇廣泛、 現(xiàn)象規(guī)律復雜的物

3、理領域中， 物理學家把龐大的物理空間縮小為“場”， 把紛繁各異的物質(zhì)稱為“粒子、 質(zhì)點”，借助文字和數(shù)學表述其內(nèi)在規(guī)律， 充分突出簡單美的觀點。 物理中的簡單美首先體現(xiàn)在文字簡練，如力的定義為“物體間的相互作用”， 光的本性為“波粒二象性”，言簡意駭。模型的觀點和數(shù)學公式的應用使這種簡單美幾乎到了極限。 如物理學家提出質(zhì)點、單擺、理想氣體和點電荷；勻速直線運動、自由落體運動、彈性碰撞等模型的觀點，再用公式定義物理量和表達物理規(guī)律，大大簡化了物理問題，簡潔準確。如速度、密度、電流強度等物理量分別用 v=s/t，=m/V ，=Q/t 公式定義，其它物理量也都有相應的表達式；牛頓第二定律、愛因斯坦的

4、質(zhì)能關系、歐姆定律、動量守恒定律的表達式分別是：F=ma， E=mc2，I=E/(R+r),p=0，等等。這些定義、定律科學地反映了物理運動的客觀規(guī)律， 而其中的數(shù)學語言科學準確、十分簡潔優(yōu)美。2、和諧美和諧是指由于相互之間恰到好處在整體上顯示出的協(xié)調(diào)， 它給人以統(tǒng)一、自洽、 對應的美感。科學理論、規(guī)律的簡單形式要與其深廣科學內(nèi)涵和諧統(tǒng)一才美。物理中的和諧美主要體現(xiàn)在物理理論形式與內(nèi)容的統(tǒng)一， 各個研究領域理論的協(xié)調(diào)以及物理與其他學科理論和諧方面。 牛頓力學被譽為科學美的典范， 主要歸功于牛頓定律形式簡單，內(nèi)涵豐富，和諧統(tǒng)一。例如有了“牛二定律”，小到雨滴、大到天體的萬物運動規(guī)律都被統(tǒng)一于“F

5、=ma”的簡單原理中去，它的美學價值就在于把宏觀運動統(tǒng)一了起來。愛因斯坦的質(zhì)能關系“ E=mc2”, 形式也十分的簡潔， 卻深刻地揭示了自然界微觀和宏觀無數(shù)質(zhì)能變化的規(guī)律， 集簡單與和諧美于一體。 和諧美還表現(xiàn)在各知識體系理論的協(xié)調(diào)性。 物理學知識體系龐大，它們遵循各自的內(nèi)在規(guī)律又互相聯(lián)系，構(gòu)成統(tǒng)一體。歷史上，人們對光的本性認識從牛頓的微粒說到惠更斯的機械波動， 從麥克斯韋的電磁波動到愛因斯坦的光子說，表面上看似乎沖突， 最終卻被電動力學所統(tǒng)一， 其對立的理論被有機地統(tǒng)一了起來，充分體現(xiàn)了物理世界的和諧美。無論是力學、光學、熱學、電磁學還是原子物理學都提到能量的轉(zhuǎn)化和利用問題。 自然界的一切現(xiàn)

6、象都因為能量而互相聯(lián)系，各個領域的物理理論也因能量關系達到最終的統(tǒng)一， 科學和世界構(gòu)成了和諧體。 物理現(xiàn)象不是孤立的， 物理理論和其他學科理論密切聯(lián)系， 通過質(zhì)量守恒和能量守恒統(tǒng)一起來，成為人類認識和改造世界的武器。3、對稱美對稱性給人的美感是“圓滿、均衡和協(xié)調(diào)”。人們這樣描述對稱性：若圖形通過某種操作（如時空坐標系的改變，尺度的放大和縮小）又回到它本身，則這樣的圖形具有對稱性。 對稱性的概念應用于物理， 研究對象不僅是圖形， 還有物理量和物理規(guī)律。 “對稱美”在物理中顯而易見。 從空間角度看， 原子的核式結(jié)構(gòu)、晶體的空間點陣、磁體的兩極是對稱的；物體的上升下落，圓周運動是對稱的；物體的平衡、

7、彈性形變、簡諧振動具有對稱性；平面鏡成像、光與波的反射、電磁場的力線分布更具有對稱美。從時間角度看，行星的公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)、理想單擺和簡諧振動、 波的傳播都具有時間周期性的對稱美。 對稱性的美學意境引起很多科學家的心馳神往， 從伽利略時代開始， 物理學家就把追求理論上的對稱性作為一種有效的研究手法，并取得了成功。例如牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力（ F=Gm1m2/r 2）和庫侖的靜電力（ F=kq1q2/r2）非常對稱；法拉弟受奧斯特“電生磁”現(xiàn)象的啟發(fā)之后發(fā)現(xiàn)了“磁生電”的現(xiàn)象， 進一步揭示了電磁聯(lián)系； 后人還發(fā)現(xiàn)電場和磁場在規(guī)律上有許多驚人的對稱關系。4、新奇美“新奇”也是物理美的特點。物理學發(fā)展到今天，無

8、論是理論方面還是實踐方面都是碩果累累， 新穎的發(fā)明創(chuàng)造和新奇的理論成果層出不窮。 象脈沖星、重輕子的發(fā)現(xiàn)；蒸汽機、激光器、電子對撞機的發(fā)明；牛頓力學理論、麥克斯韋電磁學理論、愛因斯坦相對論的創(chuàng)立等等都是體現(xiàn)新奇美的物理成就。 尤其是物理理論提出的是關于自然界的新知識， 具有獨創(chuàng)和新穎的特點， 這正是其審美價值的所在。 “新奇之所以被看作是科學美的重要特征， 因為它體現(xiàn)了科學理論發(fā)現(xiàn)中的藝術因素。 ”瀏覽牛頓著作， 我們可以體會到他的力學體系理論所包含的新奇和獨創(chuàng)魅力。 牛頓致力于探索宇宙系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、 萬物運動的規(guī)律。 他以驚人的開拓精神和獨特的思維方式建立了運動三大定律和萬有引力定律， 為人類

9、今天對宇宙的認識開辟了道路。偉大的愛因斯坦一生中創(chuàng)立了很多新奇的物理理論，其中“相對論”是新奇美的典范， 它富有獨創(chuàng)性， 開創(chuàng)了物理學的新紀元， 成為未來科學發(fā)展的理論基礎。三、物理學家的精神美物理理論的科學美具有很高的審美價值，而物理學家的精神美堪稱無價之寶。中學生無論是從哥白尼的故事、愛迪生的發(fā)明，或者法拉第的發(fā)電機、周光召的原子彈， 還是牛頓定律、 麥克斯韋方程與愛因斯坦理論都能領略到偉人美的風范?；仡櫸锢韺W的發(fā)展史， 可知這座輝煌的殿堂， 凝聚了多少人的智慧和心血。其中牛頓和愛因斯坦這兩位科學巨人， 永遠是中學“德育”和“美育”的典范。牛頓（ 16421727）：英國物理學家和數(shù)學家，是 17 世紀科學革命的頂峰人物，因發(fā)現(xiàn)力學三大定律和萬有引力被譽為“科學之父”。愛因斯坦（ 1879 1955）：德國物理學家，被公認為人類歷史上最具創(chuàng)造才智的人物之一，他獨創(chuàng)的“相對論”家喻戶曉， 他的一生對人類認識宇宙的貢獻是巨大的。 物理學家被自然中的新奇吸引， 激發(fā)奇妙的設想， 在壯美奇觀中進行智力探險， 經(jīng)歷曲折艱辛和生死攸關， 通過優(yōu)美的實驗以及科學的推