论文部分内容阅读
摘 要：在高中物理的教学过程中，根据教学内容的安排，适当进行科学美学的教育，有助于提高学生的学习兴趣，更有助于提高学生的素质。作为素质教育的手段，本文讨论了在高中物理教学过程中进行科学美学教育的意义及具体实施办法。
关键词：物理;美学;素质教育
一、引言
现代社会的发展需要什么样的人才呢？是需要像字母“I”那样的具有很深的专业背景，对本专业范围的知识相当精通，对本专业以外的知识知之甚少的专业性人才呢，还是需要像“一”那样具有广泛的知识背景，对于各种知识有所了解而皆不精通的通才呢，亦或是像字母“T”那样的不但具有广泛的知识背景，而且对于本专业知识的熟练掌握的复合型人才呢？答案是明显的。我们当然需要的是“T”型人才。这是社会发展对人才的要求，也是教育工作需要注意的方向。
素质教育的真谛在于使学生能够接受通识教育和专业知识教育，使之成为一个能够适应社会发展要求的“T”型人才。素质教育作为一个系统的工程，涉及小学、初中、高中、大学各个阶段，甚至包括学生走出校门，走向社会。高中阶段作为一個关键阶段，在素质教育的过程中起着一个重要的作用，怎样在高中阶段进行素质教育就成了一个值得研究的重要问题。
高中阶段学生的可塑性变弱，加之需要学习的科目较多，如果分科分散教学，教学过程中只顾及本学科内的问题，虽然教学过程生动活泼易于接受，但仍难以达到全面提高的要求，这一点已经为教育工作者所认识。本文就在高中物理教学过程中如何实施美学教育作简要论述，以期抛砖引玉。
二、物理美学
在高中物理教学过程中所穿插渗透的美学是美学的一个重要分支——科学美学，它隶属于社会美学的范畴，研究科学研究过程中一切与美有关的问题。作为科学美学的一个分支，物理美学是自然科学与人文科学的一门交叉学科，物理美学就是用美学观点去审视和研究物理理论、物理思想、物理方法，它是从整体上对物理学科学特性的一种把握，是对物理学更深层次的认识。物理学作为自然科学的基础学科，在漫长的发展历程中，其中同样蕴藏着或扣人心弦、或美妙绝伦、或引人入胜、或暇想万千的美！这其中，包含在物理学的内容方面：它揭示了物质运动的合理性、有序性、规律性的美;包含在理论体系结构方面：它揭示了简单性、和谐性、对称性的美;包含在研究方法方面;它揭示了完整性、统一性的美。因此，物理学的美是科学美的典范。如果我们把物理学看作一座科学大厦，那么当人们从远处眺望它时，无不为它的雄奇壮丽而惊叹;当进入它的各个知识殿堂时，又必然被它的丰富多彩、井然有序的层次结构所折服。对于物理学理论架构中的几个骨干方程，如牛顿运动方程、麦克斯韦方程等，杨振宁说：“它们以极度浓缩的数学语言写出了物理世界的基本结构，可以说它们是造物者的不朽诗篇。”杨振宁先生尤其对狄拉克方程和反粒子理论评价甚高，认为只有唐代诗人高适的诗句“性灵出万家，风骨超常伦”才是最佳的评价。
1.对称的美。生活中可以发现很多对称的实例，例如左手和右手是对称的，长方形物体是对称的，圆也是对称的等等。数学中对称的意义是，如果一个几何图形在某种操作下具有不变性就是对称。圆形绕圆心旋转任意角度都保持不变，这就是旋转对称;正方形只有在绕中心旋转90°、180°、270°、360°时才是不变的。在各种几何图形中，圆具有最高的对称性，所以古希腊人认为圆是最美的，行星运行的轨道是圆形的。除了旋转对称之外，还有镜面对称，例如平面镜面内外的人是关于镜面对称的。
物理定律的对称性不是具体某个事物的对称性，而是指作用量的对称性。美国科学家在《可怕的对称》一书中曾给过一些通俗的例子说明，物理学中的守恒定律和体系的对称性之间有密切联系。例如，对于一个能用Lagrange函数L描述的体系，如果L具有空间平移不变性，则体系的动量守恒;若L具有转动不变性，则角动量守恒;如果L具有时间平移不变性，则能量守恒等。
2. 和谐的美。海森伯指出，精密科学中美的含义就在于“各部分之间以及各部分与整体之间固有的和谐”。沙利文写到“由于科学理论的首要宗旨是发现自然中的和谐，所以我们能够一眼看出这些理论必定具有美学上的价值。一个科学理论成就的大小，事实上就在于它的美学价值。因为，给原本是混乱的东西带来多少和谐，是衡量一个科学理论成就的手段之一”。科学研究是不断追求和谐的过程。
3.简洁的美。简洁也是科学美的一种表现，科学的简洁美指科学理论、定律和公式的外在形式上的简单与内在内容上的深广的有机统一。
海森伯在一封信中谈到过科学的简洁美：“在过去的五年中，我费尽心思试图沿着一条至今仍不清楚的道路，攀登原子理论的顶峰，现在这座顶峰就在我眼前，有关原子论的全部纵横关系，突然的并且清晰地展现在我眼前。这些纵横关系凭借其数学的抽象性以一种简单的不能再简单的方式呈现出来，它是一种我们只能谦恭地接受下来的礼物。即使柏拉图也不可能相信它是如此之美。”
牛顿在描述万有引力是用一个简单的数学公式表现：
其中G是万有引力常数，m1、m2是物体的质量，r是两个物体之间的距离，F是两个物体所受的万有引力。这个公式是宇宙和谐结构和星体有序运动的根本原因。具有如此深广内容的定律只涉及三个参量，其简洁可谓到了极点。
三、高中物理中的美学教育的意义
在强调素质教育的今天，提高学生的科学素质已日益引起人们的重视，在高中物理教学过程中，简单地介绍科学美学，对学生进行简单的美学教育具有十分重要的意义。向文科学生讲授物理美学，有助于文科学生用人文研究的方法去了解和接受物理学中所蕴藏的美的旋律、美的画面和美的形象，从而接受物理学的熏陶。在思想品德和思维方法等方面因文理科知识的渗透和交汇而得到共鸣和升华。具体来说，学习物理美学有如下意义：
1.科学美学作为美学的一个分支，是研究科学研究过程中和美有关的问题，在物理教学过程中穿插科学美学教育，符合科学美学的研究特点，也使学生在潜移默化中接受了美学思想。 2.科学美学具有对称、和谐、简洁的性质。在高中物理教学过程中进行美学教育，可以提高学生的学习兴趣，是学生养成良好的习惯，激发学生学习知识的愿望。
3.通过美学教育，使学生了解到物理科学的内涵，提高了自身素质，为今后进一步发展奠定了基础。
四、高中物理教学过程中美学教育的实施
在高中物理的教学过程中，可以根据科学美的几个特点，根据教学内容有目的的进行。例如在讲授开普勒三定律的时候，就可以结合开普勒三定律的发现过程，介绍科学的和谐美。
钱德拉塞卡在《莎士比亚、牛顿和贝多芬——不同的创造模式》中指出：“开普勒一定受到了毕达哥拉斯美的概念影响，当他把行星绕太阳的转动和一根振动弦进行比较时，他发现，不同行星的轨道犹如天体音乐一般走出了和谐的和声，开普勒深深感激上帝为他保留了这份发现，使他能够通过他的行星运动定律，得到了一种最高的美的联系。”有意思的是，他对于宇宙谐音的理解，有赖于他对于一首古老的乐曲《和谐的序曲》的研究。
事实上在开普勒之前，天文学家哥白尼和托勒密，就是在毕达哥拉斯关于天体运动的影响下进行研究的。托勒密深受毕达哥拉斯和柏拉图的影响，认为地球处于宇宙中心，四周排列着七个同心圆。同时，他又根据观察到的事实做了一些修正，认为行星除了绕地球作大圆轨道（均轮）的运动外，同时还绕着均轮上的某点沿着小圆轨道（本轮）而运动。这样所做的运动，其实是一个偏心运动，较好地解释了天体运动的规律，因而统治了欧洲天文学达一千四百多年。
在讲授的時候，可以按照时间顺序介绍古代天文学家的美学观，以及由此形成的美学观对于他们天文研究的影响。这样进行教学以后，学生不但明白开普勒三定律的划时代意义，而且会对神秘的宇宙产生向往。
在物理教学中，还可以通过板书和实验来演示物理在美。例如在“电路”学习过程中，很多学生都有很大在疑惑，看不懂听不懂做不出在现象时有发生，教师可以通过适当在板书，让学生产生恍然大悟在感觉，达到事半功倍在效果，能够激发学生在学习兴趣。教师在上课的过程中通过板书，能够激发学生的视觉神经，尤其是优美的板书，能够给学生树立良好在视觉形象，对学生产生终身在影响。优美的板书，能够对学生产生愉悦、积极的情感变化。再比如在学习光学在过程中，可以教师可以通过装满水在玻璃槽，在水槽中用针来刺塑料鱼，根据实验情况提出“为什么看似准确无误却总是刺不准”的问题，激发学生在兴趣。
本文简单介绍了科学美学的性质，以及在高中物理教学过程中美学教育的实施，以期为素质教育的实施略尽绵薄之力。本文是抛砖之作，希望能够在素质教育的问题上引出更多佳作，共同为提高素质教育水平而努力。
参考文献
[1]凌继尧《美学十五讲》北京大学出版社
[2]曾谨言《量子力学（卷I）》科学出版社
关键词：物理;美学;素质教育
一、引言
现代社会的发展需要什么样的人才呢？是需要像字母“I”那样的具有很深的专业背景，对本专业范围的知识相当精通，对本专业以外的知识知之甚少的专业性人才呢，还是需要像“一”那样具有广泛的知识背景，对于各种知识有所了解而皆不精通的通才呢，亦或是像字母“T”那样的不但具有广泛的知识背景，而且对于本专业知识的熟练掌握的复合型人才呢？答案是明显的。我们当然需要的是“T”型人才。这是社会发展对人才的要求，也是教育工作需要注意的方向。
素质教育的真谛在于使学生能够接受通识教育和专业知识教育，使之成为一个能够适应社会发展要求的“T”型人才。素质教育作为一个系统的工程，涉及小学、初中、高中、大学各个阶段，甚至包括学生走出校门，走向社会。高中阶段作为一個关键阶段，在素质教育的过程中起着一个重要的作用，怎样在高中阶段进行素质教育就成了一个值得研究的重要问题。
高中阶段学生的可塑性变弱，加之需要学习的科目较多，如果分科分散教学，教学过程中只顾及本学科内的问题，虽然教学过程生动活泼易于接受，但仍难以达到全面提高的要求，这一点已经为教育工作者所认识。本文就在高中物理教学过程中如何实施美学教育作简要论述，以期抛砖引玉。
二、物理美学
在高中物理教学过程中所穿插渗透的美学是美学的一个重要分支——科学美学，它隶属于社会美学的范畴，研究科学研究过程中一切与美有关的问题。作为科学美学的一个分支，物理美学是自然科学与人文科学的一门交叉学科，物理美学就是用美学观点去审视和研究物理理论、物理思想、物理方法，它是从整体上对物理学科学特性的一种把握，是对物理学更深层次的认识。物理学作为自然科学的基础学科，在漫长的发展历程中，其中同样蕴藏着或扣人心弦、或美妙绝伦、或引人入胜、或暇想万千的美！这其中，包含在物理学的内容方面：它揭示了物质运动的合理性、有序性、规律性的美;包含在理论体系结构方面：它揭示了简单性、和谐性、对称性的美;包含在研究方法方面;它揭示了完整性、统一性的美。因此，物理学的美是科学美的典范。如果我们把物理学看作一座科学大厦，那么当人们从远处眺望它时，无不为它的雄奇壮丽而惊叹;当进入它的各个知识殿堂时，又必然被它的丰富多彩、井然有序的层次结构所折服。对于物理学理论架构中的几个骨干方程，如牛顿运动方程、麦克斯韦方程等，杨振宁说：“它们以极度浓缩的数学语言写出了物理世界的基本结构，可以说它们是造物者的不朽诗篇。”杨振宁先生尤其对狄拉克方程和反粒子理论评价甚高，认为只有唐代诗人高适的诗句“性灵出万家，风骨超常伦”才是最佳的评价。
1.对称的美。生活中可以发现很多对称的实例，例如左手和右手是对称的，长方形物体是对称的，圆也是对称的等等。数学中对称的意义是，如果一个几何图形在某种操作下具有不变性就是对称。圆形绕圆心旋转任意角度都保持不变，这就是旋转对称;正方形只有在绕中心旋转90°、180°、270°、360°时才是不变的。在各种几何图形中，圆具有最高的对称性，所以古希腊人认为圆是最美的，行星运行的轨道是圆形的。除了旋转对称之外，还有镜面对称，例如平面镜面内外的人是关于镜面对称的。
物理定律的对称性不是具体某个事物的对称性，而是指作用量的对称性。美国科学家在《可怕的对称》一书中曾给过一些通俗的例子说明，物理学中的守恒定律和体系的对称性之间有密切联系。例如，对于一个能用Lagrange函数L描述的体系，如果L具有空间平移不变性，则体系的动量守恒;若L具有转动不变性，则角动量守恒;如果L具有时间平移不变性，则能量守恒等。
2. 和谐的美。海森伯指出，精密科学中美的含义就在于“各部分之间以及各部分与整体之间固有的和谐”。沙利文写到“由于科学理论的首要宗旨是发现自然中的和谐，所以我们能够一眼看出这些理论必定具有美学上的价值。一个科学理论成就的大小，事实上就在于它的美学价值。因为，给原本是混乱的东西带来多少和谐，是衡量一个科学理论成就的手段之一”。科学研究是不断追求和谐的过程。
3.简洁的美。简洁也是科学美的一种表现，科学的简洁美指科学理论、定律和公式的外在形式上的简单与内在内容上的深广的有机统一。
海森伯在一封信中谈到过科学的简洁美：“在过去的五年中，我费尽心思试图沿着一条至今仍不清楚的道路，攀登原子理论的顶峰，现在这座顶峰就在我眼前，有关原子论的全部纵横关系，突然的并且清晰地展现在我眼前。这些纵横关系凭借其数学的抽象性以一种简单的不能再简单的方式呈现出来，它是一种我们只能谦恭地接受下来的礼物。即使柏拉图也不可能相信它是如此之美。”
牛顿在描述万有引力是用一个简单的数学公式表现：
其中G是万有引力常数，m1、m2是物体的质量，r是两个物体之间的距离，F是两个物体所受的万有引力。这个公式是宇宙和谐结构和星体有序运动的根本原因。具有如此深广内容的定律只涉及三个参量，其简洁可谓到了极点。
三、高中物理中的美学教育的意义
在强调素质教育的今天，提高学生的科学素质已日益引起人们的重视，在高中物理教学过程中，简单地介绍科学美学，对学生进行简单的美学教育具有十分重要的意义。向文科学生讲授物理美学，有助于文科学生用人文研究的方法去了解和接受物理学中所蕴藏的美的旋律、美的画面和美的形象，从而接受物理学的熏陶。在思想品德和思维方法等方面因文理科知识的渗透和交汇而得到共鸣和升华。具体来说，学习物理美学有如下意义：
1.科学美学作为美学的一个分支，是研究科学研究过程中和美有关的问题，在物理教学过程中穿插科学美学教育，符合科学美学的研究特点，也使学生在潜移默化中接受了美学思想。 2.科学美学具有对称、和谐、简洁的性质。在高中物理教学过程中进行美学教育，可以提高学生的学习兴趣，是学生养成良好的习惯，激发学生学习知识的愿望。
3.通过美学教育，使学生了解到物理科学的内涵，提高了自身素质，为今后进一步发展奠定了基础。
四、高中物理教学过程中美学教育的实施
在高中物理的教学过程中，可以根据科学美的几个特点，根据教学内容有目的的进行。例如在讲授开普勒三定律的时候，就可以结合开普勒三定律的发现过程，介绍科学的和谐美。
钱德拉塞卡在《莎士比亚、牛顿和贝多芬——不同的创造模式》中指出：“开普勒一定受到了毕达哥拉斯美的概念影响，当他把行星绕太阳的转动和一根振动弦进行比较时，他发现，不同行星的轨道犹如天体音乐一般走出了和谐的和声，开普勒深深感激上帝为他保留了这份发现，使他能够通过他的行星运动定律，得到了一种最高的美的联系。”有意思的是，他对于宇宙谐音的理解，有赖于他对于一首古老的乐曲《和谐的序曲》的研究。
事实上在开普勒之前，天文学家哥白尼和托勒密，就是在毕达哥拉斯关于天体运动的影响下进行研究的。托勒密深受毕达哥拉斯和柏拉图的影响，认为地球处于宇宙中心，四周排列着七个同心圆。同时，他又根据观察到的事实做了一些修正，认为行星除了绕地球作大圆轨道（均轮）的运动外，同时还绕着均轮上的某点沿着小圆轨道（本轮）而运动。这样所做的运动，其实是一个偏心运动，较好地解释了天体运动的规律，因而统治了欧洲天文学达一千四百多年。
在讲授的時候，可以按照时间顺序介绍古代天文学家的美学观，以及由此形成的美学观对于他们天文研究的影响。这样进行教学以后，学生不但明白开普勒三定律的划时代意义，而且会对神秘的宇宙产生向往。
在物理教学中，还可以通过板书和实验来演示物理在美。例如在“电路”学习过程中，很多学生都有很大在疑惑，看不懂听不懂做不出在现象时有发生，教师可以通过适当在板书，让学生产生恍然大悟在感觉，达到事半功倍在效果，能够激发学生在学习兴趣。教师在上课的过程中通过板书，能够激发学生的视觉神经，尤其是优美的板书，能够给学生树立良好在视觉形象，对学生产生终身在影响。优美的板书，能够对学生产生愉悦、积极的情感变化。再比如在学习光学在过程中，可以教师可以通过装满水在玻璃槽，在水槽中用针来刺塑料鱼，根据实验情况提出“为什么看似准确无误却总是刺不准”的问题，激发学生在兴趣。
本文简单介绍了科学美学的性质，以及在高中物理教学过程中美学教育的实施，以期为素质教育的实施略尽绵薄之力。本文是抛砖之作，希望能够在素质教育的问题上引出更多佳作，共同为提高素质教育水平而努力。
参考文献
[1]凌继尧《美学十五讲》北京大学出版社
[2]曾谨言《量子力学（卷I）》科学出版社