普通物理教学中的美育实践

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  摘要:针对美育在高校教学中缺乏重视的现象,提出了物理教师在传授知识的同时应挖掘课程中蕴含的科学美,身体力行使用现代化教学手段引领学生进入美的意境,以优美的语言感染学生,利用物理知识的简洁美、对称美、奇异美熏陶学生,让学生在欣赏美的氛围中学习、巩固知识,以达到培养学生审美素养、促进学生全面发展的最终目的。
  关键词:物理;教学;美育
  作者简介:黎昕(1969-),女,山东郓城人,聊城大学物理科学与信息工程学院,讲师。(山东 聊城 252059)
  中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)13-0124-02
  美育是审美教育和美感教育的简称,即通过一定的手段培养学生正确的审美情感和审美能力。[1]美国著名哲学家、教育家杜威认为,学校美育应组织学生的生活并使之与生活联系起来,让学生感受生活的美,发现生活的美,并在生活中去表现和创造美。[2]科学家爱因斯坦说:“用专业知识教育人是不够的,通过专业教育,人可以成为一种有用的机器,但是不能成为一个和谐发展的人,要使学生对价值有所理解并且产生热烈的感情,那是最根本的。他必须对美和道德上的善有鲜明的辨别力。”[3]可见在教学中渗透美育是有据可依的。教师要首先善于发现和挖掘物理学中的美。
  一、普通物理学中蕴含的科学美
  在教学中向学生揭示和展现隐藏在物理学中的科学美,从审美角度解析物理知识,培养学生自觉地将物理知识的科学美纳入到审美视野的能力。
  1.物理学的物质基础是“真理”美
  物理学内容不仅蕴含着大量的真理,且蕴含着丰富的科学美,是真和美的统一体。物理学的美和其他实践领域中的美一样都以真为基础。古雪加说:“科学的美就在于找到隐含的真理。”例如,牛顿理论体系的美首先表现在它的真上,牛顿力学确定了严格的用数学表示的机械运动的因果公式,根据初始条件就可准确确定物体的过去和未来某一时刻的运动状态。再如万有引力定律被称为物体间相互作用的一条普适定律,1705年天文学家哈雷根据它正确预言了哈雷彗星的回归;以后科学家在太阳系中相继发现了天王星、海王星、冥王星,一次次证实了万有引力定律的正确性,可见物理学的“真理美”使人折服。
  2.物理理论体系、规律、公式的简洁美
  物理理论体系、规律、公式体现在逻辑上的简洁美令人赞叹。在宏观低速领域,支撑经典物理大厦的牛顿运动定律,实实在在地展现了简洁美,被公认为19世纪自然图景的最完美表述。麦克斯韦方程组是电磁学界简洁美的典型,它以明朗、对称的优美揭示了电、磁、光现象的规律,实现了电、磁、光现象的和谐统一。作为现代物理大厦支柱的相对论和量子力学,应用数学工具,以简洁而严谨的函数关系或直观的物理图象描绘错综复杂的物理现象,勾勒出一幅简洁的物质结构和运动的生动图象。
  3.物理学方法的多样美
  物理现象的千姿百态决定了探索规律方法的多样性。意大利物理学家伽利略以实验方法为中心,结合数学方法、逻辑论证,把物理实验方法发展到了一个全新的高度,使物理学走上了真正科学的道路。
  数学方法作为物理学的语言表现手段,因具备抽象性、精确性、逻辑性和充满辩证的特点,决定了其应用的广泛性。可以说从经典物理到现代物理的发展,无一不是在数学的帮助下完成的。牛顿是运用数学方法系统整理物理理论的典型。因此说数学方法与实验方法是物理学的一体两翼,缺一不可。
  理想化方法是科学抽象的一种形式,其核心是抓住最本质的特征,舍弃无关因素,撇开次要因素,抽象出简洁明了、主题突出的理想化模型,如作简谐运动的单摆和弹簧振子、质点、理想气体、点电荷、电力线、薄透镜等一个个理想模型,不仅体现了简单美,而且解决了实际问题。
  另外还有观察法、比较法、归纳与演绎法等,这些方法尽管千差万别,但它们的共同目的就是揭开大自然神秘的面纱,找出运动的规律。物理学家正是借助于多样化的方法完成了经典物理学知识的三次大综合。
  4.理论与实验结合的和谐美
  物理学理论的建立过程是:观察现象、提出假设、运用数学和逻辑的手段得出结论、实验检验、对假设修改和推广、形成理论。如1956年李政道、杨振宁提出了弱相互作用下宇称守恒的假说,为当年吴健雄在低温下用钴60的γ衰变实验所证实。理论与实验完美结合的典型是库仑定律的验证过程。1785年库仑自制了一台精巧的扭秤,首先证明了牛顿的平方反比律在电及磁的吸引与排斥中适用,建立了著名的库仑定律;再如卡文迪许测定万有引力恒量的实验、汤姆逊确定电子的实验、密立根测定电子荷质比的实验,我国著名物理学家吴有训先生证实康普顿效应的实验等等,都是理论与实验和谐相处的代表。在物理学的发展过程中,处处凸显出理论与实验结合的和谐美。
  物理学知识中隐藏着多种多样的美,要想把物理知识转化为学生的审美对象,关键还在于教学中的育。
  二、普通物理教学中美育的实践探索
  在物理教学中开展美育传播不仅可提高学生的审美素质,而且可促进物理教学实施和素质教育的全面推进。教育家蔡元培先生指出:“凡是学校所有的课程,都没有与美育无关的”,“美育立在学校”。[4]知识的传播者立于教师,怎样在教学中开展美育传播呢?笔者主要从以下细节作了普通物理教学中美育的实践探索,让学生感知物理学的科学美,为学生创造美打好基础,从而实现对学生的全面培养。
  1.采用现代化教学手段引领学生进入美的意境
  课间通过多媒体放点与教学内容有关的音乐,既可提高学生的审美能力、丰富学生的审美情感、增强学生艺术修养,又可促进学生整个审美心理结构的良好发展。例如放一段李双江的《红星照我去战斗》,“小小竹排江中游,巍巍青山两岸走……”相对运动的新课就在青山绿水美的意境中拉开了序幕。
  舞蹈、造型艺术、戏剧、电影、电视等综合艺术也可以带给学生美的享受。讲解角动量守恒定律可先播放一段舞蹈演员、滑冰运动员或跳水运动员的视频录像,再提出问题“为什么舞蹈演员、滑冰运动员先张开两臂旋转,然后两臂迅速向身体靠拢,且旋转速度越来越快”,“跳水运动员起跳时总是把手臂伸直,以某一角速度离开跳板,在空中翻转时臂和腿蜷缩,入水前又要把臂和腿伸展开呢”?在学生饱眼福,享受意境美的同时,教师娓娓道来,使学生开始了对物理规律的学习。   2.利用语言的音、形、意美,渲染物理学美的氛围
  语言有三美:意美以感人,音美以感耳,形美以感目。而讲课过程是有声语言的抒发,教学语言又是教学成败的关键。所以作为物理教师,除了保证教学语言要有逻辑性和科学性,还要在语言的“音美”、“意美”、“形美”上下工夫。
  (1)音美。即发音准确、规范,吐字清晰,不能带有浓重的方言。它分为凝重美、深沉美、铿锵美、舒缓美、高亢美、抑扬顿挫美。语音失其准,则必乱其意。例如:有的教师发音4和10不分,以致学生把分子直径的数量级10-10米错记为10-4米。还有的教师发音zh、ch、sh与z、c、s分不开,造成学生的误解。解决的最好办法是讲普通话。另外,还要注意音高得当,强弱适中,以耳朵听起来舒服为宜。声音太高,使前排学生有震耳欲聋的感觉,声音太低,后排学生听不清,影响了信息的传递,达不到教学效果。教师应当使自己的语言尽量做到高低起伏、长短相间、快慢适宜,随着教学内容和教学实际的需要时轻时重、时缓时急、抑扬顿挫。只有声情并茂、和谐动听的语言学生听起来才舒服悦耳,津津有味,才能在课堂上精神饱满,兴趣盎然。
  (2)意美。就是给抽象的或习以为常的物理规律或物理现象勾勒出优美的图画。例如:在讲参考系的选取是任意的时,可引用宋代诗人陈与义的诗句“飞花两岸照船红,百里榆堤半日风。卧看满天云不动,不知云与我俱东”。诗人将机械运动的相对性,自然地融入到旅途景色中。以行船为参照物,只见两岸红花飞动,百里榆堤风驰电掣,衬托行船之疾速;仰看云彩,似乎不动,原来“云与我”一起往东而去。作者凭借动静相对,静中寓动,动中见静的形象描述,将物理学参考系选取与大自然的美有机地结合起来。同时交待给学生这种在实践中观察自然,归纳共性的方法,乃是物理思维方法之一。讲完平面镜成像时,用可望而不可即的虚拟画面“摘不到镜中花,捞不出水中月”总结平面镜成像的规律。在引入机械波的教学中,借用“投石击破水中天”,在碧水、蓝天这种让人陶醉的风景中,一个小石子打破了水面的平静,激起一圈圈水的涟漪。在这种如诗如画的美境中学生既复习了平面镜的知识,又悟出水波的成因,同时通过意境的渲染,增强了学生热爱祖国美好河山的情感。
  (3)形美。把物理规律或看不见摸不着的东西赋予活生生的形象美。例如,用描述性语言讲解光的色散,一道白光射向三棱镜,在屏幕上会看到匀称有序排列的七色彩带,好像雨后天空的彩虹那样美丽。接着进行演示,不仅使美的结论听在耳里,而且让美的图案深深印在脑海里。讲解汤姆逊的原子模型时,用“葡萄干蛋糕”模型或“枣糕”模型来比喻,拿形象美的物体讲解微观、抽象的模型或规律可起到事半功倍的效果。讲α粒子散射实验时,可把α粒子比作侦察兵,原子作军营,侦察兵潜入到军营探测内部实情,得到的情报是原子的核式结构排列。
  3.借助创新实验再现物理规律的对称美
  物理课堂上经常要演示实验,这要求教师不仅动作利落、节奏清晰,还要操作程序规范。必要时自己设计实验装置或引导学生创新实验。譬如为让全班学生都能看清简谐振动的图象,教材上用的是沙摆,通过摆的运动流出的沙子在玻璃板上形成的轨迹是正弦或余弦曲线,当把此图象展示给大家时,沙子由于滑动曲线易变形,多数学生看不到对称的图像。如果把砂摆改为双线摆,漏斗改用带孔的铁球,玻璃板用硬纸板代替,实验时教师把输液器上的透皮针迅速插入铁球上的小孔内,另一端连接注射器,注射器内预先吸入红墨水,实验前先让纸板上的零刻线对准小球的平衡位置,然后让小球摆动起来,教师一手推注射器,一手快速拉动纸片(也可让学生帮忙),流动的水在纸上留下美丽的倩影。待墨迹干后,拿起来让学生观看。这样学生既能受到教师动作娴熟美的熏陶,又能看到物理规律的对称美。
  4.讲述物理学史传播物理知识的和谐美、奇异美
  物理学本身渗透着美学的丰富内容,它是人类认识世界的一个富有生气和充满魅力的领域。物理学家往往借助美来认识真理,在对各种物理现象、物理模型和物质结构的描述中,让人们享受到科学美的滋味。[5-9]讲述开普勒发现三定律的经过,让学生牢记它是和谐美的典型,因为太阳系的所有行星都遵循此定律在和谐地运动着,就像音乐中的七大音符,它们在各自的轨道上相互作用演奏着天体和谐美的乐章。根据爱因斯坦创立的狭义相对论,当运动物体的速度与光速相比拟时,运动的量尺在运动方向上缩短、运动的时钟变缓;广义相对论又预言光线在通过强引力场附近时会发生弯曲等等,这些结论不符合现实情理,太奇异,使当时的科学界为之惊愕。当爱因斯坦最终获得1921年诺贝尔奖时,勒纳竟然向评奖委员会提出抗议,指责对爱因斯坦光量子假说的研究工作给予如此高的嘉奖是太轻率了。瑞典科学院也声称爱因斯坦获诺奖不是因为对相对论的研究。但实践是检验真理的标准,这些新颖、奇特、大胆、富有创造性的结论,最终在整个科学界压倒群芳,使后人在惊奇之余品味到科学理论的奇异美。
  三、结语
  罗丹说:“美是到处都有的,对于我们的眼睛,不是缺少美,而是缺少发现。”物理知识中蕴涵了较多的美的成分,只要教师细心挖掘,并把它编织在教学之中,与学生分享美的感受,久而久之,学生的审美意识、审美能力和创造美能力都会有极大的提高。在物理教学过程中,物理教师应树立全面的美育观,充分发挥教师在教学中的主导作用,使学生在课堂上感受美,课后创造美,以达到全面培养人才的目的。
  参考文献:
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  (责任编辑:刘辉)
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