裴君

【中圖分類號(hào)】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2014）10-0132-01

物理學(xué)是一門揭示物質(zhì)存在與運(yùn)動(dòng)規(guī)律的自然科學(xué)。它科學(xué)地揭示了自然規(guī)律，同時(shí)也展示了自然、人類與科學(xué)的藝術(shù)魅力。物理中有自然的美，也有科學(xué)和藝術(shù)的美。

一、物理學(xué)的美表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.物理學(xué)發(fā)展過程中的精神美

在物理學(xué)發(fā)展的過程中，物理學(xué)家在探索物理學(xué)規(guī)律的艱辛旅程中，一方面總是伴隨著對(duì)美的熱烈追求，另一方面又強(qiáng)烈的表現(xiàn)出他們精神上的種種美德。哥白尼與托勒密地心說的決裂，就是有其執(zhí)著追求美的因素，他深信完美的理論在數(shù)學(xué)上應(yīng)該是“和諧與簡(jiǎn)單”的。托勒密為了解釋天文觀測(cè)的現(xiàn)象，引入了許多“均輪”、“本輪”，使得天文理論既復(fù)雜又失洽。

2.物理現(xiàn)象的自然美

中學(xué)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(yīng)用物理方面創(chuàng)造的輝煌成果，是美的精品。蒸汽機(jī)、發(fā)電機(jī)、激光器、電子對(duì)撞機(jī)的發(fā)明，步步促進(jìn)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(shí)美談，“神五神六”暢游太空再次實(shí)現(xiàn)人類超載地球之夢(mèng);眾多的航天器和衛(wèi)星正在全球通訊、氣象觀測(cè)、國(guó)防和科研等方面建功立業(yè);電磁技術(shù)、激光技術(shù)、能源開發(fā)技術(shù)突飛猛進(jìn);核電站、太陽(yáng)能電站的相繼林立充分展示了物理前景無限美好。

3.物體的運(yùn)動(dòng)美

宇宙中的一切物體都在永不停息的運(yùn)動(dòng)。物理學(xué)中聲、光、電的傳播，電子的旋轉(zhuǎn)，天體的運(yùn)動(dòng)等都體現(xiàn)出美的旋律。像直線運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的剛性美;曲線運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)出柔性美;勻速運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)節(jié)奏美;變速運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)出變化美。

4.物理規(guī)律的簡(jiǎn)潔美

簡(jiǎn)潔美是以簡(jiǎn)單、潔凈呈現(xiàn)其美感，簡(jiǎn)潔美是科學(xué)美的特征之一。自然界的現(xiàn)象是錯(cuò)綜復(fù)雜的，然而自然界本身卻是簡(jiǎn)單和諧的，因此研究的方法和規(guī)律的表述方式也是簡(jiǎn)單的，科學(xué)家們用最精煉的語(yǔ)言，最少的符號(hào)，最簡(jiǎn)單的形式來表達(dá)知識(shí)。正如著名的物理學(xué)家愛因斯坦所說：“真實(shí)的世界在邏輯上總是簡(jiǎn)單的?！彼裕鳛榉从澄矬w運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律的物理來說，那種最簡(jiǎn)潔的物理理論最能給人以美的享受，物理美的簡(jiǎn)潔性并不是指物理內(nèi)容本身簡(jiǎn)單，而是物理理論體系的結(jié)構(gòu)和物理規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)形式簡(jiǎn)潔。

5.物理規(guī)律的和諧美

自然界本身是一個(gè)和諧的整體，支持其運(yùn)行的自然規(guī)律也應(yīng)具有和諧性和統(tǒng)一性。而以其為研究對(duì)象的物理學(xué)必然會(huì)體現(xiàn)這一特性。愛因斯坦曾說過“如果不相信我們的理論結(jié)構(gòu)能夠領(lǐng)悟客觀實(shí)在;如果不相信我們的世界的內(nèi)在和諧性，那就不會(huì)有任何科學(xué)?！焙椭C給人以一種恰如其分、渾然一體、輕松自如的美感。

6.對(duì)稱美

對(duì)稱美是指整體各部分之間的相稱或?qū)?yīng)，如空間上的和諧布局，時(shí)間上的節(jié)律協(xié)和。對(duì)稱之所以讓人產(chǎn)生美感，是因?yàn)閷?duì)稱中存在著某種“重復(fù)”、“均衡”、“有序”的東西?？茖W(xué)美中的對(duì)稱美來源于自然界物質(zhì)形態(tài)美及其運(yùn)動(dòng)圖景所具有的廣泛對(duì)稱美，借助于建筑美學(xué)很容易理解對(duì)稱美概念，一些建筑物外表的對(duì)稱顯示出一種空間方位上對(duì)稱的美感，我國(guó)古建筑如天安門、天壇、故宮等就呈現(xiàn)出莊嚴(yán)穩(wěn)重的對(duì)稱美。人類傳統(tǒng)美學(xué)中的對(duì)稱僅指人們感性意識(shí)中的三維空間的對(duì)稱，而物理學(xué)中的對(duì)稱美既有物理現(xiàn)象的對(duì)稱美，比如引力與斥力，“電生磁”與“磁生電”，粒子與反粒子，物質(zhì)與反物質(zhì)等等;還有公式的對(duì)稱如：

動(dòng)量守恒定律表達(dá)式

機(jī)械能守恒定律表達(dá)式

理想氣體狀態(tài)方程=等都具有平穩(wěn)莊重的對(duì)稱美。

對(duì)稱性給人的美感是“圓滿、均衡和協(xié)調(diào)”。人們這樣描述對(duì)稱性：若圖形通過某種操作（如時(shí)空坐標(biāo)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(duì)稱性。對(duì)稱性的概念應(yīng)用于物理，研究對(duì)象不僅是圖形，還有物理量和物理規(guī)律。從空間角度看，原子的核式結(jié)構(gòu)、晶體的空間點(diǎn)陣、磁體的兩極是對(duì)稱的;物體的上升下落，圓周運(yùn)動(dòng)是對(duì)稱的;物體的平衡、彈性形變、簡(jiǎn)諧振動(dòng)具有對(duì)稱性;平面鏡成像、光與波的反射、電磁場(chǎng)的力線分布更具有對(duì)稱美。從時(shí)間角度看，行星的公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)、理想單擺和簡(jiǎn)諧振動(dòng)、波的傳播都具有時(shí)間周期性的對(duì)稱美。對(duì)稱性的美學(xué)意境引起很多科學(xué)家的心馳神往，從伽利略時(shí)代開始，物理學(xué)家就把追求理論上的對(duì)稱性作為一種有效的研究手法，并取得了成功。

7.新奇美

“新奇”也是物理美的特點(diǎn)。物理學(xué)發(fā)展到今天，無論是理論方面還是實(shí)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(jī)、激光器、電子對(duì)撞機(jī)的發(fā)明;牛頓力學(xué)理論、麥克斯韋電磁學(xué)理論、愛因斯坦相對(duì)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(guān)于自然界的新知識(shí)，具有獨(dú)創(chuàng)和新穎的特點(diǎn)，這正是其審美價(jià)值的所在。

二、物理學(xué)的美在教學(xué)中的作用

1.可激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)習(xí)效率。

教學(xué)實(shí)踐證明，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性與興趣有密不可分的關(guān)系。審美感作為構(gòu)成意識(shí)行動(dòng)的重要因素之一，能夠轉(zhuǎn)化為探索未知世界的巨大動(dòng)力。所以在教學(xué)中讓學(xué)生感到物理現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)、理論之美可以使學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)物理的興趣，進(jìn)而達(dá)到提高學(xué)習(xí)效率的目的。

2.促進(jìn)知識(shí)的理解與掌握、促進(jìn)創(chuàng)造思維的發(fā)展。

美感的這個(gè)作用可以概括為“以美啟真”，它是美感與理智的內(nèi)在聯(lián)系。一方面促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解與掌握;另一方面啟發(fā)學(xué)生解決問題時(shí)不滿足已有的結(jié)論，去探索更巧妙、更簡(jiǎn)單的方法。這些創(chuàng)造性的學(xué)習(xí)活動(dòng)，能促進(jìn)創(chuàng)造性思維的發(fā)展。

3.激發(fā)教師的教學(xué)情緒、提高教學(xué)效果。

教學(xué)過程不僅僅是知識(shí)的傳授過程，也是情感生活的過程，更是藝術(shù)創(chuàng)造的過程。教師有了這種美感，就會(huì)感到自己的教學(xué)猶如藝術(shù)家對(duì)藝術(shù)的追求一樣永無止境;對(duì)教學(xué)工作產(chǎn)生極大的樂趣和熱情，把全部精力投進(jìn)去，深入鉆研教材，研究教法，掌握教學(xué)規(guī)律，努力挖掘教材所包含的理性之美。精心設(shè)計(jì)教學(xué)過程，使學(xué)生也充分感受到美之所在。這種美感與理智互相滲透、融洽產(chǎn)生“諧振”時(shí)，教學(xué)就能產(chǎn)生最佳效果。

總之，物理現(xiàn)象五彩繽紛，其中有直觀亮麗、奇特美妙的自然景觀;也有簡(jiǎn)潔優(yōu)美、博大精湛的理論科學(xué);還有千古留芳、永不磨滅的藝術(shù)足跡。把“物理美”延續(xù)下去，我們責(zé)無旁貸。