摘要:本文主要阐述中学物理在自然美、科学美和精神美方面的美学内涵,让广大师生充分认识物理美,加强在物理教学中实施美育渗透,全面推进素质教育。
关键词:自然美、科学美、精神美
物理学是一门揭示物质存在与运动规律的自然科学。它科学地揭示了自然规律,同时也展示了自然、人类与科学的艺术魅力。物理中有自然的美,也有科学和艺术的美。
一、物理现象的自然美
中学物理涉及力、声、热、光、电、磁和原子物理等内容,物理现象千姿百态、美妙无穷。如星移斗转、日夜交替、春秋轮回、物态互变等自然规律,因有序而美;光的反射与倒影、折射与海市蜃楼、色散与彩虹、日食和月食都有奇异的美。人类在研究和应用物理方面创造的辉煌成果,是美的精品。蒸汽机、发电机、激光器、电子对撞机的发明,步步促进人类生产、生活和高科技的发展;“阿波罗”登月成功,“嫦娥奔月”的传说变成了现实美谈,“神五神六”畅游太空再次实现人类超载地球之梦;众多的航天器和卫星正在全球通讯、气象观测、国防和科研等方面建功立业;电磁技术、激光技术、能源开发技术突飞猛进;核电站、太阳能电站的相继林立充分展示了物理前景无限美好。
二、物理理论的科学美
现代物理学家杨振宁教授说过:“科学中存在美,所有的科学家都有这样的感觉”。物理学具有简单、对称、和谐与新奇方面的科学美感,是“审美者通过理解、想象、逻辑思维所体验到的美。”1、简单美
爱因斯坦认为评价一个理论美不美的标准是原理上的简单性。揭示自然规律,物理学具有高度概括性和简明美丽的特点。“宁可寻求简单”是科学家研究物质世界的逻辑和手段。在范畴广泛、现象规律复杂的物理领域中,物理学家把庞大的物理空间缩小为“场”,把纷繁各异的物质称为“粒子、质点”,借助文字和数学表述其内在规律,充分突出简单美的观点。物理中的简单美首先体现在文字简练,如力的定义为“物体间的相互作用”,光的本性为“波粒二象性”,言简意骇。模型的观点和数学公式的应用使这种简单美几乎到了极限。如物理学家提出质点、单摆、理想气体和点电荷;匀速直线运动、自由落体运动、弹性碰撞等模型的观点,再用公式定义物理量和表达物理规律,大大简化了物理问题,简洁准确。如速度、密度、电流强度等物理量分别用v=s/t,ρ=m/V,Ι=Q/t公式定义,其它物理量也都有相应的表达式;牛顿第二定律、爱因斯坦的质能关系、欧姆定律、动量守恒定律的表达式分别是:F=ma,E=mc2,I=E/(R+r),ΔP=0,等等。这些定义、定律科学地反映了物理运动的客观规律,而其中的数学语言科学准确、十分简洁优美。
2、和谐美
和谐是指由于相互之间恰到好处在整体上显示出的协调,它给人以统一、自洽、对应的美感。科学理论、规律的简单形式要与其深广科学内涵和谐统一才美。物理中的和谐美主要体现在物理理论形式与内容的统一,各个研究领域理论的协调以及物理与其他学科理论和谐方面。牛顿力学被誉为科学美的典范,主要归功于牛顿定律形式简单,内涵丰富,和谐统一。例如有了“牛二定律”,小到雨滴、大到天体的万物运动规律都被统一于“F=ma”的简单原理中去,它的美学价值就在于把宏观运动统一了起来。爱因斯坦的质能关系“E=mc2”,形式也十分的简洁,却深刻地揭示了自然界微观和宏观无数质能变化的规律,集简单与和谐美于一体。和谐美还表现在各知识体系理论的协调性。物理学知识体系庞大,它们遵循各自的内在规律又互相联系,构成统一体。历史上,人们对光的本性认识从牛顿的微粒说到惠更斯的机械波动,从麦克斯韦的电磁波动到爱因斯坦的光子说,表面上看似乎冲突,最终却被电动力学所统一,其对立的理论被有机地统一了起来,充分体现了物理世界的和谐美。无论是力学、光学、热学、电磁学还是原子物理学都提到能量的转化和利用问题。自然界的一切现象都因为能量而互相联系,各个领域的物理理论也因能量关系达到最终的统一,科学和世界构成了和谐体。物理现象不是孤立的,物理理论和其他学科理论密切联系,通过质量守恒和能量守恒统一起来,成为人类认识和改造世界的武器。
3、对称美
对称性给人的美感是“圆满、均衡和协调”。人们这样描述对称性:若图形通过某种操作(如时空坐标系的改变,尺度的放大和缩小)又回到它本身,则这样的图形具有对称性。对称性的概念应用于物理,研究对象不仅是图形,还有物[1] [2] 下一页
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