物理学中的美学教育

谈到美学,人们很容易联想到自然美和艺术美等具体感性上的美,而对自然科学领域中的科学美大多数人则不容易感受到.这是因为科学美和艺术美仍是两种不同形式的美.从美学的角度来分,美有两个各具显著特征的不同层次：一个是事物以其外在的感性形式所呈现的美,这种美是外在的,易感受到的,如美的自然景色,美的雕塑,绘画以其形象,声音色彩作用于人的感官,唤起那些观赏者主题内心中的和谐共鸣,产生美的享受.另一个是事物以其内在结构的和谐秩序而具有的理性美,这是一种比较抽象的美,它虽然要通过感官感受到外来事物的信息而反应的意识中去,它并不那么直接和迅速,它是外界信息所引起的一系列反应经过结构变换并被理性加工之后形成的美的映像,我们可称之为美的意识或美的观念.而自然科学中的科学美更多的表现其理性之美.

因此,我们在研究挖掘物理学中的科学美时应重视审美教育.

一、物理学发展过程中真实美与精神美

从物理学的研究对象来看,它所研究的事物及其运动的最基本的规律都是客观事实,不以人的意志为转移,都是真实的.而“真实的才是美的”应是美学的基本原则之一.从物理学的发展来看,他也是一个去伪存真的过程.从“地心说”被“日心说”埋葬,从“原子不可分”到现在的“夸克理论”从时空对立到时空统一等一系列的进步,都说明人类在向真理靠近.而在这个发展过程中,物理学家那种不畏艰险探索真理的精神更体现一种层次的美.

对人类来说,越是重要、越是基本的存在,人类“感觉”起来就越困难.比如,空气实在是太重要、太基本的物质了,然而它给人类的感觉却是无色无味,而对于更重要、更基本、人类更离不开的地磁场、地球重力场等物质,人类更是“感觉”不到它了.

地磁场、重力场是一种物质,感觉不到不等于不存在,感觉不到不等于无法用工具测量到,现在测量不到不等于永远无法测量到.

这些都是宝贵的精神财富,是审美教育的最重要内容.科学的成果来自科学家的无私奉献,来自科学家的高尚品德和严谨的科学态度.在物理教学中应充分利用教材中有关典型事例对学生进行思想品德教育,完善学生人格,陶冶学生的情操,用物理学家的人格美来激发学生献身科学的热情.

二、物理学中不同形式的美

著名物理学家杨振宁通过归纳总结,把物理学之美分为三类：即现象之美,理论描述之美,理论结构之美.

现象之美指的是从人类的直观来说.许多物理现象之美,如“彩虹”当我们一看到就会脱口而出“美极了”.然而还有许多美丽的实验现象只有训练有素的人才能观测到.例如行星的轨道是椭圆的,这是非常美的现象,当第一次发现这些轨道是完美的椭圆时,人们感到极大的喜悦.

理论描述之美指的是人类对自然界的一些基本性质的理论描述中所表现的美.如关于库仑力的规律就是一个漂亮的描述,它描述了先前不服从任何定律的现象,而现在他们服从了.热力学中第一,第二定律也是对自然界某些基本性质很美的理论描述,第一第二定律的结论和对这些定律精确的观察是每一位学习热力学的人都很欣赏的课体.

从产生物理学的美感的起源来说,物理学之美应该是发源于物理学研究之中,它与物理学研究对象,物理学研究成果有着密切的关系,所以从这个角度来看,物理学之美可分为：物理学研究对象的美感,物理学理论的美感,物理学实验的美感和物理学常数的美感等.

显然,物理学美的形式和内容是多方面的,而且物理学美的特点与艺术美的特点既有所相同也有所不同,但物理学之美更重要的还是反映在理论之美,反映在内容与形式美的相结合中.

三、反映客观世界的知识之美

诚然,文学、艺术都以其形象、特有的方式反映客观实在,而物理学也从一定的角度反映了客观世界.既然文学、艺术中都存在着美,可以推断物理学中也必然存在着美.伟大的科学家居里夫人指出,“科学的探索,其本身就含有至美”.美国物理学家迈克尔逊在物理实验方面成就显著,爱因斯坦认为迈克尔逊的“最大乐趣似乎来自实验本身的优美和使用方法的精湛”.爱因斯坦还称玻尔的原子中的电子壳层模型及其定律为“思想领域中最高的音乐神韵”.物理学家狄拉克认为爱因斯坦的相对论是一种科学成果的美.他说：“我认为,信仰这个理论的真正理由就在于这个理论本质上的美”.玻尔称爱因斯坦的广义相对论”是一切现有物理理论中最美的一个”、“一个被远远观赏的艺术品”.德布罗意也认为：广义相对论的“雅致和美丽是无可争辩的.它该作为二十世纪数学物理学的一个纪念碑而永垂不朽”.牛顿的弟子们认为：“牛顿赋予世界画面的惊人秩序与和谐所给我们美感上的满足......”.麦克斯韦方程组将法拉第电磁感应原理、安培定律等分散的、孤立的电磁学定律统一成为一组优美的数学公式,被誉为“神仙写出的公式”.此外,物理学研究的对象是自然界中物质的运动形式和基本结构,自然界本身是美的,她从微观的基本粒子到浩瀚的宇宙天体,都充满了美,物理学的美正是这种自然美的概括和反映.

四、物理教学活动中的意境美

教学过程不仅是一个知识性活动过程,同时也是一个情感活动过程,教学不仅是一门科学,而且是一种艺术.成功的教学本身就是一种艺术的创造,如果掌握了这种艺术,创造出教学活动中的意境美,就可以使物理课堂生辉,给学生和美的享受,从而激起他们高涨的学习情绪.苏霍姆林斯基说过：“没有一条寓有诗意的感情和审美的清泉就不可能有学生全面智力发展.”教育教学中必须重视以情育人,以美育人,美育可以扩大学生的知识视野,发展学生智力和创造能力；美可以净化心灵,陶冶情操,可以帮助学生辨别是非,知善恶识美丑,并在此基础上形成鲜明的爱憎感情.

在教学过程中,教师应以美感人,以情动人,用情感来撞开受教育者心灵的心扉.马克思曾写到“忧心忡忡的穷人甚至对美丽的景色都无动于衷”列宁也说过“没有人的感情,就从来没有也不可能有人对于真理的追求”首先教师情绪因素很重要,活跃和积极向上的健康情绪一方面来自教师职业的理性认识,另一方面来自职业美和所教专业知识美的感受,一个没有职业美感和物理学美感的教师,必定把年复一年的教学视为对知识的机械重复,感到教学单调乏味,进而产生厌倦情绪.反之,教师有了这两种美感,就会感到自己的教学犹如表演艺术家对艺术美的追求一样,永无止境,只有有了这样情感,才能对教学工作产生极大的乐趣和热情,把自己的全部精力投入进去,深入细致钻研教材,认真研究教法.掌握教学规律,努力挖掘教材所包含的理性之美.精心设计教学过程,使学生也充分感受到美之所在.在课堂上当自己被教学活动中的意境美所陶醉时,学生的情绪也会被感染.这样的美感与理智互相渗透融合在一起而产生“谐振”才使教学产生最佳效果.