论物理教学中的科学美及其教育功能.doc

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1、论物理教学中的科学美及其教育功能Ml刘国良科学美是真、善、美的和谐统一，是人类探索自然奥秘的不竭动力。物理学中的美是科学美的i部分，学习物理的过程，是人们对科学美的欣赏过程。中学物理课程标准明确指出，物理课程应以提高学生的科学素养为主要目标，要求学生通过学习物理，体会其中的科学思想与方法，领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲。这些要求体现了科学美教育的内容和价值。因此，在物理教学过程中，应注意引导学生欣赏科学美，进而追求科学美，以促进学生智力的发展,增强求知欲，培养高尚的情操,全面提高学生的科学素养。1物理教学中科学美的体现科学美

2、来源于自然美，是潜藏在感性美背后的理性是,是以和谐、对称、简单、奇异等为表现形式的美，是审美者通过理解、想象、逻辑思维才能体验到的美。在物理学中，科学美主要体现在实验、公式、理论、规律上。简单、统一、精确、巧妙、守恒、对称、和谐,奇异等特征，使得它具有诗一般的意境，音乐般的神韵。研究物理学中的美，不仅能够陶冶心灵，领悟科学之类，而其奥妙无穷的自然法则，更能启辿、推动人类永不休止地去探索物质运动的本质。物理教学中的科学美的教育目的在于使学生在学习中感受科学美的魅力，提高学生对科学美的鉴赏能力，促进学生的身心发展，激发学生的科学创造力。1.1和谐美

3、自然界处处呈现和谐之美，而揭示其规律的物理学，.当然也不例外。开普勒第三定律T2/D3=C,表明了行星有条不紊地围绕太阳公转，八大行星的运动遵循同样的规律。在没有对数的情况下，开晋勒计算出这样美妙的结果，使人们不得不佩服他对自然美所具有的高度鉴赏能力。和谐美是理性地研究I'l然的基本思路，是很多科学家固定的思维方式和研究方法,并成为一种信念和追求。例如,爱因斯坦为人类描绘出了波粒二相的统一和谐性。又如,当奥斯特发现了电流的磁效应以后，法拉第萌发了“电既能生磁，磁也必能生电”的想法。经过十年不懈的努力，他终于成功地做出了发电机的维形。法拉第的电磁

4、感应定律是一•个对称和谐美的杰作。1.2简洁美简洁美是以简单、洁净呈现其美感。爱因斯坦认为，评价一个理论美不美，标准是原理上的简单性，越简洁的物理理论越能给人以美的享受。比如，一切物质都山最简单的粒子组成；光沿着最简单的直线传播等。物理学家从复杂的事物中抽象出简单的物理模型，诸如质点、弹簧振子、单摆、理想气体、点电荷等。变复杂为简单，既简洁乂合理。爱因斯坦的质能方程：E=mc2,其数学表达形式简洁无比，却深刻地揭示了自然界质能之间的关系，成为人们进一步认识核反应规律和开发核能的基础理论，具有很高的审美价值。1.3对称美物理学所揭示的自然界物质的

5、形态、构造、运动及其转化等规律的对称性，都能引起人们的美感，这就是物理学的对称美。物理学中的对称美既有物理现象的对称美，又有包含各种数学空间的对称美。如引力与斥力，粒子与反粒子，物质与反物质等表现了物理现象的对称：能量、动鬲和角动量守恒就分别显示宇宙具有时间平移、空间平移和空间转动的对称。杠杆的平衡，平面镜成像，磁体的磁感线分布，正负电荷的电场线分布等表现了物质在空间上的对称性：简谐振动图像、波动图像则体现了数学图形的对称性。在现代物理学中，对称性也L1经成为一利研究问题的重要思想方法。如物质波概念、相对论理论、规范统一场论等都是这种思想方法下

6、的重要产物。当然，物理学中的对称性在某些情况下也会被破坏，如果说对称是美的，不对称在物理学中也绝非一定是一丑的。破缺、失稳、浑沌在一定条件下同样会给人以美感，山杨振宁、李政道提出并被证实的宇称不守恒原理就是很好的例证。1.4奇异美物理学中的奇异美主要表现在物理概念、理论、模型等的新颖与新奇，表现在它们能够巧妙地解释物理现象。古代人们认为圆与球是和谐的、美的，所以，托勒密、哥白尼就用天体的圆形轨道来建立和谐的宇宙模型。而开普勒创立的宇宙和谐则是椭圆，与哥白尼的圆形轨道相比，存在着奇异。爱因斯坦的相对论揭示了水星近日点轨道进动的原因，运动的椭圆与椭

7、圆相比乂存在着奇异，更具动态之美。再如德布罗意的物质波泊松更斑，量尺在运动方向上缩短，时钟的延缓，光线的弯曲等等，都大大出乎人们的意料，使当时的科学界为之震惊。这些新颖、奇特、大胆、富有创造性的理论，无不使人们在惊奇之余又体验到奇异所带来的美感。钱德拉赛卡根据广义相对论原理预言:大质量的晚期恒星并不停留在白矮星阶段,而必将在强大引力和爆发压力的作用下进-•步塌缩，成为中子星，甚至成为黑洞。这一•奇异的思想曾被权威嘲笑为“槽透了”。然而，脉冲星和X射线天体的发现却使那个十分离奇的思想成了协调而美妙的，呈现出“调和中的奇异”的科学真理。1.5统一美

8、物理世界的千姿百态，使得物理知识也变得丰富多彩。随若物理学的不断发展，人们对自然现象及规律认识的深入，不同的学科领域变得密切相关，甚至融为一体，千变万