让美尽现物理课堂

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   当我们在吟诵李白的《把酒问月》:“今人不见古时月,今月曾经照古人。古人今人如流水,共看明月皆如此。”和三百多年后苏轼的《水调歌头》:“明月几时有,把酒问青天。……人有悲欢离合,月有阴晴圆缺,此事古难全。但愿人长久,千里共婵娟。”的时候,它们的相似之点和不同之处同样都感动着读者。尽管李白和苏轼生活的时代和今天的社会已经完全不同了,每一首诗在今天人们的心中仍然引发强烈的感情共鸣。艺术和科学的共同基础是人类的创造力。艺术用创新的手法去唤起每个人的意识或潜意识中深藏着的已经存在的情感。情感越珍贵,唤起越强烈,反响越普遍,艺术就越优秀。科学对自然界的现象进行新的准确的抽象,这种抽象通常被称为自然定律。定律的阐述越简单,应用越广泛,科学就越深刻。
  “科学美表现在对称、和谐、简洁等性质中”①,物理属于科学的范畴,也具有以上美的我特征。若我们能超越學习物理的低级境界,把物理美的意境带给学生,或让学生去发现物理的美,更多地去享受物理带给我们的乐趣,那学习物理岂不是一件很快乐的事么。
  一、物理学中的美
  惊人的简洁——在姹紫嫣红的物理世界中,各种物理现象和过程千差万别,但在本质上却能逻辑归纳地归结为为数不多的若干基本概念和原理。物理的简洁美的这种特征,正如李政道先生所说的那样:“科学是追求自然界的规律,人类运用思维发现并归纳先(外)于人类存在而存在的规律,去把它抽象和正确地表达出来,这是人的创造力;假如归纳的方法最简单,影响和表述自然界的现象越广泛,从而作为自然界一部分的人类的推行和改变也就越巨大,科学也就越深刻。”②例如牛顿定律F=ma把宏观低速条件下各种机械运动的规律组成了一个秩序井然的集体……理论上的简洁,反映规律的代表式的简洁,处理物理问题的理想化模型方法的简洁等等,在物理学教材,书刊中随处可见。
  神秘的对称——由于物理学揭示了自然界物质的存在,构成,运动及转化等规律的对称性而产生的美感,即为物理学的对称美。它主要表现为时空对称;数学对称和抽象对称;电荷的正负,杠杆的平衡,磁场的两极,平面镜的成像等,表现了物质的直观形象空间上的对称;作匀速运动的物体,相干光在干涉空间任一区域保持相等的条纹的宽度,做加速运动的物体加速度a恒定不变,表现了物质在运动过程中的空间对称;周期,频率,节奏等表示时间的对称等等,物理内容在数学形式(图与式)的表达即为数学对称,F△t=△p,W合=Ek,F=ma,F=G,麦克斯韦理论的方程中电场和磁场关系等,呈现了数学对称美。
  美妙的和谐——物理理论揭示了自然界物质的存在,构成,运动及转化等规律整体上和谐性而产生的美感,表现在自洽,对应和互补三个方面,物理学中各分支理论内部以及各分支理论之间的现象,概念,规律等却是互不矛盾的——自洽和谐美,物理高级理论对低级理论的包容,或者说低级理论与高级理论中在某一特定条件下的结论相一致,如当V<  二、物理课堂教学中的美
  翻开中学物理课本,均可发现每一篇幅都渗透了以上所述的美的特征。让学生感受物理的美,是物理教学中不可忽视的重要任务之一。这就需要我们利用主渠道——物理课堂教学来对学生进行美的激发和培养。
  物理的美首推是意境美。所谓意境,从文学角度理解,即为抒情作品中蕴含那种情景交融相生,活跃着生命规律,韵味无穷的诗意空间。物理揭示出的意境是动人心魄的。伽利略受教堂的钟摆启发揭示了单摆的等时性,但科学家却为探索宇宙,坚持真理而几度坐牢。当你向学生展示奥斯特偶然发现电生磁的迷醉,描述法拉第研究电磁场在制作坊专注于电磁感应现象的研究的艰辛,再现麦克思韦通过精妙的数学计算,预言了电磁波的存在建立了麦克思韦电磁理论的激奋……当此时,你的眼前是不是也浮现着人类由刀耕火种到电气化的图景?是不是也为信息化时代的壮阔画面,为人类智慧的神奇和科学的奥秘而激动不已?当人们用电场线表示出电场,用磁感线表示出磁场时,你真的看到了电场和磁场的真面目吗?波与粒子历来是势不两立的,但当物理学家指出光具有波粒二象性,光也有质量,你信不信?当他们硬是将波和粒子两个看似不相干的事物扯在一起时,你真的接受了吗?这一幅幅画面,一个个撩人心痒的传奇故事,仿佛把人们带入了科学家进行创新和发明的那个时代,把人们也带入了科学的殿堂,使人们欲罢不能,恨不得亲自上阵一展身手。这,就是物理的意境美了。
  其次,是物理活动中的艺术美。诺贝尔物理奖获得者李政道博士在接受中央美术学院名誉教授时说:“科学和艺术是不可分的,就像一枚硬币的两个面,而两者共同追求的目标是创造的美。”③美的东西能给人愉快的感受,使学生容易接受和掌握,还能激发学生对美的追求。物理学中有美的形态,美的内涵,美的方法,这使得教师的教学活动具有了艺术美的效果。
  物理的美还表现为它的概念美。物理概念是物理学建立和发展的根基,没有物理概念的支持,物理这座大厦将变成空中楼阁,每一个概念的建立无一不反映了人类认识世界和改造世界的进程,无一不体现了人的内在本质。老师要引领学生知道:物理概念不是抽象的,而是具体的、形象的、生动的。它就像画家的神奇之笔,你随意就可以画出精美的画。例如:人们从日常生活的推拉提压产生的肌肉紧张出发建立了“力”的概念,然后借助“力”的概念去分析物体间的相互作用,发现了力是改变物体运动状态的原因,推翻了亚里士多德力是维持物体运动的原因的理论,从而建构起牛顿的经典力学。你看,“画”中的意境是多么的美。
  三、物理课堂语言中的美
  比起物理学的美、课堂教学的美这些无声的语言外,教师的语言美则更泽润同学们生命的心田,使他们对物理美产生更大的冲动,对物理倾注更多的情感。语言是启迪学生思维的一种方法,也是一门艺术。精心设计语言,恰当把握问题的难易表述,增加问题的新颖性、趣味性,可以激发学生的学习热情,增强感染力。
  首先要求教师在课堂上语言要饱含激情。在语言中饱含对学生真诚的期望、对物理教学的热爱和对知识精辟的,见解,才能激起学生情感上的共鸣。丰富多彩的语言形式能使学生对物理产生了浓厚的兴趣,实现了由“厌学”到“爱学”的转变,例如,当我们学习“参照物”时,让学生分析歌词“小小竹排江中游,巍巍青山两岸走”中的“竹排游”,“青山走”各是以什么作参照物的,同时让学生体验梁元帝为何有“不疑行船动,唯看远树来”的感慨,使“参照物”这个抽象的概念变成展开的美丽图画。反映对称美的颜色成因,光的色散等,若配与诗句“夕阳返照桃花变,柳絮飞来片片红”,“红橙黄绿青蓝紫,谁持彩练当生舞”加以比较分析,谁又能说物理知识的枯燥无味?气体分子的客观存在,也可以看作简洁的理想模型,而它的运动可用诗句“山顶有花山脚香,桥下有水桥面凉”,把微观变成宏观,使学生更加感受“弄花香满衣”的物理意义。
  其次物理语言还要有趣味性。风趣幽默、生动形象、诙谐机智、抑扬顿挫的语言,是教学取得成功的一个重要条件。教师根据教材内容,联系生活、贴近实际、恰当举例,运用生动形象的语言、风趣幽默的语句、绘声绘色的讲解,再配以形象的肢体动作,可以把抽象的问题具体化,深奥的道理形象化,枯燥的知识趣味化。努力营造一个轻松活泼的气氛,可让学生在快乐学习中达成教学目标。例如在讲解牛顿第三定律时,给学生出了这样一副对联:他蹬地,地蹬他,双方运动为何他动地不动;我打你,你打我,等值二力为何你疼我不疼;横批:说清有奖。又如:未受外力运动状态永不变;没有摩擦机械能量总守恒;横批:注意条件。这副对联是描述惯性定律和机械能量守恒定律的,朗朗上口,很容易理解和记忆。再如屡教不改——惯性;一对红——赫(赫兹);异口同声——共鸣;闹矛盾——摩擦;景德镇的作坊——磁场……这些妙语使物理课堂和谐美妙起来。
  物理语言的美还表现为它的简练性。言简意赅、通俗易懂、措辞得当的语言,同样也给学生美的享受。简练的语言是上好物理课的前提条件,是提高课堂效率的重要保证。如果一堂课教师多讲、细讲,把学生当成接受知识的容器,就将给学生造成心理上的负担。对重点、关键点要讲明、讲透、突破,对容易理解的问题要少讲、略讲或不讲。另外,课后总结也要力求简洁明快,突出重点。比如在复习完《欧姆定律与电路》后,我告诉学生可概括总结为“一、二、三、四”,随即写上“一个欧姆定律,两类电路识别,三种电学器材,四项解题原则。”既精练又好记,这种带有口号式的语言,给学生既新颖又丰富的语言享受。
  罗丹有一句名言:“生活中并不缺少美,而是缺少美的发现。”物理教学中同样如此。要从物理教材中鉴赏出闪烁着美的光彩的科学诗篇,关键在于教师怎样去发掘蕴藏于那些僵硬的铅字中的美学,通过美的设计,美的语言比喻,充分展示出物理科的美学特征和美的意境,让美尽现物理课堂,让学生受到美熏陶,鉴赏到物理内含的美。
  【注释】
  ① 凌继尧 著.《美学十五讲》,北京大学出版社,2003年8月第一版.
  ②《李政道文录》,浙江文艺出版社,1999年第一版.
  ③ 李政道 主编.《科学与艺术》,上海科技出版社,2000年版.
  (作者单位:安徽省太湖县第二中学)
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