【摘 要】美，在物理教学中有着多样的形式，在物理学史和科学家身上也有着丰富的内涵。然而，物理教学中对美的教育意义的认识与运用仍远远不足，这有待于我们在教学中深入发掘。
【关键词】美 物理教学
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2014）07-0073-02
物理学是一门求真的科学，也是一门无处不闪烁着“美”的科学。当我们从美的角度“以美启真”的时候，学生所获得的不仅仅是对物理知识的接受，而且是一种愉悦而深刻的美的体验，而这种美的体验又往往会化为浓厚的学习兴趣和持久的学习动机，推动学生不断“求美致真”。美对我们来说，具有永恒的教育价值。
一 利用物理知识，深入发掘科学美
在科学领域也蕴涵着美，我们称之为科学美。科学美在物理学中具有丰富多样的形式。
1.统一美
尽管自然万物缤纷多彩，千变万化，但它们的存在和变化总是遵从一定的规律，这些规律奇妙地支配着自然界中不息的一切，使自然万物运演得和谐有序，这种和谐有序性表现出来的美即统一美。比如，太阳系在银河系中的运行，八大行星绕太阳的运行，肉眼看不到的微观世界中电子绕原子核的运行，这些物体或粒子在尺寸上相去何止万里，但它们却都受万有引力的制约，运动轨迹又何其相似！又如，水、声、光截然不同，但它们却可以在波的干涉与衍射规律中得到统一。“统一”的观念不但使我们对世界的认识变得有序，而且还变得简洁，这种化万物于一胸的和谐舒朗的感受就是一种美的体验。
2.守恒美
“恒常不变”可以给人“永恒”的美感，可称之为守恒美。19世纪50年代，“能量转换和守恒定律”的建立是科学史上的一件大事，被恩格斯高度评价为19世纪最伟大的“三大发现”之一。“能量转换和守恒定律”不仅对科学界和哲学界产生了深远的影响，而且以其对宇宙中总质能的“恒常不变”的完美体现深深打动了当时以及后来的科学家们。著名的物理化学家奥斯特瓦尔德就非常热衷于这个原理，以致把它当作世界观来宣传。此外，还有质量守恒、动量守恒、宇称守恒等等。
3.实验美
物理实验中表现出来的美就是实验美。实验美可以表现在实验现象中，如白光透过棱镜折射出的美丽彩光，统计物理实验中大量小球随机下落中表现出来的规律分布。同时，实验美还体现在设计的精巧与绝妙之中，如迈克尔逊设计的测定光速的干涉实验。为了提高精确度，他创立了多面旋转法延长光路，采用每次实验转动装置90°的办法消除了系统误差，他不能使地球停转或倒转，于是用河中行船来类比等等。这些设计思想是精妙绝伦的、美妙绝伦的，以至于爱因斯坦称迈克尔逊为科学家中的艺术家。
4.对称美
对称的事物表现出的均衡对应的美即对称美。静电场中的“电势、电压”和地球引力场中“地势、高度差”的概念就可看成是对应对称的，电和磁的运动规律是对称的，所有
共轭的物理量之间的关系是对称的，就连物体的运动有时也是对称的（比如在AB两人相对而坐的桌上，把一支铅笔从A侧滚到B侧，再让它从B侧滚到A侧，这个“一来一往”的简单过程就可以形象地说明运动的对称性）。可见，在物理学领域，不论是概念、规律、过程、现象，都广泛存在着对称的形式，也就存在着对称美。
5.形式美
指物理学内容在表现形式方面的外观美。其表现如图示、图象、数学公式、符号等等。法拉第于1837年提出了“电场”、“磁场”的崭新观念。由于“场”看不见，摸不着，很难用文字来描述，经过周密的思考和分析，他最终提出了“力线”的假想，并用力线的图示成功地描述了场的形象，从容流畅，内涵丰富，犹如绘画领域中的写意传神。至于数学公式，有人说，数学公式本身就是一首首自然赞美诗，因为它们以无比简洁的形式概括了物质世界深邃而神奇的规律，蕴涵了庄严、永恒、宏伟的意境。
二 从物理学史中和科学家身上感悟美
一部物理学史，就是一部孜孜求真的历史，也是一部科学家们发现美、体验美、创造美的富有激情的历史。他们辛勤的劳动、瑰丽的想象、崇高的理想和坚定不渝的精神，无处不闪烁着美的光辉。
1.科学家的研究创造和他们的美学观念有着密不可分的关系
在人类的各种活动中，美感是非常重要的。一个科学家面对自然规律的美以及和谐的宇宙秩序如果无动于衷，那么他们的创造是不可想象的。彭加勒在一篇文章中直率地说：“科学家不是因为有用才研究自然的。他研究自然是因为他从中得到快乐；他从中得到快乐是因为它美。若是自然不美，知识就不值得去求，生活就不值得去过了……”狄拉克也写道：“让方程式优美比让方程式符合实验更加重要”；玻姆表示：“物理学是洞察力的一种形式，因而也是艺术的一种形式”；费曼也说：“大自然具有一种质朴性，因而非常优美”……这一点在20世纪最伟大的物理学家之一的爱因斯坦身上表现得尤为突出。
爱因斯坦的一生，始终是带着求美的激情去求真的。他具有物质世界和谐统一美的思想，并把探索和理解自然界的统一性作为他的最高目标。当他把麦克斯韦方程组应用到运动物体上时，发现了一些“不对称”。而这“不对称”使得牛顿力学普遍成立的相对原理在这里不再成立，即统一性遭到了破坏。他认为“统一性遭到破坏”不应是和谐自然界所固有的，也是他因此不能接受的。因此也就把问题转移到了经典物理绝对时空观的局限性的研究上，提出了狭义相对论。在此之后，他继续基于对大自然内在统一性的理解与追求，又把相对性原理扩展到加速运动的参照系，最终建立了广义相对论。不难想象，假如没有对自然和科学的强烈美感，没有因美感带来的探索激情，也就没有相对论的诞生。可见，美的思想在爱因斯坦的创造过程中起了尤为重要的推动作用。不仅如此，美还成为爱因斯坦研究价值的一个原则。邦迪在纪念爱因斯坦的文章写道：“我记得最清楚的是，当我提出一个自以为有道理的设想时，爱因斯坦并不与我争辩，而只是说，‘啊，多丑！’只要觉得一个方程是丑的，他就对之完全失去兴趣，并且不能理解为什么还会有人愿在上面花这么多的时间。他深信，美是探求理论物理学中重要结果的一个指导原则。”
2.从物理学史中感悟科学家在探求真理的过程中表现出来的人格美
人格美可以向我们展示科学认识过程的艰难与曲折，可以唤起人们心中崇高的思想与情感，它是一种崇高的美，甚至是一种悲壮的美。
哥白尼提出的“日心说”，在今天已成为家喻户晓的科学常识。然而在当时，“地球绕太阳运行”的观点却是不能被社会所理解和容纳的。哥白尼的“天体运行论”终于导致了物理学史上著名的天文学革命。而布鲁诺，就是这场革命中勇于为科学献身的勇士。当他读了哥白尼的著作后，他说：“如同一道霞光，它的出现应当使数百年来埋藏在盲目、无耻和嫉妒愚昧的黑暗山洞里的古代真正科学的太阳，也放光明。”他到处宣扬“日心说”，大胆批判宗教哲学，引起了罗马宗教裁判所的恐惧，于1592年被捕入狱，于1600年2月17日被活活烧死在罗马百花广场上。临刑前他依然坚定地说：“在宣布对我的判决时，你们比我接受这个判决要恐惧得多。”
伽利略也是一位维护和发展“日心说”的科学家，他也因宣传真理触怒了罗马教皇，并以“反对教皇，宣传邪说”的罪名被终身监禁。就算在双目失明的情况下，他也没有向教会妥协，最终死于幽禁之中。
正是因为哥白尼、布鲁诺、伽利略等人的不懈追求与奋斗，才使得天文革命最终摧毁了“人类中心”和“天界是神圣的”等神学观念，将自然科学从神学中解放出来，从此打开了近代自然科学的大门。
现在，虽然布鲁诺的牺牲已成为历史，崇尚科学与文明的社会再也不能容许对科学家的迫害，但是他们为科学献身的精神依然鼓舞着后来的人们。众多的科学家们淡泊名利，勇于向各种艰苦的条件挑战，向各种未知的领域探寻，兢兢业业、严谨求实的精神不也是种朴素而崇高的人格美吗？这种人格之美，对学生会产生深深的感召力，会激励学生“迎难而上”、“决不放弃”。
综上所述，物理学中，不仅存在着美的形式，而且蕴涵着美的思想与灵魂。美对于知识，好比是点石成金的神秘符咒；美对于人的全面发展，好比是架在知识、情感与道德间的桥梁。然而，在物理教学领域，人们对美的教育意义的认识与运用仍远远不足。人，不是知识的口袋，人的创造性不仅仅是知识与智力的累积。正如爱因斯坦所说，“照亮我的道路并且不断地给我新的勇气去愉快正视生活的理想，是善、美和真。”作为物理教师，应该充分认识到物理教学中美的客观性、必要性，并从审美的角度结合学生的身心特点组织教学，以美启真，求美致真。
参考文献
[1]S.钱德拉萨克.美与科学对美的追求[J].科学与哲学，1980（4）
[2]阎金铎.物理教学论[M].南宁：广西教育出版社，2001
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