17万物之理=万物之美——三探物理学与人文精神的养成

物理学之美作者：赵月来源：《文理导航·教育研究与实践》 2015年第1期辽宁省盘锦市实验中学赵月物理学中的美是自然科学领域中的科学美，是事物以其内在结构的和谐，具有理性美，用的是逻辑和数学的语言，研究、挖掘物理学中的科学美，在物理教学中重视审美教育，应成为物理教育改革的当议之题。

一、物理学发展过程中的精神美在物理学的发展过程中，物理学家在探究物理学规律的艰辛旅程中，一方面总是伴随着对美的热烈追求，另一方面表现出他们精神上的种种美德。

这些可以启迪学生的智慧，引发学习的兴趣，激励成功的意志。

哥白尼与托勒密地心说的决裂，就是有其追求美的因素，他深信完美的理论在数学上应该是“和谐与简单”的。

因此，在极端困难的条件下，哥白尼苦心孤诣，研究了三十年，终于建立了不朽的日心说。

后来，开普勒深切地感受到日心说的美，毅然地抛弃了从他的老师第谷那儿接受的地心说观点，他说：“我从灵魂的最深处证明它是真实的，我以难以想像的心情去欣赏它的美。

”电磁学的发展在很大程度上得益于对称美的启示，法拉第深信电与磁是对称的，他认定既然电能生磁，那么磁也能生电，他坚持奋斗十年，发现了电磁感应现象，同样，麦克斯韦的位移电流假设，除了逻辑思维上的原因外，确信物理规律具有对称、和谐统一的美的形式，也是一个不可忽视的重要原因。

爱因斯坦所建立的广义相对论，被朗道和玻恩称赞为可能是一切物理理论中最美的一个，“是一种伟大的艺术作品”。

爱因斯坦本人也把科学研究中的审美感受称之为“思想领域最高的音乐神韵”、“一种壮丽的感觉”。

美国著名物理学家韦尔在谈到自己时说：“我的工作总是力图把真和美统一起来。

但当我必须从两者中挑选一个时，我总是选择美。

”物理学家在探求物理学发展过程中表现出的人生美德更感人至深。

面对罗马教廷的熊熊烈火，布鲁诺用响彻环宇的“火并不能把我征服”的宣言，宣告了神学的毁灭、真理的永存，其捍卫真理的英名和美德，完世留芳。

富兰克林为证明雷电和普通静电的一致，冒着生命危险做了用风筝“引”下雷电的著名的费城实验；而利赫曼则因同一目的惨遭雷击而死，这些都是一种献身的美。

理科给物理教学来点人文味道湘钢一中胡金洲给物理教学来点人文味道斗转星移，日月更替，自然界的万事万物都遵从着永恒不变的规律，人类对自然的认识更全面和深入，社会文明的发展脚步便更快。

相应的，社会发展了，人们想要认识自然、改造自然的想法就愈加的迫切。

自然科学与人文科学像是知识领域的两条腿。

放眼世界，纵观历史，任何社会仅凭单腿是走不远的。

作为自然科学最具代表性的物理学科，因其古老而又独特的以思辨方法和实际体验相结合的研究方法，一直被人们称作是“自然哲学”，也正是如此，物理学科吸引了大批的优秀科学工作者为之倾注青春和汗水，前赴后继。

回归我们的中学物理教学，我们是否可以在教授科学知识和方法的同时，让学生了解那些为科学规律诞生做出突出贡献的科学家，让学生认识科学规律发现的历史背景及其经过。

我想，我们的物理教学也是需要两条腿的：知识方法本身和知识方法诞生的来龙去脉。

像描述一件事情，我们需要知道其时间、人物、地点、起因、经过、结果。

但是在我们的物理教学实际当中，我们关注最多的是其结果，而忽视了其他环节，这些被我们遗忘的部分恰恰是别有一番味道的——这就是我们讲的人文味道。

我进大学的第二年，我们物理系的赵峥老师给天文系、材料系、物理系的本科生开了一门选修课——《从爱因斯坦到霍金的宇宙》，当时是座无虚席，上课人数是一次比一次多，甚至还有其他院系的学生跑来旁听，而且课后还要围着老师讨教。

发展到后来，学校和系里边商量干脆开成全校公选课，再到后来变成了校际公开课，现在在网上都能看到，成了全国视频公开课。

在很多人看来，物理学科应当是一门很古老、很传统而又很难解读的学科，而在赵峥老师的课堂里，物理学是那么的生动、富有鲜活力。

究其原因，很关键的一点，是他老人家在课堂之中加入了很多的人文素材，也就使课堂有了人文的味道。

比如讲到爱因斯坦的时候，他会给比较爱因斯坦的两幅照片，一幅青年时期的、一幅老年时期的。

我们在很多宣传杂志上看到的更多的是老年爱因斯坦，要是百度一下“爱因斯坦照片”，结果也是如此。

感受物理美，叩开物理学习的大门物理中蕴藏着丰富的美，如奇特的物理现象、深刻明晰的物理概念、和谐统一的物理规律、简洁对称的物理公式、形态美妙的物理模型、精湛巧妙的物理实验等。

在教学实践中，笔者非常重视引导学生用心灵去触摸、感知、体会物理的美，激发他们创造物理美的热情，进而开启物理学习的大门。

一、通过导课，让学生触摸物理美，激发学生的学习兴趣好奇是中学生的一种共同的心理特征，好奇能激发学生的兴趣，促进他们深入细致地观察和探索问题。

在日常生产、生活中，奇妙的物理现象比比皆是，所以上课时，笔者尽力创设出一种全新美妙的情景，充分激起学生的好奇心。

例如：在讲《匀速圆周运动》一节时，笔者用废的易拉罐做了一个“水流星”实验。

当学生看到老师像杂技演员一样，舞动盛满水的小桶在空中竖直面内做着圆周运动，却滴水未洒，学生的情绪一下子被调动起来了，兴趣油然而生，兴趣与愿望的结合，形成了无法估量的学习动力。

二、在基本概念和规律的教学中让学生感知物理美，使学生在愉悦之中，学会思考与探索1.物理概念是观察、实验、比较、分析、概括以及教学推理的产物。

不亲自经历以上过程，概念就不能在学生头脑中形成，更谈不上对概念美的感受。

所以教学中要让学生从大量的感性材料中自己分析，概括形成概念，并从开始不严密、不准确，逐步达到用严密、准确、简洁的物理术语或数学语言加以表达。

只有这样，学生才会感受到形成明晰概念的美感，进而加深对概念的理解与掌握。

2.在物理规律的教学中，讲授由实验总结的规律时，教师要尽力指导学生自己通过实验取得数据，然后分析数据，从而“发现”定律。

首先，要让学生了解演绎法的基本思路，启发回忆旧知识，明确演绎法所依据的原理和规律，再由学生自己动脑推论，这样不但使学生感到自己“发现”了规律，看到了自己的力量，而且掌握了知识的来龙去脉，学到了发现规律的方法。

三、利用实验教学，让学生充分体会物理美，使学生在不知不觉中学会动手作为物理学基础的实验不乏其美，许多物理实验设计思想之巧妙，实验技术之精湛都给人以美的享受。

万物之理—物理启蒙刘叙义 2020年11月物理基础打高中，运力功能电磁声。

冲动冷热守恒转，万物之理启朦胧。

万有引力普天地，地面引力约重力。

卫星引力等向力，多普常数排星系。

天文参量有规律，向力系列公式里。

推演公式当游戏，万物之理成心怡。

通俗语言解奥秘，学识融化常识里。

掌握规律式图比，连锁记忆要统一。

牛顿定律万有力，开辟科学破天机。

不是发明是发现，自然规律天定理。

万物有力相吸引，规范宇宙转星空。

引力源自质量生，离心环绕力平衡。

天体质量超巨大，万有引力显神通。

卫星环绕天体转，周期距离引力定。

物体受力位不动，弹拉摩浮反对应。

力可合成与分解，法则平行四边形。

定义公式需牢记，关联物量推演生。

替代物体换质点，抽象简单建模型。

物理过程先分解，分求结果再合成。

静止和匀速运动，重力引力矢量同。

加速上升是超重，落体坠地减速降，大于重力也超重。

减速上升加速降，小于重力叫失重，自由落体重为零。

曲线分量有纵横，垂直矢量来合成。

弹簧振子作运动，简谐振动是典型，加速度随回复变，方向始终指平衡，速度加速度相反，这个减时那个增。

动能势能互转换，周期质量劲度定。

质点悬挂轻杆绳，单摆简谐作运动。

加速摆长定周期，振幅无关周期性。

阻尼减幅能量降，简谐等幅能守恒。

策动力下受迫振，外能不断来补充。

稳定频率外力定，步调和谐共振生。

天体圆周作运动，向力公式大家庭，万有引力活运用，九量蕴含七式中。

公式杂乱负担重，分门别类一览清。

万有引力力原宗，分解向力圆周行，地面向力可忽略，卫星向力引力同，引力向力分重力，卫星失重重为零。

向力位移垂方向，余弦为零不做功。

地面引力可分解，重力向力矢合成。

赤道三力同方向，极点向心力为零。

万有引力垂地心，向力垂直地轴行。

重力指向有移动，赤道两极地心中。

重力向力等引力，天向极重引力同。

没有外力来参与，能量动量都守恒。

确定状态找动能，分析过程算力功，正功负功相加后，动能增量正相同。

速度决定物体能，加速速度变化中，同向加速反向减，圆周垂直不耗能。

原天地之美，达万物之理——谈物理教学中的美育高中的物理课，在学生的眼中难学而又枯燥，令很多学生望而生畏。

曾经有学生这样来形容物理课：物理就是没完没了的子弹打木块，小球撞弹簧，永远也弄不懂的公式和一辈子做不完的习题……。

我想：这番话会引起每一位物理教师深深的思索。

大自然是美的，反映大自然规律的物理科学也应该是美的，物理学的美在于它的简洁：牛顿力学中，只用了一个公式：F=ma，就将天地万物的机械运动规律统一了起来；物理学的美还在于它的对称：时空对称、数学表达对称、理论结构对称在物理学中比比皆是；物理学的美也在于它的和谐：庞大的知识体系中每个分枝，既遵循各自内在的规律，又相互联系，形成一个统一体。

因此可以说，物理学在破译宇宙密码的同时，展示了其“惊人的简洁”“神秘的对称”与“美妙的和谐”。

那么，这样美的一门科学在学生的眼里如果只意味着枯燥的公式和习题，就有必要审视一下我们的物理教学，在教学中，教师在学生头脑中描绘的物理世界图像如果是分离的、破碎的、片面的，那么学生势必会认为物理就是生涩难懂的概念和公式的拼凑，自然会将物理与枯燥乏味划上等号。

我们常说：成功的真正秘诀是兴趣。

那么兴趣从哪里获得呢？在高中阶段，学生学习物理的兴趣更多地来自对物理规律中理性美的体验。

爱好物理的学生常说：“物理学很奇妙。

”“牛顿定律很深奥。

”“解出一道难题时会有说不出的快感。

”正是这种美感的激励，使得他们在物理学习中虽然付出了更多的代价，却感到其乐无穷。

可以说体验不到物理的美，就无法产生学习物理的兴趣和热情，也就难以真正地学好物理学。

物理教学的使命是要培养学生学会认识宇宙，学会从物质结构和运动的繁杂、混乱、无序之中，整理出统一的、简洁的秩序和规律。

而追求“秩序”和“规律”也恰恰是审美教育的目标。

所以作为物理教师，不仅仅要教给学生物理知识，更要善于带领学生走入物理美的世界，引导和帮助学生用物理的概念和规律去描绘一幅有联系的、有秩序的、有规律的完美的图画，在描绘和欣赏这副图画的过程中学习知识发展能力。

物理与美学美的内涵是对能引起人们美感的客观事物的共同本质属性的抽象概括，其本质是审美客体合目的性和合规律性的统一。

美的存在是客观事物的一种表现，我们能够认识美的规律，按照美的规律去创造美。

而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：第一，狭义的物理世界是自然界的一部分，这部分物理世界具有的美也是自然美的一个组成部分。

第二，人造的物理世界是人类发挥了自己的主观能动性，以美的规律创造的物理世界，比如激光、无线电、计算机、超导、航天飞机等以及为了重复和模拟自然现象而创造的实验条件，这一部分是物理学对人类提供的不朽的物质财富，它所产生的美感是自然美所不能包含的；第三，物理学是人类为研究物理世界而创造的一门科学，它是人类认识世界、改造自然的智慧结晶。

而科学的本质是“真、善、美”，这种科学美，历来为科学大师所推崇，法国数学家彭加勒曾说：“一个名符其实的科学家，尤其是数学家，他在自己的工作中体验到和艺术家一样的印象。

他的乐趣和艺术家的乐趣具有同样的性质，是同样伟大的东西。

”这种科学美在物理学中表现尤为明显，物理学所揭示的真理就是真与美的统一。

物理美学除了具备科学美普遍的特征外，还有自己独有的一些特性。

物理美是属理性的美。

物理美应包含三部分：（1）自然物理现象的美；（2）物理创造的美；（3）物理学作为一门科学的美—物理学美。

1.物理现象的自然美物理涉及力、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;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。

试论物理文化中的“真、善、美”作者：沈祖荣来源：《物理教学探讨》2018年第03期摘要：本文结合文化概念、物理文化概念以及物理学科自身的特点，从真、善、美三个维度论述，了解物理文化中“真、善、美”的具体体现，发掘物理文化中“真、善、美”的内涵。

关键词：物理文化；真；善；美中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2018）3-0067-41 问题的由来文化是一个抽象的名词，关于文化的概念，《辞海》的解释是：文化从广源来说，是指人类社会历史实践过程中所创造的物质财富和精神财富的总和。

狭义来说，指社会的意识形态，以及与之相适应的制度和组织结构。

国内关于物理文化最早的界定：解世雄在其《物理文化论》[2]一书中指出物理文化是世界历代物理学家在创建物理学理论过程中，发现、创造和形成的物理思想、物理方法、物理概念、物理定律、物理语言符号、价值标准、科学精神、物理仪器设备以及约定俗成的工作方法的总和。

最新普通高中物理课程标准中界定的物理学科核心素养：物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个维度和解世雄界定的物理文化同生同源。

文化说不清、道不明，具有隐性，但文化作用外显后有着强大的影响力。

物理文化中兼具“真、善、美”。

因此，了解物理文化中的“真、善、美”，有助于理解普通高中物理学科核心素养。

有助于为最新课程改革中指导教师培育学生物理学科核心素养指明方向。

2 厘清物理文化中的“真、善、美”2.1 物理文化中“真”的体现2.1.1 体现在研究的对象是客观存在真实的物质物质的存在形式有场和实物两种。

物理学科不仅研究看不见、摸不着的物质，只能通过转换方法来感知的场（如电场、磁场等），还要研究空间尺度上大到宇宙、天体，小到微观粒子、基本粒子，最大和最小的物体之间的空间尺度比值的数量级大约为1043；时间尺度上长至宇宙年齡，短至基本粒子的寿命，最长和最短的物体之间的时间尺度比值的数量级大约也为1043。

浅议物理学中的“美”郑玉香【摘要】物理学中的美主要体现在精神美、简洁美、对称美、和谐美、统一美等方面,物理教学工作者要培养学生的审美能力,引导他们自觉地追求科学美。

【关键词】物理美;精神;简洁;对称;和谐;统一“生活中并不缺少美,而是缺少美的发现”,物理教学也是如此。

物理学中美的例证比比皆是,但物理学本身并不是美学,能否把摆在我们面前的物理教材从僵硬的铅字变成闪烁着美的光彩的画册,从抽象的概念、公式变成动人的诗篇,关键要靠教师从教学内容中挖掘出美的因素,并通过美的设计,在课堂教学中充分展示出物理学科的美学特征和美的意境,使学生潜移默化地受到美的熏陶和美的培养。

一、伟大科学家的精神之美在物理学发展过程中,物理学家在探索规律的艰辛旅程中,一方面伴随着对美的追求,另一方面表现出他们精神上的种种美德。

这些都是美学因素,物理学家对美的追求和他们的人生美德,可以启迪学生的智慧,引发学生的兴趣,激励成功的意志,养成他们良好品德。

哥白尼与托勒密“地心说”的决裂,就是他深信完美的理论在数学上应该是“和谐与简单”的。

托勒密为解释天文观测的结果,引入“均轮”“本轮”,使得天文理论又复杂又失真。

因此,在极其困难的情况下,哥白尼不畏艰难险阻,研究三十年,建立了“日心说”。

后来,开普勒深切感受到“日心说”的真,毅然抛弃“地心说”的观点。

电磁学的发展在很大程度上得益于对称美的启示。

法拉第深信电与磁是对称的,他认定既然电能生磁,那么磁也能省电。

他坚持奋斗十年,终于发现了电磁感应现象。

二、简洁之美在千姿百态的物理世界里,尽管各种现象千差万别,但在本质上都可归结为若干基本的物理规律,这就是物理学上的简洁之美。

例如:运动和力的关系,曾经困惑人类几千年,但一旦揭开其面纱,呈现出的关系“F=ma”却如此简单;爱因斯坦的质能方程E=mc2,形式十分简单,内容却极其丰富———用最精炼的语言、最少的符号,揭示了奥妙无比的自然规律,所表现的简洁美令人叹为观止;开普勒行星运动第三定律:R3PT2=常量,其形式如此简单,太阳系中所有行星的运动都符合这一规律,奇妙的“2”和“3”使一切井然有序,开普勒不愧为“天空立法者”的称号。

2021-2021学年高一物理开学第一课《判天地之美，析万物之理- 物判天地之美，析万物之理――物理学与人类文明一、教学目标1、了解物理学研究的问题，了解高中物理的知识安排2、了解物理学对人类文明、社会进步的影响 3、知道物理学在科学中的基础地位4、知道高中物理与初中物理在内容与方法上的区别5、知道高中物理学习的基本要求二、教学分析本节课主要阐明高中物理教材的培养目标，让学生了解高中物理要学习什么、要达到什么要求，学习好物理学的方法，以及高中物理教材的编排体系和本套教材的特点。

让学生感受物理的神奇和博大，激发学生学习物理的兴趣和愿望。

三、教学用具电脑，大显示屏，有关程序以及视频资料、图片资料，自制竖直圆环轨道，小球，水流星，激光笔等。

四、教学过程教师自我介绍教师先进行富有个性（幽默、风趣）的自我介绍。

教学过程（一）通过PPT图片演示介绍物理学的特点、研究领域物理学是以实验为基础，运用思维和数学工具研究自然界最基本、最广泛的物质运动规律和物质结构层次的一门精密的自然科学。

时间上，物理学前溯到宇宙起源，后推到宇宙的归宿；空间上，小到基本粒子，大到宇宙天体，近乎无所不在，无所不管。

物理学是自然科学六大基础学科的两大支柱之一，是现代技术（包括信息技术、生物技术、通信技术、航天与空间技术和镭射即激光技术）的重要基础。

现代科技的三大支柱（材料科学、能源科学和信息科学）和现代科研的三大前沿阵地（基本粒子、天体演化和生命起源）也处处离不开物理学的研究成果和研究方法。

物理学的高技术性和强渗透性也使之成为社会发展的重要推动力。

（二）高中物理研究的主要内容高中物理分为力学、电学、热学、光学、原子物理与核物理和相对论初步六部分内容，涉及宏观物体和微观粒子的运动规律和结构特征。

1、力学部分，主要研究运动和力的关系问题。

重点学习牛顿运动定律、机械能和动量等知识。

演示：小球从竖直圆环的斜轨道上不同位�Z释放后在竖直圆环上的不同运动情况以及小球恰能沿圆环做完整圆周运动的临界情况。