美育物理——从人文修养到高效学习

　　摘要：“高中物理难学懂，学懂了学不透，学透了考试也未必能取得好成绩，甚至取得了好成绩也不见得真正意义上掌握了这么学科的奥秘。”这是一个摆在高中学生和老师面前的共同问题。如何从根本上解决问题，我在这五年的教学中，有所见解，在这里和大家分享。
　　关键词：物理，人文，高效，学习
　　物理学在建立概念、模型和揭示物质世界本质规律的过程中，往往需要大量的实验，既有实际的动手实验，更有大量的思想实验——理想化实验，同时物理学想要揭示的本质与规律，常常与人们生活的经验相矛盾，所研究的对象通常又是看不见、摸不着、无法通过人体感觉器官感受到的世界，很多概念的建立要通过抽象的想象来完成。
　　一、学术界谈物理美
　　物理学本很美，如在学术界早已公认的“和谐”、“简洁”与“奇异”。先说和谐之美，物质及其运动作为物理学的研究对象,其和谐不仅仅呈现整体和局部的有机统一,而且呈现在过去,现在,未来的因果关系中,物质世界由于质和量上的区别,使物质结构整体上形成一个多层次的可以无限分化的有机层次系统,即微观,宏观宇宙观.进一步又可以分为夸克、基本粒子、原子核、原子分子；岩石圈、水圈、生物圈、大气圈；太阳系、银河系、总星系。物质世界表现了间断性和连续性,间断性表现了层次性,连续性表现为统一性。这些统一,除了呈现空间的统一,还表现在时间的统一上的变化和演化。
　　我们还可以想象一个交响乐团在演奏,多种声部合成在一起形成了完整的旋律.但是当我们把每一个乐器的声音完全剥离出来,小提琴只演奏主音solo,低音提琴只演奏和弦根音,管乐器仅仅演奏和弦和和声部分,可以想象那是多么可怕、单调。这令我想起了高中物理就学过的一个公式:E=hv.这多么完美而简约地表现了微观粒子波粒二像性的统一和互补。
　　再说到“简洁”，所谓简洁,即由于物理学揭示了自然界物质的存在,构成,运动及其能量转化等规律的简单性而体现出来,如同罗丹的现代艺术般简约的美。最典型的莫过于著名的爱因斯坦的质能方程E=mc2,仅用三个物理量之间的简单关系,就揭示了物体具有能量和它质量的关系,又解释了核反应堆反映过程的质量亏损。
　　我们高中物理就已经学过的牛顿三大定律就以空前精炼的语言以及最简单的公式揭示自然界一切物体最机械运动的规律。f=ma,这个简单的式子里,包含了多少人类的梦想啊。许多年以前的希腊哲学家亚里士多德认为,力是维持物体运动的原因,这个谬误的观点一直持续到了伽利略的出现。伽利略提出了,力是改变物体运动状态的原因。于是物理学似乎一瞬间从黑暗迈进了光明。时间长河慢慢流逝、争论、叫喊、喧嚣都渐渐沉寂的时候,牛顿的f=ma让物理学界关于力和运动的语言完全宁静了,一切声音都嘎然而止。f=ma这一简约的式子,里面凝结了无数代人的谬误、失败、奋斗、冥思还有面对残暴政治的勇气。这时,简约就不等于简单了,更不会是简陋,里面有太多太多的东西。
　　二、科普中谈物理美
　　除了学术界大家都肯定的这些美,物理学的美是丰富多彩的,无处不在的。而这个层面的美，恰好对引发学生的学习兴趣有着最直接的影响作用。
　　从初中到大学,我们在学习物理学的时候,都是一个快乐的过程,因为它没有数学如此单调乏味,没有化学那么生硬。在这个过程里,有着许多许多有意思的事情,有着许多许多让人感觉很美好的东西。例如对于喜欢看彩虹的人,幻想那些绚丽的色彩后面是不是有一个神奇的国度。学习了光学后方知道是太阳光经过空气中的液滴的折射,色散成了多种美丽的颜色。为什么会有虹与霓？因为太阳光在水珠里面有全反射的原因，一次全反射产生虹，两次全反射产生霓。根据全反射的计算，同样可以得出虹是42度角，霓是50度角的结论。这是唯象理论的美。
　　到这里,对于彩虹的美,一次一次地螺旋上升。从年少童年的幻想变成了具有理性思考研究的知识,这便统一成了一个过程。马克思认为,真理都是相对的,没有绝对的真理.也就是说,对于霓虹的研究探索也许并没有结束,或许在不久的将来还会有人提出更本质的原理。于是这美,并不在于结果,而是过程。
　　记得在读初中时,物理老师就给我们留下一个让我们思考的问题,为什么“响水不开,开水不响”？也就是说烧开水的时候,在水还没有烧开的时候会发出吱吱的响声,而当水沸腾以后,吱吱声就没有了。对于这个问题,自己一直在不停地思考,也让别人一起思考,却一直没有得到满意的答案.甚至在上大学后还问过热学课的老师,当然,她也没有给我一个满意的答案。但是在她的提示下我又开始重新思考。这才得到了一个让自己满意也能说服别人的答案。原来水在没有烧开地时候,锅底的水的温度比较高,而靠水面的水温度较低,上下的水在对流的时候摩擦,就发出了吱吱的声音。而水沸腾之后,所有的水都达到了100摄氏度,就无所谓对流了,当然就没有吱吱声了。而为什么水具有上下温差,就会发生对流呢?这时就很容易解释了,根据热胀冷缩的原理,同样质量的水,温度高的就会比温度低的体积大一些,于是密度就会变小。这样,锅底的温度较高的水就会往上流。相反的,水面的水就会往下流。得到答案后方发觉这是一个用初中物理知识就可以解释的问题.原来答案并不是那么的重要，而过程才是更让人不容易忘记。
　　总之，以美好的事物来引起学生学习的兴趣，以美好的事物来消除学生对物理学习的恐惧，再让学生在学习的过程中自己发现更美好的事物；是方法，更是目的，希望每一个学生和老师都能在物理教学中找到属于自己的美。