高中物理教學中滲透美感教育案例淺析
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摘要：物理學科中富含“美”的素材，既有感性美、又有理性美，還有兩者兼具的．本文首先提出在物理教學中滲透美感教育的必要性；然后界定美感教育概念并闡述高中物理學科中美的體現(xiàn)；以5個滲透美感教育的教學片段為案例，舉例闡述如何滲透美感教育．
關鍵詞：物理教學；美感教育；案例
1物理學科中“美感教育”的界定及意義
“美感教育”是指培養(yǎng)學生認識美、愛好美和創(chuàng)造美的能力的教育，也稱美感教育或審美教育．“美感教育”是“德、智、體、美、勞”教育的一個方面，也是促進學生全面發(fā)展、對學生實施素質教育的不可或缺的一環(huán)．中國教育改革和發(fā)展綱要指出：“美感教育對于培養(yǎng)學生健康的審美觀念和審美能力，陶冶高尚的道德情操，培養(yǎng)全面發(fā)展的人才，具有重要的作用”．著名學者王國維先生曾說過：“教育之中亦分三步：智育、德育（即意志）、美感教育（即情育）”．西南大學的趙伶俐認為美感教育的定義是：“有目的、有計劃、有組織地通過各種美的事物，培養(yǎng)學生審美欣賞、審美表現(xiàn)、審美創(chuàng)造能力，同時也有助于他們‘德、智、體、美、勞’等身心素質全面和諧發(fā)展的教育活動”．結合對“美感教育”的理解及高中物理學科特點，高中物理教育、教學中滲透“美感教育”，既可以培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)美、欣賞美、創(chuàng)造美，又可培養(yǎng)學生對物理學科的學習興趣，激發(fā)學生學習物理的熱情，進而學習感性物理的同時、感悟理性物理．引導學生對物理學科的科學認識，培育學生的科學思維，觸發(fā)學生高階思維的產生，實現(xiàn)學生對物理學科的深度學習．因此，在物理學科教學中滲透“美感教育”是培育學生物理學科核心素養(yǎng)的重要組成部分．
2物理學科中“美”的內涵
物理學科中蘊含的“美”的內涵是什么呢？筆者在文獻［3］中曾闡述物理文化中的“美”的體現(xiàn)．即如物理公式將物理問題與圖像有機聯(lián)系的抽象之美；如牛頓第二定律物理規(guī)律、原理可用簡單的物理公式∑F＝ma表達的簡約之美；如牛頓發(fā)現(xiàn)了牛頓三大定律與萬有引力定律把天地運動規(guī)律和諧統(tǒng)一，麥克斯韋用SD·dS＝q0，SB·dS＝0，∮LE·dl＝－SBt·dS，∮LH·dl＝I0＋SDt·dS4個公式組成的麥克斯韋方程組把電學、磁學規(guī)律統(tǒng)一起來，并且成功把光學也納入電磁學的范疇體現(xiàn)在物理學的和諧之美；如物理學中存在圖像的對稱、公式的對稱、現(xiàn)象的對稱及思維的對稱等對稱之美；如用簡潔物理公式表達生動的物理意義，抽象的符號描述準確的物理情景，是用較少的文字高效表述物理規(guī)律的體現(xiàn)．物理學科語言集聚抽象、簡約及和諧之美．
3物理教學中滲透美感教育的案例舉隅
物理學科中富含“美感教育”的素材，有顯性的、也有隱形的，有具體的、也有抽象的，在物理學科中滲透美感教育是可行的．基于培育學生物理學科核心素養(yǎng)的需要，培養(yǎng)全面發(fā)展的學生形成關鍵能力和必備品格的需要，本文從感性美、理性美兩個角度闡述物理教學中滲透美感教育的案例．
3．1在物理教學中滲透感性美教育
心理學上認為，感性是指感覺、知覺和表象等直觀形式的認識．對感性美的教育主要是欣賞美的現(xiàn)象及對形成美的現(xiàn)象的解釋，從而陶冶學生的情操，同時對智育提供非智力因素的支持．案例1：“光的色散”教學片段設計．發(fā)現(xiàn)美：白光變成彩色的光．欣賞美：3張圖是在3種情況下形成彩色的光．解釋美：形成彩色光的物理原理解釋．圖1是白光通過雙縫時光的干涉現(xiàn)象形成的彩色光，用雙縫干涉的物理原理來解釋；圖2是白光通過單縫時光的衍射現(xiàn)象形成的彩色光，用單縫干涉的物理原理來解釋；圖3是白光通過三棱鏡時形成的色散現(xiàn)象，用光的折射原理來解釋．一樣的現(xiàn)象、不一樣的產生的機理，一樣的“美”．拓展美：霓、虹等現(xiàn)象的認識．圖4觀察霓或虹的影片或圖片，激發(fā)學生思考，設問學生：圖4現(xiàn)象是光的干涉、衍射還是光的折射原理下形成的現(xiàn)象？學生可小組討論，形成正確的認識，是光的折射原理下形成的現(xiàn)象；把自然現(xiàn)象抽象成物理現(xiàn)象，太陽光照到空氣中的小水珠，光在水珠中發(fā)生折射與發(fā)射，一定條件下能產生霓或虹．教師光路分析，正確解釋霓或虹的物理原理．學生在發(fā)現(xiàn)美、解釋美及拓展美中，愉快學習新知識．通過在物理教學中滲透“美感教育”，以“美”為手段，激發(fā)了學生審美熱情和學習物理的興趣，做到“以美激趣”、“以美啟思”、“以美生智”和“以美怡情”．案例2：平拋運動演示實驗教學片段設計．欣賞美：平拋運動的軌跡是優(yōu)美的曲線．演示如圖5平拋運動，小球畫出一條優(yōu)美的曲線．方法美：運動的分解是研究曲線運動的首選方法．平拋運動是勻變速曲線運動，其運動軌跡是拋物線的一支．研究曲線運動首選方法是運動的分解，研究平拋運動也應該考慮將這一曲線運動如何分解，為了合理進行運動的分解，需要從實驗和理論兩個方面尋找依據．對比美：找到平拋運動的運動分解的依據．依次演示如圖6、如圖7兩種情況，由圖6可得出平拋運動在豎直方向上與自由落體運動的運動性質一致，即初速為0的勻加速直線運動；由圖7可得出平拋運動在水平方向上與勻速直線運動的運動性質一致，即水平方向上是勻速直線運動．分析美：化未知運動轉為已知運動．結合平拋運動的演示實驗，從實驗上找到平拋運動可分解為水平方向上的勻速直線運動和豎直方向上的自由落體運動的依據，完美地將未知的運動轉化為已知的運動，方法上將不會處理的問題轉為會處理的問題．這樣美的體現(xiàn)還很多，例如，研究勻速前進汽車輪子上的一點的運動軌跡，此軌跡曲線為“旋輪線”是非常復雜的曲線．但可以將輪子上的一點的運動分解為水平方向上的勻速直線運動與繞軸的勻速圓周運動的合成，也是將未知運動轉為已知運動的完美體現(xiàn)．本教學片段案例培育學生對物理學科中美的欣賞、美的發(fā)現(xiàn)及美的體驗，滲透對學生美感教育．物理滲透美感教育可對學生學習物理的興趣、理念和方法有促進與補充作用．
3．2在物理教學中滲透理性美教育
心理學上認為，理性指屬于概念、判斷和推理階段的認識．理性美是指人們在探索、思考、學習某種知識、理論、觀點的過程中，這些知識、理論、觀點的結構形式和主體已有的知識、理論、觀點的結構形式相符合時產生的情感體驗．理性美的教育，著重在發(fā)現(xiàn)美，并且通過概念、判斷和推理對人產生美的感受，進而形成理性的認知與理性的行為．案例3：圖像法解題的教學片段設計．圖像涉及高中物理學科的各個領域，培養(yǎng)認識圖像，應用圖像是物理學科核心素養(yǎng)培育的重要抓手．圖像法是高中物理中解題的重要的方法，涉及高中物理學科的各個模塊，圖像法往往給高中物理解題帶來“巧”、“妙”的“美感”，以下為圖像法解題的教學片段．圖8體會“美”：數形結合是一種思想方法．例1．物體A、B、C均靜止在同一水平面上，它們的質量分別為mA、mB、mC，與水平面間的動摩擦因數分別為μA、μB、μC，用水平拉力F分別拉物體A、B、C，物體A、B、C的加速度a與拉力F的關系分別如圖8中圖線甲、乙、丙所示，則以下說法正確的是（A）μA＝μB，mA＜mB．（B）μB＜μC，mB＝mC．（C）μB＝μC，mB＞mC．（D）μA＜μC，mA＜mC．解析：本題給定的圖像是aF圖像；給定物理情景，即物體在水平拉力的作用在水平面滑行．由牛頓第二定律得F－μmg＝ma，得a＝Fm－μg，此式為aF圖像的函數式．從斜率1m可以比較各物體質量的大小，從縱坐標的截距－μg可比較各物體與水平面的動摩擦因數的大?。绢}應選（A）、（B）、（D）．“數形結合”的思想方法是高中物理的重要思想方法之一．“數形結合”中的數是指函數表達式，即物理原理或規(guī)律用數學中的函數式來表達，形即是圖形．“數形結合”連接物理問題、物理原理或規(guī)律、數學函數表達式及圖形，因此，“數形結合”的思想方法對學生應用數學知識解決物理問題的能力要求較高，屬于高階思維方法要求的范疇．感受“美”：經典故事體會看圖識信息．圖9例2．經典的龜兔賽跑故事中，動作敏捷的兔子輸給了行動遲緩的烏龜．如圖9所示，為“龜兔賽跑”的位移時間圖像，請看圖回答下列問題：（1）哪條圖線表示烏龜的運動？哪條圖線表示兔子的運動？（2）兔子什么時候、什么地方開始睡覺？（3）兔子睡了多長時間？（4）在什么時候烏龜爬過兔子身邊？（5）兔子醒來時烏龜在什么地方？（6）兔子比烏龜晚多長時間到達終點？解析：（1）由題意知，圖線OBCE表示烏龜的運動；圖線OABDF表示兔子的運動．（2）兔子從t1時刻開始睡覺，距出發(fā)點的距離是s1的位置．（3）兔子從t1時刻睡到t3時刻，所以兔子睡覺時間為t3－t1．（4）在t2時刻烏龜爬過兔子身邊．（5）兔子醒來時烏龜在距原點距離為s2的位置．（6）兔子比烏龜晚t5－t4的時間到達終點．通過本例中如圖9所示的位移時間圖像，感受到對于沒有物理學科素養(yǎng)的人來說，完全不知道是什么意思，更別談富含什么信息．對于具備高中物理學科素養(yǎng)的人來說，能用簡潔的圖顯示豐富的顯性信息，并且從圖的顯性信息中挖掘更多的潛在信息．物理圖像用簡潔的圖，表述豐富的信息是一種獨特的美．感悟“美”．借用速率時間圖像突破難點．圖10例3．一個固定在水平面上的光滑物塊，其左側面是斜面AB，右側面是曲面AC，如圖10所示．已知AB和AC的長度相同．兩個小球p、q同時從A點分別沿AB和AC由靜止開始下滑，比較它們到達水平面所用的時間（A）p小球先到．（B）q小球先到．（C）兩小球同時到．（D）無法確定．解析：根據能量關系可知兩個圖11小球p、q到達水平面的B、C兩點速率相等，設為v1；畫出如圖11所示速率時間圖像，其中圖線與時間軸圍成的“面積”為路程；題中已知兩者的路程相等即可比較得出q小球所用時間較少，即q小球先到達水平面．本題應選（B）．本題中，光滑物塊在斜面或者曲面上運動時，可用能量關系來比較速率大小，但對于兩小球在斜面或者曲面上運動時間的比較，常規(guī)的方法遇到困難．然而，本題用速率時間圖像，可非常直觀描述光滑物塊在斜面或者曲面上運動，并且直觀比較兩者所用時間的長短．可謂，變不會解決的問題為會解決的問題，巧妙突破解題難點．速率時間圖像此時的作用，也是物理方法的魅力，體會物理圖像之美的同時，更是感悟到物理方法之美．
4結語
物理學科中富含“美”的素材，在物理教學中滲透美感教育，既可單一的滲透感性美教育，又可單一滲透理性美教育，也可兩者相互協(xié)同一起滲透．物理的美不僅包含現(xiàn)象美、圖形美等感性之美，又包含是簡潔、統(tǒng)一等的理性之美，在物理教學中滲透美感教育是素質教育下培育學生“德、智、體、美、勞”全面發(fā)展的需要；也是對學生物理學科核心素養(yǎng)培育的需要；更是觸發(fā)學生高階思維、實現(xiàn)物理深度學習的需要．
作者:沈祖榮 單位:江蘇省木瀆高級中學