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高中物理教学中渗透美感教育探析

1物理学科中“美感教育”的界定及意义

“美感教育”是指培养学生认识美、爱好美和创造美的能力的教育,也称美感教育或审美教育.“美感教育”是“德、智、体、美、劳”教育的一个方面,也是促进学生全面发展、对学生实施素质教育的不可或缺的一环.中国教育改革和发展纲要指出:“美感教育对于培养学生健康的审美观念和审美能力,陶冶高尚的道德情操,培养全面发展的人才,具有重要的作用”.著名学者王国维先生曾说过:“教育之中亦分三步:智育、德育(即意志)、美感教育(即情育)”.西南大学的赵伶俐认为美感教育的定义是:“有目的、有计划、有组织地通过各种美的事物,培养学生审美欣赏、审美表现、审美创造能力,同时也有助于他们‘德、智、体、美、劳’等身心素质全面和谐发展的教育活动”.结合对“美感教育”的理解及高中物理学科特点,高中物理教育、教学中渗透“美感教育”,既可以培养学生发现美、欣赏美、创造美,又可培养学生对物理学科的学习兴趣,激发学生学习物理的热情,进而学习感性物理的同时、感悟理性物理.引导学生对物理学科的科学认识,培育学生的科学思维,触发学生高阶思维的产生,实现学生对物理学科的深度学习.因此,在物理学科教学中渗透“美感教育”是培育学生物理学科核心素养的重要组成部分.

2物理学科中“美”的内涵

物理学科中蕴含的“美”的内涵是什么呢?笔者在文献[3]中曾阐述物理文化中的“美”的体现.即如物理公式将物理问题与图像有机联系的抽象之美;如牛顿第二定律物理规律、原理可用简单的物理公式∑F=ma表达的简约之美;如牛顿发现了牛顿三大定律与万有引力定律把天地运动规律和谐统一,麦克斯韦用SD·dS=q0,SB·dS=0,∮LE·dl=-SBt·dS,∮LH·dl=I0+SDt·dS4个公式组成的麦克斯韦方程组把电学、磁学规律统一起来,并且成功把光学也纳入电磁学的范畴体现在物理学的和谐之美;如物理学中存在图像的对称、公式的对称、现象的对称及思维的对称等对称之美;如用简洁物理公式表达生动的物理意义,抽象的符号描述准确的物理情景,是用较少的文字高效表述物理规律的体现.物理学科语言集聚抽象、简约及和谐之美.

3物理教学中渗透美感教育的案例举隅

物理学科中富含“美感教育”的素材,有显性的、也有隐形的,有具体的、也有抽象的,在物理学科中渗透美感教育是可行的.基于培育学生物理学科核心素养的需要,培养全面发展的学生形成关键能力和必备品格的需要,本文从感性美、理性美两个角度阐述物理教学中渗透美感教育的案例.

3.1在物理教学中渗透感性美教育

心理学上认为,感性是指感觉、知觉和表象等直观形式的认识.对感性美的教育主要是欣赏美的现象及对形成美的现象的解释,从而陶冶学生的情操,同时对智育提供非智力因素的支持.案例1:“光的色散”教学片段设计.发现美:白光变成彩色的光.欣赏美:3张图是在3种情况下形成彩色的光.解释美:形成彩色光的物理原理解释.图1是白光通过双缝时光的干涉现象形成的彩色光,用双缝干涉的物理原理来解释;图2是白光通过单缝时光的衍射现象形成的彩色光,用单缝干涉的物理原理来解释;图3是白光通过三棱镜时形成的色散现象,用光的折射原理来解释.一样的现象、不一样的产生的机理,一样的“美”.拓展美:霓、虹等现象的认识.观察霓或虹的影片或图片,激发学生思考,设问学生:图4现象是光的干涉、衍射还是光的折射原理下形成的现象?学生可小组讨论,形成正确的认识,是光的折射原理下形成的现象;把自然现象抽象成物理现象,太阳光照到空气中的小水珠,光在水珠中发生折射与发射,一定条件下能产生霓或虹.教师光路分析,正确解释霓或虹的物理原理.学生在发现美、解释美及拓展美中,愉快学习新知识.通过在物理教学中渗透“美感教育”,以“美”为手段,激发了学生审美热情和学习物理的兴趣,做到“以美激趣”、“以美启思”、“以美生智”和“以美怡情”.案例2:平抛运动演示实验教学片段设计.欣赏美:平抛运动的轨迹是优美的曲线.演示如图5平抛运动,小球画出一条优美的曲线.方法美:运动的分解是研究曲线运动的首选方法.平抛运动是匀变速曲线运动,其运动轨迹是抛物线的一支.研究曲线运动首选方法是运动的分解,研究平抛运动也应该考虑将这一曲线运动如何分解,为了合理进行运动的分解,需要从实验和理论两个方面寻找依据.对比美:找到平抛运动的运动分解的依据.依次演示如图6、如图7两种情况,由图6可得出平抛运动在竖直方向上与自由落体运动的运动性质一致,即初速为0的匀加速直线运动;由图7可得出平抛运动在水平方向上与匀速直线运动的运动性质一致,即水平方向上是匀速直线运动.分析美:化未知运动转为已知运动.结合平抛运动的演示实验,从实验上找到平抛运动可分解为水平方向上的匀速直线运动和竖直方向上的自由落体运动的依据,完美地将未知的运动转化为已知的运动,方法上将不会处理的问题转为会处理的问题.这样美的体现还很多,例如,研究匀速前进汽车轮子上的一点的运动轨迹,此轨迹曲线为“旋轮线”是非常复杂的曲线.但可以将轮子上的一点的运动分解为水平方向上的匀速直线运动与绕轴的匀速圆周运动的合成,也是将未知运动转为已知运动的完美体现.本教学片段案例培育学生对物理学科中美的欣赏、美的发现及美的体验,渗透对学生美感教育.物理渗透美感教育可对学生学习物理的兴趣、理念和方法有促进与补充作用.

3.2在物理教学中渗透理性美教育

心理学上认为,理性指属于概念、判断和推理阶段的认识.理性美是指人们在探索、思考、学习某种知识、理论、观点的过程中,这些知识、理论、观点的结构形式和主体已有的知识、理论、观点的结构形式相符合时产生的情感体验.理性美的教育,着重在发现美,并且通过概念、判断和推理对人产生美的感受,进而形成理性的认知与理性的行为.案例3:图像法解题的教学片段设计.图像涉及高中物理学科的各个领域,培养认识图像,应用图像是物理学科核心素养培育的重要抓手.图像法是高中物理中解题的重要的方法,涉及高中物理学科的各个模块,图像法往往给高中物理解题带来“巧”、“妙”的“美感”,以下为图像法解题的教学片段.图8体会“美”:数形结合是一种思想方法.例1.物体A、B、C均静止在同一水平面上,它们的质量分别为mA、mB、mC,与水平面间的动摩擦因数分别为μA、μB、μC,用水平拉力F分别拉物体A、B、C,物体A、B、C的加速度a与拉力F的关系分别如图8中图线甲、乙、丙所示,则以下说法正确的是(A)μA=μB,mA<mB.(B)μB<μC,mB=mC.(C)μB=μC,mB>mC.(D)μA<μC,mA<mC.解析:本题给定的图像是aF图像;给定物理情景,即物体在水平拉力的作用在水平面滑行.由牛顿第二定律得F-μmg=ma,得a=Fm-μg,此式为aF图像的函数式.从斜率1m可以比较各物体质量的大小,从纵坐标的截距-μg可比较各物体与水平面的动摩擦因数的大小.本题应选(A)、(B)、(D).“数形结合”的思想方法是高中物理的重要思想方法之一.“数形结合”中的数是指函数表达式,即物理原理或规律用数学中的函数式来表达,形即是图形.“数形结合”连接物理问题、物理原理或规律、数学函数表达式及图形,因此,“数形结合”的思想方法对学生应用数学知识解决物理问题的能力要求较高,属于高阶思维方法要求的范畴.感受“美”:经典故事体会看图识信息.图9例2.经典的龟兔赛跑故事中,动作敏捷的兔子输给了行动迟缓的乌龟.如图9所示,为“龟兔赛跑”的位移时间图像,请看图回答下列问题:(1)哪条图线表示乌龟的运动?哪条图线表示兔子的运动?(2)兔子什么时候、什么地方开始睡觉?(3)兔子睡了多长时间?(4)在什么时候乌龟爬过兔子身边?(5)兔子醒来时乌龟在什么地方?(6)兔子比乌龟晚多长时间到达终点?解析:(1)由题意知,图线OBCE表示乌龟的运动;图线OABDF表示兔子的运动.(2)兔子从t1时刻开始睡觉,距出发点的距离是s1的位置.(3)兔子从t1时刻睡到t3时刻,所以兔子睡觉时间为t3-t1.(4)在t2时刻乌龟爬过兔子身边.(5)兔子醒来时乌龟在距原点距离为s2的位置.(6)兔子比乌龟晚t5-t4的时间到达终点.通过本例中如图9所示的位移时间图像,感受到对于没有物理学科素养的人来说,完全不知道是什么意思,更别谈富含什么信息.对于具备高中物理学科素养的人来说,能用简洁的图显示丰富的显性信息,并且从图的显性信息中挖掘更多的潜在信息.物理图像用简洁的图,表述丰富的信息是一种独特的美.感悟“美”.借用速率时间图像突破难点.图10例3.一个固定在水平面上的光滑物块,其左侧面是斜面AB,右侧面是曲面AC,如图10所示.已知AB和AC的长度相同.两个小球p、q同时从A点分别沿AB和AC由静止开始下滑,比较它们到达水平面所用的时间(A)p小球先到.(B)q小球先到.(C)两小球同时到.(D)无法确定.解析:根据能量关系可知两个图11小球p、q到达水平面的B、C两点速率相等,设为v1;画出如图11所示速率时间图像,其中图线与时间轴围成的“面积”为路程;题中已知两者的路程相等即可比较得出q小球所用时间较少,即q小球先到达水平面.本题应选(B).本题中,光滑物块在斜面或者曲面上运动时,可用能量关系来比较速率大小,但对于两小球在斜面或者曲面上运动时间的比较,常规的方法遇到困难.然而,本题用速率时间图像,可非常直观描述光滑物块在斜面或者曲面上运动,并且直观比较两者所用时间的长短.可谓,变不会解决的问题为会解决的问题,巧妙突破解题难点.速率时间图像此时的作用,也是物理方法的魅力,体会物理图像之美的同时,更是感悟到物理方法之美.

4结语

物理学科中富含“美”的素材,在物理教学中渗透美感教育,既可单一的渗透感性美教育,又可单一渗透理性美教育,也可两者相互协同一起渗透.物理的美不仅包含现象美、图形美等感性之美,又包含是简洁、统一等的理性之美,在物理教学中渗透美感教育是素质教育下培育学生“德、智、体、美、劳”全面发展的需要;也是对学生物理学科核心素养培育的需要;更是触发学生高阶思维、实现物理深度学习的需要.

作者:沈祖荣 单位:江苏省木渎高级中学

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