物理實驗中的美

賀艷姿

摘? 要：介紹物理實驗的美學因素，論述物理實驗的現象美、設計與方法美及結論美，探討物理實驗教學過程中提升其審美化程度的方法：以生活情景為實驗藍本體現物理實驗的自然美。

關鍵詞：物理實驗的美;物理實驗教學;自然美;設計與方法的美

一、物理實驗中美的因素

（一）物理實驗的現象美

物理實驗展示的現象實際上是實驗物理學家對自然現象或自然過程重新組織或者重新構建。因此物理實驗中的現象美就包含兩方面的內容：物理觀察的自然現象美和物理實驗展現的現象美。物理觀察的自然現象美和傳統美學中所謂的自然美的內涵是不盡相同的。后者是審美主體的感官直接感受到的自然界表面屬性，如日月星辰的光芒、銀河系的廣闊幽深、彩虹的絢麗多彩等等這些自然物的自然屬性。

既然，物理觀察存在大量的自然現象美，那么，對自然現象美進行重構的物理實驗也必然展現很多的現象美?？匆豢磳嶒炍锢韺W家給我們展現的圖景：棱鏡或光柵展示的多色光譜，由若干不同顏色的細亮譜線按波長順序排列組成，展現了簡單有序美;雙縫干涉條紋呈現出了明暗相間的等間距的直條紋，單縫衍射花樣中各極大處的光強是不相同的，中央明紋光強最大，其他明紋光強迅速下降，呈現對稱分布;這些令人賞心悅目、回味無窮的圖景，是人們感性認識的范圍內就可以體驗其美感效應的，與繪畫有同樣的審美價值。這些美麗的圖景具有對稱、簡潔、和諧等特點。

（二）物理實驗的設計、方法的美

物理實驗的審美價值不僅僅表現在現象美上，還表現在獨具創造性的實驗構思、精巧完美的實驗設計上，以及精湛的實驗操作和控制技術中。在歷史上人們一直認為光的傳播不需要時間。直到十七世紀，物理學家才開始嘗試測定光的速度。剛開始物理學家測定光速時，必需利用很大的距離，用精巧的方法準確地測出很短時間間隔，得到的結果誤差很大，后來邁克爾遜設計了一個十分精巧的實驗，非常準確地測出了光速度。他選擇兩個山峰，測出兩山峰間的距離。在第一個山峰上安裝一個強光光源和一個正八面棱鏡及一個望遠鏡;另一個山峰上安裝一面凹鏡和一個平面反射鏡。通過調節八面棱鏡的轉速，測定光速。愛因斯坦稱贊這一實驗的優美和方法的精湛時說：“邁克爾遜是科學的藝術家”。? 再如對稱性的方法是現代物理實驗的一個重要方法，并且物理實驗過程中也展現了對稱美的美學形式。傳統美學中的對稱僅指人們感性意識中的三維空間的對稱，物理學中的對稱則包含各種數學空間的對稱，是一種理性范疇的對稱。對稱性原理在現代物理學研究中發揮了越來越大的作用，對稱性的方法其實已經是當代物理學家研究物理學問題的一種方法。實驗物理學家對于對稱這種美學形式更是寵愛有加，義無反顧地去追求這種美。法拉第從對稱性中得到了很大的啟發，他想既然電能生磁，那么磁也一定能生電，這樣才能顯示出自然界的對稱美。他經過10年的艱苦努力，終于用實驗證實了電與磁之間存在對稱美的設想。對稱性思想已經是現代物理學實驗的一個重要思想。物理學史上的諸多實驗，在科學發展及人類進步的歷史舞臺上閃耀著藝術的光輝，堪稱物理世界中的藝術精品。如庫侖的電抨實驗;托馬斯楊的光雙縫干涉實驗;蓋革與馬斯登在盧瑟福指導下進行的粒子散射實驗;赫茲的電磁波實驗;查德威克發現中子的實驗和吳健雄驗證弱相互作用下宇稱不守恒理論的實驗等。

二、實驗演示，反映科學嚴謹美

演示實驗是物理教學中常用的手段和重要組成部分，它作為一種真實、形象的教學操作形式，既有展示物理知識的直觀效應，又有表演操作的示范作用，好的演示實驗往往會給人以美的享受。因此，教師在進行演示實驗時，除了確保實驗的成功外，，還應有意識地滲透美育，以具體鮮明的形象感染人、教育人。教師在課前應根據教案精心準備好課堂演示實驗所需的一切儀器及實驗材料，并將其整齊有序的擺放在清潔明亮的實驗盤中待用。在實驗時講臺布置要勻稱合理，與實驗無關的其它儀器和書簿、粉筆等用品撤離講臺，創造出良好的實驗環境。裝配儀器時，除按操作使用順序進行外，還應注意整個裝置的布局比例要適當協調，錯落有序，疏密有致，不能頭重腳輕，頭大尾小。同時，演示實驗主要是由教師操作表演，是學生實驗的示范。老師對待實驗的態度和操作方法，對學生有著很大的影響，因此教師在演示實驗時必須注意操作的正確性和規范性，做到態度自然大方，表情自信、輕松，動作果斷利落，技能熟練精湛，體現出訓練有素的良好的風范美。即使對很簡單的一般性操作，也不能掉以輕心，不能表現出有絲毫漫不經心的態度。教師只是將這種嚴謹而認真的教風美，熟練而準確的操作美，展現在學生面前，才能給學生留下美好的印象。

三、開設綜合性、設計性實驗，給學生體驗實驗的設計、手段的方法美與創造美的空間

多開設一些綜合性、設計性實驗，給學生更大的空間去創造、思考，充分挖掘學生的潛能來完成實驗，從而完成體驗實驗的設計、手段的方法美與創造美。隨著科學技術的迅猛發展、許多邊緣學科、交*學科的興起，學科互相滲透、互相結合的整體化發展日益迅速，某一疑難科技問題的解決不再僅僅依賴于某一個學科，而是多學科的綜合化。因此，為了培養學生的發散思維能力，提高探究能力，在物理實驗內容的選擇方面可涉及其他學科與物理學相聯系的綜合性問題，如光譜技術、真空技術、磁共振技術、光纖技術、傳感器技術、光學信息處理技術等等。

綜上所述，教師充分挖掘物理實驗中的美的因素，在物理實驗教學中充分展示和利用物理實驗的美學特征，讓學生充分感受物理的美，不但可以提高物理實驗的教學效果，讓物理實驗教學充分發揮其效力，而且可以引導學生探索物理中的美并將這種追求轉變為學習動力，同時還能夠潛移默化地影響學生的科學品質，讓學生在物理實驗教學中充分領略科學家追求科學真理的勇氣、創新精神和為科學獻身的品格。

（作者單位：湖南省株洲市第十八中學，湖南? ?株洲? ?412000）