一、美育與物理教育
作為美育理論基礎(chǔ)的美學(xué)與物理學(xué)，就獨(dú)立的兩門學(xué)科而言，都各有自己的周界，但它們又相互交叉、滲透。圖1表示了物理學(xué)與美學(xué)、教育學(xué)、心理學(xué)之間的學(xué)科生成結(jié)構(gòu)。圖中區(qū)域Ⅰ物理教育學(xué)；Ⅱ?yàn)槲锢硇睦韺W(xué)；Ⅲ物理（科學(xué)）美學(xué)；Ⅳ為物理教育心理學(xué)；Ⅴ為物理審美心理學(xué)；Ⅵ為物理教育藝術(shù)。這些交叉學(xué)科（或稱邊緣學(xué)科）的研究目前已出不少成果。盡管這種學(xué)科生成的模式只是選了某種攝入角度，但從中卻可看出美學(xué)在物理學(xué)中的地位，或者說(shuō)從某種角度反映出兩者的關(guān)系。
那么，深入到物理教育與審美教育中，兩者又存在什么關(guān)系呢？我們不妨用比較的方法來(lái)探究。
物理教育的使命可表述為：培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識(shí)宇宙，學(xué)會(huì)從物質(zhì)組構(gòu)和運(yùn)動(dòng)的繁雜、混亂無(wú)序之中，整理出統(tǒng)一的、簡(jiǎn)潔的秩序和規(guī)律。
審美教育的使命可表述為：培養(yǎng)學(xué)生具有正確的審美觀和鑒賞美、創(chuàng)造美的能力，學(xué)生從零散、無(wú)序的藝術(shù)哲學(xué)之中整理出令人神往的秩序和規(guī)律。
這里所謂的“秩序”意味著真理與和諧。可是，物理教育與審美教育都是為了秩序”，追求“規(guī)律”，只是學(xué)科不同，相應(yīng)的教育方式和方法各有特色而已。
其實(shí)，天下的學(xué)問(wèn)本是相互交叉、彼此滲透的。人們將學(xué)問(wèn)機(jī)械地分為數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、天文學(xué)、海洋學(xué)、地質(zhì)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、哲學(xué)、法學(xué)、美學(xué)等，這只是人類漫長(zhǎng)的文明發(fā)展某一特定時(shí)期的一種文化現(xiàn)象。
隨著人類社會(huì)的進(jìn)步與文明的進(jìn)一步發(fā)展，各學(xué)科間相互滲透、影響更趨廣泛和深入，當(dāng)今知識(shí)的日趨統(tǒng)一和學(xué)科朝各自專業(yè)化縱深進(jìn)展，已成為人類文明發(fā)展的大趨勢(shì)。美育不斷滲透進(jìn)物理教育，日益綜合，正是順應(yīng)了人類知識(shí)大統(tǒng)一的大潮，而探索物理教學(xué)與審美教學(xué)的關(guān)系，則是這股大潮中濺起的一朵浪花。
物理學(xué)具有自身的科學(xué)美，體現(xiàn)了美學(xué)原理，并不能就此將物理學(xué)等同于美學(xué)，或者將兩者混為一談，其實(shí)它們作為獨(dú)立的學(xué)科，都具有不可相互取代的獨(dú)立性。
二、物理學(xué)中美育的任務(wù)
物理教育中的美育應(yīng)根據(jù)學(xué)科教育目標(biāo)，結(jié)合中學(xué)生審美心理特點(diǎn)和生理特點(diǎn)，通過(guò)揭示物理學(xué)的“真”與“美”，使廣大中學(xué)生開(kāi)闊視野、和諧關(guān)系、陶冶心靈、開(kāi)發(fā)智能、活潑氣氛、增強(qiáng)情趣。
（一）培養(yǎng)學(xué)生正確的審美觀，激發(fā)他們創(chuàng)造美的熱情
物理知識(shí)的真是美的基礎(chǔ)，沒(méi)有真就沒(méi)有美。美不是抽象的、空洞的、神秘的東西，它離不開(kāi)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)。凡是美的事物，總符合事物發(fā)展的規(guī)律，代表事物發(fā)展的趨勢(shì)的。因此，物理學(xué)中的美體現(xiàn)著真，包含著真的。物理教學(xué)活動(dòng)從來(lái)不是單向的抽象思維活動(dòng)，而是師生雙邊活動(dòng)；在教學(xué)活動(dòng)中，師生間不僅僅是知識(shí)概念的交流，也是心靈與情感的溝通，因此，無(wú)論從教育內(nèi)容，還是從教育方法來(lái)說(shuō)，都應(yīng)體現(xiàn)真、善、美的統(tǒng)一。中學(xué)生進(jìn)入青春期后，愛(ài)美意識(shí)逐漸加強(qiáng)，從單一注重外表逐漸轉(zhuǎn)向內(nèi)在的精神價(jià)值的崇尚；審美范圍也逐漸由周圍狹窄的生活圈子擴(kuò)展廣闊的社會(huì)生活與自然現(xiàn)象中去；審美思維式也逐漸從形象進(jìn)化到抽象，從感性進(jìn)化到理性。因此，適時(shí)地引導(dǎo)他們樹立對(duì)自然現(xiàn)象、自然法則思維藝術(shù)的審美情趣，以提高感受、鑒別和理解美的能力，是完全符合人才成長(zhǎng)規(guī)律的，不容延誤，更不容輕視。
事實(shí)表明，凡對(duì)自然美和藝術(shù)美有追求的學(xué)生，一旦剖析了物理學(xué)的科學(xué)美，往往令他們?cè)趯?duì)物理學(xué)美的贊嘆中，提高學(xué)習(xí)物理的熱情，逐漸領(lǐng)悟到物理學(xué)有如同詩(shī)一般的簡(jiǎn)潔、對(duì)稱與和諧之美，他們對(duì)學(xué)好物理學(xué)的興致會(huì)更濃，學(xué)習(xí)潛能挖掘得更深，進(jìn)而從嘗到的學(xué)習(xí)成果滋味中，更激勵(lì)他們主動(dòng)學(xué)習(xí)、刻苦鉆研的求索精神，構(gòu)成動(dòng)因與效果間的“正反饋”。要達(dá)此目的，關(guān)鍵在于教師在教學(xué)活動(dòng)中怎樣創(chuàng)造美的氛圍，怎樣誘發(fā)學(xué)生的審美激情，讓審美主體的學(xué)生能大限度地發(fā)現(xiàn)美、欣賞美、享受美。
對(duì)物理美的認(rèn)知，可以激發(fā)物理學(xué)家破譯宇宙密碼的強(qiáng)烈激情與靈感，同樣也完全可以使學(xué)生產(chǎn)生探索物理的激情與創(chuàng)造的動(dòng)機(jī)，令學(xué)生在感知審美對(duì)象的基礎(chǔ)上引起情感反應(yīng)，產(chǎn)生積極聯(lián)想和深刻理解，從而迸發(fā)出創(chuàng)造性思維的火花。近年來(lái)，我國(guó)不少中學(xué)生發(fā)表了大量極有創(chuàng)見(jiàn)的科學(xué)論文、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、科學(xué)制作，甚至有被美國(guó)宇航局采納的航天飛行中的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和方案。近幾屆國(guó)際物理奧林匹克競(jìng)賽金獎(jiǎng)桂冠也大都由我國(guó)中學(xué)生摘取，從這些創(chuàng)造性思維成果中，我們都能尋找到美育的痕跡。
可以肯定地說(shuō)，對(duì)科學(xué)美的認(rèn)識(shí)是誘導(dǎo)學(xué)生學(xué)好物理學(xué)的橋梁，伴隨而來(lái)，展現(xiàn)在學(xué)生面前的就再也不是一堆死氣沉沉的公式，而是一串串令人贊美的珍珠了。不過(guò)，這些定律、公式能給學(xué)生帶來(lái)美的享受是有前提的，那就是這種對(duì)物理美的感受不是光靠肉眼來(lái)辨析，更要靠心智去體驗(yàn)。這要求物理教師從素質(zhì)上注意培養(yǎng)學(xué)生具有像科學(xué)家那樣敏銳的辨析力和豐富的想像力。
其實(shí)，對(duì)科學(xué)美的認(rèn)識(shí)本身也有助于完善和促進(jìn)學(xué)生觀察能力、思維能力、想像能力、記憶能力和操作能力，尤其對(duì)培養(yǎng)學(xué)生具有擴(kuò)散性思維的想像能力作用更顯著。藝術(shù)的想像力給人類喜歡鉆研的思想添上了雙翼。難怪愛(ài)因斯坦一貫強(qiáng)調(diào)“想像力比知識(shí)更重要”。藝術(shù)的想像力會(huì)刺激科學(xué)的想像力，這些都是對(duì)美的追求的表現(xiàn)。
（二）培養(yǎng)學(xué)生高尚的情操，使他們成為：身心健康、全面發(fā)展和有道德的人美育通過(guò)陶冶學(xué)生的心靈，起到以形悅心，以情感人，以美引善，以美育人的作用，從而培養(yǎng)學(xué)生具有優(yōu)良的道德。這一作用根源于美與善的辯證統(tǒng)一。美育與道德的善是一致的，美以善為前提，善是美的本源，善又是真與美的歸宿和家園。美和德是親姊妹，美的情感和善的行為是道德的基礎(chǔ)。
不論哪一套中學(xué)物理教材，都涉及近百名中外物理學(xué)家。這些物理學(xué)家雖然國(guó)籍不同，所處年代不同，各人經(jīng)歷不同，但他們都充分體現(xiàn)出為追求科學(xué)真理而不懈努力的美德，他們生平大量動(dòng)人的事跡，尤其是不怕挫折的拼搏精神、愛(ài)國(guó)奉獻(xiàn)的敬業(yè)精神和相互協(xié)作的精神都是一部絕好的美育教材，能激起學(xué)生心靈的震動(dòng)。教學(xué)過(guò)程中，若能把物理學(xué)家勇于探索，實(shí)事求是的科學(xué)精神；視苦為樂(lè)，頑強(qiáng)拼搏的不屈精神；只圖貢獻(xiàn)，不求索取的奉獻(xiàn)精神；堅(jiān)持真理，并為捍衛(wèi)真理不怕?tīng)奚墨I(xiàn)身精神等生動(dòng)事例穿插講授，定能使學(xué)生深感染，進(jìn)而學(xué)習(xí)和仿效物理學(xué)家的這種崇高的精神風(fēng)貌與美德。這無(wú)疑是理想、成功的情感教育。
物理教育就是要激發(fā)學(xué)生的愛(ài)美本性，像科學(xué)家那樣，把追隨真、善、美作為正視生活的理想，揚(yáng)起生命的風(fēng)帆，去追求美，表現(xiàn)美，創(chuàng)造美。通過(guò)物理學(xué)美的內(nèi)容和教育方法，陶冶學(xué)生愛(ài)美的情操，逐步凈化他們的心靈，引導(dǎo)他們做一個(gè)有道德的、崇高的人，身心健康全面發(fā)展的人。
三、物理學(xué)的美學(xué)特征
“原子彈之父”奧本海默認(rèn)為，物理學(xué)“是一門研究自然規(guī)律與秩序的學(xué)科，它探索物質(zhì)和諧地存在與運(yùn)動(dòng)的根源”。
物質(zhì)世界的真與美從來(lái)都是統(tǒng)一的，物理學(xué)家往往借助美來(lái)認(rèn)識(shí)真理，整理事實(shí)，以從中得出普遍的規(guī)律或結(jié)論。誠(chéng)如為牛頓作傳的作家沙利文所說(shuō)；“因?yàn)榭茖W(xué)理論的主要宗旨是發(fā)現(xiàn)自然中的和諧，所以我們能夠立即看到這些理論必定有美學(xué)價(jià)值?！辈嘌裕骸耙粋€(gè)科學(xué)理論成就的大小，事實(shí)上就是它的價(jià)值的大小?！泵缹W(xué)因素不僅僅存在于物理論創(chuàng)立的原動(dòng)力之中，還滲透于其理論體系的構(gòu)思與表達(dá)之中。
楊振寧在《美和理論物理》一文中提出物理理學(xué)具有“物理現(xiàn)象之美”“理論描述之美”“理論結(jié)構(gòu)之美”。也有不少物理學(xué)家認(rèn)為，物理學(xué)的美學(xué)特征主要表現(xiàn)為“多樣統(tǒng)一美”“和諧奇異美”“簡(jiǎn)潔明快美”等。對(duì)物理學(xué)的種種美學(xué)評(píng)估，只是攝入角度或提法上的不同，本質(zhì)上都是揭示科學(xué)真與科學(xué)美的辯證關(guān)系?？茖W(xué)美是科學(xué)對(duì)象美與科學(xué)表現(xiàn)美的統(tǒng)一。下面，簡(jiǎn)析物理學(xué)所體現(xiàn)的簡(jiǎn)單性、對(duì)稱性、和諧性。
（一）簡(jiǎn)單性
物質(zhì)世界的構(gòu)成和運(yùn)動(dòng)，客觀地展現(xiàn)出“簡(jiǎn)單”的風(fēng)采：一切物質(zhì)都由簡(jiǎn)單的粒子成；光沿著簡(jiǎn)單的直線傳播；行星沿著簡(jiǎn)單的幾何曲線──圓、橢圓、拋物線或雙曲線運(yùn)動(dòng)；等等。
物理學(xué)家對(duì)宇宙呈現(xiàn)的簡(jiǎn)單性具有強(qiáng)烈的信念，他們采用“寧可尋求簡(jiǎn)單”的邏輯與手法來(lái)研究物質(zhì)世界。從天體到基本粒子，物質(zhì)運(yùn)動(dòng)紛繁復(fù)雜，但物理學(xué)家巧妙地從復(fù)雜的真實(shí)世界中，把研究對(duì)象一一分割，抽象出簡(jiǎn)單的物理模型，諸如質(zhì)點(diǎn)、理想彈簧振子、理想單擺、理想氣體、點(diǎn)電荷、電力線、理想變壓器、光線、薄透鏡等等，以這些優(yōu)美的理想模型概括出物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律，變復(fù)雜為簡(jiǎn)單，既簡(jiǎn)潔又合理，既抽象又形象，給師生帶來(lái)研究物質(zhì)世界美享受。
物理理論體系、規(guī)律、公式表達(dá)上體現(xiàn)在邏輯上的簡(jiǎn)單美，更令人贊嘆。作為支撐經(jīng)典物理大廈的牛頓運(yùn)動(dòng)定律，在宏觀低速領(lǐng)域，實(shí)實(shí)在在地展現(xiàn)其簡(jiǎn)潔和完美；而作為現(xiàn)代物理大廈支柱的相對(duì)論和量子力學(xué)，又從更廣闊領(lǐng)域描繪了一幅極其簡(jiǎn)潔的物質(zhì)組構(gòu)和運(yùn)動(dòng)的生動(dòng)圖象。
至于采用數(shù)學(xué)工具，以極其簡(jiǎn)潔而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)暮瘮?shù)關(guān)系或明快而直觀的數(shù)學(xué)圖線來(lái)描繪錯(cuò)綜復(fù)雜的物理現(xiàn)象，那在整個(gè)物理學(xué)的研究中就比比皆是了。
（二）對(duì)稱性
在美學(xué)中，“對(duì)稱”是形式美的表現(xiàn)，指整個(gè)組成部分之間的相稱或?qū)?yīng)，如空間上的和諧布局，時(shí)間上的節(jié)律協(xié)和。
在物理學(xué)中，物理學(xué)家追求的是所研究的宇宙結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性。他們也常把追求理論的對(duì)稱之美作為一種有效的研究途徑。
探索物質(zhì)世界時(shí)空的形象對(duì)稱性始終是物理學(xué)的熱門話題之一，形象的要數(shù)鏡像對(duì)稱。諸如物體豎直上拋和斜體運(yùn)動(dòng)的上升過(guò)程與下降過(guò)程的時(shí)空對(duì)稱；在光學(xué)和固體物理中屢屢出現(xiàn)的空間對(duì)稱；在交流電和電磁振蕩研究中出現(xiàn)的時(shí)間對(duì)稱。學(xué)生易體會(huì)的時(shí)間對(duì)稱例子是地球自傳、公轉(zhuǎn)帶來(lái)的白天、黑夜與年復(fù)一年的周期與節(jié)律。其實(shí)，伽利略的“力學(xué)定律在所有慣性系中都相同”的相對(duì)性原理，深刻地揭示了建立在直覺(jué)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上的時(shí)空形象對(duì)稱性。
物理學(xué)公式、定律表達(dá)方式上和理論結(jié)構(gòu)上所反映的對(duì)稱性更是不勝枚舉。諸如電磁學(xué)中靜電力的平方反比定律的公式表達(dá)就是追求跟萬(wàn)有引力平方反比定律的對(duì)稱而獲得的。盧瑟福的原子有核模型的構(gòu)想則得益于長(zhǎng)岡的思想，如他論文中承認(rèn)：“長(zhǎng)岡從數(shù)學(xué)上考慮的土星原子是值得注意的?！倍毡疚锢韺W(xué)家長(zhǎng)岡半太郎的“土星系原子模型”也完全是出于對(duì)宏觀天體與微觀粒子間的對(duì)稱性考慮。又如，麥克斯韋根據(jù)電與磁的對(duì)稱性及磁力線圖象的對(duì)稱性，在沒(méi)有任何實(shí)驗(yàn)支持的情況下，大膽地在安培定律中平添了“位移電流”矢量項(xiàng)，使麥克斯韋得以建立起他的呈現(xiàn)對(duì)稱美的方程組，其中主要的四個(gè)方程彼此相容，成為自洽的關(guān)于電磁場(chǎng)的完整理論體系，被譽(yù)為自然界優(yōu)美的詩(shī)。
除形象對(duì)稱性外，物理學(xué)還體現(xiàn)了抽象對(duì)稱性，即從一個(gè)概念、一個(gè)命題或一個(gè)理論中所反映出來(lái)的對(duì)稱性。較典型的例子是1905年愛(ài)因斯坦創(chuàng)立狹義相對(duì)論時(shí)，把伽利略的力學(xué)相對(duì)性原理作為基本假設(shè)，而在1916年創(chuàng)立廣義相對(duì)論時(shí)，把電磁理論中的洛侖茲不變性作為對(duì)稱性假設(shè)。正是這些抽象的對(duì)稱性思考，有助于解開(kāi)宇宙密碼，推動(dòng)物理學(xué)的進(jìn)展。
在理論物理中，對(duì)稱性又往往表現(xiàn)為對(duì)運(yùn)動(dòng)方程或描述物質(zhì)系統(tǒng)狀態(tài)的函數(shù)作某些數(shù)學(xué)變換后，該方程或函數(shù)保持不變的特性。
探尋宇宙的對(duì)稱性，已成為當(dāng)代物理學(xué)發(fā)展的突破口，難怪溫伯格認(rèn)為，在我們?nèi)粘Ｉ钪械拇_存在隱而不見(jiàn)的對(duì)稱性。我認(rèn)為，在物理學(xué)中還沒(méi)有比這樣一種想法更有希望了。
（三）和諧性
“和諧”是美學(xué)的一個(gè)重要法則。古希臘畢達(dá)哥拉斯學(xué)派認(rèn)為，宇宙與數(shù)之間之所以美，是因?yàn)樗鼈兪呛椭C的。而物理學(xué)家認(rèn)為，物質(zhì)世界自身及物理理論的“統(tǒng)一”“對(duì)應(yīng)”乃是宇宙和諧的反映。
物理學(xué)龐大的知識(shí)體系，既遵循各自內(nèi)在的規(guī)律，又相互聯(lián)系，構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一體。例如，以運(yùn)動(dòng)定律和萬(wàn)有引力定律的簡(jiǎn)潔形式所表示的牛頓力學(xué)，把地上的力學(xué)與天上的力學(xué)統(tǒng)一了起來(lái)；優(yōu)秀的麥克斯韋方程把電、磁、光統(tǒng)一為電磁場(chǎng)理論；而作為近代物理支柱的愛(ài)因斯坦相對(duì)論，又把牛頓力學(xué)與麥克斯韋電磁場(chǎng)理論統(tǒng)一了起來(lái)。而三大守恒定律（物質(zhì)、能量、動(dòng)量）乃是物質(zhì)世界和諧性完美的體現(xiàn)。
“多樣的統(tǒng)一”之美是人類追求的永恒主題。整個(gè)物理學(xué)史，在某種程度上也可以說(shuō)是物理學(xué)大師們?yōu)榻⒔y(tǒng)一的物理理論的奮斗史。只用一個(gè)理論以說(shuō)明存在于宇宙的四種力──重力、電磁力、弱力和強(qiáng)力的“統(tǒng)一場(chǎng)論”，是愛(ài)因斯坦耗費(fèi)30多年寶貴歲月，孜孜以求的目標(biāo)，盡管抱憾以終，但他的前瞻性思想，對(duì)現(xiàn)代物理進(jìn)展的影響至為深遠(yuǎn)。尋求邁向統(tǒng)一場(chǎng)論之路，仍是當(dāng)今物理學(xué)的前沿課題之一。
“對(duì)應(yīng)”是物理學(xué)和諧美的另一表現(xiàn)形式。電子、質(zhì)子、中子與正電子、反質(zhì)子、反中子體現(xiàn)了物質(zhì)構(gòu)成的對(duì)應(yīng)；而E＝mc2的質(zhì)能公式則體現(xiàn)了質(zhì)量與能量的對(duì)應(yīng)。除了這些類比性對(duì)應(yīng)關(guān)系外，還存在理論繼承性對(duì)應(yīng)關(guān)系。熱力學(xué)理論初創(chuàng)時(shí)，物理學(xué)家們就堅(jiān)信：表示物體溫度、壓強(qiáng)、熱容量等宏觀物理量與表征分子和原子的大小、質(zhì)量、速度、能量等微觀物理量間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系。以后，隨著統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的發(fā)展，物理學(xué)家果真能圓滿地以分子動(dòng)理論和統(tǒng)計(jì)方法揭示出宏觀熱現(xiàn)象的微觀本質(zhì)，體現(xiàn)了新舊理論間的繼承性對(duì)應(yīng)關(guān)系。
奇異與和諧的配置也是美的體現(xiàn)。不和諧在和諧的背景下才給人以美感。古人認(rèn)為，圓是和諧的，于是，托勒攻和哥白尼就用圓形軌道建立起一幅和諧的宇宙圖景，開(kāi)普勒用實(shí)驗(yàn)觀察，發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動(dòng)的橢圓軌道理論。很顯然，橢圓是圓的奇異，圓只是橢圓的特例，開(kāi)普勒的行星運(yùn)動(dòng)定律體現(xiàn)了和諧奇異美，愛(ài)因斯坦的相對(duì)論又解釋了行星橢圓軌道還會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)的橢圓又是圓的奇異，但它逼真地體現(xiàn)了物理規(guī)律的動(dòng)態(tài)之美。難怪現(xiàn)代物理學(xué)把“對(duì)稱加破缺”看作是一條重要的美學(xué)原則，這正體現(xiàn)了和諧奇異美的思想。
通過(guò)上述簡(jiǎn)析，我們不難清晰地看到：物理學(xué)在破譯宇宙密碼的同時(shí)，實(shí)實(shí)在在地展示了其“驚人的簡(jiǎn)單”“神秘的對(duì)稱”“美妙的和諧”。
四、物理教育中美育的實(shí)施
（一）物理教育中的美育途徑
物理教育中的美育，并不是要求物理教師把物理課上成美育課，而是要求物理教師應(yīng)注重美育的滲透，即由教師根據(jù)學(xué)生的審美心理特點(diǎn)，在物理教育全過(guò)程中處處創(chuàng)設(shè)美的氛圍。諸如在學(xué)校的教室、實(shí)驗(yàn)室、走廊里張貼體現(xiàn)物理美的掛圖，或者帶有哲理話語(yǔ)的物理學(xué)家頭像的掛圖；在學(xué)?？萍紮淮袄镎故緝?yōu)秀的物理實(shí)驗(yàn)制作和報(bào)道新物理學(xué)進(jìn)展與物理學(xué)前沿的情況等。校園文化、校園美育氛圍，對(duì)學(xué)生審美情趣的導(dǎo)向和培育具有潛移默化的作用，從許多名人成才道路的剖析中，都不一而同地揭示了他們當(dāng)年求學(xué)時(shí)代校園文化對(duì)形成崇高審美素質(zhì)所起的作用，是如此深刻與牢固，以致影響他們終生。另外，還可以創(chuàng)設(shè)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室，以培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)創(chuàng)造性思維；在課外活動(dòng)時(shí)，開(kāi)設(shè)有關(guān)物理美學(xué)講座等。當(dāng)然，物理課堂教學(xué)活動(dòng)是滲透美育的重要場(chǎng)所。
在物理教育的各個(gè)環(huán)節(jié)中，教師應(yīng)適時(shí)地展示研究對(duì)象和物理現(xiàn)象的美，發(fā)掘物理思想、理論框架、物理規(guī)律、表述方法的美。不光追求教育形式的美，更應(yīng)刻意追求教育思想內(nèi)在的美。真正達(dá)到寓美育于知識(shí)教育之中。
（二）物理教學(xué)藝術(shù)
每堂物理課都應(yīng)該是教師創(chuàng)作的優(yōu)美作品，要求在授課藝術(shù)上充分體現(xiàn)物理學(xué)科自身的美學(xué)規(guī)律，產(chǎn)生審美效果。
一般而言，教學(xué)藝術(shù)的審美性顯現(xiàn)在教學(xué)設(shè)計(jì)美、教學(xué)過(guò)程美、教學(xué)語(yǔ)言美、教態(tài)美、板書美等常規(guī)的可操作方面。其中教學(xué)設(shè)計(jì)美往往體現(xiàn)在教學(xué)計(jì)劃、教學(xué)方案別具一格，新穎可行，富有成效。教學(xué)過(guò)程美應(yīng)體現(xiàn)在開(kāi)始能引起學(xué)生興趣，全神貫注地投入；銜接能環(huán)環(huán)緊密相扣，別具匠心；轉(zhuǎn)化能自然暢達(dá)，波瀾起伏，引人入勝；結(jié)尾能令學(xué)生茅塞頓開(kāi)，余味無(wú)窮，發(fā)人深思。教學(xué)語(yǔ)言美體現(xiàn)在無(wú)論書面還是口頭語(yǔ)言都應(yīng)該生動(dòng)形象、言簡(jiǎn)意賅，精確明快，富有情感和幽默感。物理教師的語(yǔ)言是思維藝術(shù)的展露，課堂語(yǔ)言的組織和設(shè)計(jì)也反映了教學(xué)思維的深刻程度。精湛的語(yǔ)言能使物理規(guī)律表述得妙趣橫生。尤其是具有直觀性和啟發(fā)性的形象化比喻手法，能激起學(xué)生展開(kāi)想像的翅膀。諸如教師在講述原子結(jié)構(gòu)時(shí)，可把原子比作一個(gè)體育館，而原子核就像掛在館中央的一個(gè)玻璃球。這種形象描述生動(dòng)地展示了原子核與原子關(guān)系的圖景，令學(xué)生理解更容易，記憶更深刻。當(dāng)然，教學(xué)語(yǔ)言還要求有和諧的節(jié)奏，抑揚(yáng)頓挫，注重輕重緩急，力爭(zhēng)聲情并茂?？傊?，物理教學(xué)語(yǔ)言美對(duì)教師提出了語(yǔ)言修養(yǎng)的要求。至于教態(tài)美則應(yīng)體現(xiàn)為教師衣著打扮美觀大方，儀態(tài)端莊，待人真誠(chéng)，舉止自然。板書美則體現(xiàn)為布局協(xié)調(diào)，重點(diǎn)突出，書寫規(guī)范，字體漂亮。但是，這些教學(xué)藝術(shù)還應(yīng)該跟物理學(xué)自身具有的簡(jiǎn)單、對(duì)稱、和諧的美學(xué)特征緊密結(jié)合，在學(xué)科教育中大限度地滲透美育。
總之，從物理教師應(yīng)該是“塑造新一代心靈美的科學(xué)人才的工程師和藝術(shù)家”這一視角出發(fā)，物理教育中的美育萬(wàn)萬(wàn)忽視不得。如果說(shuō)學(xué)生是神話中的阿里巴巴，物理學(xué)是珍藏寶貝的山洞，那么，物理教育中的審美觀點(diǎn)就是“芝麻，芝麻開(kāi)門吧！”的神秘符咒。調(diào)動(dòng)學(xué)生的審美思維，啟發(fā)學(xué)生的審美聯(lián)想，讓學(xué)生樹立起這樣一種信念：宇宙存在著一種終的簡(jiǎn)單、對(duì)稱、和諧之美，有待他們?nèi)グl(fā)現(xiàn)，去揭秘，去“原天地之美，而達(dá)萬(wàn)物之理”。
作為美育理論基礎(chǔ)的美學(xué)與物理學(xué)，就獨(dú)立的兩門學(xué)科而言，都各有自己的周界，但它們又相互交叉、滲透。圖1表示了物理學(xué)與美學(xué)、教育學(xué)、心理學(xué)之間的學(xué)科生成結(jié)構(gòu)。圖中區(qū)域Ⅰ物理教育學(xué)；Ⅱ?yàn)槲锢硇睦韺W(xué)；Ⅲ物理（科學(xué)）美學(xué)；Ⅳ為物理教育心理學(xué)；Ⅴ為物理審美心理學(xué)；Ⅵ為物理教育藝術(shù)。這些交叉學(xué)科（或稱邊緣學(xué)科）的研究目前已出不少成果。盡管這種學(xué)科生成的模式只是選了某種攝入角度，但從中卻可看出美學(xué)在物理學(xué)中的地位，或者說(shuō)從某種角度反映出兩者的關(guān)系。
那么，深入到物理教育與審美教育中，兩者又存在什么關(guān)系呢？我們不妨用比較的方法來(lái)探究。
物理教育的使命可表述為：培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識(shí)宇宙，學(xué)會(huì)從物質(zhì)組構(gòu)和運(yùn)動(dòng)的繁雜、混亂無(wú)序之中，整理出統(tǒng)一的、簡(jiǎn)潔的秩序和規(guī)律。
審美教育的使命可表述為：培養(yǎng)學(xué)生具有正確的審美觀和鑒賞美、創(chuàng)造美的能力，學(xué)生從零散、無(wú)序的藝術(shù)哲學(xué)之中整理出令人神往的秩序和規(guī)律。
這里所謂的“秩序”意味著真理與和諧。可是，物理教育與審美教育都是為了秩序”，追求“規(guī)律”，只是學(xué)科不同，相應(yīng)的教育方式和方法各有特色而已。
其實(shí)，天下的學(xué)問(wèn)本是相互交叉、彼此滲透的。人們將學(xué)問(wèn)機(jī)械地分為數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、天文學(xué)、海洋學(xué)、地質(zhì)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、哲學(xué)、法學(xué)、美學(xué)等，這只是人類漫長(zhǎng)的文明發(fā)展某一特定時(shí)期的一種文化現(xiàn)象。
隨著人類社會(huì)的進(jìn)步與文明的進(jìn)一步發(fā)展，各學(xué)科間相互滲透、影響更趨廣泛和深入，當(dāng)今知識(shí)的日趨統(tǒng)一和學(xué)科朝各自專業(yè)化縱深進(jìn)展，已成為人類文明發(fā)展的大趨勢(shì)。美育不斷滲透進(jìn)物理教育，日益綜合，正是順應(yīng)了人類知識(shí)大統(tǒng)一的大潮，而探索物理教學(xué)與審美教學(xué)的關(guān)系，則是這股大潮中濺起的一朵浪花。
物理學(xué)具有自身的科學(xué)美，體現(xiàn)了美學(xué)原理，并不能就此將物理學(xué)等同于美學(xué)，或者將兩者混為一談，其實(shí)它們作為獨(dú)立的學(xué)科，都具有不可相互取代的獨(dú)立性。
二、物理學(xué)中美育的任務(wù)
物理教育中的美育應(yīng)根據(jù)學(xué)科教育目標(biāo)，結(jié)合中學(xué)生審美心理特點(diǎn)和生理特點(diǎn)，通過(guò)揭示物理學(xué)的“真”與“美”，使廣大中學(xué)生開(kāi)闊視野、和諧關(guān)系、陶冶心靈、開(kāi)發(fā)智能、活潑氣氛、增強(qiáng)情趣。
（一）培養(yǎng)學(xué)生正確的審美觀，激發(fā)他們創(chuàng)造美的熱情
物理知識(shí)的真是美的基礎(chǔ)，沒(méi)有真就沒(méi)有美。美不是抽象的、空洞的、神秘的東西，它離不開(kāi)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)。凡是美的事物，總符合事物發(fā)展的規(guī)律，代表事物發(fā)展的趨勢(shì)的。因此，物理學(xué)中的美體現(xiàn)著真，包含著真的。物理教學(xué)活動(dòng)從來(lái)不是單向的抽象思維活動(dòng)，而是師生雙邊活動(dòng)；在教學(xué)活動(dòng)中，師生間不僅僅是知識(shí)概念的交流，也是心靈與情感的溝通，因此，無(wú)論從教育內(nèi)容，還是從教育方法來(lái)說(shuō)，都應(yīng)體現(xiàn)真、善、美的統(tǒng)一。中學(xué)生進(jìn)入青春期后，愛(ài)美意識(shí)逐漸加強(qiáng)，從單一注重外表逐漸轉(zhuǎn)向內(nèi)在的精神價(jià)值的崇尚；審美范圍也逐漸由周圍狹窄的生活圈子擴(kuò)展廣闊的社會(huì)生活與自然現(xiàn)象中去；審美思維式也逐漸從形象進(jìn)化到抽象，從感性進(jìn)化到理性。因此，適時(shí)地引導(dǎo)他們樹立對(duì)自然現(xiàn)象、自然法則思維藝術(shù)的審美情趣，以提高感受、鑒別和理解美的能力，是完全符合人才成長(zhǎng)規(guī)律的，不容延誤，更不容輕視。
事實(shí)表明，凡對(duì)自然美和藝術(shù)美有追求的學(xué)生，一旦剖析了物理學(xué)的科學(xué)美，往往令他們?cè)趯?duì)物理學(xué)美的贊嘆中，提高學(xué)習(xí)物理的熱情，逐漸領(lǐng)悟到物理學(xué)有如同詩(shī)一般的簡(jiǎn)潔、對(duì)稱與和諧之美，他們對(duì)學(xué)好物理學(xué)的興致會(huì)更濃，學(xué)習(xí)潛能挖掘得更深，進(jìn)而從嘗到的學(xué)習(xí)成果滋味中，更激勵(lì)他們主動(dòng)學(xué)習(xí)、刻苦鉆研的求索精神，構(gòu)成動(dòng)因與效果間的“正反饋”。要達(dá)此目的，關(guān)鍵在于教師在教學(xué)活動(dòng)中怎樣創(chuàng)造美的氛圍，怎樣誘發(fā)學(xué)生的審美激情，讓審美主體的學(xué)生能大限度地發(fā)現(xiàn)美、欣賞美、享受美。
對(duì)物理美的認(rèn)知，可以激發(fā)物理學(xué)家破譯宇宙密碼的強(qiáng)烈激情與靈感，同樣也完全可以使學(xué)生產(chǎn)生探索物理的激情與創(chuàng)造的動(dòng)機(jī)，令學(xué)生在感知審美對(duì)象的基礎(chǔ)上引起情感反應(yīng)，產(chǎn)生積極聯(lián)想和深刻理解，從而迸發(fā)出創(chuàng)造性思維的火花。近年來(lái)，我國(guó)不少中學(xué)生發(fā)表了大量極有創(chuàng)見(jiàn)的科學(xué)論文、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、科學(xué)制作，甚至有被美國(guó)宇航局采納的航天飛行中的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和方案。近幾屆國(guó)際物理奧林匹克競(jìng)賽金獎(jiǎng)桂冠也大都由我國(guó)中學(xué)生摘取，從這些創(chuàng)造性思維成果中，我們都能尋找到美育的痕跡。
可以肯定地說(shuō)，對(duì)科學(xué)美的認(rèn)識(shí)是誘導(dǎo)學(xué)生學(xué)好物理學(xué)的橋梁，伴隨而來(lái)，展現(xiàn)在學(xué)生面前的就再也不是一堆死氣沉沉的公式，而是一串串令人贊美的珍珠了。不過(guò)，這些定律、公式能給學(xué)生帶來(lái)美的享受是有前提的，那就是這種對(duì)物理美的感受不是光靠肉眼來(lái)辨析，更要靠心智去體驗(yàn)。這要求物理教師從素質(zhì)上注意培養(yǎng)學(xué)生具有像科學(xué)家那樣敏銳的辨析力和豐富的想像力。
其實(shí)，對(duì)科學(xué)美的認(rèn)識(shí)本身也有助于完善和促進(jìn)學(xué)生觀察能力、思維能力、想像能力、記憶能力和操作能力，尤其對(duì)培養(yǎng)學(xué)生具有擴(kuò)散性思維的想像能力作用更顯著。藝術(shù)的想像力給人類喜歡鉆研的思想添上了雙翼。難怪愛(ài)因斯坦一貫強(qiáng)調(diào)“想像力比知識(shí)更重要”。藝術(shù)的想像力會(huì)刺激科學(xué)的想像力，這些都是對(duì)美的追求的表現(xiàn)。
（二）培養(yǎng)學(xué)生高尚的情操，使他們成為：身心健康、全面發(fā)展和有道德的人美育通過(guò)陶冶學(xué)生的心靈，起到以形悅心，以情感人，以美引善，以美育人的作用，從而培養(yǎng)學(xué)生具有優(yōu)良的道德。這一作用根源于美與善的辯證統(tǒng)一。美育與道德的善是一致的，美以善為前提，善是美的本源，善又是真與美的歸宿和家園。美和德是親姊妹，美的情感和善的行為是道德的基礎(chǔ)。
不論哪一套中學(xué)物理教材，都涉及近百名中外物理學(xué)家。這些物理學(xué)家雖然國(guó)籍不同，所處年代不同，各人經(jīng)歷不同，但他們都充分體現(xiàn)出為追求科學(xué)真理而不懈努力的美德，他們生平大量動(dòng)人的事跡，尤其是不怕挫折的拼搏精神、愛(ài)國(guó)奉獻(xiàn)的敬業(yè)精神和相互協(xié)作的精神都是一部絕好的美育教材，能激起學(xué)生心靈的震動(dòng)。教學(xué)過(guò)程中，若能把物理學(xué)家勇于探索，實(shí)事求是的科學(xué)精神；視苦為樂(lè)，頑強(qiáng)拼搏的不屈精神；只圖貢獻(xiàn)，不求索取的奉獻(xiàn)精神；堅(jiān)持真理，并為捍衛(wèi)真理不怕?tīng)奚墨I(xiàn)身精神等生動(dòng)事例穿插講授，定能使學(xué)生深感染，進(jìn)而學(xué)習(xí)和仿效物理學(xué)家的這種崇高的精神風(fēng)貌與美德。這無(wú)疑是理想、成功的情感教育。
物理教育就是要激發(fā)學(xué)生的愛(ài)美本性，像科學(xué)家那樣，把追隨真、善、美作為正視生活的理想，揚(yáng)起生命的風(fēng)帆，去追求美，表現(xiàn)美，創(chuàng)造美。通過(guò)物理學(xué)美的內(nèi)容和教育方法，陶冶學(xué)生愛(ài)美的情操，逐步凈化他們的心靈，引導(dǎo)他們做一個(gè)有道德的、崇高的人，身心健康全面發(fā)展的人。
三、物理學(xué)的美學(xué)特征
“原子彈之父”奧本海默認(rèn)為，物理學(xué)“是一門研究自然規(guī)律與秩序的學(xué)科，它探索物質(zhì)和諧地存在與運(yùn)動(dòng)的根源”。
物質(zhì)世界的真與美從來(lái)都是統(tǒng)一的，物理學(xué)家往往借助美來(lái)認(rèn)識(shí)真理，整理事實(shí)，以從中得出普遍的規(guī)律或結(jié)論。誠(chéng)如為牛頓作傳的作家沙利文所說(shuō)；“因?yàn)榭茖W(xué)理論的主要宗旨是發(fā)現(xiàn)自然中的和諧，所以我們能夠立即看到這些理論必定有美學(xué)價(jià)值?！辈嘌裕骸耙粋€(gè)科學(xué)理論成就的大小，事實(shí)上就是它的價(jià)值的大小?！泵缹W(xué)因素不僅僅存在于物理論創(chuàng)立的原動(dòng)力之中，還滲透于其理論體系的構(gòu)思與表達(dá)之中。
楊振寧在《美和理論物理》一文中提出物理理學(xué)具有“物理現(xiàn)象之美”“理論描述之美”“理論結(jié)構(gòu)之美”。也有不少物理學(xué)家認(rèn)為，物理學(xué)的美學(xué)特征主要表現(xiàn)為“多樣統(tǒng)一美”“和諧奇異美”“簡(jiǎn)潔明快美”等。對(duì)物理學(xué)的種種美學(xué)評(píng)估，只是攝入角度或提法上的不同，本質(zhì)上都是揭示科學(xué)真與科學(xué)美的辯證關(guān)系?？茖W(xué)美是科學(xué)對(duì)象美與科學(xué)表現(xiàn)美的統(tǒng)一。下面，簡(jiǎn)析物理學(xué)所體現(xiàn)的簡(jiǎn)單性、對(duì)稱性、和諧性。
（一）簡(jiǎn)單性
物質(zhì)世界的構(gòu)成和運(yùn)動(dòng)，客觀地展現(xiàn)出“簡(jiǎn)單”的風(fēng)采：一切物質(zhì)都由簡(jiǎn)單的粒子成；光沿著簡(jiǎn)單的直線傳播；行星沿著簡(jiǎn)單的幾何曲線──圓、橢圓、拋物線或雙曲線運(yùn)動(dòng)；等等。
物理學(xué)家對(duì)宇宙呈現(xiàn)的簡(jiǎn)單性具有強(qiáng)烈的信念，他們采用“寧可尋求簡(jiǎn)單”的邏輯與手法來(lái)研究物質(zhì)世界。從天體到基本粒子，物質(zhì)運(yùn)動(dòng)紛繁復(fù)雜，但物理學(xué)家巧妙地從復(fù)雜的真實(shí)世界中，把研究對(duì)象一一分割，抽象出簡(jiǎn)單的物理模型，諸如質(zhì)點(diǎn)、理想彈簧振子、理想單擺、理想氣體、點(diǎn)電荷、電力線、理想變壓器、光線、薄透鏡等等，以這些優(yōu)美的理想模型概括出物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律，變復(fù)雜為簡(jiǎn)單，既簡(jiǎn)潔又合理，既抽象又形象，給師生帶來(lái)研究物質(zhì)世界美享受。
物理理論體系、規(guī)律、公式表達(dá)上體現(xiàn)在邏輯上的簡(jiǎn)單美，更令人贊嘆。作為支撐經(jīng)典物理大廈的牛頓運(yùn)動(dòng)定律，在宏觀低速領(lǐng)域，實(shí)實(shí)在在地展現(xiàn)其簡(jiǎn)潔和完美；而作為現(xiàn)代物理大廈支柱的相對(duì)論和量子力學(xué)，又從更廣闊領(lǐng)域描繪了一幅極其簡(jiǎn)潔的物質(zhì)組構(gòu)和運(yùn)動(dòng)的生動(dòng)圖象。
至于采用數(shù)學(xué)工具，以極其簡(jiǎn)潔而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)暮瘮?shù)關(guān)系或明快而直觀的數(shù)學(xué)圖線來(lái)描繪錯(cuò)綜復(fù)雜的物理現(xiàn)象，那在整個(gè)物理學(xué)的研究中就比比皆是了。
（二）對(duì)稱性
在美學(xué)中，“對(duì)稱”是形式美的表現(xiàn)，指整個(gè)組成部分之間的相稱或?qū)?yīng)，如空間上的和諧布局，時(shí)間上的節(jié)律協(xié)和。
在物理學(xué)中，物理學(xué)家追求的是所研究的宇宙結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性。他們也常把追求理論的對(duì)稱之美作為一種有效的研究途徑。
探索物質(zhì)世界時(shí)空的形象對(duì)稱性始終是物理學(xué)的熱門話題之一，形象的要數(shù)鏡像對(duì)稱。諸如物體豎直上拋和斜體運(yùn)動(dòng)的上升過(guò)程與下降過(guò)程的時(shí)空對(duì)稱；在光學(xué)和固體物理中屢屢出現(xiàn)的空間對(duì)稱；在交流電和電磁振蕩研究中出現(xiàn)的時(shí)間對(duì)稱。學(xué)生易體會(huì)的時(shí)間對(duì)稱例子是地球自傳、公轉(zhuǎn)帶來(lái)的白天、黑夜與年復(fù)一年的周期與節(jié)律。其實(shí)，伽利略的“力學(xué)定律在所有慣性系中都相同”的相對(duì)性原理，深刻地揭示了建立在直覺(jué)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上的時(shí)空形象對(duì)稱性。
物理學(xué)公式、定律表達(dá)方式上和理論結(jié)構(gòu)上所反映的對(duì)稱性更是不勝枚舉。諸如電磁學(xué)中靜電力的平方反比定律的公式表達(dá)就是追求跟萬(wàn)有引力平方反比定律的對(duì)稱而獲得的。盧瑟福的原子有核模型的構(gòu)想則得益于長(zhǎng)岡的思想，如他論文中承認(rèn)：“長(zhǎng)岡從數(shù)學(xué)上考慮的土星原子是值得注意的?！倍毡疚锢韺W(xué)家長(zhǎng)岡半太郎的“土星系原子模型”也完全是出于對(duì)宏觀天體與微觀粒子間的對(duì)稱性考慮。又如，麥克斯韋根據(jù)電與磁的對(duì)稱性及磁力線圖象的對(duì)稱性，在沒(méi)有任何實(shí)驗(yàn)支持的情況下，大膽地在安培定律中平添了“位移電流”矢量項(xiàng)，使麥克斯韋得以建立起他的呈現(xiàn)對(duì)稱美的方程組，其中主要的四個(gè)方程彼此相容，成為自洽的關(guān)于電磁場(chǎng)的完整理論體系，被譽(yù)為自然界優(yōu)美的詩(shī)。
除形象對(duì)稱性外，物理學(xué)還體現(xiàn)了抽象對(duì)稱性，即從一個(gè)概念、一個(gè)命題或一個(gè)理論中所反映出來(lái)的對(duì)稱性。較典型的例子是1905年愛(ài)因斯坦創(chuàng)立狹義相對(duì)論時(shí)，把伽利略的力學(xué)相對(duì)性原理作為基本假設(shè)，而在1916年創(chuàng)立廣義相對(duì)論時(shí)，把電磁理論中的洛侖茲不變性作為對(duì)稱性假設(shè)。正是這些抽象的對(duì)稱性思考，有助于解開(kāi)宇宙密碼，推動(dòng)物理學(xué)的進(jìn)展。
在理論物理中，對(duì)稱性又往往表現(xiàn)為對(duì)運(yùn)動(dòng)方程或描述物質(zhì)系統(tǒng)狀態(tài)的函數(shù)作某些數(shù)學(xué)變換后，該方程或函數(shù)保持不變的特性。
探尋宇宙的對(duì)稱性，已成為當(dāng)代物理學(xué)發(fā)展的突破口，難怪溫伯格認(rèn)為，在我們?nèi)粘Ｉ钪械拇_存在隱而不見(jiàn)的對(duì)稱性。我認(rèn)為，在物理學(xué)中還沒(méi)有比這樣一種想法更有希望了。
（三）和諧性
“和諧”是美學(xué)的一個(gè)重要法則。古希臘畢達(dá)哥拉斯學(xué)派認(rèn)為，宇宙與數(shù)之間之所以美，是因?yàn)樗鼈兪呛椭C的。而物理學(xué)家認(rèn)為，物質(zhì)世界自身及物理理論的“統(tǒng)一”“對(duì)應(yīng)”乃是宇宙和諧的反映。
物理學(xué)龐大的知識(shí)體系，既遵循各自內(nèi)在的規(guī)律，又相互聯(lián)系，構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一體。例如，以運(yùn)動(dòng)定律和萬(wàn)有引力定律的簡(jiǎn)潔形式所表示的牛頓力學(xué)，把地上的力學(xué)與天上的力學(xué)統(tǒng)一了起來(lái)；優(yōu)秀的麥克斯韋方程把電、磁、光統(tǒng)一為電磁場(chǎng)理論；而作為近代物理支柱的愛(ài)因斯坦相對(duì)論，又把牛頓力學(xué)與麥克斯韋電磁場(chǎng)理論統(tǒng)一了起來(lái)。而三大守恒定律（物質(zhì)、能量、動(dòng)量）乃是物質(zhì)世界和諧性完美的體現(xiàn)。
“多樣的統(tǒng)一”之美是人類追求的永恒主題。整個(gè)物理學(xué)史，在某種程度上也可以說(shuō)是物理學(xué)大師們?yōu)榻⒔y(tǒng)一的物理理論的奮斗史。只用一個(gè)理論以說(shuō)明存在于宇宙的四種力──重力、電磁力、弱力和強(qiáng)力的“統(tǒng)一場(chǎng)論”，是愛(ài)因斯坦耗費(fèi)30多年寶貴歲月，孜孜以求的目標(biāo)，盡管抱憾以終，但他的前瞻性思想，對(duì)現(xiàn)代物理進(jìn)展的影響至為深遠(yuǎn)。尋求邁向統(tǒng)一場(chǎng)論之路，仍是當(dāng)今物理學(xué)的前沿課題之一。
“對(duì)應(yīng)”是物理學(xué)和諧美的另一表現(xiàn)形式。電子、質(zhì)子、中子與正電子、反質(zhì)子、反中子體現(xiàn)了物質(zhì)構(gòu)成的對(duì)應(yīng)；而E＝mc2的質(zhì)能公式則體現(xiàn)了質(zhì)量與能量的對(duì)應(yīng)。除了這些類比性對(duì)應(yīng)關(guān)系外，還存在理論繼承性對(duì)應(yīng)關(guān)系。熱力學(xué)理論初創(chuàng)時(shí)，物理學(xué)家們就堅(jiān)信：表示物體溫度、壓強(qiáng)、熱容量等宏觀物理量與表征分子和原子的大小、質(zhì)量、速度、能量等微觀物理量間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系。以后，隨著統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的發(fā)展，物理學(xué)家果真能圓滿地以分子動(dòng)理論和統(tǒng)計(jì)方法揭示出宏觀熱現(xiàn)象的微觀本質(zhì)，體現(xiàn)了新舊理論間的繼承性對(duì)應(yīng)關(guān)系。
奇異與和諧的配置也是美的體現(xiàn)。不和諧在和諧的背景下才給人以美感。古人認(rèn)為，圓是和諧的，于是，托勒攻和哥白尼就用圓形軌道建立起一幅和諧的宇宙圖景，開(kāi)普勒用實(shí)驗(yàn)觀察，發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動(dòng)的橢圓軌道理論。很顯然，橢圓是圓的奇異，圓只是橢圓的特例，開(kāi)普勒的行星運(yùn)動(dòng)定律體現(xiàn)了和諧奇異美，愛(ài)因斯坦的相對(duì)論又解釋了行星橢圓軌道還會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)的橢圓又是圓的奇異，但它逼真地體現(xiàn)了物理規(guī)律的動(dòng)態(tài)之美。難怪現(xiàn)代物理學(xué)把“對(duì)稱加破缺”看作是一條重要的美學(xué)原則，這正體現(xiàn)了和諧奇異美的思想。
通過(guò)上述簡(jiǎn)析，我們不難清晰地看到：物理學(xué)在破譯宇宙密碼的同時(shí)，實(shí)實(shí)在在地展示了其“驚人的簡(jiǎn)單”“神秘的對(duì)稱”“美妙的和諧”。
四、物理教育中美育的實(shí)施
（一）物理教育中的美育途徑
物理教育中的美育，并不是要求物理教師把物理課上成美育課，而是要求物理教師應(yīng)注重美育的滲透，即由教師根據(jù)學(xué)生的審美心理特點(diǎn)，在物理教育全過(guò)程中處處創(chuàng)設(shè)美的氛圍。諸如在學(xué)校的教室、實(shí)驗(yàn)室、走廊里張貼體現(xiàn)物理美的掛圖，或者帶有哲理話語(yǔ)的物理學(xué)家頭像的掛圖；在學(xué)?？萍紮淮袄镎故緝?yōu)秀的物理實(shí)驗(yàn)制作和報(bào)道新物理學(xué)進(jìn)展與物理學(xué)前沿的情況等。校園文化、校園美育氛圍，對(duì)學(xué)生審美情趣的導(dǎo)向和培育具有潛移默化的作用，從許多名人成才道路的剖析中，都不一而同地揭示了他們當(dāng)年求學(xué)時(shí)代校園文化對(duì)形成崇高審美素質(zhì)所起的作用，是如此深刻與牢固，以致影響他們終生。另外，還可以創(chuàng)設(shè)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室，以培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)創(chuàng)造性思維；在課外活動(dòng)時(shí)，開(kāi)設(shè)有關(guān)物理美學(xué)講座等。當(dāng)然，物理課堂教學(xué)活動(dòng)是滲透美育的重要場(chǎng)所。
在物理教育的各個(gè)環(huán)節(jié)中，教師應(yīng)適時(shí)地展示研究對(duì)象和物理現(xiàn)象的美，發(fā)掘物理思想、理論框架、物理規(guī)律、表述方法的美。不光追求教育形式的美，更應(yīng)刻意追求教育思想內(nèi)在的美。真正達(dá)到寓美育于知識(shí)教育之中。
（二）物理教學(xué)藝術(shù)
每堂物理課都應(yīng)該是教師創(chuàng)作的優(yōu)美作品，要求在授課藝術(shù)上充分體現(xiàn)物理學(xué)科自身的美學(xué)規(guī)律，產(chǎn)生審美效果。
一般而言，教學(xué)藝術(shù)的審美性顯現(xiàn)在教學(xué)設(shè)計(jì)美、教學(xué)過(guò)程美、教學(xué)語(yǔ)言美、教態(tài)美、板書美等常規(guī)的可操作方面。其中教學(xué)設(shè)計(jì)美往往體現(xiàn)在教學(xué)計(jì)劃、教學(xué)方案別具一格，新穎可行，富有成效。教學(xué)過(guò)程美應(yīng)體現(xiàn)在開(kāi)始能引起學(xué)生興趣，全神貫注地投入；銜接能環(huán)環(huán)緊密相扣，別具匠心；轉(zhuǎn)化能自然暢達(dá)，波瀾起伏，引人入勝；結(jié)尾能令學(xué)生茅塞頓開(kāi)，余味無(wú)窮，發(fā)人深思。教學(xué)語(yǔ)言美體現(xiàn)在無(wú)論書面還是口頭語(yǔ)言都應(yīng)該生動(dòng)形象、言簡(jiǎn)意賅，精確明快，富有情感和幽默感。物理教師的語(yǔ)言是思維藝術(shù)的展露，課堂語(yǔ)言的組織和設(shè)計(jì)也反映了教學(xué)思維的深刻程度。精湛的語(yǔ)言能使物理規(guī)律表述得妙趣橫生。尤其是具有直觀性和啟發(fā)性的形象化比喻手法，能激起學(xué)生展開(kāi)想像的翅膀。諸如教師在講述原子結(jié)構(gòu)時(shí)，可把原子比作一個(gè)體育館，而原子核就像掛在館中央的一個(gè)玻璃球。這種形象描述生動(dòng)地展示了原子核與原子關(guān)系的圖景，令學(xué)生理解更容易，記憶更深刻。當(dāng)然，教學(xué)語(yǔ)言還要求有和諧的節(jié)奏，抑揚(yáng)頓挫，注重輕重緩急，力爭(zhēng)聲情并茂?？傊?，物理教學(xué)語(yǔ)言美對(duì)教師提出了語(yǔ)言修養(yǎng)的要求。至于教態(tài)美則應(yīng)體現(xiàn)為教師衣著打扮美觀大方，儀態(tài)端莊，待人真誠(chéng)，舉止自然。板書美則體現(xiàn)為布局協(xié)調(diào)，重點(diǎn)突出，書寫規(guī)范，字體漂亮。但是，這些教學(xué)藝術(shù)還應(yīng)該跟物理學(xué)自身具有的簡(jiǎn)單、對(duì)稱、和諧的美學(xué)特征緊密結(jié)合，在學(xué)科教育中大限度地滲透美育。
總之，從物理教師應(yīng)該是“塑造新一代心靈美的科學(xué)人才的工程師和藝術(shù)家”這一視角出發(fā)，物理教育中的美育萬(wàn)萬(wàn)忽視不得。如果說(shuō)學(xué)生是神話中的阿里巴巴，物理學(xué)是珍藏寶貝的山洞，那么，物理教育中的審美觀點(diǎn)就是“芝麻，芝麻開(kāi)門吧！”的神秘符咒。調(diào)動(dòng)學(xué)生的審美思維，啟發(fā)學(xué)生的審美聯(lián)想，讓學(xué)生樹立起這樣一種信念：宇宙存在著一種終的簡(jiǎn)單、對(duì)稱、和諧之美，有待他們?nèi)グl(fā)現(xiàn)，去揭秘，去“原天地之美，而達(dá)萬(wàn)物之理”。