讓美在初中科學(xué)知識中閃爍

1、讓美在初中科學(xué)知識中閃爍摘要：自然科學(xué)是一個(gè)美的世界，蘊(yùn)含著豐富的自然美，包括知識中的簡潔美、對稱美、統(tǒng)一美和知識探究中的發(fā)現(xiàn)美。認(rèn)識與發(fā)掘自然科學(xué)之美，從美的角度去認(rèn)識自然、研究自然，發(fā)現(xiàn)自然，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深對知識的理解，培養(yǎng)科學(xué)的審美觀念，提高學(xué)生的審美情趣。關(guān)鍵詞：自然科學(xué)簡潔美對稱美統(tǒng)一美發(fā)現(xiàn)美自然科學(xué)是研究自然界中物質(zhì)的性質(zhì)、變化和規(guī)律的一門學(xué)科，涵蓋了生活中的方方面面，知識點(diǎn)包羅萬象，是初中課程中最能拓寬學(xué)生視野的一門學(xué)科。當(dāng)然，知識點(diǎn)越多，學(xué)生學(xué)習(xí)過程中可能感覺越繁雜，越容易產(chǎn)生厭倦情緒。而現(xiàn)行的科學(xué)教育，在應(yīng)試教育的指揮棒下，教學(xué)的價(jià)值取向也就偏離了本屬于科學(xué)知識

2、和知識傳授中的應(yīng)有的美?！翱茖W(xué)中存在美，所有科學(xué)家都有這種感受”，著名物理學(xué)家楊振寧曾經(jīng)這樣描述?？茖W(xué)知識的美來源于廣闊的自然界，它不僅包括大自然美的景色，還包括潛藏于大自然內(nèi)在結(jié)構(gòu)所顯示出的和諧、有序、簡潔、對稱、統(tǒng)一的美，是審美者通過理解、思考、探究、發(fā)現(xiàn)過程中所體驗(yàn)到的美。科學(xué)美是中學(xué)生審美觀念和審美素質(zhì)教育的重要組成部分，本文就根據(jù)科學(xué)美的一般范疇和領(lǐng)悟方法，結(jié)合初中教材，簡述蘊(yùn)藏于自然科學(xué)知識和知識傳授中的美。一.簡潔美是自然科學(xué)的本質(zhì)體現(xiàn)。簡潔，意味著簡單、明了、深刻、有序，給人以美的感受?？茖W(xué)中的簡潔美源于自然物質(zhì)存在、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動及其變化等規(guī)律的簡潔性。初中學(xué)生在學(xué)習(xí)自然科學(xué)時(shí)，

3、一開始的困惑就是日常生活中的自然現(xiàn)象很簡單，而課堂學(xué)習(xí)以后，運(yùn)用所學(xué)的知識來解釋這些現(xiàn)象時(shí)，感覺太繁雜，太抽象，難以用簡潔的語言表達(dá)出來，久之，自然科學(xué)留給學(xué)生的印象就是繁和難?？茖W(xué)知識本身真的是太繁雜？不是，科學(xué)知識的本質(zhì)不是繁雜，而是簡單。愛因斯坦認(rèn)為，“邏輯簡單的東西雖然不一定就是物理上真實(shí)的東西，但物理上真實(shí)的東西一定是邏輯上簡單的東西”，自然美的本質(zhì)就是簡單。因此，教學(xué)過程中，“要從盡可能少的假說或公理出發(fā)，通過邏輯的演繹，概括盡可能多的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)”?？茖W(xué)巨匠牛頓在其自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理一書中指出：“自然界不作無用之事，只要少做一點(diǎn)就成了的，多做卻是無用；因?yàn)樽匀唤缦矚g簡化，而不愛用什么

4、多余的原因來夸耀自己” 。一直以來，簡潔美都是科學(xué)家所要追求的目標(biāo)之一?？茖W(xué)知識的簡潔美，在數(shù)學(xué)形式表現(xiàn)的的科學(xué)公式中得到最集中的體現(xiàn)。例如，愛因斯坦所發(fā)現(xiàn)的質(zhì)能方程e=mc2，它反映了物質(zhì)的質(zhì)量與能量之間的聯(lián)系，其數(shù)學(xué)表達(dá)形式簡潔無比，但卻成為指導(dǎo)了人們進(jìn)一步對核反應(yīng)規(guī)律的認(rèn)識和從核反應(yīng)中去獲得巨大能量的基礎(chǔ)理論，從這一點(diǎn)講又是深刻的。在教學(xué)中，通過從核反應(yīng)中原子核質(zhì)量的變化并伴隨釋放或吸收巨大的能量，而原子核質(zhì)量的變化與釋放或吸收能量之間的關(guān)系卻由e=mc2這樣簡潔的關(guān)系式所描述，可以使學(xué)生感悟到復(fù)雜的物理表象背后其關(guān)系式卻透出無比的簡潔美。再比如門捷列夫發(fā)現(xiàn)并創(chuàng)立的元素周期表，其靈感來源

5、簡單的撲克。他無事時(shí)排列撲克牌讓他想起元素是否可以按順序排列，隨后他就付之于行動，于是，一項(xiàng)偉大的發(fā)現(xiàn)誕生了。排列的元素周期表是如此的簡單，但這個(gè)表格是在他“經(jīng)過多次更精確的實(shí)驗(yàn)完善并維護(hù)了周期表的完美性，經(jīng)歷了一個(gè)真必須服從簡的科學(xué)美的原則”之后完成的，是在不斷地趨美求真、去繁求簡中完善起來的。如此簡單的元素周期表，卻演繹出化學(xué)世界的神奇紛繁、千變?nèi)f化，成為人類探素自然世界周期發(fā)展的金鑰匙，從而使令人眼花的化學(xué)世界顯示出有序而又簡潔的本質(zhì)。 二.對稱美是大自然內(nèi)在的和諧與秩序體現(xiàn)。天與地，陰與陽，上與下這些自古以來就有的對稱，給人一種和諧、穩(wěn)定、勻稱、諧調(diào)的美感?？茖W(xué)的對稱美源自客觀物質(zhì)世界

6、的存在、作用、運(yùn)動、形態(tài)所具有的對稱性。如，自然科學(xué)中的運(yùn)動與靜止、引力與斥力、勻速與變速、變力與恒力、反射與折射、溶解與結(jié)晶、液化與汽化，數(shù)學(xué)中的正與負(fù)、奇與偶、加與減、實(shí)數(shù)與虛數(shù)等等，都是自然美的對稱性反映。這種自然界中的對稱在教學(xué)中對學(xué)生的思維啟示也有著重要作用。如：初中教學(xué)中在講述了通電線圈在磁場中發(fā)生轉(zhuǎn)動以后，就可以啟發(fā)學(xué)生：線圈通電后可以在磁場中轉(zhuǎn)動，那么如果線圈先在磁場中轉(zhuǎn)動，有可能產(chǎn)生什么現(xiàn)象呢，學(xué)生自然就想到有可能產(chǎn)生電流，這樣，對于電磁感應(yīng)現(xiàn)象學(xué)生就很容易理解了。再比如，對學(xué)生進(jìn)行電磁波教學(xué)時(shí)，可以先給學(xué)生講授變化的電場可以產(chǎn)生變化的磁場這一知識，然后提問：變化的電場可以產(chǎn)

7、生變化的磁場，而大家都知道，電和磁之間可以互相轉(zhuǎn)化，并且電和磁的存在都可以不需要媒介，如果空中有一個(gè)變化的電場，那后面的情況會是怎樣的呢？學(xué)生通過對稱性這一規(guī)律可以進(jìn)行猜想：變化的電場產(chǎn)生變化的磁場，而變化的磁場又會產(chǎn)生變化的電場，這樣互相轉(zhuǎn)換，如果這種轉(zhuǎn)換在空間上具有延續(xù)性，就會在空中不斷的傳播下去。這時(shí)教師再對電和磁之間的轉(zhuǎn)化作一個(gè)簡單的講述，學(xué)生學(xué)起來就容易的多了。另外，課堂教學(xué)中也可以根據(jù)知識的對稱性讓學(xué)生大膽進(jìn)行猜想，以拓寬學(xué)生的思維方式和空間：如如果我們所處環(huán)境中的物質(zhì)是正物質(zhì)，那么宇宙中還可能存在物質(zhì)，如果這兩種物質(zhì)相遇，可能會發(fā)生什么現(xiàn)象？如果我們的時(shí)空中時(shí)間為正時(shí)間，那么宇宙

8、中還可能存在時(shí)間，如果這兩種時(shí)空相匯，可能會發(fā)生什么現(xiàn)象？如果我們所用的能量為正能量，那么宇宙中還可能存在能量，如果這兩種能量相匯，可能會發(fā)生什么現(xiàn)象，如果人們能利用這一現(xiàn)象，可以如何解決現(xiàn)在的能源危機(jī)。小電動機(jī)通電之后會轉(zhuǎn)動起來，如果我們先用外力將其轉(zhuǎn)動起來，那么可能出現(xiàn)什么現(xiàn)象？根據(jù)這一現(xiàn)象，如何將電動機(jī)改裝成一個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)。燈泡通電后可以發(fā)光，如果先將光照在燈泡上，可能會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？如果這一現(xiàn)象存在，對于我們的生活又有什么現(xiàn)實(shí)意義。上述問題會引起學(xué)生激烈的討論、思索，辨答，甚至動手實(shí)踐。然后教師再告訴學(xué)生，他們的一些猜想也正是現(xiàn)在許多偉大的科學(xué)家正在研究的最新課題，學(xué)生聽后會獲得巨大的

9、成就感，并且對自然科學(xué)產(chǎn)生濃厚的興趣，更好的促進(jìn)自然學(xué)科的學(xué)習(xí)。三.統(tǒng)一美是對大自然認(rèn)知境界的最高體現(xiàn)。統(tǒng)一，給人以整齊、諧調(diào)、一致的美感，科學(xué)的統(tǒng)一美是物質(zhì)在自然界中和諧統(tǒng)一的本質(zhì)體現(xiàn)，也是審美者對大自然認(rèn)知境界的最高體現(xiàn)。在自然界中，各種不同甚至對立的自然事物和現(xiàn)象通過多種渠道聯(lián)系在一起，它們相互依存、互相影響，環(huán)環(huán)相扣、諧調(diào)有秩，呈現(xiàn)出和諧統(tǒng)一的自然之美。萬物歸一，辯證統(tǒng)一是所有科學(xué)家探索未知世界過程中夢寐以求的最高目標(biāo)，科學(xué)家總是力圖從變化萬千的自然現(xiàn)象中看到某種一致或某種相似，亦即某種統(tǒng)一。愛因思坦的兩個(gè)著名相對論即是他追求統(tǒng)一美的完美結(jié)果，當(dāng)時(shí)，牛頓力學(xué)相對性原理與麥克斯韋電磁學(xué)原

10、理運(yùn)用于運(yùn)動物體時(shí)發(fā)生不對稱的矛盾，愛因斯坦結(jié)合同時(shí)性的相對性原理和洛倫茲變換原理，成功地將兩者諧調(diào)、統(tǒng)一起來，從而將經(jīng)典力學(xué)中分立的時(shí)間、空間、物質(zhì)、運(yùn)動、時(shí)空等概念統(tǒng)一起來，建立了狹義相對論這一著名理論，并最終將經(jīng)典力學(xué)中分立的質(zhì)量與能量、動量與能量概念也統(tǒng)一了起來。初中的自然科學(xué)知識，相對比較簡單、基礎(chǔ)，學(xué)生自己可能難以悟出知識的統(tǒng)一美，但有一些知識可以在教師的引導(dǎo)下讓學(xué)生領(lǐng)悟這種統(tǒng)一性。如圓（球）形在自然界的普遍存性必然與其特點(diǎn)相適應(yīng)，就此，可以設(shè)計(jì)以下的問題：從數(shù)學(xué)上講，圓（球）形具有什么特點(diǎn)？是萬能對稱圖形，鵝卵石為什么是圓球形的？地球?yàn)槭裁词菆A球形的？星球?yàn)槭裁创蠖嗍菆A球形的？星

11、球的運(yùn)動軌跡為什么大多也是圓的？航天器材為什么很多都做成圓形的？彩虹為什么是圓弧形的？如果沒有重力，水滴會是什么形狀，蠟燭燃燒的火焰會是什么形狀？為什么？如果宇宙有邊界的話，可能是什么樣的邊界？在常見的形體中，什么樣的形體最穩(wěn)定？萬物在宇宙之中，都想趨于什么狀態(tài)？詞語“圓滑”一詞由何而來？生活中它又有什么現(xiàn)實(shí)意義。上面這些問題，必然會引起學(xué)生的思辨、討論、聯(lián)想，然后教師稍作引導(dǎo)，便可以總結(jié)出如下自然規(guī)律：世界萬物都想趨于穩(wěn)定，而圓（球）形是最穩(wěn)定，最堅(jiān)固，最均衡、最節(jié)省面（體）積的一種形狀，圓形是自然選擇的結(jié)果，是萬物適應(yīng)自然，趨于穩(wěn)定的一種表現(xiàn)。通過上述過程，學(xué)生也就領(lǐng)悟到自然界中很多看似不

12、相關(guān)的表象下面，有些許相似和統(tǒng)一。四.發(fā)現(xiàn)美是探究自然科學(xué)的動力之源。未知的事物總有一種神秘的美，科學(xué)家所從事的科學(xué)活動就是要揭開蓋在事物表面上的那一層面紗，而將科學(xué)美展現(xiàn)在大眾面前。物理學(xué)家海森堡曾指出：“科學(xué)的探索者們最初往往是在美的光輝照耀下，去認(rèn)識和發(fā)現(xiàn)真理?！睌?shù)學(xué)家彭加勒也曾坦率地說過：“科學(xué)家研究自然是因?yàn)樗麖闹械玫綐啡?，而他之所以能從中得到樂趣，那是因?yàn)樗?。如果自然并不美，就不值得去了解它?！睈垡蛩固挂舱J(rèn)為，把人們引向科學(xué)的最強(qiáng)烈的積極動機(jī)，就是“人們總想以最適當(dāng)?shù)姆绞絹懋嫵鲆环喕鸵最I(lǐng)悟的世界圖象。”他進(jìn)一步指出，在科學(xué)上有偉大創(chuàng)造成就的人，全都“相信我們這個(gè)宇宙是完美的，

13、并且是能夠使追求知識的理性努力有所感受的”，如果這種信念不是一種有強(qiáng)烈感情的信念，“那么他們就很難會有那種不屈不撓的獻(xiàn)身精神，而只有這種精神才能使人達(dá)到他的最高的成就?！笨茖W(xué)發(fā)展的歷史也是科學(xué)家對美的追求和創(chuàng)造的歷史。在初中的教學(xué)中，教師主要是引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)已有的知識，雖然不是去發(fā)現(xiàn)真理，但在教學(xué)的過程之中，也應(yīng)該盡量去満足學(xué)生的發(fā)現(xiàn)欲和探究欲，所以自然科學(xué)的教學(xué)應(yīng)該盡量給學(xué)生創(chuàng)設(shè)探究發(fā)現(xiàn)的情景。如聲音的發(fā)生與傳播一課中，講授聲音的產(chǎn)生時(shí)可以制定如下的探究步驟：觀察發(fā)聲物體的特征，得到初步猜想：聲音是由物體振動產(chǎn)生的；培養(yǎng)學(xué)生觀察能力；自己動手做物體振動發(fā)聲的實(shí)驗(yàn)；培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，組織能力，邏輯思

14、維能力；得到結(jié)論，驗(yàn)證假設(shè)；學(xué)會用“現(xiàn)象-假設(shè)-驗(yàn)證-結(jié)論”的方法進(jìn)行科學(xué)探究；學(xué)生總結(jié)：做一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)要學(xué)會組織、協(xié)作、討論、創(chuàng)新等精神；最后體會：自然美的和諧、奇異，以及體現(xiàn)自我的學(xué)習(xí)價(jià)值。 如果說是知識目標(biāo)；那么、是發(fā)展目標(biāo)；則是延伸性目標(biāo)學(xué)生體會到發(fā)現(xiàn)過程之美；上述整個(gè)過程蘊(yùn)含了人的認(rèn)知能力、探究方法、科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度。當(dāng)然在上述活動之后，還可讓每一組同學(xué)自己選擇想要研究的對象進(jìn)行自由探究，學(xué)生作為小組一員，既有自主意識，又有貢獻(xiàn)意識，在你嚷我噥，你說我做的過程中便有了新的發(fā)現(xiàn)和收獲。如，有一小組同學(xué)想到驗(yàn)證豎笛發(fā)聲時(shí)空氣振動這個(gè)實(shí)驗(yàn)，但看法就各不相同：“我把小紙條放在豎笛的氣孔上，一吹豎笛，紙條就要向上飄起來?！薄拔野阉芰吓菽∏蚍旁跉饪咨?，一吹豎笛，小球就會跳舞?！薄拔野咽种阜旁诳咨?，一吹豎笛，感到有一股風(fēng)。”喜悅、自豪、滿足寫滿了一個(gè)個(gè)笑臉，學(xué)生的創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力得到了發(fā)展；學(xué)生的發(fā)現(xiàn)欲、探究欲得到滿足；自然科學(xué)的發(fā)現(xiàn)美、探究美得到升華。美，蘊(yùn)藏于科學(xué)知識之中；美，體會于探索與發(fā)現(xiàn)之中，美，閃爍于教師的辛