数学物理论文范文

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第1篇

论文摘要:物理学发展过程就是人类对美的一个无限追求过程,随着现代科学的不断变革,物理美学思想也呈现出不同的面貌。尤其,物理学已毫不羞涩地登上了历史舞台,经典的科学美学思想日益受到严峻的挑战。世界构成是简单的还是复杂的?物理学及人类社会发展是确定性的还是非确定性的?和谐、有序是否依旧是科学美学的衡量标准?  

 

美是人类的一个更高尚的需求,它体现在人类活动的每一个领域,诗歌、音乐、绘画、建筑、戏剧、电影、科学等领域无不渗透着人类对美的无限热爱。同时科学的发展过程就是人类对美的一个无限追求的过程。 

物理学与美学,二者相互联系、共同发展,对美的追求是科学发展的一个内在驱动力,随着科学的不断变革,物理美学思想也呈现出不同的面貌。尤其现在面临着复杂性异军突起,不确定性、无序、混沌、非线性已毫不羞涩地登上了历史舞台,对经典科学美学思想形成了巨大挑战。现代物理学的诞生为人类开创了一片新的天空,一切都处在系统中、变化中,原有的简单、和谐、对称、确定性等美学观念日益受到严峻地挑战,新时代的科学美学思想脱颖而出。 

 

一、物理美学的简单性与复杂性: 

 

世界的本质是由非线性控制的,人们对基层规律的掌握绝不能保证对高层现象的确定性认识。进一步讲,简单性只是复杂性的特例,是在一定理想化基础上存在的。从科学史可以看出,任何科学理论均是对实际的近似,都要突出根本性的关系、行为,舍去不必要的细节因素,因此,某种程度上都背离了现实世界,把问题限制到能够找到解决办法的地步。以牛顿为例,牛顿的经典力学体系堪称简单性典范,但是他一样不能拒绝混沌现象的存在。在研究月球的轨道问题上,他不能阐明月球在地球和太阳两者作用之下的运动,感到非常恼火。由于无法得到精确解,他不得不求助“摄动法”,把三体问题化解为两体问题,以得到一个近似解。不仅如此,人们发现,最终的科学理论与实际观测之间都允许存在一定的误差,从逻辑角度思考,之所以允许存在误差,就在于人们不能完全确定地把握事物与现象。 

虽然人们否定了本体论上简单性,但是从认识论意义上说,简单性原则仍有其合理性。人类认识世界的过程就是从简单到复杂的过程,面对一个复杂的现象,人们必须把整体分成部分,分门别类地去研究,这是一个由浅入深的过程,是认识的必然规律。 

简单与复杂是一个辩证的统一体,不可能完全抛弃任何一方,而承认另一方,它们均有其存在的合理性。简单性决定了认识的可能性,而且使人类同不可知论划清了界限;复杂性决定了认识过程的曲折性、辩证性,它防止人类把科学变成恶劣的教条,当成某种僵死的固定不变的东西。 

 

二、物理美学的确定性与非确定性: 

 

牛顿带给人们的是一个确定性的世界,非确定性则作为一种随机的、偶然的、片面的现象日益遭到人们的排斥和拒绝。但是复杂的物理科学一个明显的特征就是把偶然性、非确定性引入历史舞台。非确定性不再是过去那种卑微的角色,由于非线性机制,初始条件的微小偏差,会被无限扩大。一只蝴蝶拍打翅膀都会引进一场暴风雨,可见非确定性的力量,从此,人们再也不能对偶然性等闲视之。蝴蝶的力量同时告诉我们,每一个个体都是整体不可分割的一部分,每一个体对整体有着不可察觉,但又不可估量的影响。这种影响,并非由于行为本身有影响力,而是由于这一行为超越了自身,对周围环境起了引导作用,引发了不可估量的后果。 

然而,非确定性并非是对确定性的否定,而是对确定性的补充和完善。非确定性在普里高津那里是以一种“新的理性”的姿态出现的,他认为大自然既有确定性的一面又有不确定性的一面,二者缺一不可。“确定性的意思是预先确定的和可预先确定的”,它体现的是一种稳定性,是对已有科学知识的肯定,否定了确定性也就否定了科学认识的可能性。但是如果过分强调确定性,“如果各种事件都按预定的程序发生,那么我们只不过是一个巨大的齿轮机的一部分,不言而喻只能无可奈何地听任它的摆布而己 ”。 

非确定性意味着变化、意味着随机,但也意味着希望,从此不会,也不应受到人们的完全抵制,因为任何人都不会拒绝希望。但如果单纯强调非确定性,系统也就失去了稳定性,失去了发展的基础和前提。大自然演化的历史,包括人类赖以生存的地球以及人类自身,无不是偶然性与必然性携手创造的神话。 

三、物理美学的无序性与有序性: 

 

与确定性和非确定性这对范畴相联系,有序与无序是科学美学领域另一对重要的范畴。有序,是指空间分布上的规则性和时间延伸上的周期性;无序,是指空间分布上的无规则性和时间延伸过程中的随机性。从前面对经典科学美学思想的论述中,不难看出人们一向偏爱有序,无序则是人们排斥的对象。一直以来,有序与无序是对立存在的,但是复杂性科学的诞生需要人们重新看待这一对范畴。 

有序不仅仅是体现了一种规律性和周期性,同时也体现了一种约束性。赫尔曼·哈肯在论述有序时指出,有序在现实中体现的是可能性的单一性,即只有唯一的实现方式。在这种未来只有一种可能性的情况下,生活中就再也没有惊奇,没有乐趣了,美又从何谈起呢?无序则与此相反,它体现的是一种变异性、可能性。赫尔曼·哈肯曾指出,“物件所在位置有很多可能性,这就造成了无序状态”,“大量不同的可能性也是物理学中无序的量度”。可见无序对应的是大量的可能性,这众多可能性的存在是否正是为人类创造性的发挥提供了有利的条件与机会呢?并且,无序并不总是意味着杂乱无章,在一定条件下可以转变为有序。激光的诞生就是一个绝妙的例子。激光的产生是通过改变泵入的能量及两平面镜间的距离,使完全杂乱无章运动的受激电子突然之间以同样方式运动,产生一种完全均匀的,几乎是无限长的波列。从这个意义上讲无序难道不是一种美,它蕴含着的难道不是一种创造之美、一种发展之美。 

当然纯粹的无序也是不好的,但是世界既没有纯粹的有序也没有纯粹的无序,一切美的事物都来自二者绝妙地结合。如果有序体现的是一种美的形式,无序则是美的源泉。有一句话说得非常贴切:“美是两个悬崖之间的狭窄小路;在一边全部有序消融在混沌之中,在另一边,则是对称和有序的凝固世界。只有沿着这条危险的小路,美才能展示其形态。”埃德加·莫兰也曾说过:“单独的、孤立的有序和无序是形而上学的,而只有它们的连接才是形而下的、物理的”。 

 

四、结语 

 

科学与矛盾的对话永远敞开着,科学是不断发展、进步的,美也是不断变幻其形态的,这是事物发展的必然。如果说经典的科学美学是从上帝的合理性信仰中派生出来的,它所体现的是对上帝观念的顺从与证明,是一种静态的、无生命的美。那么,现代科学的发展已突破了经典美学思想的束缚,尤其是物理学不再仅仅归结为秩序、简单性、确定性,同时也包含着非确定性、复杂性。可以说也正是这些非确定性、复杂性赋予了科学美学以新的内涵,即适应、创新、发展和进步,从而上升到更高的和谐、统一、真正的美。 

 

参考文献: 

[1] [美]r·w·爱默生. 自然沉思录.博凡译[m].上海社会科学院出版社.1993。 

[2] [美]s·钱德拉塞卡. 莎士比亚、牛顿和贝多芬——不同的创造模式[m]. 杨建邺,王晓明等译.湖南科学技术出版社, 1995。 

[3] [美]m·克莱因. 数学:确定性的丧失[m].李宏魁译.湖南科学技术出版社, 2001。 

第2篇

论文摘要:物理学发展过程就是人类对美的一个无限追求过程，随着现代科学的不断变革，物理美学思想也呈现出不同的面貌。尤其，物理学已毫不羞涩地登上了历史舞台，经典的科学美学思想日益受到严峻的挑战。世界构成是简单的还是复杂的?物理学及人类社会发展是确定性的还是非确定性的?和谐、有序是否依旧是科学美学的衡量标准?

美是人类的一个更高尚的需求，它体现在人类活动的每一个领域，诗歌、音乐、绘画、建筑、戏剧、电影、科学等领域无不渗透着人类对美的无限热爱。同时科学的发展过程就是人类对美的一个无限追求的过程。

物理学与美学，二者相互联系、共同发展，对美的追求是科学发展的一个内在驱动力，随着科学的不断变革，物理美学思想也呈现出不同的面貌。尤其现在面临着复杂性异军突起，不确定性、无序、混沌、非线性已毫不羞涩地登上了历史舞台，对经典科学美学思想形成了巨大挑战。现代物理学的诞生为人类开创了一片新的天空，一切都处在系统中、变化中，原有的简单、和谐、对称、确定性等美学观念日益受到严峻地挑战，新时代的科学美学思想脱颖而出。

一、物理美学的简单性与复杂性:

世界的本质是由非线性控制的，人们对基层规律的掌握绝不能保证对高层现象的确定性认识。进一步讲，简单性只是复杂性的特例，是在一定理想化基础上存在的。从科学史可以看出，任何科学理论均是对实际的近似，都要突出根本性的关系、行为，舍去不必要的细节因素，因此，某种程度上都背离了现实世界，把问题限制到能够找到解决办法的地步。以牛顿为例，牛顿的经典力学体系堪称简单性典范，但是他一样不能拒绝混沌现象的存在。在研究月球的轨道问题上，他不能阐明月球在地球和太阳两者作用之下的运动，感到非常恼火。由于无法得到精确解，他不得不求助“摄动法”，把三体问题化解为两体问题，以得到一个近似解。不仅如此，人们发现，最终的科学理论与实际观测之间都允许存在一定的误差，从逻辑角度思考，之所以允许存在误差，就在于人们不能完全确定地把握事物与现象。

虽然人们否定了本体论上简单性，但是从认识论意义上说，简单性原则仍有其合理性。人类认识世界的过程就是从简单到复杂的过程，面对一个复杂的现象，人们必须把整体分成部分，分门别类地去研究，这是一个由浅入深的过程，是认识的必然规律。

简单与复杂是一个辩证的统一体，不可能完全抛弃任何一方，而承认另一方，它们均有其存在的合理性。简单性决定了认识的可能性，而且使人类同不可知论划清了界限;复杂性决定了认识过程的曲折性、辩证性，它防止人类把科学变成恶劣的教条，当成某种僵死的固定不变的东西。

二、物理美学的确定性与非确定性:

牛顿带给人们的是一个确定性的世界，非确定性则作为一种随机的、偶然的、片面的现象日益遭到人们的排斥和拒绝。但是复杂的物理科学一个明显的特征就是把偶然性、非确定性引入历史舞台。非确定性不再是过去那种卑微的角色，由于非线性机制，初始条件的微小偏差，会被无限扩大。一只蝴蝶拍打翅膀都会引进一场暴风雨，可见非确定性的力量，从此，人们再也不能对偶然性等闲视之。蝴蝶的力量同时告诉我们，每一个个体都是整体不可分割的一部分，每一个体对整体有着不可察觉，但又不可估量的影响。这种影响，并非由于行为本身有影响力，而是由于这一行为超越了自身，对周围环境起了引导作用，引发了不可估量的后果。

然而，非确定性并非是对确定性的否定，而是对确定性的补充和完善。非确定性在普里高津那里是以一种“新的理性”的姿态出现的，他认为大自然既有确定性的一面又有不确定性的一面，二者缺一不可。“确定性的意思是预先确定的和可预先确定的”，它体现的是一种稳定性，是对已有科学知识的肯定，否定了确定性也就否定了科学认识的可能性。但是如果过分强调确定性，“如果各种事件都按预定的程序发生，那么我们只不过是一个巨大的齿轮机的一部分，不言而喻只能无可奈何地听任它的摆布而己 ”。

非确定性意味着变化、意味着随机，但也意味着希望，从此不会，也不应受到人们的完全抵制，因为任何人都不会拒绝希望。但如果单纯强调非确定性，系统也就失去了稳定性，失去了发展的基础和前提。大自然演化的历史，包括人类赖以生存的地球以及人类自身，无不是偶然性与必然性携手创造的神话。 转贴于

三、物理美学的无序性与有序性:

与确定性和非确定性这对范畴相联系，有序与无序是科学美学领域另一对重要的范畴。有序，是指空间分布上的规则性和时间延伸上的周期性;无序，是指空间分布上的无规则性和时间延伸过程中的随机性。从前面对经典科学美学思想的论述中，不难看出人们一向偏爱有序，无序则是人们排斥的对象。一直以来，有序与无序是对立存在的，但是复杂性科学的诞生需要人们重新看待这一对范畴。

有序不仅仅是体现了一种规律性和周期性，同时也体现了一种约束性。赫尔曼·哈肯在论述有序时指出，有序在现实中体现的是可能性的单一性，即只有唯一的实现方式。在这种未来只有一种可能性的情况下，生活中就再也没有惊奇，没有乐趣了，美又从何谈起呢?无序则与此相反，它体现的是一种变异性、可能性。赫尔曼·哈肯曾指出，“物件所在位置有很多可能性，这就造成了无序状态”，“大量不同的可能性也是物理学中无序的量度”。可见无序对应的是大量的可能性，这众多可能性的存在是否正是为人类创造性的发挥提供了有利的条件与机会呢?并且，无序并不总是意味着杂乱无章，在一定条件下可以转变为有序。激光的诞生就是一个绝妙的例子。激光的产生是通过改变泵入的能量及两平面镜间的距离，使完全杂乱无章运动的受激电子突然之间以同样方式运动，产生一种完全均匀的，几乎是无限长的波列。从这个意义上讲无序难道不是一种美，它蕴含着的难道不是一种创造之美、一种发展之美。

当然纯粹的无序也是不好的，但是世界既没有纯粹的有序也没有纯粹的无序，一切美的事物都来自二者绝妙地结合。如果有序体现的是一种美的形式，无序则是美的源泉。有一句话说得非常贴切:“美是两个悬崖之间的狭窄小路;在一边全部有序消融在混沌之中，在另一边，则是对称和有序的凝固世界。只有沿着这条危险的小路，美才能展示其形态。”埃德加·莫兰也曾说过:“单独的、孤立的有序和无序是形而上学的，而只有它们的连接才是形而下的、物理的”。

四、结语

科学与矛盾的对话永远敞开着，科学是不断发展、进步的，美也是不断变幻其形态的，这是事物发展的必然。如果说经典的科学美学是从上帝的合理性信仰中派生出来的，它所体现的是对上帝观念的顺从与证明，是一种静态的、无生命的美。那么，现代科学的发展已突破了经典美学思想的束缚，尤其是物理学不再仅仅归结为秩序、简单性、确定性，同时也包含着非确定性、复杂性。可以说也正是这些非确定性、复杂性赋予了科学美学以新的内涵，即适应、创新、发展和进步，从而上升到更高的和谐、统一、真正的美。

参考文献:

[1] [美]R·W·爱默生. 自然沉思录.博凡译[M].上海社会科学院出版社.1993。

[2] [美]S·钱德拉塞卡. 莎士比亚、牛顿和贝多芬——不同的创造模式[M]. 杨建邺，王晓明等译.湖南科学技术出版社， 1995。

[3] [美]M·克莱因. 数学:确定性的丧失[M].李宏魁译.湖南科学技术出版社， 2001。

第3篇

一、激发求知欲望

捷克教育家夸美纽斯认为：“教育者的艺术表现在使学生能够透彻地、迅速地、愉快地学习知识技能。”教学的技巧和艺术就要使学生渴望获得知识和不断追求真理，并带有强烈的情绪色彩去探索、认识客观世界，所以教学过程必须遵循这一真理，要精心设计教学程序，以启迪学生的心灵，点燃其思维的火花，来激发学生的情感、兴趣和意志，使学生的认识活动成为一种乐趣，成为精神上的需要。物理教学艺术的表现，首先在于能激发学生强烈的求知欲望。

1.设计物理情景，激发学生学习兴起。

即使是刚学物理的学生，头脑中对物理知识的了解总有些“前科学概念”其中包含了理解和误解。如在教“光的折射”现象时，介绍一个实验情景：实验装置是一个玻璃槽中装水，水中插上一个塑料泡沫片，在塑料泡沫片上粘贴一条用塑料纸剪成的鱼，让几个学生各用一根钢丝猛刺水中的鱼，由于学生总认为眼睛所看到的鱼的位置那么准确界定一样，在这样错误的前科学概念的影响下，自然出现在日常生活实践中对一些自然现象凭自己的经验或直觉形成错误的判断。教师把泡沫片从水中提起来，发现三根钢丝都落在鱼的上方，接着说：要知道这个道理，就得学习“光的折射”现象。这样的引入，将光学原理融入日常生活中来，可操作性，创设的简易实验把学生带人一个渔民叉鱼的情景中去，符合初中学生对新鲜事物好奇好动的特点，因而能很快地集中学生的注意力，这就为接下来用实验研究光的折射结论创造了良好的认知起点。只有通过教师精心设计物理情景，才能使教学内容变美、变活，深入到学生的心灵之中，实现物理教学的情感转移，学生将对物理学和物理教师的情感转化为学习的动力，这样才能产生出艺术的效果。

2.指导学生“实验探索”，体会学习的乐趣。

教科书中呈现的知识，通常是科学家们早已发现，已形成定论的知识，固然学生在学习时并不是去寻求人类尚未知晓的事物或联系，但它不会消极被动地接受教育者所灌输的一切，把自己充当接受知识的容器，而会以自己的认识基础、心理状态为依据，有选择地吸收外部输入的各种信息，教学艺术的“基调”就在于找准学生心理状态的“固有频率”，使教学信息收发达到同步，激起学生情感的“共鸣”。同时，物理知识的传授，它应是一个学生自己思考，亲自获得知识的探索过程，从这一意义上看，学习活动不仅是由认知和情感共同参与的过程，也是一个知识“再发现”或“重新发现”的过程。“实验探索”可以深化学习兴趣，这一过程，教师应处于主导地位，精心备课，设计好合理的教学程序，引导学生去探索知识，学生应处在探索知识的主体地位上，教师应让学生动眼、动手、动脑、动口积极主动、生动活泼地学习。要克服传统教学中教师讲的过多，统的过死的弊端，使学生完全置身于物理的环境中学习物理。如“密度”教学时，就可以指导学生“实验探索”，教师对教材可作创造性的处理，而不必完全形式化的依据教材展开和进行。密度是初中力学中非常重要的概念，也是个教学难点。本节课可以用实验——探索贯穿全课。首先教师提出问题，教师拿出两块大小不同涂上颜色的金属块，问学生能否很有把握的判定它们是否属于同种物质？当学生感到困难时，教师指出：鉴别物质可以根据物质的特性来鉴别，只凭气味、颜色、软硬等这些物质的明显特性来鉴别是不够的，我们还必须探索物质的一种更隐蔽的特性，这种特性可以从物质的质量和体积的关系中发现。要求学生分组讨论，设计出研究几种物质的质量与体积关系的实验方案。教师可根据学生的实际水平，进行诱导启发：每一种物质的质量与体积能够改变（如分别取几块大小不同的铁、铝等固体，几杯体积不同的水、酒精等液体），分别测出每一种物质几组对应的质量和体积，再来研究质量和体积之间的关系。接着让学生分组设计实验，开展全班讨论，确定出最佳实验方案，让学生自选器材，分组实验，得出数据，引导学生分析数据，对于同种物质体积越大，质量越大，让学生猜想，它们之间可能存在什么关系，估计学生会说：质量与体积成正比。教师指出：质量与体积究竟是不是成正比关系，必须通过数据处理才能下结论。当学生发现同种物质质量与体积比值是一个恒量（成正比），不同种物质其比值不同，便可找出物质隐蔽着的重要特性m／v，其大小是由物质种类所决定的，反映了物质种类的一种特性，物理学上把物质具有这种特性叫做密度，这样紧紧围绕密度这个概念，创设情景置疑，让学生大胆猜想，并设计实验验证猜想，教师善于启发诱导，丝丝人扣，让学生动手实验主动探究，发现物理规律，当实验探索发现伴随着学生的学习过程时，学习将会充满乐趣，将会产生强大的学习动力。

二、展示物理科学美

罗丹有一句名言：“生活中并不缺少美，而是缺少美的发现。问物理教学同样如此，但物理本身并不是美学，要想使物理教程从枯燥的铅字变成闪烁美的光彩的科学诗篇，关键在于我们教师平常教学中是否认真发掘物理科学美，是否去展示其美学特征，是否去创设美的意境，让学生潜移默化受到物理科学美的陶冶，这就是教学的艺术。

1.展示物理学美学特征。

物理学的研究对象大到天体，小到共振粒子，从实体到另一形态的场、光等都是物质的。物质又是运动的，如机械运动、分子热运动、光波传播，实际上是不同形态的物质的不同运动形式，它们的运动是有规律的，自然界是合理的，简单的、有序的，因此，科学家们在探索真理的过程中，往往以科学美作为追求的目标，通过他们的努力而形成的物理理论，在内容上、形式上是那么自然、简单、和谐，都放射出美的光辉。教师平时教学中应向学生展示物理知识的美的一面，激发学生爱美天性。例如：物理内容的简单美，表现在物理概念、规律的表达上，科学、准确、简洁。热是众多物理学家争论了一个多世纪的问题，却以“大量分子的无规则运动”十个字做了结论；物理学的对称美，给人一种圆满。匀称的美感，运动与静止，匀速与变速，引力和斥力，反射和折射，“磁生电”和“电生磁”，平面镜成化电荷的正负。磁场的两极等揭示了自然界物质存在、构成、运动及其运动规律的对称性而产生的美感。物理学理论内部相互间的自洽而展现和谐美，自由落体、竖直上抛、下抛以及各种直线的匀加速与匀减速运动都可以统一于运动学的速度和位移两个公式中，牛顿力学公式，可以把地上的物体与天上的星体统一起来。由此可见，教学中只要我们善于发掘，物理学的“简洁美”、“对称美”、“和谐美”等美学特征在中学物理中便有许多例证。我们要让物理学美的素材震撼学生的心田。

2.培养学生的审美能力在教学艺术活动中，教师的教学能否产生艺术效果，有赖于教材、教师的精心备课和表演水平，还要看学生是否具有一定的艺术情趣，而影响学生艺术情趣其中一条因素就是审美能力，所以教师在展示科学美的同时，要着重培养学生对科学美的审美能力。物理科学美的体验不关是视觉或听觉的，更多的是靠学生的心智去体验，由学生的体验产生的美的感受而产生的愉悦程度与学生的审美能力有关。所以，教师平常教学中，要引导学生积极主动地去探索自然界的奥秘，使他们在探索中领会许多事物的本质与联系，感受到知难而进，解疑释惑，获得新知识的愉快，从而培养学生的审美能力。

三、促进学生发展

当前，世界面临着激烈的经济竞争和人才竞争，我们的教育目标应立足于培养学生适应科学技术的发展和未来的生存能力。物理教学必须根据物理学科的特点为完成教育培养目标作出贡献，应致力于促进学生的全面发展，培养学生不断获取新知识的能力和创造力。在教学过程中应如何促进学生的发展？这体现着教师的艺术水平。

1.促进学生积极思维。长期以来，由于受到片面追求升学率的影响，使学校教育失之偏颇，引向应试教育的误区，由此形成了一整套应试机制和模式，只注意到教学要依赖于学生发展的一个方面，忽视了教育要促进学生的全面发展，采取传统的注入式教学方法，使教学处于教师“给”与学生“收”的单调局面，学生在学习物理中处于被动随从的地位，这对促进学生的发展毫无神益，要想促进学生的发展，培养学生的能力，发展其智力，首先必须使学生的大脑积极主动地思维起来，我们在教学中要善于设计一些让学生”跳一跳能吃到果子”的问题，让学生思维，可以通过设计实验情景，故事借景，习题情景，漫画情景等激发学生思维。如在教“压强”应用时，可出示一张漫画，题目是“三毛应该怎么办”，画的是三毛陷入沼泽地里，正在下沉，情况万分危急、周围又无人帮助，请你为三毛出主意，设计这样紧扣学生心弦的情景问题，把学生带入物理情景中，利用学生善良的天性调动其思维的积极性，大家都主动地为三毛出主意，达到促进学生积极思维的目的，同时也促进了学生的发展，培养了学生运用知识解决问题的能力。

2.引导学生独立的学习。