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《時(shí)間簡(jiǎn)史》的作者是史蒂芬霍金。
史蒂芬威廉霍金,1942年1月8日出生于英國(guó)牛津,英國(guó)劍橋大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)與理論物理學(xué)系物理學(xué)家,著名物理學(xué)家、宇宙學(xué)家、數(shù)學(xué)家?;艚甬厴I(yè)于牛津大學(xué)、劍橋大學(xué),1979年至2009年任盧卡斯數(shù)學(xué)教授,后為榮譽(yù)盧卡斯數(shù)學(xué)教授?;艚鹗抢^愛(ài)因斯坦之后最杰出的理論物理學(xué)家和當(dāng)代最偉大的科學(xué)家,人類(lèi)歷史上最偉大的人物之一,被譽(yù)為宇宙之王。
霍金出版《時(shí)間簡(jiǎn)史》后,多年來(lái)曾在英國(guó)、美國(guó)、日本、香港等地,向一般大眾發(fā)表多場(chǎng)公開(kāi)演說(shuō),敘述時(shí)間起源、宇宙終結(jié)、時(shí)光旅行,演說(shuō)時(shí)其受歡迎程度猶如搖滾巨星。
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我國(guó)現(xiàn)在的物理課堂教學(xué)過(guò)程中,通常強(qiáng)調(diào)的是教給學(xué)生現(xiàn)成的知識(shí),而很少關(guān)注知識(shí)產(chǎn)生的歷史演變過(guò)程。學(xué)生受此教育理念影響,通常會(huì)缺乏一種歷史眼光,以為物理學(xué)是從伽利略、開(kāi)普勒、牛頓、愛(ài)因斯坦和玻爾等一些天才的頭腦里蹦出來(lái)的,就像蘋(píng)果掉到牛頓頭上從而使牛頓發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律一樣。長(zhǎng)此以往,這會(huì)不利于科學(xué)技術(shù)的傳承和發(fā)展。其實(shí),包括物理學(xué)在內(nèi)的真正的科學(xué)理論是不斷發(fā)展的,表現(xiàn)出一種不斷糾錯(cuò)的動(dòng)態(tài)過(guò)程。物理學(xué)史從萌芽發(fā)展到現(xiàn)在,經(jīng)過(guò)了曲折的歷程,它融通了科學(xué)與人文兩種文化,搭建起了科學(xué)和人文之間的橋梁,具有很好的科學(xué)普及與傳播的作用。
今天,如何培養(yǎng)創(chuàng)新型人才,實(shí)現(xiàn)萬(wàn)眾創(chuàng)新的生動(dòng)局面,是時(shí)代賦予我們的重大課題。其實(shí),答案不應(yīng)當(dāng)只向未來(lái)張望,有時(shí)候也需要我們回頭去尋找。創(chuàng)新需要汲取來(lái)自科研和科普兩方面的營(yíng)養(yǎng)。我們不但要致力于前沿科學(xué)的研究,還要更加重視科普工作,尤其是要寫(xiě)出經(jīng)得起讀者檢驗(yàn)的面向大眾的科學(xué)史科普著作。
劉樹(shù)勇、白欣、周文臣和韋中齙認(rèn)壬合作撰寫(xiě)的《大眾物理學(xué)史》是這方面的近期少有的佳作。本書(shū)以通俗易懂的方式向公眾普及物理學(xué)史,指明物理學(xué)家遇到的各種各樣的困難,以及物理學(xué)家怎樣戰(zhàn)勝它們(有時(shí)還要巧妙地避開(kāi)一些困難),最后,又怎樣趨近于那從未達(dá)到的目標(biāo)。讀罷此書(shū),讀者內(nèi)心深處不僅會(huì)對(duì)和諧統(tǒng)一的物理之美發(fā)出由衷的贊嘆,還會(huì)對(duì)物理學(xué)發(fā)展史的波瀾壯闊感到驚訝,同時(shí)也會(huì)對(duì)科學(xué)發(fā)展與社會(huì)條件和文化氛圍之間的關(guān)系有深入的思考。
《大眾物理學(xué)史》簡(jiǎn)明扼要地給讀者講述了物理學(xué)的發(fā)展歷程,讀起來(lái)并不晦澀難懂,還充滿(mǎn)趣味性,展現(xiàn)了物理學(xué)的魅力,并且具有以下特點(diǎn):一是面向大眾讀者,通俗易懂。《大眾物理學(xué)史》可讀性很強(qiáng),能夠用簡(jiǎn)單明了的語(yǔ)言把物理學(xué)發(fā)展過(guò)程講解清楚。二是科學(xué)性。本書(shū)的內(nèi)容都是學(xué)術(shù)界公認(rèn)的、經(jīng)得起時(shí)間考驗(yàn)的。主要學(xué)術(shù)觀點(diǎn)力求有原始文獻(xiàn)或轉(zhuǎn)引自權(quán)威著作的文獻(xiàn)作依據(jù),避免粗制濫造、以訛傳訛。三是系統(tǒng)性?!洞蟊娢锢韺W(xué)史》雖然篇幅不大,但內(nèi)容卻比較全面,篇章設(shè)置能夠涵蓋物理學(xué)的重要成就、著名物理學(xué)家和重大事件等,為讀者勾畫(huà)了自然存在與演化的圖像,讓讀者能夠比較完整地了解物理學(xué)由低到高的不同發(fā)展階段。四是兼顧知識(shí)與方法,融會(huì)科技與人文?!洞蟊娢锢韺W(xué)史》展現(xiàn)了歷史上的物理知識(shí)及物理學(xué)家的生平、科學(xué)活動(dòng)和科學(xué)思想,兼具科學(xué)性和人文性,反映了物理學(xué)發(fā)展與人文思想演進(jìn)的關(guān)系。
魚(yú)兒眼里的高維世界
加來(lái)道雄小時(shí)候被父母帶去日本茶園,他最喜歡蹲在一個(gè)小池旁邊,觀察池水中的鯉魚(yú),也會(huì)問(wèn)一些只有孩子才會(huì)問(wèn)的傻乎乎的問(wèn)題:“鯉魚(yú)怎么觀察它們周?chē)氖澜纾俊彼麜r(shí)常會(huì)亂想,人類(lèi)和鯉魚(yú)啊,被那薄薄的一層水面所分開(kāi),一個(gè)離不開(kāi)空氣,另一個(gè)離不開(kāi)水,這完全就像生活在截然不同的兩個(gè)宇宙中一樣。假設(shè)鯉魚(yú)社會(huì)中也像人類(lèi)一樣有所謂的“科學(xué)家”,那么它們會(huì)不會(huì)像人類(lèi)研究地球宇宙一樣,也研究那雖然巴掌大地盤(pán)但卻是鯉魚(yú)們的全世界的水底呢?又假設(shè)此時(shí)伸手將一個(gè)鯉魚(yú)“科學(xué)家”拽出水面,在放回池水之前,它一定會(huì)感覺(jué)到恐懼、窒息,但同時(shí)它一定會(huì)為自己見(jiàn)到另一個(gè)世界而驚詫?zhuān)欢〞?huì)發(fā)現(xiàn)在水里辛苦所習(xí)得的一切知識(shí)到了這個(gè)空間里完全不適用了!
通過(guò)以上一系列的聯(lián)想,加來(lái)道雄越來(lái)越認(rèn)為我們?nèi)祟?lèi)自己也就像這些自鳴得意地在池中游動(dòng)的鯉魚(yú)一樣,我們的一生也在所謂的“池子中”度過(guò),大部分也從未思考過(guò),或許也有這樣一層水面將我們同另外一個(gè)空間完全隔開(kāi)。而這個(gè)空間,也是后來(lái)加來(lái)道雄理論的最核心,他為之取名“高維空間”,像水面上的空間對(duì)金魚(yú)來(lái)說(shuō),就是一個(gè)高維空間。你不要指望看見(jiàn)它,就像不要指望盲人能看見(jiàn)顏色一般。高維的概念很復(fù)雜,相信我,即使你讀到博士,也未必可以領(lǐng)悟。
高維總共有十個(gè)維度,先從最簡(jiǎn)單的四維入手來(lái)小小窺探一下奇妙的宇宙吧!一、二、三維很好理解,一維表示點(diǎn),二維表示長(zhǎng)和寬,推之三維就代表長(zhǎng)寬高或者說(shuō)立體空間。假設(shè)現(xiàn)在你用吸管去喝可樂(lè),你在吸可樂(lè)的過(guò)程中,管子里的可樂(lè)正是三維,同時(shí)你有沒(méi)有發(fā)現(xiàn),可樂(lè)不是靜止不動(dòng)的,它正在吸管里汩汩流動(dòng)著,它流動(dòng)的過(guò)程叫做時(shí)間。你可以理解時(shí)間就是第四維,我們這些三維動(dòng)物之所以有意義,就是因?yàn)楸坏谒木S時(shí)間在推動(dòng)著。最后再假設(shè)你的吸管是一個(gè)空間,很顯然這樣的吸管成千上萬(wàn),而它們也有一個(gè)好聽(tīng)的名字叫做――平行空間。
難住愛(ài)因斯坦后半生的絕世難題
加來(lái)道雄從老師那里聽(tīng)來(lái)的一個(gè)故事,說(shuō)的是某個(gè)已故科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)改變了整個(gè)世界和我們周?chē)囊磺?,很少人可以理解這個(gè)科學(xué)家的思想。如此了不起的人也被一個(gè)難題給擊敗了,直到他去世,有關(guān)這個(gè)問(wèn)題的論文還擺放在他的桌子上。這個(gè)科學(xué)家就是愛(ài)因斯坦,而他生命中的最后30年,苦苦追求卻依然沒(méi)有找到答案的問(wèn)題就是――讓宇宙四種力(包括電磁力、強(qiáng)核力、弱核力和引力)統(tǒng)一成一種力。很神秘吧?完全不知所云吧?沒(méi)關(guān)系,正是憑借著對(duì)這個(gè)前端問(wèn)題的好奇心,才讓加來(lái)道雄立志成為一名理論物理學(xué)家。他認(rèn)為將思考模式置身于更高維度,就如同將鯉魚(yú)拉出水面一樣,是解決這個(gè)難題的最佳途徑。這兩個(gè)看上去毫無(wú)關(guān)系的事件,在加來(lái)道雄的眼里卻有了不一樣的詮釋。到底是怎么詮釋的,你很好奇嗎?就跟小時(shí)候的加來(lái)道雄一樣?哈哈,那恭喜你了,也許這個(gè)文章便是你通往科學(xué)道路的轉(zhuǎn)折點(diǎn)!
加來(lái)道雄檔案
加來(lái)道雄,美籍日裔物理學(xué)家,畢業(yè)于哈佛大學(xué),然后又獲得了加州大學(xué)伯克利分校哲學(xué)博士學(xué)位。他是當(dāng)今高能物理和理論物理學(xué)中“超弦理論”的發(fā)明者之一。他也是一位科學(xué)暢銷(xiāo)書(shū)作者,出版過(guò)《超越時(shí)空》《平行宇宙》和《超越愛(ài)因斯坦》。他還擔(dān)任過(guò)很多科普節(jié)目,比如《不可能的物理學(xué)》的主持人。他提出的很多構(gòu)想也被好萊塢導(dǎo)演和美劇編劇參考來(lái)構(gòu)思科幻情節(jié),比如隱形術(shù)、移相器和死星、心靈感應(yīng)、意志力、機(jī)器人、不明飛行物和外星人、星級(jí)飛船、反物質(zhì)和反宇宙、DNA定序、比光速更快的旅行、時(shí)間旅行和平行宇宙。
加來(lái)道雄經(jīng)典語(yǔ)錄
我們的好奇心是自然秩序的一部分。
北卡羅來(lái)納大學(xué)文學(xué)和科學(xué)院著名物理學(xué)教授保羅.法拉姆頓博士和路易斯.J.羅賓及研究生羅伊斯.鮑姆共同提出了一個(gè)循環(huán)模式,這個(gè)循環(huán)模式有四個(gè)關(guān)鍵部分:膨脹、逆轉(zhuǎn)、收縮和反彈。在膨脹階段,暗物質(zhì)(引發(fā)宇宙加速膨脹的未知能量)不停的推進(jìn),直到所有物質(zhì)分裂成任何東西都無(wú)法連接的碎片。黑洞中釋放出來(lái)的所有東西都被分裂成了原子。然后在膨脹結(jié)束前的一瞬間轉(zhuǎn)入逆向階段。
逆向階段,在一次逆大爆炸過(guò)程中,碎片沒(méi)有再重新粘合在一起,而是每一個(gè)碎片分裂和個(gè)自收縮。這些碎片形成了無(wú)數(shù)個(gè)獨(dú)立的宇宙,這些宇宙收縮,然后反彈,以類(lèi)似于大爆炸的方式再次向外部膨脹。其中的一塊碎片就形成了我們現(xiàn)在這個(gè)宇宙。
法拉姆頓說(shuō),“這個(gè)循環(huán)進(jìn)行了無(wú)數(shù)次,從而令我們無(wú)從了解確切的開(kāi)始或者結(jié)束時(shí)間。因此在這種循環(huán)中不存在宇宙大爆炸?!?/p>
《物理評(píng)論快報(bào)》雜志將在下一期中刊登闡述這一模式的論文。法拉姆頓說(shuō),宇宙學(xué)家二十世紀(jì)三十年代首次提出沒(méi)有開(kāi)始或者結(jié)束的宇宙振蕩模式來(lái)取代大爆炸理論。但因振蕩理論無(wú)法與包括熱力學(xué)第二定律在內(nèi)的物理學(xué)吻合,這一理論最終被遺棄。
熱力學(xué)第二定律說(shuō)熵不可能消失。但是假如熵在一個(gè)振蕩到下一個(gè)振蕩的過(guò)程中增加的話(huà),宇宙每個(gè)循環(huán)之后就會(huì)變得更大。法拉姆頓說(shuō),“宇宙就可能像混雪球一樣越混越大。每一次振蕩的時(shí)間同時(shí)也會(huì)持續(xù)更長(zhǎng)。從時(shí)間上反推,我現(xiàn)在宇宙之前的振蕩時(shí)間將非常的短暫。這將不可避免地要引發(fā)宇宙大爆炸的產(chǎn)生?!?/p>
法拉姆頓和鮑姆通過(guò)假定在逆向階段所有碎片中殘留的熵都相隔太遠(yuǎn)而無(wú)法相互產(chǎn)生作用來(lái)避開(kāi)大爆炸。每一個(gè)分裂碎片都成為一個(gè)獨(dú)立的宇宙,每個(gè)宇宙都可以收縮基本為空的物質(zhì)和熵。法拉姆頓說(shuō),“任何物質(zhì)的出現(xiàn)都會(huì)對(duì)收縮產(chǎn)生無(wú)法克服的困難。返回為空的觀點(diǎn)是這一新循環(huán)模式的最重要部分?!碑?dāng)去年10月份他突然想到這一觀點(diǎn)的時(shí)候感到非常震驚。他說(shuō),“我突然發(fā)現(xiàn)了一個(gè)解決這個(gè)看似無(wú)法解決難題的新方法。我座在椅子上,把腿放在桌子上,半睡半醒地苦思這一問(wèn)題。當(dāng)我發(fā)現(xiàn)這一非常簡(jiǎn)單的可能性后幾乎從椅子上摔下來(lái)?!?/p>
1.物理課堂文化的導(dǎo)向功能
1.1 物理課堂文化影響著物理教育目標(biāo)的制定
物理教育本是一種廣義的文化活動(dòng),不能不重視物理學(xué)的文化價(jià)值,物理教育活動(dòng)中,學(xué)生僅了解物理學(xué)知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,還應(yīng)了解物理學(xué)在人類(lèi)文化發(fā)展和社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展中的作用并形成和掌握科學(xué)的價(jià)值觀、科學(xué)思維方式,接受物理課堂文化全方位的熏陶。
國(guó)際純粹物理與應(yīng)用物理聯(lián)合會(huì)在《進(jìn)入新千年的物理學(xué)》一書(shū)中,對(duì)20世紀(jì)物理教育的目的得出了質(zhì)疑,其論點(diǎn)是:如果所有的學(xué)生都要學(xué)物理,那么物理教育的主要目標(biāo)放在大多數(shù)的未來(lái)公民的興趣和需要上,而不是放在將進(jìn)一步學(xué)習(xí)物理而成為科學(xué)家或工程師的少數(shù)精英分子身上,如果物理教育是為更多學(xué)生的全面發(fā)展服務(wù)的,那就應(yīng)當(dāng)重視物理學(xué)家的工作成果在社會(huì)上、技術(shù)上的應(yīng)用;重視物理學(xué)的哲學(xué)和物理學(xué)的歷史;重視蘊(yùn)含于我們文化之中的物理學(xué)方法;重視物理學(xué)家這個(gè)專(zhuān)業(yè)群體的特點(diǎn),如支持、貢獻(xiàn)社會(huì)的方式等。
物理教學(xué)是一個(gè)龐大的體系,至少可分為三種類(lèi)型:為研究物理而學(xué)物理;為應(yīng)用而學(xué)物理;為提高文化素養(yǎng)而學(xué)物理,這就構(gòu)成了物理教學(xué)目的多樣性或者說(shuō)物理學(xué)習(xí)的多功能性問(wèn)題,諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者費(fèi)曼對(duì)物理科學(xué)的價(jià)值有獨(dú)到的看法,他認(rèn)為,科學(xué)應(yīng)用價(jià)值是眾所周知的,科學(xué)知識(shí)使人們能夠制造許多產(chǎn)品,做許多事業(yè),科學(xué)的另一個(gè)價(jià)值是提供智慧與思辨的享受,這種享受在一些人可以從閱讀、學(xué)習(xí)、思考中得到,而在另一些人則要從真正的深入研究中方能滿(mǎn)足,這種享受的重要性往往受人忽略,科學(xué)上已發(fā)現(xiàn)的理論和定律,是科學(xué)研究的收獲,也是科學(xué)家得到的最高獎(jiǎng)賞科學(xué)家發(fā)現(xiàn)這些理論時(shí)激動(dòng)不已,學(xué)習(xí)者從學(xué)習(xí)和理解的過(guò)程中得到滿(mǎn)足和成就感,這種心情對(duì)于人來(lái)說(shuō)是極其重要的,第三個(gè)價(jià)值是改變?nèi)藗儗?duì)世界概念的認(rèn)識(shí),人類(lèi)為了滿(mǎn)足自身的物質(zhì)和精神需要而創(chuàng)造出來(lái)的科學(xué)和技術(shù),已經(jīng)成為人類(lèi)的文化背景,改變了人們對(duì)自然和世界的認(rèn)識(shí),第四個(gè)價(jià)值是科學(xué)的精神價(jià)值,科學(xué)就是對(duì)未知世界的永無(wú)止境的探索,科學(xué)家們對(duì)研究對(duì)象不知道答案時(shí)是無(wú)知的;當(dāng)大概有了猜測(cè)時(shí)是不確定的;即使?jié)M有把握時(shí)也會(huì)留下質(zhì)疑的余地,科學(xué)家的責(zé)任是探索更好的辦法留傳給下一代。
基于此筆者認(rèn)為學(xué)習(xí)物理有五方面的目標(biāo):第一是為學(xué)會(huì)怎樣動(dòng)手做測(cè)量和計(jì)劃及其知識(shí)在各方面的應(yīng)用:第二是培養(yǎng)科學(xué)家,他們不僅致力于工業(yè)的發(fā)展,而且貢獻(xiàn)于人類(lèi)知識(shí)的進(jìn)步;第三認(rèn)識(shí)自然界的美妙,感受世界穩(wěn)定的實(shí)在;第四是學(xué)習(xí)怎樣由未知進(jìn)到已知的科學(xué)求知方法;第五是通過(guò)嘗試和糾錯(cuò),學(xué)會(huì)一種有普遍意義的自由探索創(chuàng)造精神。
1.2 物理課堂文化影響著物理教師角色
物理課堂文化研究把物理學(xué)家和物理教師看做“活”的物理課堂文化載體,這可以為物理教育提供觀念上的啟示,
首先,物理教師的基本任務(wù)之一是傳遞物理課堂文化,以保證物理課堂文化得以延續(xù)和發(fā)展。
其次,物理課堂文化的知識(shí)體系和技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)是我們時(shí)代重要的文化背景,當(dāng)今社會(huì)科技含量越來(lái)越高,物理教師要跟上時(shí)展的步伐必須終生學(xué)習(xí),我們認(rèn)為優(yōu)秀物理教師的知識(shí)領(lǐng)域在不斷擴(kuò)大,大致包括:物理學(xué)知識(shí)體系的內(nèi)容知識(shí);實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與操作知識(shí);物理學(xué)目的、價(jià)值觀和科學(xué)精神知識(shí);著名物理學(xué)家的文化背景知識(shí);科學(xué)道德知識(shí);物理課堂教學(xué)設(shè)計(jì)知識(shí);用生動(dòng)的例子揭示教育內(nèi)容的知識(shí);課堂教學(xué)過(guò)程中的決策與組織協(xié)調(diào)知識(shí)等,因而,物理教師的職業(yè)要求正在不斷地提高,物理教師的發(fā)展是社會(huì)進(jìn)步的必然要求。
第三,物理課堂文化除了具有延續(xù)性以外還具有創(chuàng)造性,物理教師既要充當(dāng)文化傳播者的角色,同時(shí)要充當(dāng)文化的整理和創(chuàng)造者,物理課堂文化作為人類(lèi)認(rèn)識(shí)自然的偉大成果,集中體現(xiàn)了人類(lèi)的創(chuàng)造智慧,優(yōu)秀的物理教師應(yīng)能感受物理學(xué)探索過(guò)程中閃耀的科學(xué)創(chuàng)造之光,物理教師要在學(xué)校中創(chuàng)造一種“活”的物理課堂文化環(huán)境,這種環(huán)境充滿(mǎn)探索、發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)新、充滿(mǎn)好奇心,物理教學(xué)過(guò)程要始終把學(xué)生培養(yǎng)探索精神放在重要地位,把物理知識(shí)和方法的教學(xué)作為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造力的基礎(chǔ),教師的教學(xué)方法和手段要多樣化,不能把活生生的充滿(mǎn)創(chuàng)造之光的物理學(xué)蛻化為干巴巴的概念、枯燥的公式和繁雜的計(jì)算,不能把具有生動(dòng)性、創(chuàng)造性的物理教學(xué)變?yōu)閷?duì)付各種考試的應(yīng)試活動(dòng),激發(fā)學(xué)生的好奇和興趣,滿(mǎn)足學(xué)生探究的天性,建立科學(xué)價(jià)值觀、促進(jìn)學(xué)生發(fā)展,才是物理教學(xué)的根本任務(wù)。
2 物理課堂文化的潛在課程
物理課堂文化它包括“顯性課堂”和“潛在課程”兩部分,所謂“潛在課程”,就是通過(guò)課堂的環(huán)境、氣氛、班級(jí)的風(fēng)氣所施加給學(xué)生的影響,起到教育的作用,教育要以“人”為出發(fā)點(diǎn),強(qiáng)調(diào)理性和非理性的統(tǒng)一,不僅要重視顯性課程的教學(xué)而且要重視潛在課程的影響,這樣才能培養(yǎng)學(xué)生豐富的精神世界、和諧發(fā)展的個(gè)性,才能適應(yīng)信息社會(huì)的挑戰(zhàn)。
2.1 在課堂中關(guān)注人際交往所形成的思維方式、價(jià)值觀和行為方式
人際交往有著巨大的教育潛力,教育、教學(xué)活動(dòng)同其它人類(lèi)實(shí)踐一樣,都是在交往活動(dòng)中展開(kāi)的,人們的認(rèn)識(shí)不可避免地帶有交往性、群體性,群體中人際交往產(chǎn)生的心理互動(dòng)所形成的社會(huì)心理定勢(shì)對(duì)個(gè)體的認(rèn)識(shí)方式、價(jià)值和行為式影響極大。
建立物理課堂師生之間、同學(xué)之間和諧的人際關(guān)系,是潛在課程里的重要內(nèi)容,學(xué)生總是通過(guò)周?chē)娜巳W(xué)習(xí)、認(rèn)識(shí)自己,從而產(chǎn)生與他人聯(lián)系的需要,學(xué)生從別人對(duì)他的態(tài)度中發(fā)展了自我觀念,將別人的評(píng)價(jià)與對(duì)自己的評(píng)價(jià)加以平衡,并對(duì)別人的評(píng)價(jià)作出選擇,有所批判,他們也正是在這個(gè)基礎(chǔ)上形成了自己的交往范圍、游戲的團(tuán)體與伙伴關(guān)系,這種關(guān)系使他們彼此交往,共享經(jīng)驗(yàn),共同發(fā)展,進(jìn)而形成一股內(nèi)動(dòng)力,任何一種團(tuán)體都有一種傾向,要求他的成員有某種程度的服從,發(fā)揚(yáng)這一團(tuán)體的規(guī)范的思想和行為舉止,特別是學(xué)生所處的非正式群體有的價(jià)值觀和行為方式對(duì)學(xué)生的影響是不可忽視的,這些都構(gòu)成了學(xué)生文化的重要部分,所謂學(xué)生文化就是指學(xué)生特有的價(jià)值觀、思考方式、行為方式的總稱(chēng),學(xué)生文化對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)、學(xué)生的抱負(fù)、個(gè)性的形成有極大的影響,而這種文化的形成又和學(xué)生的來(lái)源、他們的家庭所屬社會(huì)階層(職業(yè))的文化水平面、個(gè)人的社會(huì)
關(guān)系等有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系因此有時(shí)學(xué)生文化和學(xué)校整個(gè)教育目的存在著沖突的一面,這就需要教師有意識(shí)地加以疏通和引導(dǎo)。
和諧的師生關(guān)系則更為重要,師生關(guān)系對(duì)學(xué)生發(fā)展的影響早已有許多研究,如皮格馬利翁效應(yīng)是眾所周知的,在師生關(guān)系中還有一種是在學(xué)校環(huán)境中的非正式交往,這種交往的教育影響程度則和交往者的意圖、內(nèi)容和親密程度有關(guān),只有師生關(guān)系和諧,學(xué)生才會(huì)親其師、信其道,才會(huì)朝著老師期望的方向發(fā)展,才會(huì)產(chǎn)生教學(xué)相長(zhǎng)的互補(bǔ)效應(yīng),老師的期望是師生心理互動(dòng)的主要方面也是影響學(xué)生個(gè)性?xún)A向形成的重要方面,教師與學(xué)生同輩集體應(yīng)當(dāng)是合作者而不是彼此對(duì)立,教育更廣義的任務(wù)之一就是幫助學(xué)生思考,使他們學(xué)習(xí)檢查自己的行為,并重新作出估價(jià)與改進(jìn),老師可以利用讓學(xué)生對(duì)自身行為有考察和議論機(jī)會(huì)的這種辦法來(lái)協(xié)助學(xué)生在社會(huì)交往方面得到發(fā)展。
2.2 在課堂中建立長(zhǎng)期形成的制度與非制度的文化
這主要是指課堂中的傳統(tǒng)輿論、儀式與規(guī)章制度等,這些影響不論是合理的,還是不合理的,都會(huì)通過(guò)各種渠道傳播開(kāi)來(lái),而當(dāng)它們一旦形成就成為一種不以人們意志為轉(zhuǎn)移的力量客觀地存在于學(xué)校、班級(jí)生活之中,這種客觀存在雖然有時(shí)是一種摸不著、看不見(jiàn)的無(wú)形的影響,但實(shí)際上它又總是依存在學(xué)校各類(lèi)人員的精神面貌之中,依存在學(xué)校、班級(jí)的規(guī)章制度,(如學(xué)生守則、學(xué)生公約)以及學(xué)習(xí)紀(jì)律之中,特別是集中反映在學(xué)生的學(xué)風(fēng)、教師的教風(fēng)中,其它,如學(xué)生之間所使用的特別語(yǔ)言,行為方式,師生員工的舉止、言談以及他們的衣著、儀表等都體現(xiàn)著一個(gè)物理課堂的精神面貌。
物理課堂中長(zhǎng)期形成的制度與非制度文化的作用是巨大的,首先,它具有一種同化力,使生活在其中的人?替移默化地受到影響,使所到這個(gè)環(huán)境中的師生會(huì)自覺(jué)不自覺(jué)地接受這種熏陶,克制和改變?cè)瓉?lái)不適應(yīng)新環(huán)境的行為作風(fēng),從而去適應(yīng)新環(huán)境的要求,其次,它具有一種促進(jìn)和約束的力量,一個(gè)班級(jí)如果具有有條不紊的教學(xué)秩序、活潑緊張的生活作風(fēng),強(qiáng)烈求知的讀書(shū)風(fēng)氣,它就會(huì)使生活在其中的人身心愉快、精神煥發(fā),使他們自然產(chǎn)生集體的榮譽(yù)感、自豪感,并成為他們前進(jìn)不息的一種動(dòng)力,同時(shí)這種精神面貌一旦形成也會(huì)使生活在其中的人自覺(jué)要求維護(hù)它,而破壞和污染這種精神環(huán)境的人和事便自然地會(huì)受到大家的抵制和譴責(zé),它還具有一種約束的作用,因此,物理課堂中長(zhǎng)期形成的制度與非制度的文化是開(kāi)發(fā)潛在課程的重要因素。
3 物理課堂文化的物理教育
從文化的視角來(lái)看,物理教育與物理課堂文化是密不可分的,物理課堂文化的世代相傳主要依靠物理教育,物理教育一方面保證物理課堂文化在新一代身上再生,以保證物理課堂文化的延續(xù),另一方面把人納入一定的社會(huì)模式中使其社會(huì)化,培養(yǎng)成適應(yīng)社會(huì)需要的、掌握一定知識(shí)的技術(shù)、具有一定科學(xué)精神的現(xiàn)代人力資源。
3.1 科學(xué)認(rèn)知與思維訓(xùn)練的培養(yǎng)
物理學(xué)知識(shí)具有解釋物質(zhì)世界的認(rèn)知功能,能幫助人們科學(xué)地認(rèn)識(shí)和理解物質(zhì)世界的規(guī)律,開(kāi)闊人們的認(rèn)識(shí)視野,提高人們與自然和諧相處的能力。
物理學(xué)方法是發(fā)明創(chuàng)造的思維武器,也是開(kāi)發(fā)創(chuàng)造思維的理論指導(dǎo),著名物理學(xué)家都非常重視科學(xué)方法的研究和應(yīng)用,物理學(xué)上的重大發(fā)現(xiàn)往往是從方法上打開(kāi)缺口,突破前人思想方法的局限,進(jìn)而獲得成功的,物理學(xué)是包含科學(xué)方法最多的學(xué)科,在通過(guò)300多種科學(xué)方法中,物理學(xué)中包含170多種,例如,物理教學(xué)理想的教學(xué)模式是:創(chuàng)設(shè)問(wèn)題最快(通過(guò)實(shí)驗(yàn)或現(xiàn)象描述)一分析問(wèn)題一找出解決問(wèn)題的可能的途徑一從最佳途徑出發(fā)建立數(shù)學(xué)模型一求解數(shù)學(xué)模型一討論命題的物理意義和可能的技術(shù)應(yīng)用,這一過(guò)程就是研究復(fù)雜問(wèn)題的全過(guò)程,是解決復(fù)雜問(wèn)題的基本方法,許多重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)從方法論的角度看和解決一個(gè)物理問(wèn)題完全一樣。
3.2 科學(xué)探索精神的培育
物理課堂文化是當(dāng)代人類(lèi)文化的主流文化之一,是引領(lǐng)社會(huì)進(jìn)步的重要力量,物理課堂文化是科技文化的基礎(chǔ),對(duì)青少年的培養(yǎng)具有不可替代作用,它是戰(zhàn)勝一切偽科學(xué)的認(rèn)識(shí)論基礎(chǔ),物理學(xué)習(xí)活動(dòng)有助于激發(fā)好奇心、求知欲,培養(yǎng)人的探索精神。
我們不難推想經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的物理學(xué)習(xí)的人群,比起沒(méi)有接觸這種文化的人群來(lái),更具有抵御迷信和偽科學(xué)的能力,好奇心是人的天性,人類(lèi)生活在大自然中,總是力圖了解自身和所處的外部世界,渴望使心中的疑團(tuán)得以解釋?zhuān)湃藢?duì)自然的奧秘發(fā)出過(guò)多少質(zhì)樸的發(fā)問(wèn):天體是怎樣運(yùn)行的?熱現(xiàn)象的本質(zhì)是什么?電、磁是怎么產(chǎn)生的?光的本質(zhì)是什么?物質(zhì)是怎樣構(gòu)成的?正是自然界美妙而復(fù)雜的現(xiàn)象,激發(fā)了一代又一代物理學(xué)家的好奇心,促使他們?nèi)ヌ剿髯匀滑F(xiàn)象背后的本質(zhì),而物理學(xué)的每一個(gè)科學(xué)概念的產(chǎn)生都充滿(mǎn)了探索和創(chuàng)新,還包括對(duì)已有錯(cuò)誤觀念的批判,物理學(xué)作為人類(lèi)認(rèn)識(shí)自然的偉大成果,其內(nèi)容、方法和結(jié)構(gòu)都是人類(lèi)創(chuàng)造智慧的集中體現(xiàn),物理學(xué)形成和發(fā)展的過(guò)程,就是一個(gè)探索和創(chuàng)新的過(guò)程,閃耀著科學(xué)探索之光,物理課堂文化教育是在課堂上再現(xiàn)科學(xué)探索的過(guò)程,因而有助于培養(yǎng)人的科學(xué)探索精神。
3.3 物理學(xué)美的熏陶
自然界是豐富多彩的,人們?cè)趯?duì)自然的審視中獲得了美的感受和體驗(yàn),作為自然界理性思維成果的物理學(xué)也存在美,如和諧、優(yōu)雅、一致、簡(jiǎn)單、對(duì)稱(chēng)、新奇等,其美還表現(xiàn)在發(fā)展和變化之中,著名物理學(xué)家楊振寧認(rèn)為,物理學(xué)的美包括三個(gè)方面:現(xiàn)象之美,理論描述之美,理論結(jié)構(gòu)之美。
1、薛定諤的貓(英文名稱(chēng):ErwinSchrdinger'sCat)是奧地利著名物理學(xué)家薛定諤(ErwinSchrdinger,1887年8月12日——1961年1月4日)提出的一個(gè)思想實(shí)驗(yàn),是指將一只貓關(guān)在裝有少量鐳和氰化物的密閉容器里。鐳的衰變存在幾率,如果鐳發(fā)生衰變,會(huì)觸發(fā)機(jī)關(guān)打碎裝有氰化物的瓶子,貓就會(huì)死;如果鐳不發(fā)生衰變,貓就存活。
2、根據(jù)量子力學(xué)理論,由于放射性的鐳處于衰變和沒(méi)有衰變兩種狀態(tài)的疊加,貓就理應(yīng)處于死貓和活貓的疊加狀態(tài)。這只既死又活的貓就是所謂的“薛定諤貓”。但是是不可能存在即死又活的貓,則必須在打開(kāi)箱子后才知道結(jié)果。
3、該實(shí)驗(yàn)試圖從宏觀尺度闡述微觀尺度的量子疊加原理的問(wèn)題,巧妙地把微觀物質(zhì)在觀測(cè)后是粒子還是波的存在形式和宏觀的貓聯(lián)系起來(lái),以此求證觀測(cè)介入時(shí)量子的存在形式。隨著量子物理學(xué)的發(fā)展,薛定諤的貓還延伸出了平行宇宙等物理問(wèn)題和哲學(xué)爭(zhēng)議。
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焦耳與千瓦時(shí)的單位換算為1千瓦時(shí)等于3600000焦耳。
1千瓦時(shí)相當(dāng)于額定功率1千瓦的電器1小時(shí)消耗的電量,即1千瓦時(shí)等于1000瓦乘以3600秒,結(jié)果為3600000焦耳,故焦耳與千瓦時(shí)的單位換算為1千瓦時(shí)等于3600000焦耳;千瓦時(shí)或千瓦小時(shí),符號(hào)為kWh,簡(jiǎn)稱(chēng)為度,是一個(gè)能量量度單位,表示一件功率為一千瓦的電器在使用一小時(shí)之后所消耗的能量。千瓦時(shí),該單位主要用于量度電力,千瓦時(shí)比焦耳更易被大眾了解,并更易轉(zhuǎn)化為電器使用時(shí)數(shù),另一方面,焦耳相對(duì)千瓦時(shí)的單位量度太小,較不方便計(jì)算,中國(guó)大陸亦有公共機(jī)構(gòu)在收費(fèi)單上使用兆瓦時(shí)來(lái)代替千?時(shí);焦耳,物理學(xué)熱量的公制單位,簡(jiǎn)稱(chēng)“焦”,是為了紀(jì)念英國(guó)著名物理學(xué)家詹姆斯·普雷斯科特·焦耳而創(chuàng)立的。
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新課程強(qiáng)調(diào)學(xué)生作為主體對(duì)課堂教學(xué)的參與,其目的在于形成一個(gè)平等、和諧、熱烈的教學(xué)氛圍,變傳統(tǒng)的被動(dòng)接受式學(xué)習(xí)為積極主動(dòng)的參與式、探究式學(xué)習(xí)。一堂課的成敗首先取決于學(xué)生聽(tīng)講的情緒。物理學(xué)以觀察實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),精心設(shè)計(jì)的觀察實(shí)驗(yàn)活動(dòng)乃是課堂上創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)物理情景的最有效手段。如《機(jī)械波》教學(xué)中,可以讓十多位同學(xué)頭頂顏色球排成一行按先后順序蹲下站起,就在同學(xué)們親自參與的過(guò)程中和在愉悅的笑聲中深刻體悟了機(jī)械波傳播的特點(diǎn)。又如,講“反沖運(yùn)動(dòng)”和人造衛(wèi)星時(shí),可用錄像片展現(xiàn)我國(guó)二號(hào)火箭發(fā)射“神五”、“神六”的情境,以激發(fā)學(xué)生的求知欲及愛(ài)國(guó)熱情,使學(xué)生在接受認(rèn)知信息的同時(shí)接收相應(yīng)的情感因素的傳遞,彼此產(chǎn)生良好的情感體驗(yàn),從而達(dá)到以情促知,情知交融的教學(xué)效果。
二、讓學(xué)生體驗(yàn)成功
新課程提倡“以學(xué)生為本”的教育理念。心理學(xué)的研究認(rèn)為:人有一種自我實(shí)現(xiàn)、承認(rèn)、取得成功的愿望和需要。美國(guó)心理學(xué)家馬斯洛在《動(dòng)機(jī)和人格》一書(shū)中將其列為人的五種基本需要之一。在教學(xué)中我對(duì)全體學(xué)生一視同仁,對(duì)不同層次、不同特點(diǎn)的學(xué)生分層施教。我們要注意設(shè)置教學(xué)內(nèi)容的層次和梯度,創(chuàng)設(shè)更多的條件,讓每個(gè)學(xué)生都能體驗(yàn)到學(xué)習(xí)上的成就感,提問(wèn)時(shí)學(xué)習(xí)成績(jī)好些的問(wèn)題可設(shè)置的較深些,學(xué)習(xí)存在困難的問(wèn)題基本以書(shū)本為主。在高中三年一盤(pán)棋布局中,針對(duì)我校生員狀況較差,我建議高一、高二備課組老師要把教學(xué)要求壓得低一點(diǎn),考試題目要易一點(diǎn),教學(xué)內(nèi)容要嚴(yán)格控制在必修本以?xún)?nèi),以保護(hù)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極情感。千萬(wàn)不能根據(jù)高考要求,過(guò)早補(bǔ)充內(nèi)容企圖一步到位,考試內(nèi)容又比較難,其結(jié)果往往適得其反,好多學(xué)生在高一對(duì)物理就產(chǎn)生了畏懼情緒,甚至拋棄。我覺(jué)的對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)“成功才是成功之母”。成功引發(fā)的滿(mǎn)足感是必要的催化劑,只有他獲得成功后的滿(mǎn)足,才會(huì)激發(fā)他對(duì)進(jìn)一步成功的渴望,逐步培養(yǎng)起他的學(xué)習(xí)興趣。
三、利用美育因素,進(jìn)行美感教育
【關(guān)鍵詞】物理學(xué);科學(xué)美;物理教學(xué);教育
科學(xué)美來(lái)源于自然美,是潛藏在感性美背后的理性美,是審美者通過(guò)理解、邏輯思維才能體會(huì)到的美。物理學(xué)是一門(mén)揭示物質(zhì)存在與運(yùn)動(dòng)規(guī)律的自然科學(xué),在物理學(xué)的理論體系中處處體現(xiàn)出科學(xué)美。物理學(xué)家們?cè)谔剿髯匀灰?guī)律的同時(shí),總是伴隨著對(duì)美的熱烈追求,他們追求科學(xué)美的精神對(duì)物理學(xué)的發(fā)展起著重要的推動(dòng)作用。
1 物理學(xué)中的科學(xué)美
1.1 簡(jiǎn)潔美
簡(jiǎn)潔美是以簡(jiǎn)單、潔凈呈現(xiàn)其美感。自然界的現(xiàn)象是錯(cuò)綜復(fù)雜的,然而背后隱藏的規(guī)律卻是簡(jiǎn)單的。因此研究的方法和規(guī)律的表達(dá)方式應(yīng)是簡(jiǎn)單的,也就是說(shuō)物理理論在體系上呈現(xiàn)出高度的簡(jiǎn)潔美??茖W(xué)家們用最簡(jiǎn)潔的語(yǔ)言、最少的符號(hào)、最簡(jiǎn)單的形式來(lái)表達(dá)知識(shí)及自然規(guī)律。正如著名物理學(xué)家愛(ài)因斯坦所說(shuō):“真實(shí)的世界在邏輯上總是簡(jiǎn)單的。”所以,作為反映物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的物理學(xué)來(lái)說(shuō),那種最簡(jiǎn)潔的物理理論最能給人以美的享受。物理美的簡(jiǎn)潔性并不是指物理內(nèi)容本身簡(jiǎn)單,而是物理理論體系的結(jié)構(gòu)和物理規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)形式簡(jiǎn)潔。例如經(jīng)典力學(xué)建立在牛頓三定律之上,由牛頓三定律可以推導(dǎo)出全部經(jīng)典力學(xué)理論,電磁學(xué)建立在法拉第的“場(chǎng)”和麥克斯韋方程組之上,由此可對(duì)電磁現(xiàn)象做出全面的解釋。只有當(dāng)麥克斯韋用一組簡(jiǎn)單的方程式,把大量的有關(guān)電與磁的知識(shí)以及規(guī)律概括出來(lái),才給人以美的感受。這些簡(jiǎn)單的物理關(guān)系式,包含的內(nèi)容極其豐富,揭示的規(guī)律無(wú)比奧妙。
1.2 對(duì)稱(chēng)美
對(duì)稱(chēng)美是指整體各部分之間的相稱(chēng)與對(duì)應(yīng)。自然界中的許多現(xiàn)象都有著對(duì)稱(chēng)性,對(duì)稱(chēng)總能給人以美感,因此作為揭示自然界規(guī)律的物理學(xué),當(dāng)然會(huì)顯示出對(duì)稱(chēng)美。物理學(xué)中的對(duì)稱(chēng)美既有物理現(xiàn)象的對(duì)稱(chēng)美,例如引力與斥力、電生磁與磁生電、粒子與反粒子等。又有物理規(guī)律的對(duì)稱(chēng)美,例如圓周運(yùn)動(dòng)、簡(jiǎn)諧振動(dòng)、光與波的反射等。還有公式的對(duì)稱(chēng)美,例動(dòng)量、能量和角動(dòng)量守恒定律、洛倫茲變換式等,麥克斯韋方程組更是具有完美的對(duì)稱(chēng)形式。近代物理學(xué)中,對(duì)稱(chēng)性已成為重要的研究方法,著名結(jié)晶學(xué)家和幾何學(xué)家費(fèi)多羅夫,用幾何體的規(guī)則系統(tǒng)來(lái)代替晶體的原子系統(tǒng),從而將物理學(xué)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為幾何學(xué)中的美學(xué)問(wèn)題,并借助幾何學(xué)框架使晶體學(xué)問(wèn)題得到了圓滿(mǎn)地解決。
1.3 和諧美
自然界處處呈現(xiàn)著和諧美。物理學(xué)其理論的和諧性、體系的邏輯自洽性及各種守恒性都給人以和諧美之感。著名科學(xué)家龐加萊說(shuō):“世界的普遍和諧是眾美之源”。在宇宙領(lǐng)域中,各種星系、各種天體盡管進(jìn)行著復(fù)雜的運(yùn)動(dòng),但各種星體的運(yùn)動(dòng)軌道又是有規(guī)律的,例如月球一邊自轉(zhuǎn)一邊繞地球公轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)的速度和軌道也幾乎沒(méi)有差錯(cuò),宇宙太空中各天體的運(yùn)動(dòng)配合得如此默契和諧,像是在合奏一首雄偉壯麗的交響曲。電磁學(xué)中的麥克斯韋方程組,把E、D、B、H四個(gè)物理量用優(yōu)美的數(shù)學(xué)形式聯(lián)系起來(lái),并把電學(xué)中的重要常數(shù)和磁學(xué)中的重要常數(shù)與光速聯(lián)系起來(lái),從而建立了和諧無(wú)矛盾的電磁場(chǎng)理論。在微觀領(lǐng)域中,原子世界是一個(gè)和諧的世界,核外電子繞著核運(yùn)動(dòng)、分子間存在相互作用力。
1.4 統(tǒng)一美
物理學(xué)中的統(tǒng)一美除指理論體系的統(tǒng)一還有真與美的統(tǒng)一。理論的統(tǒng)一就是要求理論在不附加太多的基本假定的基礎(chǔ)上盡可能前后一致地解釋更多的物理現(xiàn)象。例如通過(guò)熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的統(tǒng)一、電學(xué)與電磁學(xué)規(guī)律的統(tǒng)一、時(shí)間與空間的統(tǒng)一、物質(zhì)與能量的統(tǒng)一、實(shí)物粒子與場(chǎng)等幾次大的綜合與統(tǒng)一,建立起如今的物理大廈。統(tǒng)一美還包括真與美的統(tǒng)一,畢達(dá)哥拉斯學(xué)派對(duì)于真和美的理解是:美的事物一定是真的,因此美比真更本質(zhì)。當(dāng)他們還不知道天體的具體運(yùn)動(dòng)軌道時(shí),即還不了解“真”的時(shí)候就敢于從美的愿望出發(fā),設(shè)定天體運(yùn)動(dòng)的軌道是圓的。哥白尼日心說(shuō)的提出,就是在美比真更本質(zhì)的觀點(diǎn)指導(dǎo)下的結(jié)果。從真的角度來(lái)看日心說(shuō)和地心說(shuō)很難判斷哪一個(gè)理論更正確,因?yàn)楦鶕?jù)這兩種理論制定的歷法相差無(wú)幾。但從美的角度來(lái)看日心說(shuō)更美一些。日心說(shuō)具有無(wú)與倫比的對(duì)稱(chēng)性和統(tǒng)一性,在與托勒密的地心說(shuō)之間的理論競(jìng)爭(zhēng)中,畢達(dá)哥拉斯的科學(xué)美學(xué)思想成為這兩種理論審美評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)。
2 物理教學(xué)中進(jìn)行科學(xué)美教育
縱觀物理學(xué)的發(fā)展過(guò)程可看出,物理學(xué)家對(duì)美的追求,在物理理論的發(fā)現(xiàn)、發(fā)展中起著十分重要的推動(dòng)作用。愛(ài)因斯坦對(duì)對(duì)稱(chēng)美的堅(jiān)定信念引導(dǎo)他走向相對(duì)論,他對(duì)和諧美更是近乎宗教般地相信,他說(shuō):“如果不相信我們世界的內(nèi)在和諧性,那就不會(huì)有任何科學(xué),這種信念永遠(yuǎn)是一切科學(xué)創(chuàng)造的根本動(dòng)力……”。法拉第由于相信對(duì)稱(chēng)性,受奧斯特電生磁現(xiàn)象的啟發(fā)發(fā)現(xiàn)了磁生電現(xiàn)象。狄拉克追求統(tǒng)一美,憑著嫻熟的數(shù)學(xué)技巧,把量子力學(xué)與相對(duì)論相統(tǒng)一。因此在物理教學(xué)中進(jìn)行科學(xué)美教育具有重要意義。
在物理教學(xué)中進(jìn)行科學(xué)美教育,不是進(jìn)行機(jī)械式的美學(xué)教育,而是滲透于物理課程中對(duì)科學(xué)美的發(fā)現(xiàn)。要求教師結(jié)合具體的教學(xué)內(nèi)容,去發(fā)現(xiàn)科學(xué)美并把其滲透到課程教學(xué)之中,引導(dǎo)學(xué)生去體驗(yàn)科學(xué)美的奧妙。很多學(xué)生在學(xué)習(xí)物理時(shí)常常感到枯燥乏味,其主要原因是把科學(xué)理論當(dāng)成一堆呆板的公式和條條框框,看不到物理學(xué)中的科學(xué)美。所以物理教師在傳授知識(shí)的同時(shí),要引導(dǎo)學(xué)生了解知識(shí)的產(chǎn)生過(guò)程、知識(shí)之間的相互聯(lián)系以及知識(shí)體系的框架結(jié)構(gòu),理解物理的思維形式和思維方法,向?qū)W生展示和揭示隱藏在物理學(xué)中的科學(xué)美,從而促使學(xué)生領(lǐng)悟其中的魅力,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的熱情。例如電磁學(xué)中的麥克斯韋方程組,其本身從數(shù)學(xué)形式上看具有完美的對(duì)稱(chēng)性。麥克斯韋用數(shù)學(xué)方法把電磁場(chǎng)及其相互作用規(guī)律完美地表達(dá)出來(lái),而且進(jìn)一步又發(fā)現(xiàn)了電磁學(xué)與光學(xué)的聯(lián)系,這就是和諧美與統(tǒng)一美。從發(fā)現(xiàn)摩擦琥珀可以吸引小物體開(kāi)始,在電磁學(xué)發(fā)展的漫長(zhǎng)歲月里,人們掌握了豐富的有關(guān)電與磁的知識(shí)以及規(guī)律,如果這些紛繁復(fù)雜的知識(shí)一一羅列出來(lái),那么根本沒(méi)有美可言,只有麥克斯韋在一八年用一組簡(jiǎn)單的方程式概括出電磁學(xué)規(guī)律,才給人以簡(jiǎn)潔、對(duì)稱(chēng)、和諧、統(tǒng)一之美。正是對(duì)科學(xué)美的享受,麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在,奠定了無(wú)線(xiàn)電通訊的基礎(chǔ)。
物理學(xué)之美除了體現(xiàn)在物理知識(shí)的形式、體系結(jié)構(gòu)和研究方法上,還體現(xiàn)在物理學(xué)家的精神上。物理學(xué)巨匠們比如開(kāi)普勒、伽利略、牛頓、愛(ài)因斯坦、狄拉克等都不同程度地接受了科學(xué)美學(xué),他們相信自然界是按和諧優(yōu)美的數(shù)學(xué)公式設(shè)計(jì)的。物理學(xué)家對(duì)美的追求,強(qiáng)烈地影響著物理學(xué)成果的內(nèi)容與形式,物理學(xué)的發(fā)展歷史是一部物理學(xué)家對(duì)科學(xué)美進(jìn)行孜孜不倦的追求的歷史。
總之,物理學(xué)中處處蘊(yùn)含著科學(xué)美,只要在物理教學(xué)中善于發(fā)現(xiàn)和剖析其中的科學(xué)美,引導(dǎo)學(xué)生去體會(huì)物理學(xué)中的簡(jiǎn)潔、和諧、對(duì)稱(chēng)、統(tǒng)一等科學(xué)之美,就能煥發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情,使學(xué)生陶醉于科學(xué)美的情景,領(lǐng)悟到科學(xué)美的奧妙,感受到科學(xué)美的精神,從而激發(fā)他們探索和創(chuàng)造的能力。
【參考文獻(xiàn)】
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